[发明专利]相变存储器结构及其制造方法

说明书

本发明实施例涉及一种相变存储器结构及其制造方法。本发明实施例涉及一种相变存储器结构，包含晶体管区域、位于所述晶体管区域上方的相变材料、位于所述晶体管区域上方并与所述相变材料接触的加热器以及围绕所述加热器及所述相变材料的电介质层。所述加热器包含具有第一热传导率的第一材料以及具有第二热传导率的第二材料，所述第一材料位于所述加热器的外围，所述第二热传导率大于所述第一热传导率，所述第二材料位于所述加热器的中心。本揭露还提供用以制造上述的相变存储器结构的方法。

技术领域

本发明实施例涉及相变存储器结构及其制造方法。

背景技术

相变技术对下几代的存储器来说是有展望的。它使用硫化物半导体以存储多种状态。硫化物半导体还称为相变材料，其具有结晶态及非晶态。在结晶态时，相变材料具有低电阻，在非晶态时，相变材料具有高电阻。相变材料结晶态及非晶态的电阻比值通常大于1000，因此相变存储器装置不太可能产生读取错误。硫化物材料针对结晶态及非晶态在一定的温度范围是稳定的，且可通过电脉冲而在两态之间切换。一种存储器装置类型使用硫化物半导体中的相变化原理，其通常被称为相变随机存取存储器(phase change randomaccess memory，以下简称为PCRAM)。

PCRAM具有几个操作及工程的优点，包含高速度、低耗能、非易失性、高密度以及低成本。举例来说，PCRAM装置并不易失且可快速写入，例如于少于50纳秒的时间内。PCRAM元件可具有高密度。此外，PCRAM存储器元件相容于互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor,CMOS)逻辑，且相比于其它类型的存储器元件，其一般来说可以低成本制造。

相变材料形成于顶端电极与底部电极接点之间。在重置步骤中，当电流通过相变材料时，相变材料可加热到高于熔化温度的温度。温度接着快速降到结晶温度以下。相变材料的一部分变为具有高电阻的非晶态，因此PCRAM元件变为高电阻态。通过将相变材料加热到高于结晶温度但低于融化温度的温度一定时间，区域可重置回结晶态。

发明内容

本发明的实施例揭露一种相变存储器结构，包含晶体管区域、位于所述晶体管区域上方的相变材料、位于所述晶体管区域上方并与所述相变材料接触的加热器以及围绕所述加热器及所述相变材料的电介质层。所述加热器包含具有第一热传导率的第一材料以及具有第二热传导率的第二材料，所述第一材料位于所述加热器的外围，所述第二热传导率大于所述第一热传导率，所述第二材料位于所述加热器的中心。

本发明的另一实施例揭露一种半导体装置，包含晶体管、位于所述晶体管上方的第一金属化层、位于所述第一金属化层上方的相变材料、位于所述相变材料上方的第二金属化层、位于所述第一金属化层及所述第二金属化层之间的电介质层，以及位于所述电介质层中并与所述相变材料接触的加热器。所述电介质层围绕所述相变材料。其中所述加热器包含热绝缘壳及热传导核心，所述热绝缘壳阻挡热从热传导核心耗散。

本发明的又一实施例揭露一种制造相变存储器结构的方法，所述方法包含形成底部电极、形成位于所述底部电极上方的电介质层、于所述接触沟槽的侧壁及底部形成具有有效的第一热传导率的隔热层、以具有第二热传导率的导热材料填充所述接触沟槽、平坦化所述第一材料、所述第二材料以及所述电介质层以形成所述第一材料、所述第二材料以及所述电介质层的共平面表面，以及形成位于所述共平面表面的上方并与所述共平面表面接触的相变材料。所述电介质层被图案化上接触沟槽。所述第二热传导率大于所述有效的第一热传导率。

附图说明

以下附图通过实例的方式展示一个或多个实施例，但本揭露不限于这些实施例，其中，在本文中具有相同参考标号的元件指涉相同的元件。除非另有相反揭露，否则附图并非按照比例绘制。

图1是根据本揭露的一些实施例的半导体结构的剖面图。

图2是根据本揭露的一些实施例的半导体结构的剖面图。