相变化存储器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种相变化存储器及其制备方法，特别是精细节距相变化随机存取存储器(phase?change?random?access?memory，PCRAM)设计以及其制备方法。在一实施例中，一相变化存储器(phase?change?memory，PCM)单元包括一间隔物，上述间隔物定义了一矩形的反应区以及一配置于上述反应区中的相变化材料层。上述相变化存储器单元还包括一保护层配置于锗锑碲(germanium?antimony?tellurium，GST)薄膜层之上，以及配置于上述被间隔物所定义的区域之内，且一盖层配置于上述保护层以及上述间隔物之上。本发明专利技术能够缩减相变化存储器单元的实际反应区域的尺寸。

【技术实现步骤摘要】
相变化存储器及其制备方法
本专利技术涉及一种相变化存储器，特别是涉及一种精细相变化随机存取存储器。
技术介绍
最近，替代的非易失性存储器装置，例如相变化随机存取存储器(phasechangerandomaccessmemory，PCRAM)装置、磁性随机存取存储器(magneticrandomaccessmemory，MRAM)装置、以及单元结构与动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory，DRAM)装置相似的铁电随机存取存储器(ferroelectricrandomaccessmemory，FRAM)已经被提出且正在发展中。相变化随机存取存储器(phasechangerandomaccessmemory，PCRAM)的存储器单元通常包括一相变化元件，此相变化元件包括一硫族化物合金，例如锗锑碲(germaniumantimonytellurium，Este或GST)，以及一结构，例如一晶体管或其他利用电流于相变化元件的装置。在一实施例中，上述晶体管的源极/漏极的其中之一可耦合至地线，另一个源极/漏极可耦合至相变化元件以及晶体管栅极耦合至一栅极电压。该相变化元件的另一个部分可耦合至一位元线电压(bitlinevoltage)。根据上述实施例，当欲存取上述存储于该相变化元件中的数据时，利用一电压将上述晶体管接通，以及使用一位元线电压施加于上述相变化材料，如此一来，一读取电流可流过上述相变化元件以及上述晶体管。根据输出电流的水平，存取上述存储于该相变化元件中的数据。利用前述配置或其他配置，输出电流的水平取决于上述相变化材料的相位以及阻抗。通过改变一相变化材料的相位，例如自非晶形至结晶形或反之亦然，上述相变化材料的阻抗可剧烈地变化。上述相变化材料的阻抗变化使得上述相变化材料能够存储不同的数据。例如，上述低阻抗形式的相变化材料可存储一数据值“1”，而上述高阻抗形式的相变化材料可存储一数据值“0”。减少上述反应的规模，或减少相变化随机存取存储器的接触面积为持续发展的趋势。这是为了减少该单元的总尺寸，以及得到较小的反应区域以产生一较快速的存储器单元。此外，近来上述用于制造相变化随机存取存储器(phasechangerandomaccessmemory，PCRAM)单元的工艺可诱发在锗锑碲(germaniumantimonytellurium，GST)层中的空隙，上述空隙乃导因于不良的密封层(sealinglayer)覆盖率导致在高温下锗锑碲的逸气。尤其是，不良的阶梯覆盖性(stepcoverage)将诱发在锗锑碲(germaniumantimonytellurium，GST)层中的空隙，且当在上述工艺的后端采用高温(例如大于250℃)时，逸气的情况将更恶化。基于上述，相变化随机存取存储器(phasechangerandomaccessmemory，PCRAM)结构以及其制备方法，需要的是更小的反应区域以及避免在目前的制备方法中普遍存在的上述锗锑碲的空隙所诱发的逸气问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种相变化存储器单元，包括：一间隔物，定义一反应区；一相变化材料层，配置于上述反应区内；一保护层，配置于上述相变化材料层之上以及配置于被上述间隔物所定义之上述反应区内；以及一盖层，配置于上述保护层以及上述间隔物之上。本专利技术也提供一种相变化存储器装置的制备方法，其中上述相变化存储器装置包括一层间介电(interlayerdielectric，ILD)层，上述层间介电层具有电极配置于其相反两端，上述相变化存储器装置的制备方法包括：利用一硬掩膜定义在上述层间介电层的一顶面上的一第一区域；沿着上述硬掩膜的一内缘以及上述第一区域的一外缘制造一间隔物以定义一第二区域；沉积一相变化材料层于上述第二区域内；沉积一保护层于上述相变化材料层之上；隔离上述相变化材料层；以及沉积一盖层于上述装置之上。本专利技术另提供一种相变化存储器装置的制备方法，其中上述相变化存储器装置包括一层间介电(interlayerdielectric，ILD)层，上述层间介电层具有电极配置于其相反两端，上述相变化存储器装置的制备方法包括：利用一硬掩膜定义一第一矩形区域于上述层间介电层的一顶面上，上述定义包括：沉积至少一膜层，包括上述硬掩膜，于上述层间介电层上；以及蚀刻上述硬掩膜以制造上述第一矩形区域，其中包括上述硬掩膜的上述至少一膜层包括上述第一矩形区域的一外边界；沿着上述硬掩膜的一内缘以及上述第一矩形区域的一外缘制造一间隔物以定义一第二矩形区域，上述制造包括；沉积一间隔层；以及蚀刻上述间隔层以制造上述间隔物；沉积一相变化材料层于上述第二矩形区域内；沉积一保护层于上述相变化材料层之上；进行一化学机械抛光工艺于上述装置的一顶面上，以隔离上述相变化材料层，上述方法还包括停止上述化学机械抛光工艺于上述硬掩膜的一指定层；以及沉积一盖层于上述装置之上。本专利技术能够缩减相变化存储器单元的实际反应区域的尺寸。除非特别指定，否则在附图或说明书描述中，相似或相同的部分使用相同的附图标记。在下文中，以实施例并配合附图详细说明本专利技术，且各种特征并未按照比例绘制。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，下文特举出实施例，作详细说明如下。附图说明图1是根据本专利技术的一实施例，说明一相变化存储器单元。图2显示相变化存储器单元反应区域以及复位电流(resetcurrent)之间的关系示意图。图3A-图3D是根据前案的实施例，共同说明一相变化存储器单元的制造方法。图4A及图4B是根据本专利技术的实施例，共同说明一相变化存储器单元的排列配置。图5A-图5F是根据本专利技术的实施例，共同说明一相变化存储器单元的制造方法。图6显示根据图3A-图3D的相变化存储器单元的制造方法以及根据图5A-图5F的相变化存储器单元的制造方法的比较结果。【主要附图标记说明】100～相变化存储器单元102～反应区域或接触区200～图表300～单元部分302～电极303～层间介电层304～相变化材料层306～硬掩膜层306A～氮化硅(SiN)层306B～氧化层306C～氮氧化硅(SiON)层307～反应区域308～密封层400～排列配置402～相变化存储器单元404A～电极404B～电极406～层间介电层408A～第一导体408B～第二导体500～硬掩膜500A～氮化硅(SiN)层500B～氧化层500C～氮氧化硅(SiON)层501A～开口501B～开口504～间隔层505～反应区域506～间隔物508～相变化材料层510～保护层512～盖层600～相变化存储器单元602～相变化存储器单元604～阶梯具体实施方式本专利技术接下来将会提供许多不同的实施例以实施本专利技术中不同的特征。各特定实施例中的组成及配置将会在以下作描述以简化本专利技术。这些为实施例并非用于限定本专利技术。例如，实施例中可包括第一元件与第二元件直接接触，或也可包含第一元件与第二元件之间还有其他额外元件使第一元件与第二元件无直接接触。各种元件可能以任意不同比例显示以使图示清晰简洁。此外，在本专利技术的各种不同的实施例中，相似的元件使用相同的元件符号以简化或是方便标示。在相对空间关系的描述上，例如“之下”、“下面”、“较低”、“上面”、“较高”、以及其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变化存储器单元，包括：一间隔物，定义一反应区；一相变化材料层，配置于该反应区内；一保护层，配置于该相变化材料层之上以及配置于被该间隔物所定义的该反应区内；以及一盖层，配置于该保护层以及该间隔物之上。

【技术特征摘要】
2011.08.24 US 13/216,3691.一种相变化存储器单元，包括：一间隔物，定义一反应区；一停止层，沿着该间隔物的一外缘配置；一相变化材料层，配置于该反应区内；一保护层，配置于部分该相变化材料层之上以及配置于被该间隔物所定义的该反应区内；以及一盖层，配置于部分该相变化材料层、该保护层以及该间隔物之上并直接接触部分该相变化材料层的上表面、该保护层以及该间隔物，其中该盖层为SiN。2.如权利要求1所述的相变化存储器单元，还包括一电极，配置于该反应区的一末端之下。3.如权利要求1所述的相变化存储器单元，其中该间隔物包括SiN、SiO2、以及SiON中至少一种，且该间隔物的厚度范围介于4.如权利要求1所述的相变化存储器单元，其中该保护层包括SiN、以及SiO2中的一种，且该保护层的厚度范围介于以及该盖层的厚度范围介于5.一种相变化存储器装置的制备方法，其中该相变化存储器装置包括一层间介电层，该层间介电层具有电极配置于其相反两端，该相变化存储器装置的制备方法包括：利用一硬掩膜定义在该层间介电层的一顶面上的一第一区域；沿着该硬掩膜的一内缘以及该第一区域的一外缘制造一间隔物以定义一第二区域，其中该硬掩膜作为一停止层沿着该间隔物的一外缘配置；沉积一相变化材料层于该第二区域内；沉积一保护层于该相变化材料层之上；隔离该相变化材料层，其中该保护层不覆盖部分该相变化材料层；以及沉积一盖层于该装置之上以直接接触部分该相变化材料层的上表面、该保护层以及该间隔物，其中该盖层为SiN。6.如权利要求5所述的相变化存储器装置的制备方法，其中该定义包括：沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹淳凯，沈明辉，刘世昌，杜友伦，蔡嘉雄，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：