一种相变化存储器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种相变化存储器，包括有一相变化层；一第一电极；以及一含孔隙介电层，形成于该相变化层与该第一电极之间，该含孔隙介电层形成多个孔隙，以使相变化层与第一电极通过该孔隙形成接触。本发明专利技术所公开的相变化存储器可减小相变化存储器的电极接触面积进而降低相变化存储器操作所需的电流与功率。

【技术实现步骤摘要】
一种相变化存储器及其制造方法
本专利技术涉及一种电极结构，特别是一种应用于相变化存储器中，可降低存储器中电极与相变化层的接触面积的电极，以降低操作时所需的电流及功率。
技术介绍
一般电子产品常需要多种存储器的组合，所使用的存储器以DRAM、SRAM、Flash等最为常见。目前有几种新存储器技术，包括铁电随机存取内存(FeRAM)、磁性随机存取内存(MRAM)和相变化存储器(Phase ChangeMemory)都正在发展中。其中相变化存储器在近几年的发展下，以几近量产的程度。相变化半导体存储器利用物质相的变化造成电阻值的变化来记忆数据，可做成象半导体集成电路一般来使用，其属于非挥发性相转变存储器(Non-volatile Phase Change Memory)，可以在电源关闭的情况下仍维持数据储存的完整性。相变化存储器操作方式是以通电加热的方式，改变相变化材料(例如Ge2Sb2Te5)的结晶相，不同的结晶相具有不同的阻值，如此，即可用不同的阻值代表不同数字值的记录状态，例如0与1。相变化存储器在写入记忆数据时，需提供电流源流入到选择的记忆细胞元，经过加热电极加热对相变化层加热，以使得相变化层进行结晶相的转变(Phase transition)。由于加热电极与晶体管相接，而一般而言，晶体管所能够提供的电流有限，因此，减少相变化层进行相变化所需要的电流就成为技术发展的主要方向。而目前减少电流多半采用减少电极与相变化层的接触面积的方式进行。在现有技术中，减少电极与相变化层接触面积的方法大致上可归纳为蚀刻尖形(tapered point)、间隔块(spacer)、沟槽侧壁(trench/sidewall)或边缘接触(edge contact)等方法，分别说明如下。美国第6746892号、第RE 37259号中所公开的方法属于蚀刻尖形(taperedpoint)法，其是在原工艺中，增加蚀刻次数，以产生尖形(tapered point)的-->下电极，进而减少电极与相变化层的接触面积。美国第6545287号、第6744088号、第6635951号则是利用间隔块的方式，减少电极与相变化层的接触面积，其是在原工艺中，加入蚀刻与化学机械研磨的工艺，以产生间隔块。而美国第6646297号、第6437383号专利则是利用沟槽侧壁的方法减少电极的接触面积，其是在原工艺中增加沟槽、蚀刻、侧壁高度差异调整等工艺，以沟槽侧壁的结构形成下电极。这些现有技术所提到的技术方案，可能面临工艺大幅改变或工艺控制困难度加深的技术问题。另外Ha；Y.H.等人(Samsung，Symposium on VLSI Technology 2003)则利用边缘接触的方式减少电极的接触面积。然而，利用电极薄膜侧边的接触会因薄膜厚度减小而增加后续工艺的困难度，光罩对准控制程度对侧边的接触面积大小影响很大，另外电极薄膜的宽度、长度较难同时缩小因此可能影响记忆胞面积的缩小，影响存储器的密度。由目前的技术趋势来看利用减少电极接触面积进而降低相变化存储器操作所需的电流与功率是主要的趋势。而现有技术所公开的解决方式均可能有与工艺整合上的问题，或是增加工艺控制的困难度。因此，提出一种可减少电极与相变化层接触面积的新颖电极结构就很有必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一相变化存储器，以减少相变化存储器的电极与相变化层的接触面积，进而降低相变化存储器操作所需的电流与功率，以大体上解决现有技术所存在的问题。因此，为了实现上述目的，本专利技术所公开的相变化存储器，包括有一相变化层；一第一电极；以及一含孔隙介电层，形成于该相变化层与该电极之间，该含孔隙介电层形成多个孔隙，以使相变化层与该第一电极通过该多个孔隙形成接触。为了实现上述目的，本专利技术所公开的相变化存储器的另一实施例，包括有一相变化层；一第一电极以及一第二电极；一第一含孔隙介电层，形成于该相变化层与该第一电极之间，该第一含孔隙介电层形成多个孔隙，以使相变化层与该第一电极通过该多个孔隙形成接触；以及一第二含孔隙介电层，形成于该相变化层与该第二电极之间，该第二含孔隙介电层形成多个孔隙，以使相变化-->层与该第一电极通过该多个孔隙形成接触。根据本专利技术目的，本专利技术所公开的相变化存储器以薄膜成膜条件、纳米材料技术自我排列或利用微细颗粒/线作为成膜时的遮蔽区域等方法手段形成一含孔隙的介电膜层介于电极层与记忆层之间，以缩小记忆层与电极层的接触面积。根据本专利技术目的，本专利技术所公开的相变化存储器可减小相变化存储器电极接触面积进而降低相变化存储器操作所需的电流与功率。根据本专利技术目的，本专利技术所公开的相变化存储器可控制相变化存储器电极接触面积大小。根据本专利技术目的，本专利技术所公开的相变化存储器在制作时不需要改变现有主要工艺，不会造成工艺控制困难度提高的技术问题。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。附图说明图1为本专利技术一实施例的相变化存储器的电极结构示意图；图2A-图2B为本专利技术另一实施例的相变化存储器的电极结构示意图；图3为本专利技术又一实施例的相变化存储器的电极结构示意图；图4A-图4F为本专利技术的相变化存储器的制造流程示意图；以及图5为本专利技术另一实施例的相变化存储器的制造流程示意图；图6为本专利技术另一实施例的相变化存储器的制造流程示意图。其中，附图标记如下：10-相变化层20-电极21-第一电极22-第二电极30-含孔隙介电层31-含孔隙介电层32-含孔隙介电层33-第一含孔隙介电层-->34-第二含孔隙介电层41-孔隙42-孔隙43-孔隙44-孔隙50-介电层51-金属层52-第一电极53-第一介电层54-含孔隙介电层55-相变化层56-第二电极57-第二介电层58-金属层59-含孔隙介电层60-第一含孔隙介电层61-第二含孔隙介电层具体实施方式为使对本专利技术的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，现配合实施例详细说明如下。请参考图1，为本专利技术一实施例的相变化存储器的电极结构示意图，在此图中，仅示出单一存储器(或记忆细胞元)，实际上的存储器数组可由一些如图1所示的存储器所组成。相变化层10的一侧形成有一电极20以提供电信号，以对相变化层10进行加热，使得相变化层10产生状态变化，例如结晶态或非结晶态。在电极20与相变化层10之间形成有一含孔隙介电层(porous dielectriclayer)30，含孔隙介电层30形成有无数个孔隙40。含孔隙介电层30的材料可选用多孔性的氧化硅、氮化硅、氮化铝、碳化硅等多孔性的介电材料。含孔隙介电层30中的孔隙40可供相变化层10填入，使得相变化层10可通过孔隙-->40与电极20形成接触，以缩小电极与相变化层的接触面积。相变化层10可使用添加其它元素的SbTe共晶组成材料(doped eutecticSbTe)，如AgInSbTe、GeInSbTe；或使用GeSbTe化合物组成材料，如Ge2Sb2Te5。电极20除了连接相变化层作为导通外，更具有帮助导热的功能(heatsink)。在材料选择方面，举例来说，最好选择化性稳定(不与相变化层反应)与导热系数高的材料，如TiN、TaN、TiW、TiAlN、Mo、W、C。请参考图2A，为本专利技术另一实施例的相变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变化存储器，包括有：一相变化层；一第一电极；以及一含孔隙介电层，形成于所述相变化层与所述第一电极之间，所述含孔隙介电层形成多个孔隙，以使所述相变化层与所述第一电极通过所述孔隙形成接触。

【技术特征摘要】
1、一种相变化存储器，包括有：一相变化层；一第一电极；以及一含孔隙介电层，形成于所述相变化层与所述第一电极之间，所述含孔隙介电层形成多个孔隙，以使所述相变化层与所述第一电极通过所述孔隙形成接触。2、根据权利要求1所述的相变化存储器，其特征在于，进一步包括一第二电极形成于所述相变化层的另一侧。3、根据权利要求1所述的相变化存储器，其特征在于，所述含孔隙介电层是利用嵌段共聚物材料形成。4、根据权利要求1所述的相变化存储器，其特征在于，所述孔隙是由嵌段共聚物材料形成。5、根据权利要求1所述的相变化存储器，其特征在于，所述孔隙是由晶格材料形成。6、根据权利要求1所述的相变化存储器，其特征在于，所述孔隙是由薄膜工艺中所形成的非连续膜或岛状结构而形成，7、根据权利要求1所述的相变化存储器，其特征在于，所述孔隙是利用微细颗粒/线作为镀膜时的遮蔽区域，并在镀膜后去除而形成。8、一种相变化存储器，包括有：一相变化层；一第一电极以及一第二电极；一第一含孔隙介电层，形成于所述相变化层与所述第一电极之间，所述第一含孔隙介电层形成多个孔隙，以使所述相变化层与所述第一电极通过所述孔隙形成接触；以及一第二含孔隙介电层，形成于所述相变化层与所述第二电极之间，所述第二含孔隙介电层形成多个孔隙，以使所述相变化层与所述第一电极通过所述孔隙形成接触。9、根据权利要求8所述的相变化存储器，其特征在于，所述孔隙是由嵌-->段共聚物材料形成。10、根据权利要求8所述的相变化存储器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁钜铭，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]