[发明专利]相变化存储器

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储器，特别涉及一种相变化存储器。

背景技术

相变化存储器具有高读取速度、低功率、高容量、高可靠度、高写擦次数、低工作电压/电流及低成本等特质，且非常适合与CMOS工艺结合，可用作较高密度的独立式或嵌入式的存储器应用，是目前十分被看好的下一代新存储器。由于相变化存储器技术的独特优势，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挥发性存储器与Flash非挥发性存储器技术，可望成为未来极有潜力的新代半导体存储器。

相变化存储器在设计上朝着以下几个方式方展：低的编程电流、高稳定性、较小的体积、及快速的相变化速度，此外，相变化存储器目前的主要应用例如为需要较低电流消粍的可携式装置(需要较小编程电流)。综观目前相变化存储器的发展趋势，可以明显的发现主要的瓶颈乃在于元件的操作电流过大，因而无法有效地降低相变化存储器元件所串接的驱动晶体管面积，导致单位尺寸过大使得存储器密度无法提升的问题。

降低相变化存储器操作电流可通过缩小相变化存储单元中相变层与电极的接触面积来达成，且有利于CMOS元件的缩小以及存储器密度的提升。然而，此方法会受限于光刻与工艺能力的限制，较不易获得有效地突破。此外，降低相变化存储单元中相变层与电极的接触面积意即缩小加热区域，虽然可降低元件尺寸，但是较小的加热区域意味着热更易由周遭环境散失，因此仍需增加电流密度以维持足够的热产生相变化，如此一来会造成电子迁移产生影响到元件稳定性。因此，通过材料的选用来降低电子迁移发生或是改善热变迁以降低由周遭环境所散失的热，亦为相变化存储器的重要发展方向之一。

热散失主要跟环绕在相变化层周围的介电层的热传导能力有关。一般来说，相变化材料(例如：Ge₂Sb₂Te₅)由于其微结构的关系，使其热传导度可降至约为0.3W/m-K。自从相变化材料主要作为主动层，因此不会将其用来作为周遭介电层的材质。然而传统介电材料，例如氧化硅或氮化硅，他们的热传导系数一般高于1.4W/m-K。如此高的热传导系数，加速热由相变化材料移至外界的速度。

为解决上述问题，美国专利5933365披露一种相变化存储器，其使用一热绝缘层来防止热从相变化材料散失至外界。然而，该热绝缘层的材料不易取得，且与目前相变化存储器的工艺不相容，现阶段并无法导入一般业界所用的相变化存储器工艺。

因此，在以与目前相变化存储器工艺相容为前提下，发展出具有低热传导能力的材料及结构来降低热从相变化材料层散出的速率，是目前相变化存储器一项重要技术关键。

发明内容

本发明提供可降低相变化材料层热散失的相变化存储器，其利用具有低热传导系数的碳掺杂的氧化物介电层包覆该相变化材料层的侧壁，并进一步通过结构上的设计，使得热不易由周遭环境散失，因此不需增加电流密度以维持足够的热产生相变化。该相变化存储器，包含第一电极与第二电极、第一相变化材料层形成于该第一电极与该第二电极之间，使得该第一电极与该第二电极通过该第一相变化材料层达成电性连结、以及碳掺杂的氧化物介电层包覆该第一相变化材料层的侧壁。

此外，依据本发明的另一实施例，本发明所述的相变化存储器亦可包含：下电极与上电极、第一相变化材料层形成于该下电极与该上电极之间，使得该上电极与该下电极通过该第一相变化材料层达成电性连结、以及碳掺杂的氧化硅层包覆该第一相变化材料层的侧壁。

以下通过数个实施例及比较实施例，以更进一步说明本发明的方法、特征及优点，但并非用来限制本发明的范围，本发明的范围应以所附的权利要求为准。

附图说明

图1a至1d是显示本发明一实施例所述的相变化存储器元件的制作流程剖面图。

图2a至2c是显示本发明另一实施例所述的相变化存储器元件的制作流程剖面图。

图3a至3d是显示本发明又一实施例所述的相变化存储器元件的制作流程剖面图。

图4～6显示本发明其他实施例所述的相变化存储器元件。

附图标记说明

100～基底；                    101～第一开口；

102～介电层；                  103～第一电极；

104～碳掺杂的氧化物介电层；    105～第二开口；

106～相变化材料层；            107～第二电极层；

108～相变化材料层；            108a～相变化材料柱；