于图案定义层152上表面154的硬遮罩材料层150a以及位于开孔153的底部的硬遮罩材料层150a等两个部分。由于使用非等向性蚀刻技术，沉积在图案定义层152侧壁153a上的硬遮罩材料层能够被保留而形成图案化硬遮罩150。
[0047]在图12A中，移除图案定义层152，并在加热材料层140a上留下图案化硬遮罩150。例如，可以使用湿蚀刻方式移除图案定义层152，而留下图案化硬遮罩150。从垂直半导体基材102的方向上观察，图案化硬遮罩150与第一电极130 (或第二凹口 114)是至少部分重叠的。图12B绘示绘示根据本发明某些实施例的图案化硬遮罩150的立体示意图。如图12B所示，图案化硬遮罩150在加热材料层140a上延伸并横越第一电极130 (或第二凹口 114)的上方。在另外某些实施例中，图案化硬遮罩150可以只形成在第一电极130正上方投影的范围区域内，而不横越第一电极130(或第二凹口 114)。
[0048]在步骤43中，对加热材料层140a进行非等向性蚀刻蚀刻，而形成图案化加热材料层140b，如图13A所示。在步骤43中，除了将图案化硬遮罩150的图案移转至加热材料层140a，此步骤还会移除原本位于第二凹口 114 (標示在第12A及12B图中)内的加热材料层140a的一部分，并形成第三凹口 116。图13B绘示根据本发明某些实施例的图案化加热材料层140b及图案化硬遮罩150的立体示意图。图案化加热材料层140b从第一电极130穿过第三凹口 116向上延伸。
[0049]在步骤44中，形成填充层160a填充第三凹口 116，并覆盖图案化加热材料层140b的全部或一部分，如图14所示。在某些实施方式中，填充层160a可以完全覆盖图案化加热材料层140b以及其上的图案化硬遮罩150。在另外某些实施方式中，填充层160a可以仅覆盖图案化加热材料层140b的一部分，而非完全覆盖图案化加热材料层140b。举例而言，填充层160a的厚度可以略低于图案化加热材料层140b的顶部，而露出图案化加热材料层140b的顶部。在其他实施方式，图案化加热材料层140b延伸超出第三凹口 116的长度为H，填充层160a覆盖图案化加热材料层140b的1/2H至H的高度，填充层160a覆盖图案化加热材料层140b的高度有可能影响后续步骤45的执行。例如，如果填充层160a覆盖图案化加热材料层140b的高度不够，可能会降低后续步骤45的合格率，但是若填充层160a的厚度太厚，则可能会无实益地的延长制程所需时间。
[0050]在步骤45中，移除图案化硬遮罩150、一部分的填充层160a以及一部分的图案化加热材料层140b，而形成加热元件140以及填充结构160，如图15A所示。在某些实施方式中，使用化学机械研磨制程移除图案化硬遮罩150、部分的填充层160a以及部分的图案化加热材料层140b，而暴露出介电层110。所形成的加热元件140由第一电极130向上延伸，而且加热元件140的顶部140t露出填充结构160。加热元件140具有较高的电阻值，当电流通过加热元件140时，加热元件140会将一部分的电能转变成热能，因此产生热量。在一实施方式中，加热元件140的顶部140t、填充结构160的上表面160t以及介电层110的上表面IlOt是实质上齐平的。在某些实施方式中，如图15A所示，加热元件140仅形成在漏极区域106D上方的第一电极130d，而源极区域106S上方的第一电极130s上并没有形成加热元件140。在执行上述步骤41、步骤42、步骤43、步骤44及步骤45之后，即实现了前文所述的操作40。
[0051]图15B绘示本发明某些实施方式的加热元件140以及填充结构160的放大示意图。虽然第13A、13B、14及15A图绘示加热元件140的顶部与底部约略等宽，但是根据本发明的优选实施方式，加热元件140的纵截面较佳是梯形，如图15B所示。加热元件140的顶部140t宽度Zl小于加热元件140的底部140c宽度Z2。换言之，加热元件140的顶部140t的横截面积小于加热元件140的底部140c的横截面积。在某些实施例中，加热元件140的底部的宽度Z2为顶部的宽度Zl的3倍至20倍，例如为3、5、7、9、13、15、17或19倍。在考虑制程可行性与技术效果下，优选的加热元件140的底部宽度Z2为顶部宽度Zl的6倍至13倍。在另外某些实施例中，加热元件140的底部的宽度Z2为约40nm至约lOOnm，加热元件140的顶部的宽度Zl为约5nm至约10nm，加热元件140的高度为约30nm至约lOOnm。在其他实施例中，加热元件140的底部的宽度Z2实质上等于第一电极130的宽度。当加热元件140的纵截面是梯形时，提供许多突出的技术效果，下文将更详细叙述。
[0052]请回到图1A，方法I在操作40之后执行操作50。请同时参考图16，在操作50中，形成相变化元件170以及第二电极174于加热元件140以及填充结构160上，而形成一或多个相变化记忆体单元。相变化元件170夹设在加热元件140与第二电极174之间。在某些实施方式中，操作50包含下述步骤:依序沉积一层相变化材料层以及一层第二电极材料层在介电层110、加热元件140以及填充结构160上；然后对相变化材料层及第二电极材料层进行图案化制程(例如，微影蚀刻制程)，而形成图16绘示的相变化元件170以及第二电极174。在某些实施方式中，相变化材料层包含锗-锑-碲(GST)材料，例如Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2TVGe1Sb4Te^上述的组合或类似的材料。其他相变化材料可例如为GeTe、Sb2Te3、GaSb、InSb、Al_Te、Te-Sn-Se、Ge-Sb-Te、In-Sb-Te、Ge-Se-Ga、B1-Se-Sb、Ga-Se-Te、Sn-Sb-Te、In-Sb-Ge、Te-Ge-Sb-S、Te-Ge-Sn-O、Sb-Te-B1-Se、Te-Ge-Sn-Au、Pd-Te-Ge-Sn、In-Se-T1-Co、Ge-Sb-Te-Pd、Ag-1n-Sb-Te、Ge-Te-Sn-Pt、Ge-Te-Sn-N1、Ge-Te-Sn-Pd 及Ge-Sb-Se-Te。在某些实施方式中，第二电极材料层包含氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)^i(Ti)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)或上述材料的组合或类似的材料。在某些实施例中，相变化元件170和第二电极174具有实质上相同的上视图案。
[0053]相变化元件170会因为受热而发生相变化。在相变化记忆体运作中，电流从第一电极130通过加热元件140及相变化元件170传导到第二电极174时，加热元件140将一部分电能转变成热量，所产生的热量促使相变化元件170发生相的改变，例如从非晶相(amorphous)转变成多晶相(polycrystalline)或晶相(crystalline)，亦可从多晶相或晶相转变成非晶相。相变化元件170在不同的晶相具有不同的电阻值，经由侦测或读取相变化元件170的电阻值，便得以判断记忆体单元的数据型态。
[0054]请回到图15B，如前文所述，加热元件140的纵截面较佳是梯形。换言之，加热元件的顶部140t的横截面积小于加热元件的底部140c的横截面积。当