[发明专利]相变存储器装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变存储器装置，特别是涉及一种高存储密度的相变存 储器装置。

背景技术

相变存储器(phase change memory，PCM)为64MB下一代独立 (stand-alone)非易失性存储器的重要候选元件，该元件结构如何能够产生最佳 的元件电热特性将决定相变存储器能否取代快闪存储器(flash memory)成为 主流的重要研发方向。然而如何能够利用相同的存储器半导体制造技术产生 存储器密度更高的非易失性存储器是重要的发展方向。

如图1a所示，美国INTEL公司的专利(US 6,501,111)以杯型加热电极 (Cup-Shaped Bottom Electrode)206为主体所实现的三维相变存储装置 (three-dimensional PCM，3D-PCM)212。已将相变材料207与下电极的接触 面积缩小成杯型加热电极206的宽度与相变材料207的接触面积，以提高存 储器密度。然而，上述的立体相变存储器架构，在单位存储器面积微小化时 会遇到瓶颈，较不适合微距解析度小于0.1μm以下的半导体光刻工艺。如图 1 b所示，美国STM公司的专利(EP 1339111)利用相变材料镀膜填入纳米尺寸 接触孔57或STM公司所称的微型沟槽(minitrench)58内，缩小相变材料与 杯型加热电极22的接触面积58，以达到提高存储器密度的需求。然而会有 孔尺寸太小时填不满最底部或出现两边侧壁薄膜顶端接合时出现填不满缝 隙(Seam)的问题。

因此需要一种相变存储器装置，以符合提高存储器密度的需求。

发明内容

本发明提供一种相变存储器装置，包括：基板；电极层，形成于上述基 板上；相变存储器结构，形成于上述电极层上，且电连接至上述电极层，其 中上述相变存储器结构包括：杯形加热电极，设置于上述电极层上；绝缘层， 沿第一方向设置于上述杯形加热电极上，且部分覆盖上述杯形加热电极；电 极结构，沿第二方向设置于上述杯形加热电极上，且部分覆盖上述绝缘层和 上述杯形加热电极；一对双层间隙壁，设置于上述电极结构的一对侧壁上， 且部分覆盖上述杯形加热电极，上述双层间隙壁包括相变材料间隙壁和设置 于其侧壁上的绝缘材料间隙壁。

本发明提供一种相变存储器装置的制造方法，包括：提供基板，其上具 有电极层；在上述电极层上形成相变存储器结构，且电连接至上述电极层， 其中形成上述相变存储器结构包括：在上述电极层上形成杯形加热电极；在 上述杯形加热电极上沿第一方向形成绝缘层，且部分覆盖上述杯形加热电 极；在上述杯形加热电极上沿第二方向形成电极结构，且部分覆盖上述绝缘 层和上述杯形加热电极；在上述电极结构的一对侧壁上形成一对双层间隙 壁，且部分覆盖上述杯形加热电极，上述双层间隙壁包括相变材料间隙壁和 设置于其侧壁上的绝缘材料间隙壁。

本发明提供一种相变存储器装置，包括：基板；电极层，形成于上述基 板上；介电层，形成于上述电极层上；以及相变存储器结构，形成于上述介 电层中，且电连接至上述电极层，其中上述相变存储器结构包括：杯形加热 电极，设置于上述介电层的杯型开口中，其中上述杯形加热电极包括导电层， 上述导电层部分覆盖上述杯型开口的侧壁；电极结构，设置于上述杯形加热 电极上，且部分覆盖上述杯形加热电极；一对双层间隙壁，设置于上述电极 结构的一对侧壁上，且部分覆盖上述杯形加热电极，上述双层间隙壁包括相 变材料间隙壁和设置于其侧壁上的绝缘材料间隙壁。

本发明提供一种相变存储器装置的制造方法，包括：提供基板，其上具 有电极层；在该电极层上形成介电层；以及在该介电层中形成相变存储器结 构，且电连接至该电极层，其中形成该相变存储结构包括：在该介电层的杯 型开口中形成杯形加热电极，其中该杯形加热电极包括导电层，该导电层部 分覆盖该杯型开口的侧壁；在该杯形加热电极上形成电极结构，且部分覆盖 该杯形加热电极；以及在该电极结构的一对侧壁上形成一对双层间隙壁，且 部分覆盖该杯形加热电极，该双层间隙壁包括相变材料间隙壁和设置于其侧 壁上的绝缘材料间隙壁。

附图说明

图1a、1b为现有的相变存储器装置。

图2a、3a、4a、5a、6a、7a、8a、9a、10a、11a、12a、13a、14a和15a 为本发明第一实施例的相变存储器装置的制造工艺俯视图。