相变化记忆体及其制造方法_4

文档序号:9728996阅读:来源:国知局
]实施方式4
[0073]实施方式4包含实施方式1所述的操作10-50,相较于实施方式1,实施方式4的其中一个不同之处是,实施方式4在操作20所形成的图案化加热材料层具有不同的上视轮廓。图12至图14C绘示实施方式4的图案化加热材料层430于不同制造阶段中的示意图,其中图12及图13为上视示意图,图14A-图14C为剖面示意图。在图12至图14C中,相同或相似于实施方式1的元件用相同的元件符号表示。如图12所示,实施方式4的图案化加热材料层430包括第一宽部430x、第二宽部430y、第一窄部430z以及第二窄部430z ’,第一窄部430z及第二窄部430z’桥接第一宽部430x与第二宽部430y,且第一宽部430x的宽度D4及第二宽部230y的宽度D5大于第一窄部430z的宽度D6及/或第二窄部430z ’的宽度D7。具体而言,图案化加热材料层430的上视图案为具有一开口的矩形。
[0074]图13绘示本实施方式4于执行操作40及操作50之后的上视示意图。相较于实施方式1,实施方式4的另一个不同之处是,实施方式4的操作40包含移除第一窄部430z的一部分及第二窄部430z ’的一部分而形成第一凹口 151。此外,第一凹口 151将图案化加热材料层430断开,而形成第一加热元件431以及第二加热元件432。第一加热元件431包含一宽部431x、第一窄部431z以及第二窄部431z’,第一窄部431z及第二窄部431z’从宽部431x延伸到相变化元件160的第一侧壁160b。宽部431x的宽度D4(标示在图12)大于第一窄部431z的宽度D6及第二窄部431z ’的宽度D7。在形成第一凹口 151后,在第一凹口 151内形成相变化元件160(即-执行操作50)。执行操作50之后,实施方式4可选择性地包含图1B绘示的操作60、操作70及操作80。
[0075]图14A及图14B分别绘示本实施方式4所制得的相变化记忆体400沿图13中AA’线段位置及BB’线段位置的剖面图。实施方式4的相变化记忆体400包括第一导电接触结构120、第一加热元件431、第二加热元件432、相变化元件160以及第二导电接触结构170。第一加热元件431的宽部431x位于第一导电接触结构120的顶面120a上。第一加热元件431的宽部431x、第一窄部431z以及第二窄部431z’在同一高度上横向延伸,第一窄部431z及第二窄部431z’从宽部431x横向延伸至超越顶面120a的位置P。第二加热元件432在与位置P实质上相同的一高度Η上横向延伸,并且第二加热元件432与第一加热元件431间隔一间距S。相变化元件160配置于第一加热元件431与第二加热元件432之间的间距S。相变化元件160包含第一侧壁160b以及第二侧壁160b’,分别接触第一加热元件431的一边缘431b及第二加热元件432的边缘432b。第二导电接触结构170配置于第二加热元件432上,并且接触第二加热元件432。
[0076]图14C绘示图14B中的区域C的局部放大图,于本实施方式4的某些实施例中,操作40可更进一步包含蚀刻第一凹口 151内的第一介电层111的侧壁及第二介电层112的侧壁,使得第一加热元件431的边缘431b、431b’凸出第一凹口 151的侧壁。如此一来,在执行操作50所述的形成相变化元件之后,第一加热元件431的边缘431b、431b’便得以嵌入相变化元件160的第一侧壁160b。第一加热元件431嵌入相变化元件160的长度DL可约为第一加热元件431的厚度DT的约1/5至约1/20,例如为约1/6、约1/7、约1/8、约1/10、约1/12、约1/15、或约1 /18。加热元件的边缘嵌入相变化元件的侧壁可改善相变化记忆体运作时,因为高温而使相变化元件160产生形变所导致的接触不良的问题,进一步确保相变化记忆的可靠度。
[0077]请回到图12及图13,因为第一加热元件431的宽部431x的宽度D4大于第一窄部431z的宽度D6及第二窄部431z’的宽度D7的总和,当电流由宽部431x传递至第一窄部431z及第二窄部431z ’时,第一窄部431z及第二窄部431z ’的电流密度得以提高,所以第一窄部431z的边缘431b及第二窄部431z’的边缘431b’具有很大的电流密度,有助于让相变化元件160快速地发生晶相改变,从而能够提高写入数据的速度及可靠度。再者,由于第一加热元件431与相变化元件160之间具有两个接触点(S卩-边缘431b、431b’),因此当其中一个接点接触不良时,电流能够从另一个接点传递到相变化元件160,使相变化记忆体维持正常的运作。
[0078]实施方式5
[0079]实施方式5与实施方式4相似,两者不同之处在于,实施方式5的第一加热元件及第二加热元件各自包含相互堆叠的多个子结构层,这些子结构层与前文实施方式3所述的内容相同。本实施方式5的相变化记忆体的上视图类似于实施方式4绘示的第13图。
[0080]图15A及图15B绘示本发明实施方式5的相变化记忆体500的剖面示意图,其中图15A绘示沿第13图中AA’线段位置的剖面示意图,图15B绘示沿第13图中BB’线段位置的剖面示意图。在图15A及图15B中,相同或相似于实施方式4的元件用相同的元件符号表示。简言的,实施方式5的相变化记忆体500包括第一导电接触结构120、第一加热元件531、第二加热元件532、相变化元件160以及第二导电接触结构170。第一加热元件531包含上下堆叠的多个子结构层5311、5312、5313。类似地,第二加热元件532包含上下堆叠的多个子结构层5321、5322、5323。在这些子结构层中,至少两个相邻的子结构层的材料彼此相异,让两相邻的子结构层的材料之间存在一电阻率差值。在多个实施例中,此电阻率差值为这些子结构层中具有最小电阻率的材料的约3倍至约80倍。上述两相邻子结构层之间的电阻率差值,让两相邻子结构层之间的界面处形成更高的电阻率,所以当电流通过此界面处时,能够产生更高的温度,而有利于促使相变化元件160发生晶相改变。根据本发明的多个实施方式,上述各子结构层的材料、厚度及其他特征或功能可与前文关于实施方式3所述的内容相同。[0081 ]实施方式6
[0082]实施方式6类似于前文的实施方式2,相较于实施方式2,本实施方式6的其中一个不同之处在于,实施方式6在操作20所形成的图案化加热材料层的上视轮廓不同。图16A绘示本实施方式6的相变化记忆体600的上视示意图,图16B绘示图16A中沿AA’线段的剖面示意图。为附图清楚的目的,图16A省略相变化元件160上方的其他元件。在图16A及图16B中,相同或相似于实施方式2的元件用相同的元件符号表示。实施方式6的图案化加热材料层的包含宽部631x以及窄部631z。换言之,相较于实施方式2的图10A,本实施方式6的图案化加热材料层不包含第10A图绘示的第二宽部230y。在实施方式6的一实施方式中,第一凹口 151与窄部631z的一部分重叠,因此形成第一凹口 151的操作中会移除窄部631z的一部分,让窄部631z的侧壁631b从第一凹口 151露出。然后,在第一凹口 151中形成相变化元件160,因此让相变化元件160能够接触窄部631z露出的侧壁631b。之后,在相变化元件160上方形成第二导电接触结构670。
[0083]相较于实施方式2,本实施方式6的另一个不同之处在于,所形成的加热元件631包含上下堆叠的多个子结构层6311、6312、6313。上述各子结构层的材料、厚度及其他特征或功能可与前文关于实施方式3所述的内容相同。
[0084]因此,实施方式6提供一种相变化记忆体600,其包含第一导电接触结构120、加热元件631、相变化元件160以及第二导电接触结构670。加热元件631包含宽部631x以及窄部631z,宽部631x位于第一导电接触结构120的顶面120a上,窄部631z从宽部631x横向延伸出顶面120a,并且宽部631x的宽度D1大于窄部631z的宽度D3。相变化元件160包含侧壁160b,侧壁160b实体接触加热元件631的窄部631z。第二导电接触结构670配置于相变化元件160上,且接触相变化元件160的顶面160a。于本实施方式6中,加热元件631于一上视图中呈现“凸,,字形。
[0085]因为加热元件631的窄部631z的宽度小于宽部631x的宽度,当电流由宽部631x传递至窄部631z时,电流密度得以提高,所以窄部631z的边缘631b具有很大的电流密度,有助于让相变化元件160快速地发生晶相改变,从而能够提高写入数据的速度及可靠度。
[0086]此外,在本实施方式6的另一实施方式中,上述加热元件631的窄部631z的边缘631b可以嵌入相变化元件160的侧壁160b中,窄部631z的边缘631b嵌入侧壁160b的长度及其他的细节或特征,可与前文关于图14C所述的内容相同。
[0087]实施方式7
[0088]实施方式7与实施方式6相似,两者不同之处在于,实施方式7的加热元件的上视轮廓不同。图17A绘示本实施方式7的相变化记忆体700的上视示意图,图17B绘示图17A中沿BB’线段的剖面示意图。为附图清楚的目的,图17A省略相变化元件160上方的其他元件。在图17A及图17B中,相同或相似于实施方式6的元件用相同的元件符号表示。
[0089]参见图17A及图17B,相变化记忆体700包括第一导电接触结构120、加热元件731、相变化元件160以及第二导电接触结构770。加热元件731包含宽部731x、第一窄部731z及第二窄部731z’。宽部731x位于第一导电接触结构120的顶面120a上,第一窄部731z及第二窄部731z’从宽部731x横向延伸出顶面120a,并且宽部731x的宽度D4大于第一窄部731z的宽度D6及第二窄部731z’的宽度D7。相变化元件160包含侧壁160b,第一窄部731z的边缘73
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