存储单元及其制造方法、半导体元件与存储单元阵列技术

一种硫化物记忆胞的制造方法，其中在此记忆胞中的硫化物记忆体组件的截面区域是由下电极的厚度及字元线的宽度所控制。因此，藉由此方法可形成超小的硫化物记忆胞。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种半导体的制造方法，且特别是有关于一种硫化物记忆胞的制造方法。
技术介绍
可电写入及可电抹除的相变(phase change)材料在常用于记忆体元件中。而硫化物材料可在两种结构状态之间进行电性转换，此两种结构状态为一般结晶状及一般非结晶状的局部秩序。其中，一般结晶状态是一位相(phase)，在此一位相中材料的原子及/或电子形成重复的栅状结构。反之，一般非结晶状态的原子及/或电子是随机分布。而此一结构状态可在一局部秩序的可察觉的结构状态范围中进行转换，此范围是在极端完整的结晶状态及极端完整的非结晶状态之间。现今用于相变记忆体应用中，较佳使用的硫化物材料典型地包含碲(tellurium)、硒(selenium)、锗(germanium)、锑(stibium)、铋(bismuth)、铅(plumbum)、锡(Stannum)、砷(arsenic)、硫(sulfur)、硅(silicon)及/或氧(oxygen)等混合物。因为结构状态的范围，刚沉淀(as-deposited)的一给定化学计量硫化物材料可具有多变的整体导电性。一般来说，当其状态具有越高结晶状的局部秩序时，则此材料有越高的导电性。此外，此一材料的导电性通过一给定电压及持续期间的电脉冲可被选择性地及重复性地建立，称其为设定(setting)电压或是重置(resetting)电压。此导电性会保持稳定，直到施加另一具可比较规模的设定电压或重设电压才会有所变化。更进一步的说，此材料的导电性似乎在使用设定电压或重设电压的情况下进行反转的变化，且并不依靠材料之前所存在的状态，换言之，就是缺乏磁滞现象。在一非挥发性过度写入记忆胞中，上述的材料可被用来储存及撷取资讯。当使用不同设定电压或是重置电压以改变材料的导电性时，相对应的导电性可由许多不同的方法区分出来，包括应用一相对较小的电压穿过此记忆胞中的材料的方法，但并不限于只有此一方法。举例来说，如果使用两种不同的设定电压或是重置电压，一记忆胞可以储存或是撷取二进位编码数据中的一位元。因为硫化物材料能够维持其各自的导电性，所以记忆胞是非挥发性的，且在此记忆胞中，数据不需进行刷新(refresh)以维持数据储存。而记忆胞可被直接过度写入的意思是，在储存新数据再记忆胞中时，并不需要进行数据抹除。我们知道硫化物相变记忆体并不容易整合到互补式金氧半导体电路中，因为硫化物材料需要一相对较高的电流密度来改变其状态。而减少硫化物部分的截面区域，可减少直接部分的电流需求。然而，此一结构的发展及减少截面区域，与超小接触窗的制造方式及将硫化物沉积到接触窗中的方法有关。其中一种制造超小接触窗的方法与使用一介电薄膜相关，例如是一间隙壁，以更进一步减少为影制程上的限制，可参考美国专利第6,111,264号。此一技术可减少截面区域，但是收缩比(shrinking ratio)却受到间隙壁厚度的限制。举例来说，如果孔洞(pore)的直径为1600埃且间隙壁的厚度为400埃，则收缩区域比只有4∶1。而最小的孔洞直径是由微影制程及间隙壁的厚度决定。所以，收缩比可被限制。因此，在此情况下，很难缩小硫化物的部分。如果硫化物的部分不能缩小，则需要更大的电流使得材料中的状态改变。而因为需要较大的电流，相对的需要较大的功率来操作此一类型的记忆胞阵列。当孔洞的规格缩小时，会出现其他的问题。例如，孔对孔(pore-to-pore)直径的一致性会变差。此外，小的孔洞会受到硫化物的沉积制程的限制，因为要将硫化物材料沉积到微小的开口中是非常困难的。例如，使用前述章节中的制程方法所形成的孔洞，间隙壁凸出的部分会部分或是完全阻挡住孔洞，需更进一步在沉积制程中在可靠度方面进行妥协。另外，如果孔洞的底部受到较差的覆盖，在其下方的电极将不会预期性的改变其硫化物部分的位相。当施加一给定电流时，如果位相不能重复，则记忆胞将不能可靠地进行数据储存。因此，在习知技术的硫化物记忆胞需要一种在相对较小的电流下，可靠地进行数据储存的能力。更需要一种电极的制造方法，以在一相对较小的结面区域中，制造出硫化物材质的接触窗。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种硫化物记忆胞的形成方法，其中硫化物记忆胞的接触窗是建立在一个非常小的截面区域中。而本专利技术提出的方法藉由控制下电极的厚度及字元线的宽度，以控制截面区域的规格。在本专利技术一较佳实施例的方法中，首先在基底上形成下电极。接着，在下电极上沉积硫化物记忆体组件。然后，在硫化物记忆体组件上形成字元线。本专利技术更揭露一种记忆胞，是利用本专利技术所提出的方法形成之。在本专利技术一较佳实施例中，包括一位元线、一隔离元件及一下电极。其中，位元线配置在一基底中。隔离元件配置在位元线上。下电极配置在隔离元件上且具有一厚度。在此实施例中，更包括一硫化物记忆体组件及一字元线。其中硫化物记忆体组件配置在下电极上，且字元线具有一宽度。而字元线配置在硫化物记忆体组件上，且硫化物记忆体组件的一截面区域是由下电极的厚度及字元线的宽度决定。本专利技术另一较佳实施例中提出一种记忆体阵列，包括多数条位元线、多数条字元线及多数个记忆胞。其中，位元线配置在一参考方向上，且字元线配置在与此参考方向不同的一方向上，且具各字元线具有一宽度。而记忆胞是位在字元线与位元线的个交界处。而且，各记忆胞包括一下电极及一硫化物记忆体组件。其中，下电极配置在各字元线与各位元线之间所对应的交界处，且具有一厚度。且硫化物记忆体组件配置在一记忆胞的下电极与字元线之间，而硫化物记忆体组件的一截面区域是由下电极的厚度及字元线的宽度所决定。本专利技术更提出一种硫化物记忆胞的操作方法，以重置及设定硫化物记忆胞。其中，重置硫化物记忆胞的方法，藉由施加一非结晶状态电流脉冲到记忆胞，以使得记忆胞中的硫化物记忆体组件的温度上升并高于第一温度。此非结晶状态电流脉冲在第一时间间隔中，更进一步导致硫化物记忆胞的温度维持高于第二温度而低于第一温度。另一方面，设定硫化物记忆胞的方法，藉由施加一结晶状态电流脉冲到记忆胞，以使硫化物记忆体组件的温度上升并高于第二温度，且在第二时间间隔中硫化物记忆胞的温度维持高于第二温度，且第二时间间隔大于第一时间间隔。附图说明图1是绘示本专利技术一较佳实施例中硫化物记忆胞阵列的一部分的示意图。图2～图6是绘示本专利技术一较佳实施例中硫化物记忆胞前期的步骤的制造流程剖面图。图7～图12是绘示本专利技术一较佳实施例中形成下电极的制造流程剖面图。图13是绘示在图12的结构上沉积一硫化物材料层及一字元线材料层后的剖面图。图14～图16是绘示形成字元线的制造流程剖面图。图17是绘示指出设定及重置硫化物记忆体的位置的剖面图。图18是绘示设定及重置硫化物记忆胞的温度波形的示意图。50阵列 55硫化物记忆胞60、171、172硫化物记忆体组件65下电极70隔离元件 80、81、107位元线90、91字元线100P型基底105N+型膜层 106、107、108、109位元线110N-型膜层 115P+型膜层 120金属硅化物层 125缓冲层130氮化硅层 140沟渠145高密度等离子氧化物 150导体材料151较低的水平部分 152垂直部分153较高的水平部分 154表面155氧化层 156氧化物间隙壁160沟渠 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种记忆胞的形成方法，其特征在于其包括：　　　　在一基底上形成一下电极；　　　　在该下电极上沉积一记忆体组件；以及　　　　在该记忆体组件上形成一字元线，该记忆体组件的一截面区域是由该下电极的一厚度及该字元线的一宽度决定。

【技术特征摘要】
US 2004-11-10 10/985,4811.一种记忆胞的形成方法，其特征在于其包括在一基底上形成一下电极；在该下电极上沉积一记忆体组件；以及在该记忆体组件上形成一字元线，该记忆体组件的一截面区域是由该下电极的一厚度及该字元线的一宽度决定。2.根据权利要求1所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其中沉积该记忆体组件包括沉积一硫化物记忆体组件。3.根据权利要求2所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其更包括在基底中提供自对准的一位元线；以及在该位元线上形成一隔离元件，是延伸在该字元线及该下电极之间。4.根据权利要求3所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其中形成该下电极的步骤包括在该基底上方沉积一导电材料膜层。5.根据权利要求4所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其中沉积该导电材料膜层包括沉积该导电材料膜层，具有一较低的水平部分、一垂直部分及一较高的水平部分，每一部分具有一厚度；以及移除移除该较高的水平部分以形成一接触窗，该接触窗的一宽度即为该垂直部分的厚度。6.根据权利要求5所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其更包括在该隔离元件及该导体材料膜层之间形成一金属硅化物。7.根据权利要求6所述的记忆胞的形成方法，其中沉积该导体材料膜层包括沉积一多晶硅材料。8.根据权利要求6所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其中沉积该导体材料膜层包括沉积一金属化合物，选自钨、钽、氮化钛、钨化钛、氮化钽及氮铝化钛所组成的族群其中之一。9.根据权利要求3所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其中形成该字元线包括在该硫化物材料上沉积一金属层；以及图案化该金属层，以形成与该位元线垂直的该字元线。10.根据权利要求1所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其中沉积该记忆体组件包括沉积一相变材料。11.一种半导体组件，由权利要求2的记忆胞的形成方法所制造。12.一种半导体组件，由权利要求6的记忆胞的形成方法所制造。13.一种半导体组件，由权利要求9的记忆胞的形成方法所制造。14.根据权利要求2所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其更包括施加一非结晶状态电流脉冲到该记忆胞，以使得该硫化物记忆胞的一温度上升并高于一第一温度，且在一第一时间间隔中该硫化物记忆胞的该温度维持高于一第二温度而低于该第一温度；以及藉由施加一结晶状态电流脉冲到该硫化物记忆体组件以设定该记忆胞，以使该硫化物记忆体组件的该温度上升并高于该第二温度，且在一第二时间间隔中该硫化物记忆胞的该温度维持高于该第二温度，且该第二时间间隔大于该第一时间间隔。15.根据权利要求14所述的记忆胞的形成方法，其特征在于其中在一第三时间间距中，当施加该非结晶状态电流脉冲到该记忆胞时，该硫化物记忆体组件的该温度从该第一温度下降到该第二温度，且该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙翔澜，
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]