硫属化合物随机存取内存及其制造方法技术

一种硫属化合物随机存取内存的制造方法是先提供已有下电极的基底，再于基底上依序形成硫属化合物层及相对于上述下电极的图案化掩模，再利用图案化掩模，对硫属化合物层进行离子注入制程，使部分硫属化合物层转变成改质区，并确保图案化掩模底下的硫属化合物层没有被掺杂物质注入，而使其成为未改质区，其中改质区的传导率低于未改质区的传导率。然后，去除图案化掩模，再在未改质区上形成上电极。因为利用如离子注入制程的改质处理，故可缩小硫属化合物层与下电极间的接触面积，进而降低硫属化合物随机存取内存的操作电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种相变内存及其制造方法，且特别是有关于一种硫属化合物随机存取内存(Chalcogenide Random Access Memory，简称CRAM)及其制造方法。
技术介绍
为了满足内存多样化、小型化、高密度化、低价化与客制化的需求，有愈来愈多的新一代内存的技术受到关注，其中之一最受关注的就是相变内存。相变是指材料由非晶体状态变成晶体，或由非晶体转状态转变为晶体状态的过程。材料的非晶体和晶体状态呈现不同的反光特性和电阻特性，因此可以利用非晶态和晶态分别代表“0”和“1”来存储数据。相变可以在雷射或在电场的作用下发生。目前有一种具有相变化可擦拭现象的合金系统材料，一般称为「硫属化合物」，其是利用锗(Ge)、锑(Sb)与碲(Te)等硫系三化合物为材质的薄膜，可在很低的电压下发生相变，相变后有优良的电特性，特别适用于制造内存。而且，这种硫属化合物随机存取内存所占单位的面积仅有磁式随机存取内存(magnetic random access memory，MRAM)与铁电式随机存取内存(ferroelectricRAM，FeRAM)的1/3，且其易于逻辑(Logic)电路整合，使得硫属化合物随机存取内存逐渐成为目前新一代内存中最受注目的技术，特别是便携式小型化的产品。然而，由于这种硫属化合物随机存取内存是通过晶体管控制电源使其产生相变方式来储存数据，而一般晶体管所能提供的电流又有其限度，因此如何在硫属化合物随机存取内存的操作电压与晶体管能够提供的电压范围间取得平衡将是一大课题。此外，硫属化合物本身与半导体制程中的其它材质在热膨胀系数上的差异，所以在寻求如何缩小硫属化合物随机存取内存的操作电压与晶体管能够提供的电压之间的差异时，也需要一并考量硫属化合物本身与其它材质的热膨胀系数差异的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是在提供一种硫属化合物随机存取内存，以缩小硫属化合物随机存取内存的相变所需的电流(操作电流)与晶体管能够提供的电流之间的差异。本专利技术的再一目的是提供一种硫属化合物随机存取内存，可降低硫属化合物随机存取内存的操作电压，同时忽略硫属化合物本身与半导体制程中的其它材质在热膨胀系数上的差异。本专利技术的又一目的是提供一种硫属化合物随机存取内存的制造方法，可缩小硫属化合物随机存取内存的操作电流与晶体管能够提供的电流之间的差异。本专利技术的又一目的是提供一种硫属化合物随机存取内存的制造方法，可简化制程并同时达到降低硫属化合物随机存取内存的操作电流的功效。本专利技术提出一种硫属化合物随机存取内存，包括一基底、第一介电层、上电极、下电极、第二介电层与硫属化合物区块(block)，其中硫属化合物区块包括未改质区与改质区。第一介电层是设置于基底表面，而下电极是位于第一介电层中。上电极则相对下电极配置于第一介电层上。而第二介电层介于第一介电层与上电极之间。再者，硫属化合物区块是介于上电极与下电极之间的第二介电层内，其中的未改质区与下电极接触的面积小于与上电极接触的面积。而硫属化合物区块的改质区则环绕未改质区，且改质区的传导率低于未改质区的传导率。依照本专利技术的较佳实施例所述硫属化合物随机存取内存，硫属化合物区块的改质区与下电极接触的面积大于与上电极接触的面积。而硫属化合物层的改质区内可包含氧、氮或其它可提供相变材料传导率下降的可能原子、离子或化合物。本专利技术提出一种硫属化合物随机存取内存，包括上电极、下电极与硫属化合物层(film)，其中硫属化合物层包括未改质区与改质区。下电极是相对上电极配置，而硫属化合物层是介于上电极与下电极之间，其中硫属化合物层的未改质区与上电极及下电极相接触，而其改质区环绕未改质区，且改质区的传导率低于未改质区的传导率。依照本专利技术的较佳实施例所述硫属化合物随机存取内存，硫属化合物层的未改质区与下电极接触的面积小于与上电极接触的面积。再者，硫属化合物层的改质区内可包含氧、氮或其它可提供相变材料传导率下降的可能原子、离子或化合物。本专利技术提出一种硫属化合物随机存取内存的制造方法，包括提供一基底，在基底上已形成有第一介电层，且在第一介电层中具有一下电极。然后，在基底上形成硫属化合物层，再在于硫属化合物层上形成图案化掩模。接着，利用图案化掩模定义硫属化合物层，以形成与下电极相接触的硫属化合物区块。随后，利用图案化掩模，对硫属化合物区块进行一倾斜离子注入制程，使硫属化合物区块与下电极相接触的外围部分转变成一改质区，其中改质区的传导率低于未改质的硫属化合物区块的传导率。之后，去除图案化掩模，再于硫属化合物区块以外的基底上形成第二介电层。然后，在硫属化合物区块上形成一上电极。依照本专利技术的较佳实施例所述硫属化合物随机存取内存的制造方法，上述的倾斜离子注入制程所注入的掺杂物质包括氧气(O2)、氮气(N2)、氧原子(O)、氮原子(N)、氧离子(O+)或其它可提供相变材料传导率下降的可能原子、离子或化合物。本专利技术提出一种硫属化合物随机存取内存的制造方法，包括提供一基底，在基底上已形成有介电层，且在介电层中具有下电极。接着，在基底上形成一硫属化合物层，再在硫属化合物层上形成图案化掩模，其中图案化掩模相对于下电极。随后，利用图案化掩模，对硫属化合物层进行一离子注入制程，使部分硫属化合物层转变成改质区，并确保图案化掩模底下的部分硫属化合物层没有被掺杂物质注入，而使这个区域的硫属化合物层成为一未改质区，其中改质区的传导率低于未改质区的传导率。然后，去除图案化掩模，再于硫属化合物层的未改质区上形成一上电极。依照本专利技术的较佳实施例所述硫属化合物随机存取内存的制造方法，离子注入制程包括采用垂直基底的注入角度或是采用倾斜于基底的注入角度。本专利技术因采用特殊的改质处理，可使硫属化合物随机存取内存中的硫属化合物层与下电极之间的接触面积大幅缩小，因此能够降低硫属化合物随机存取内存的操作电流，以便配合一般晶体管所能供应的电流值。另外，特殊的改质处理更可简化制程，并且对于硫属化合物本身与半导体制程中的其它材质在热膨胀系数上的差异问题也可一并解决。为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明图1是依照本专利技术的第一实施例的硫属化合物随机存取内存的剖面示意图。图2是依照本专利技术的第二实施例的硫属化合物随机存取内存的剖面示意图。图3是依照本专利技术的第三实施例的硫属化合物随机存取内存的剖面示意图。图4A至图4F是依照本专利技术的第四实施例的硫属化合物随机存取内存的制造流程剖面示意图。图5A、图5B及图5C-1至图5D-1是依照本专利技术的第五实施例的硫属化合物随机存取内存的制造流程剖面示意图。图5A、图5B及图5C-2至图5D-2是依照本专利技术的第六实施例的硫属化合物随机存取内存的制造流程剖面示意图。符号说明100、200、300、400、500基底102、108、116、202、216、306、308、402、412、416、502、514介电层106、206、302、414、512上电极104、204、306、404、504下电极110、406a硫属化合物区块210、310、406、506硫属化合物层112、212、312、506a、516a未改质区114、214、314、406b、506b本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫属化合物随机存取内存，其特征在于：包括：基底；第一介电层，设置在基底表面；下电极，位于第一介电层中；上电极，位于第一介电层上；第二介电层，介于第一介电层与上电极之间；硫属化合物区块，介于 上电极与下电极之间的第二介电层内，其中硫属化合物区块包括：未改质区，未改质区与下电极接触的面积小于与上电极接触的面积；以及改质区，环绕未改质区，且改质区的传导率低于未改质区的传导率。

【技术特征摘要】
1.一种硫属化合物随机存取内存，其特征在于包括基底；第一介电层，设置在基底表面；下电极，位于第一介电层中；上电极，位于第一介电层上；第二介电层，介于第一介电层与上电极之间；硫属化合物区块，介于上电极与下电极之间的第二介电层内，其中硫属化合物区块包括未改质区，未改质区与下电极接触的面积小于与上电极接触的面积；以及改质区，环绕未改质区，且改质区的传导率低于未改质区的传导率。2.如权利要求1所述的硫属化合物随机存取内存，其特征在于该硫属化合物区块的改质区与下电极接触的面积大于与上电极接触的面积。3.如权利要求1所述的硫属化合物随机存取内存，其特征在于上电极与下电极的材质包括金属、金属化合物、半导体、硅化物或硅。4.如权利要求1所述的硫属化合物随机存取内存，其特征在于上电极与下电极的型态包括元素态、化合物、合金或复合物。5.如权利要求1所述的硫属化合物随机存取内存，其特征在于硫属化合物区块的改质区内包含氧或氮。6.一种硫属化合物随机存取内存，其特征在于包括上电极；下电极，位于上电极之上；以及硫属化合物层，介于上电极与下电极之间，其中硫属化合物层包括未改质区，与上电极及下电极相接触；以及改质区，环绕未改质区，且改质区的传导率低于未改质区的传导率。7.如权利要求6所述的硫属化合物随机存取内存，其特征在于硫属化合物层的未改质区与下电极接触的面积小于与上电极接触的面积。8.如权利要求6所述的硫属化合物随机存取内存，其特征在于硫属化合物层的未改质区与下电极接触的面积等于与上电极接触的面积。9.如权利要求6所述的硫属化合物随机存取内存，其特征在于上电极与下电极的材质包括金属、金属化合物、半导体、硅化物或硅。10.如权利要求6所述的硫属化合物随机存取内存，其特征在于上电极与下电极的型态包括元素态、化合物、合金或复合物。11.如权利要求6所述的硫属化合物随机存取内存，其特征在于硫属化合物层的改质区内包含氧或氮。12.一种硫属化合物随机存取内存的制造方法，其特征在于包括提供一基底，该基底上已形成有...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛铭祥，陈士弘，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]