[发明专利]相变化存储器元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储器元件及其制造方法，特别涉及一种相变化存储器元件及其制造方法。

背景技术

相变化存储器具有速度、功率、容量、可靠度、工艺整合度和成本等具竞争力的特性，为适合用来作为较高密度的独立式或嵌入式的存储器应用。由于相变化存储器技术的独特优势，使其被认为非常有可能取代目前商业化极具竞争性的静态存储器SRAM与动态随机存储器DRAM等挥发性存储器，与快闪存储器Flash的非挥发性存储器技术，可望成为未来极具潜力的新世代半导体存储器。

为使相变化存储器正确操作，其需要高可靠度、高速度、低电流、低电压的操作条件。现今相变化存储技术针对金属电极和相变化材料接触的界面进行加热，然而，此方法效率较差，且进行编程约需要数百纳秒(nanosecond)的时间，和约不小于0.5mA的电流。另外，上述低效率的加热步骤会使得相变化区的温度分布不均匀，造成编程的相变化不完全，因而减少可靠度。因此，需要一种不包含上述缺点的相变化存储单元结构。

发明内容

根据上述问题，本发明提供一种相变化存储器元件。该相变化存储器元件包括第二导电间隙壁位于第一导电间隙壁下方。相变化层，包括第一部分和第二部分，其中第一部分大体上平行第一和第二导电间隙壁，第二部分位于第二导电间隙壁上，其中第二导电间隙壁经由相变化层的第二部分，电性连接第一导电间隙壁。

本发明提供一种相变化存储器元件。该相变化存储器元件包括第一介电层包括第一开口和位于第一开口下的第二开口，其中第一开口的宽度大于第二开口的宽度。第一导电间隙壁，位于第一开口的侧壁，第二导电间隙壁，位于第二开口的侧壁。相变化层至少覆盖第一和第二导电间隙壁的侧壁，和第二导电间隙壁的顶部，第二介电层，位于相变化层上。

本发明提供一种相变化存储器元件的制造方法。该相变化存储器元件的制造方法包括形成第一介电层于下电极上；图形化第一介电层，形成第一开口，并扩大第一开口；图形化第一介电层，形成位于第一开口下的第二开口；形成导电间隙壁层，于第一介电层上和第一和第二开口中；以各向异性蚀刻方法蚀刻导电间隙壁层；顺应性沉积相变化层于第一和第二开口中；以及形成第二介电层于相变化层上。

附图说明

图1A至图1J显示本发明一实施例的相变化存储器元件中间工艺剖面图。

图1K显示本发明一实施例相变化存储器元件的操作机制。

附图标记说明

102～下电极          104～第一介电层

106～第一开口        107～垂直部分

108～光致抗蚀剂图案  109～水平部分

110～第二开口        112～开口结构

114～导电间隙壁层    116～介电间隙壁层

118～第一导电间隙壁  120～第一介电间隙壁

122～第二导电间隙壁  124～第二介电间隙壁

126～相变化层        128～保护层

130～第二介电层      132～第一插塞

134～第二插塞        136～上电极

191～电流            193～有源区

具体实施方式

以下详细讨论本发明实施例的制造和使用，然而，根据本发明的概念，其可包括或运用于更广泛的技术范围。须注意的是，实施例仅用以揭示本发明制造和使用的特定方法，并不用以限定本发明。请注意，在本发明的实施例中，类似或对应的单元使用相同的标号。

在一般相变化存储单元中，主要电阻单元可以采用相变化材料本身或外部的加热单元，但由于外部加热单元热均匀度较差(例如温度随着与加热单元的距离增加而减少)，本发明的实施例不设置外部加热单元，而使用相变化材料作为主要电阻。为了减少元件的编程电流和电压，本实施例将相变化体积最小化，且为使加热不均匀最小化。本实施例的相变化单元不和散热(heat sink)单元路径直接接触。本实施例于上金属接触和下金属接触间设置侧向补偿，以增加热损失路径的热阻抗。