[发明专利]相变化存储器及其制造方法

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，可用于作为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世代新存储器。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世代半导体存储器。

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、高稳定度、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像变化，如此一来会造成电子迁移产生影响到元件稳定度。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。

热散失主要是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。相变化材料主要是作为有源层，因此不会将其用来作为周遭介电层的材料。然而，请参照图1，显示传统相变化存储器，包含下电极10、介电材料层11、加热电极12、及相变化材料层13。其相变化材料层13与加热电极12的接触界面，主要发生相变化的区域，而该加热电极12的上表面与环绕在以旁边的介电材料11(例如氧化硅或氮化硅)共平面，由于传统的介电材料11其热传导系数一般高于1.4W/m-K，因此当主要发生相变化区域14过于接近介电材料层11时，该发生相变化区域14内的热，很容易通过介电材料层11转移至外界。

因此，为解决上述问题，设计出全新的相变化存储器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

可降低相变化材料层热散失结构的相变化存储器，其利用具有延伸部的加热源，该延伸部楔入相变化层，使得相变化层发生相变化的区域不与介电层接触，让热不易通过具有较高导热系数的介电层向周遭环境散失。该相变化存储器，包含相变化材料层及加热源，其中该相变化材料层具有凹陷部，而该加热源具有延伸部，值得注意的是，该加热源的延伸部楔入该相变化材料层的凹陷部。

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；介电层，该介电层形成于该下电极之上；开口，该开口贯穿该介电层，以露出该下电极；加热源，该加热源形成于该开口内并与该下电极接触，其中该加热源具有延伸部，延伸出该开口；以及相变化材料层，该相变化材料层具有凹陷部，其中该加热源的延伸部楔入该相变化材料层的凹陷部。

此外，本发明亦提供形成该相变化存储器的方法，该方法包含:形成介电层于下电极之上；形成开口贯穿该介电层并露出该下电极；形成加热源于该开口内并与该下电极接触，其中该加热源的上表面与该介电层的上表面共平面；移除部分该介电层，以使该加热源的上表面超出余留的介电层的上表面，构成加热源延伸部；以及形成相变化材料层于该加热源之上，其中该相变化材料层具有凹陷部，且该加热源的延伸部楔入该相变化材料层的凹陷部。

此外，依据本发明的另一实施例，该相变化存储器的制造方法，包含：形成第一介电层于下电极之上；形成开口贯穿该介电层并露出该下电极；形成杯状加热源于该开口，并以第二介电层填满该开口；移除部分该第一及第二介电层，以使该杯状加热源的上表面超出余留的第一及第二介电层的上表面，构成加热源延伸部；以及形成相变化材料层于该加热源之上，其中该相变化材料层具有凹陷部，且该加热源的延伸部楔入该相变化材料层的凹陷部。