具有水平电极的硫属化合物存储单元及其形成方法技术

一种具有小的且与硫属化合物记忆单元有效连接的水平电极。截面积的范围是由一般的沉积／蚀刻半导体制程步骤来控制。最后产生出的记忆单元则可以藉由互补式金氧半导体操作单元来驱动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体的制造方法，特别是涉及一种。
技术介绍
可电性写入与抹除的相变化材料已经被用作记忆体元件。而硫属化合物材料可以在普遍结晶的结构状态与普遍非结晶的区域次序(local order)结构状态之间作电性转换。结晶状态是指一种材料的原子和(或)电子形成可重复晶格结构的相，反之非结晶状态的原子和(或)电子则随意的散布。结构状态也可以在完全结晶与完全非结晶状态的最大程度之间的可观察的区域次序结构状态的范围中被转换。现在偏爱使用硫属化合物材料作为相变化记忆体。硫属化合物包含碲、硒、锗、锑、铋、铅、锡、砷、硫、硅、磷和(或)氧的混合物。因为结构状态的范围，沉积状态的(as-deposited)硫属化合物材料可以具有各种的大的传导性。一般来说，结构状态具有越多的结晶区域次序，材料的传导性越高。此外，材料的传导性可以选择性与重复性地建立一电压与持续时间的电子脉冲，其称为设定(setting)或重设定(resetting)电压。传导性会一直保持稳定，直到施加另一个设定或重设定电压。再者，材料的传导性随着设定或重设定电压相反变化，以及不依靠先前的状态，及材料缺少滞后作用(hysteresis)。上述的材料在非挥发性可复写的记忆胞中，可以使用来储存及读取资讯。当使用不同的设定或重设定电压来改变材料的传导性时，可以以不同装置加以区分相关的传导性，包括但不限定为记忆胞中穿过材料的较小电压的应用。举例来说，假如使用二个有区别的设定或重设定电压，一个记忆胞可以储存及恢复一位元的二进制电码资料。假如超过使用二个有区别的设定或重设定电压，一个记忆胞可以储存及恢复类比的形式，即代表数个位元的二进制电码资料。因为硫属化合物材料可以维持传导性，所以记忆胞为非挥发性，而不需要补充来保持储存的资料。记忆胞也可以直接复写，表示不需要先抹除资料，再进行新资料的储存。可以得知的是，因为硫属化合物材料需要相当高的电流密度来改变其状态，所以硫属化合物相变化记忆体并不容易合并在互补式金氧半导体(CMOS)电路中。以适当的比例减少硫属化合物部分的截面积，可以减低电流的需求。减少截面积的结构，影响了制作极小接触面以及在接触面中沉积硫属化合物。在美国专利案第6,111,264号中所揭露的一种方法，是使用介电膜，即间隙壁，来制作极小接触面的方法更减低了微影制程限制。此技术能够减少截面积，但减少比例却为间隙壁的厚度所限制。举例来说，假如孔洞直径为1600而间隙壁的厚度为400，减少比例仅为4∶1。最小孔洞直径则由微影制程与间隙壁的厚度来决定。减少比例就可被限制。因此，以此种方式要减少硫属化合物部分的截面积是相当困难的。假如硫属化合物部分的截面积无法减少，则需要较大的电流使材料的状态改变。而需要较大的电流则需要大的能量来操作如记忆胞的阵列。一旦孔洞直径减少了，则会有另一个问题。举例来说，各孔洞直径间的一致性将会相当差。此外，小的孔洞因较不容易在小的开口中沉积材料，因而限制了硫属化合物的沉积制程。举例来说，在之前使用先前所提的制程所形成的孔洞的叙述中，间隙壁的悬突(overhang)部份或全部封闭了孔洞，更影响了沉积步骤的可靠度。此外，假如孔洞的底部的覆盖不佳，在其下的电极将无法如预期地使硫属化合物的相做改变。当施加电流时，假如硫属化合物的相不具有重复性，记忆胞将无法确实地储存资料。因此，习知的电极需要小的截面积与硫属化合物转换元件做确实的连接。另外，更需要一个方法来精确地控制电极截面积的尺寸。
技术实现思路
本专利技术提出一种与相变化材料有效连接且包含具有小的截面积的电极的记忆胞的制作方法。在实施例中，相变化材料例如为硫属化合物材料。此方法利用半导体制作技术中的沉积制程与蚀刻制程，制作出一连接在电极与相变化材料之间的小区域。本专利技术揭露出一种包括在基底上形成至少一底部电极记忆胞的形成方法。特别是，本专利技术的一实施例包括在基底上的垫层的一侧壁上，形成至少一底部电极的方法。此方法更包括提供相变化材料，其至少一部份配置于基底中。相变化材料则与至少一底部电极有效连接。本专利技术一较佳实施例包括一记忆胞，其包含一传导单元。本实施例更包括至少一部份配置于基底中的底部电极，其与传导单元有效连接。本实施例还包括至少一部份配置于基底中的相变化材料，其与底部电极有效连接。本专利技术另一较佳实施例包括一记忆胞的阵列，此记忆胞的阵列安排成行与列，而记忆胞是在行与列的交叉处中，记忆胞的阵列中的每一个记忆胞包括具有一源极、一汲极与一闸极的一晶体管。在每一行中的晶体管的闸极与一字元线有效连接，而在每一列中的晶体管的汲极与一位元线有效连接。在阵列中的行与列的交叉处中的记忆胞包括一传导单元，其至少一部份配置于基底中，并与记忆胞中的晶体管的源极有效连接。此记忆胞更包括配置基底上的垫层，此垫层的侧壁上具有一底部电极，以致于底部电极可以与传导单元有效连接。依照本专利技术一较佳实施例，相变化材料例如为硫属化合物材料，其至少一部份配置于基底中，并与底部电极有效连接。而配置于相变化材料上的顶部电极，则与相变化材料有效连接。为让本专利技术的上述和其他目的、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。在可能的情况下，图示以及叙述中相同或相似的标号，将使用在相同或相似的部分。值得注意的是，图示仅为简单的形式，并非精准的尺寸。为了便利性与清晰，其中所揭露的方向性名称，如顶部、底部、左边、右边、上面、下面、之上、之下、向下、后部、前面等等，将随着相关图示使用。这些方向性名称并非限定解释在其他任何方式中的专利技术。附图说明图1所示为依照本专利技术一实施例的一对记忆胞的透视图。图2所示为依照本专利技术的方法形成记忆胞的制作流程图。图3所示为以先前步骤所完成的底部电极的剖面示意图。图4所示为形成垫层后的剖面示意图。图5所示为在垫层上形成传导层的剖面示意图。图6所示为去除部分的传导层的结果的剖面示意图。图7所示为图6结构的上视平面图。图8所示为切断底部电极后的上视平面图。图9所示为沉积绝缘材料层后的上视平面图。图10所示为沉积绝缘材料层后由图9中10-10’剖面所得的剖面示意图。图11所示为沉积绝缘材料层后由图9中11-11’剖面所得的剖面示意图。图12所示为在绝缘材料层内形成沟渠后的上视平面图。图13所示为由图12中13-13’剖面所得的剖面示意图。图14所示为沉积相变化材料后的剖面示意图。图15所示为由图14中15-15’剖面所得的剖面示意图。图16所示为形成传导材料层后的剖面示意图。图17所示为由图16中17-17’剖面所得的剖面示意图。图18所示为图17中的结构进行蚀刻步骤后的剖面示意图。图19所示为本专利技术一较佳实施例的以本专利技术的方法所制作的记忆胞所形成的一部份记忆体阵列的概要示意图。100基底 105表面110、111、112、113传导单元115第一材料层116、117垫层120上表面125、126侧壁130传导层140、141、142、143、225底部电极144、145缺口150绝缘材料层155、154、156沟渠158、159侧面160相变化材料164传导材料层165、230顶部电极170、171连接表面175高度180宽度200记忆体阵列201、202、203、204记忆胞205本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有水平电极的硫属化合物记忆胞的形成方法，其特征在于其包括：在一基底上形成至少一底部电极；以及在该基底上除了该至少一底部电极外，配置一相变化材料，使该相变化材料与该至少一底部电极有效连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈逸舟，
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]