相变化记忆体及其制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明是有关于一种相变化记忆体及其制造方法。
【背景技术】
[0002]电子产品(例如:手机、平板电脑以及数字相机)常具有储存数据的记忆体元件。已知记忆体元件可透过记忆体单元上的储存节点储存信息。其中，相变化记忆体利用记忆体元件的电阻状态(例如高阻值与低阻值)来储存信息。记忆体元件可具有一可在不同相态(例如:晶相与非晶相)之间转换的材料。不同相态使得记忆体单元具有不同电阻值的电阻状态，以用于表示储存数据的不同数值。
[0003]相变化记忆体单元在操作时，可施加电流使得记忆体元件的温度提升以改变材料的相态。但目前现有的相变化记忆体中的加热器与相变化材料之间的接触面积较大，使得相变化记忆体的重置电流较高。虽然可利用微影与蚀刻制程，形成顶面积较小的柱状加热器，以柱状加热器的顶面与相变化材料相互接触，但微影制程仍有其极限，且蚀刻制程的难度也高，故不易精准控制柱状加热器的特征尺寸。因此，如何能够使加热器与相变化材料之间的接触面积更小成为本技术领域的重要课题之一。
【发明内容】
[0004]本发明的一方面在于提供一种制造相变化记忆体的方法，包含下列步骤。形成一图案化绝缘层至一下电极与一介电层上，且图案化绝缘层具有一开口暴露下电极。形成一间隙壁于开口的侧壁，并形成一阻障墙覆盖间隙壁的侧壁与开口的底部。形成一加热墙至开口的剩余部分中，并移除部分的阻障墙与部分的加热墙，以形成一阻障件与一加热器。
[0005]在本发明的一或多个实施方式中，形成间隙壁于开口的侧壁的步骤包含:形成一罩幕层共形地覆盖图案化绝缘层以及开口的侧壁与底部，并非等向性地移除罩幕层，以自罩幕层形成间隙壁于开口的侧壁。
[0006]在本发明的一或多个实施方式中，形成阻障墙覆盖间隙壁的侧壁与开口的底部与形成加热墙至开口的剩余部分中的步骤包含:形成一阻障材料层共形的覆盖图案化绝缘层、间隙壁的上表面与侧壁、及开口的底部。形成一加热材料层覆盖阻障材料层，且部分的加热材料层填充至开口的剩余部分中。研磨阻障材料层与加热材料层，以形成阻障墙与加热墙于此开口中。
[0007]在本发明的一或多个实施方式中，制造相变化记忆体的方法还包含研磨图案化绝缘层与间隙壁，以使图案化绝缘层与间隙壁的上表面与该加热墙的上表面为共平面。
[0008]在本发明的一或多个实施方式中，移除部分的阻障墙与加热墙的步骤包含:增加图案化绝缘层的厚度以覆盖加热墙与阻障墙，并沉积一导电材料至图案化绝缘层上。移除部分的图案化绝缘层与部分的导电材料，以形成一第一绝缘层与一上电极。移除部分的阻障墙与部分的加热墙，以形成阻障件与加热器，且第一绝缘层暴露加热器的一侧面。
[0009]在本发明的一或多个实施方式中，制造相变化记忆体的方法还包含下列步骤。沉积一相变化层共形地覆盖第一绝缘层与上电极，以及非等向性移除上电极上方的相变化层，以形成环状相变化层围绕第一绝缘层与上电极。
[0010]在本发明的一或多个实施方式中，制造相变化记忆体的方法还包含下列步骤。沉积一第二绝缘层覆盖上电极与环状相变化层，并对第二绝缘层、上电极及环状相变化层进行一平坦化制程。
[0011]在本发明的一或多个实施方式中，阻障层包含氮化钽，而加热材料层包含氮化钛。
[0012]在本发明的一或多个实施方式中，形成环状相变化层围绕第一绝缘层与上电极的步骤包含:沉积一相变化层共形地覆盖第一绝缘层与上电极；以及非等向性移除上电极上方的相变化层，以形成环状相变化层围绕第一绝缘层与上电极。
[0013]在本发明的一或多个实施方式中，还包含下列步骤。沉积一第二绝缘层覆盖上电极与环状相变化层，并对第二绝缘层、上电极及环状相变化层进行一平坦化制程。
[0014]本发明的另一方面在于提供一种相变化记忆体，包含主动元件、下电极、阻障件、加热器、第一绝缘层、上电极以及环状相变化层。下电极耦接主动元件，阻障件位于下电极上方，而加热器嵌于阻障件中。第一绝缘层覆盖加热器与阻障件，而上电极位于第一绝缘层上方。环状相变化层围绕第一绝缘层与上电极，且环状相变化层接触加热器的至少一侧面。
[0015]在本发明的一或多个实施方式中，相变化记忆体还包含至少两间隙壁，其中第一绝缘层覆盖这些间隙壁，且阻障件与加热器夹设于这些间隙壁之间。
【附图说明】
[0016]图1A为依照本发明数个实施例的相变化记忆体的剖面示意图；
[0017]图1B绘示图1A中部分结构的立体示意图；
[0018]图2、3、4、5、6A、7、8A、9、10、11与12为依照本发明数个实施方式的制造相变化记忆体的方法，在制程各个阶段的剖面示意图；
[0019]图6B绘示图6A的制程中间结构的上视示意图；
[0020]图8B绘示图8A的制程中间结构的上视示意图。
【具体实施方式】
[0021]如先前技术所述，目前现有的相变化记忆体中的加热器与相变化材料之间的接触面积较大，使相变化记忆体的重置电流较高。虽然可利用微影与蚀刻制程，形成顶面积较小的柱状加热器，以柱状加热器的顶面与相变化材料相互接触，但微影制程仍有其极限，且蚀刻制程的难度也高，故不易精准控制柱状加热器的特征尺寸。
[0022]因此，本发明提供一种相变化记忆体，包含加热器与环状相变化层。加热器与环状相变化层之间的接触面积约为加热器的侧面宽度乘以厚度。在加热层的厚度很薄的情况下，接触面积很小，使相变化记忆体可具有极低的重置电流，从而有效解决先前技术所述的问题。
[0023]此外，形成本发明的加热器的制程不会遭遇到形成柱状加热器所面临的微影制程的极限及蚀刻制程的难度等问题。换言之，相较于形成柱状加热器，形成本发明的加热器的制程较容易控制，而可有效控制加热器的特征尺寸。以下将详细说明本发明的相变化记忆体及其制造方法的各种实施例。
[0024]图1A为依照本发明数个实施例的相变化记忆体100的剖面示意图。如图1Α所示，相变化记忆体100包含主动元件120、下电极140、阻障件152、加热器154、第一绝缘层160、环状相变化层165以及上电极170。主动元件120位于基板110中，且在本实施方式中，主动元件120为晶体管(transistor)，其包含源极122、漏极124与栅极126，源极122与漏极124是位于基板110的掺杂区中，而栅极126设置于基板110上并位于源极122与漏极124之间。在本发明的其他部分实施方式中，基板110中还具有浅沟渠隔离(shallow trench isolat1n,STI)结构112以电性分离相邻的主动元件120。在本发明的其他部分实施方式中，基板110的材质包含硅或其他半导体元素，如锗或II1-V族元素，但不以此为限，而浅沟渠隔离结构112的材质包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他合适的绝缘材料。
[0025]相变化记忆体100还具有一介电层130位于基板110上并覆盖主动元件120，且介电层130中还具有多个导电接触135，这些导电接触135位于漏极124上方并接触漏极124，以连接至基板110中的主动元件120。在本发明的部分实施例中，导电接触135包含金属、金属化合物或其组合，例如钛、钽、妈、招、铜、钼、铀、氮化钛、氮化钽、碳化钽、氮化钽硅、氮化钨、氮化钼、氮氧化钼、氧化钌、钛铝、氮化钛铝、碳氮化钽、其他合适的材料或其组合。
[0026]下电极140则位于导电接触135上以透过导电接触135耦接主动元件120。在本发明的部分实施例中，下电极140包含钛、氮化钛、氮化钽、氮化铝钛、氮化铝钽、或其组合。
[0027]阻障件152位于下电极140上方并接触下电极140，而加热器154则嵌于阻障件152中。且如图1A所示，阻障件152的截面轮廓为U型，也就是说阻障件152覆盖加热器154的侧面，并延伸至加热器154与下电极140之间。此外，加热器154的截面宽度W与厚度T越小越好。在本发明的部分实施方式中，加热器154的截面宽度W介于25纳米至30纳米之间，而加热器154的厚度T小于或等于3纳米，甚至小于或等于2.5纳米、2纳米、1.5纳米或1纳米，但不限于此。
[0028]在本发明的部分实施方式中，阻障件152包含氮化钽、氮化铝钽或其组合，其具有较低的热传导性，而能提升制备的相变化记忆体100的电性。在本发明的部分实施方式中，加热器154包含钛、氮化钛、氮化钽、氮化铝钛、氮化铝钽或其组合。在本发明的其他部分实施方式中，阻障件152包含氮化钽，而加热器154包含氮化钛。
[0029]在本发明的部分实施方式中，相变化记忆体100中还包含至少两间隙壁156，且阻障件152与加热器154夹设于这些间隙壁156之间。
[0030]接着请同时参阅图1A与图1B，图1B绘示图1A中部分结构的立体示意图。如图1A与图1B所示，第一绝缘层160位于下电极140上方并覆盖阻障件152与加热器154，但第一绝缘层160并未完全覆盖此加热器154，而暴露出加热器154的侧面154a。上电极170位于第一绝缘层160上方，而环状相变化层165则围绕绝缘层160与上电极170，且环状相变化层165接触加热器154的至少一侧面154a。具体而言，当主动元件