相变化存储元件及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种相变化存储元件及其形成方法。该相变化存储元件包括：第一电极及第二电极；相变化材料层电性连结该第一电极及该第二电极；以及至少二电性孤立导体，形成于该第一电极及该第二电极间并与该第一电极及该第二电极分隔，且直接与该相变化材料层接触。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存储元件及其形成方法，特别是涉及一种相变化存储元件及其形成方法。
技术介绍
相变化存储元件具有高读取速度、低功率、高容量、高可靠度、高写擦次数、低工作电压/电流及低成本等特性，且非常适合与CMOS工艺结合，可用来作为较高密度的独立式或嵌入式的存储元件应用，是目前十分被看好的下一代新存储元件。由于相变化存储技术的独特优势，也使得其被认为非常有可能取代目前商业化极具竞争性的SRAM与DRAM易失性存储元件与快闪(Flash)非易失性存储技术，可望成为未来极有潜力的新一代半导体存储元件。 相变化存储元件结构主要是利用自加热(self-heating)，即将电流流经相变化材料，产生相变化所需的热能。上电性接触区相变化存储元件一般较下电性接触区广泛被使用。该上电性接触区相变化存储元件可具有孔洞填充相变化材料，并配置于经光刻蚀刻所得的下电极之上，接着，再配置经光刻蚀刻所得的上电极。较大的接触区域将导致较大的电流需求以写入信息进存储单元中。由光刻、蚀刻或其它技术所定义出的不同下或上接触宽度，会导致不同的所需写入电流。 就理想状态来说，相变化存储元件其相变层与电极的接触面积为截面区域，例如以柱状或桥接方式达成。然而，综观目前相变化存储元件的发展趋势，可以明显的发现，当接触的截面区域縮小时，将导致元件的操作电压需增大。此外，另一问题则是传统的相变化存储元件保热能力较差，这是由于电极往往会成为散热单元。 Macronix(美国专利公开第20060284157号专利及美国专利公开第20060284258号专利)披露相变化存储元件的桥接结构。然而，由于对于桥接结构而言，电极为唯一的接触区，且用来加热相变化材料区的热易由电极流失，使得在写入数据使所需的电压较大，较无效率。 美国专利US7， 119， 353披露一种包含相变化存储装置，该装置包含形成有金属氧化物半导体场效晶体管的基底、介电层、金属栓及相变化存储元件。其中该相变化存储元件包含相变化材料层及一对电极。而该金属氧化物半导体场效晶体管通过该金属栓与该相变化存储元件的电极电性连结。如此一来，该相变化存储元件可通过相变化层的厚度来控制产生相变化的区域。然而，如图所示该相变化层与电极的接触面积仍大，无法有效增加加热效率并降低相变化存储元件的操作电流。 有鉴于此，设计崭新的相变化存储元件的工艺，来克服已知技术的缺点，实为相变化存储元件工艺技术极需研究的重点。
技术实现思路
根据本专利技术优选实施例，该相变化存储元件包括第一电极及第二电极；相变化6材料层，电性连结该第一电极及该第二电极；以及至少二电性孤立导体，形成于该第一电极及该第二电极间并与该第一电极及该第二电极分隔，且直接与该相变化材料层接触。 根据本专利技术另一优选实施例，该相变化存储元件包括下电极；第一隔热层，形成于该第一电极之上；第一电性孤立导体，形成于该第一隔热层之上；介电层，形成于该第一电性孤立导体之上；第二电性孤立导体，形成于该介电层之上；第二隔热层，形成于该第二电性孤立导体之上；上电极，形成于该第二隔热层之上；以及相变化间隙壁，形成并覆盖上述结构的侧壁。 根据本专利技术又一优选实施例，该相变化存储元件包括具有介电层形成于其上的基底；第一电极及第二电极，形成于该介电层；相变化材料层，电性连结该第一电极及该第二电极；至少二电性孤立导体，形成于该第一电极及该第二电极间并与该第一电极及该第二电极分隔，且直接与该相变化材料层接触；以及导电层经由接触栓与该第二电极电性相连。 此外，本专利技术亦提供一种形成相变化存储元件的方法。根据本专利技术优选实施例，该方法包括提供基底；形成介电层于该基底之上；形成第一电极及第二电极于该介电层之上；形成至少二电性孤立导体于该介电层之上，形成于该第一电极及该第二电极间并与该第一电极及该第二电极分隔；以及形成相变化材料层与该第一电极及该第二电极直接接触并与该其电性连结。 根据本专利技术另一优选实施例，该形成相变化存储元件的方法亦包括提供基底；形成下电极于该基底之上；形成第一隔热层于该第一电极之上；形成第一电性孤立导体于该第一隔热层之上；形成介电层于该第一电性孤立导体之上；形成第二电性孤立导体于该介电层之上；形成第二隔热层于该第二电性孤立导体之上；形成上电极于该第二隔热层之上；以及形成相变化间隙壁覆盖上述结构的侧壁。 以下通过数个实施例更进一步说明本专利技术的方法、特征及优点，但并非用来限制本专利技术的范围，本专利技术的范围应以权利要求为准。附图说明 图la至图lj为显示本专利技术实施例所述的相变化存储元件的制作流程剖面图。 图2为显示具有本专利技术所述的相变化存储元件的装置其剖面结构图。 图3为显示本专利技术另一实施例所述的相变化存储元件的剖面结构图。 图4a至图4j为显示本专利技术又一实施例所述的相变化存储元件的制作流程剖面图。 图5为显示本专利技术实施例所述具有电性孤立导体的柱状相变化存储元件的剖面结构图。 附图标记说明 10 基底； 12 介电层； 14 第一电极； 16 第二电极； 18 介电层；720 金属层；21 '尖端；22 -金属间隙壁；23 电极侧壁；24 图形化介电层；26 相变化材料层；28 介电层；30 -介电层；32 -晶体管；34 -金属栓；36 -贯通孔；38 -位线；40 -贯通孔；42 -金属栓；100 '、基底；112 ' 介电层；114 ' 第一电极；116 ' 第二电极；118 ' 介电层；120 ' 金属层；121 ',1、丄山 头顺；122 ' 金属间隙壁；123 ' 电极侧壁；124 ' 图形化介电层；125 ' 沟槽；126 ' 相变化材料层；128 ' 介电层；130 - 介电层；200 ' 相变化存储元件；210 ' 下电极；212 ' 第一隔热层；214 ' 第一介电层；216 ' 第一电性孤立导体；218 ' 第二介电层；220 ' 第二电性孤立导体；222 ' 第三介电层；224 ' 第二隔热层；226 ' 上电极；228 ' 相变化材料间隙壁； 230 介电层间隙壁； Tl 隔热层的厚度； T2 电性孤立导体的厚度，以及 W 相变化材料间隙壁宽度。具体实施例方式以下，请配合附图，来详细说明本专利技术的实施例所述的相变化存储元件的制造方法。 首先，请参考图la，提供具有介电层12的基底10。其中，该基底10可为半导体工艺所使用的基底，例如为硅基底。该基底IO可为已完成CMOS前段工艺的基底，亦可能包含隔离结构、电容、二极管与其类似物，为简化图示起见，图中仅以平整基底表示。该介电层12的材料可为氧化硅。 接着，请参考图lb，形成第一电极14及第二电极16于该介电层12之上，其中该第一电极14及该第二电极16彼此相隔。该第一电极14及该第二电极16可为相同或不同的材料，例如Al、W、Mo、Ti、TiN、TiAlN、TiW或TaN。该第一电极14可以经由接触栓(未图示)进一步与该基底的底层金属(未图示)连性连结。该第一及第二电极14及16可由相同材料经同一步骤所形成，且共平面。 接着，请参考图lc，介电层18顺应性形成于该基底10之上，并覆盖该介电层12及该第一及第二电极14及16。该介电层18可包含氮化硅，以避免接续形成的金属层与该第一及第二电极14及16直接接触。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变化存储元件，包含：第一电极及第二电极；相变化材料层电性，连结该第一电极及该第二电极；以及至少二电性孤立导体，形成于该第一电极及该第二电极之间并与该第一电极及该第二电极分隔，且直接与该相变化材料层接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，蔡铭进，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，力晶半导体股份有限公司，南亚科技股份有限公司，茂德科技股份有限公司，华邦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]