专利名称：相变化存储器装置及其制造方法
技术领域：
本发明有关于一种存储器元件及其制造方法，特别有关于一种相变化存 储单元、相变化存储阵列结构及其制作方法。
背景技术：
相变化存储器(Phase-Change Memory,简称PCM)具有非挥发性、高读 取信号、高密度、高擦写次数以及低工作电压/电流的特质，是相当有潜力的 存储器。为了满足高密度与降低电流密度的需求，传统相变化存储器的元件 设计法则为缩小存储单元与加热电极的接触面积，以降低操作电流，进一步 缩小晶体管的尺寸，达成高密度、大容量存储器装置的目的。然而碍于电流 控制元件(一般以MOS晶体管为例)所提供的电流密度有限，因此需缩小存 储单元与加热电极的接触面积。相变化材料至少可呈现两种固态相，包括结晶态及非结晶态， 一般利用 温度的改变结构来进行两态间的转换。结晶相结构由于具规则性的原子排 列，使其电阻较低。另一方面，非结晶相结构具有不规则的原子排列使其电 阻较高，结晶相结构与非结晶相结构之间的电阻差异可高达四个数量级以 上。因此，藉由简单的电性测量即可轻易区分出相变化材料的结晶态与非结 晶态的状态。在各种相变化材料中，含锗(Ge)、锑(Sb)与締(Te)的合金已广泛 应用至各种记录元件中。由于相变化材料的相转变为一种可逆反应，因此相变化材料用来当作存 储器材料时，是藉由非结晶状态与结晶状态两态之间的转换来进行存储。更 明确地说，可利用结晶态与非结晶态之间电阻的差异来写入或读取存储位阶 0与1。传统相变化存储阵列的特征为构成的存储单元阵列中，各个存储单元包 括一晶体管搭配一相变化存储材料层构件，又称1T-1R结构。美国专利第 US 6,429,064号、第US 6,605,821号、第US 6,707,087号皆揭露相变化存储 器结构，其共同特点为降低接触电极的厚度，以达到缩小元件的目的。更明确地说，相变化存储器所需的电流密度由相变化层与电极的接触面积所决 定。降低相变化层与电极的接触面积即降低相变化存储器所需的电流密度。 图1是显示传统相变化存储阵列的平面示意图。请参阅图l， 一半导体基板10具有晶体管阵列(未图示)由沿第一方向的导线20所串接。电极结构 32与各个晶体管元件电性相连。电极结构32为一方形金属墙结构，围绕在 一绝缘层34四周。 一相变化存储层40设置于电极结构32与绝缘层34上， 并且位于方形金属墙结构的一隅，以降低相变化存储层40与电极结构32的 接触面积。降低相变化层与电极的接触面积即降低相变化存储器所需的电流 密度。然而，于图l中，相变化存储层40为平面的区块，其与电极结构32的 接触面积，随着元件密度增加仍必须进一步缩小降低相变化层与电极的接触 面积。图2A-2C是显示另一种传统相变化存储阵列的示意图，其中图2A与2B 分别显示沿X方向与Y方向的剖面示意图，图2C为平面示意图。请参阅图 2A与2B， 一金属栓塞55设置于一介电层50的下半部中，金属栓塞55的 另一端与晶体管元件(未图示)连接。 一电极结构60设置于介电层50的上半部中，且与金属栓塞55电性相连。电极结构60为一方形金属墙结构，围绕 一绝缘层65。 一介电层72设置于介电层50上，具有长条状开口露出部分的 电极结构60。 一相变化存储层74设置于介电层72上并填入长条状开口 ，使 其与电极结构60的接触面积局限于长条状开口的宽度，因而进一步缩小相 变化层与电极的接触面积。金属导线76设置于相变化存储层74上，作为相 变化存储器的位线。保护层80设置于金属导线76上，以保护存储器结构。 为了更进一步增加相变化存储元件的集成度，因而需要进一步缩小相变 化层与电极的接触面积。再者，传统的相变化存储元件皆为一晶体管搭配一 相变化存储构件，又称1T-1R结构。1T-1R相变化存储器结构导致存储器元 件阵列空间未能有效利用，而限制相变化存储元件的集成度。发明内容有鉴于此，本发明提出一种相变化存储单元设计及存储阵列结构，利用 直立式电极结构与直立式相变化存储构件，缩小接触面积，并利用一电流控 制元件搭配两相变化存储单元结构(1T-2R结构)，达到缩小存储元件单位面积即增加集成度的效果。本发明提供一种相变化存储器装置，包括 一电流控制元件设置于一基 板上； 一直立式电极结构与该电流控制元件电性相连；以及一第一直立式存 储层与该直立式电极结构上下直立形式堆迭并于一第一接触点接触，其中该 直立式电极结构与该第一直立式存储层交会的第一接触点作为一第一相变 化存储单元作用的相变化位置。本发明另提供一种相变化存储器装置的制造方法，包括提供一基板具 有一电流控制元件于其上；形成一直立式电极结构于该基板上，且与该电流 控制元件电性相连；以及形成一直立式存储层于该直立式电极结构上，且以 直立形式堆迭作为一相变化存储单元作用的相变化位置。为使本发明之上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例， 并配合所附图式，作详细说明如下。
图l是显示传统相变化存储阵列的平面示意图；图2A-2C是显示另一种传统相变化存储阵列的示意图，其中图2A与2B 分别显示沿X方向与Y方向的剖面示意图，图2C为平面示意图； 图3是显示根据本发明实施例的一相变化存储器的示意图； 图4是显示根据本发明实施例的相变化存储器阵列的平面示意图； 图5A-14B是显示根据本发明第一实施例的相变化存储器阵列的制造方 法各步骤的示意图；7A-9C图分别显示本发明第 一实施例的形成直立式电极结构于基板上 步骤的示意图；图10A-12B分别显示本发明第一实施例的形成直立式存储层于直立式 电极结构上步骤的示意图；图13A-14B分别显示本发明第一实施例的形成位线连接直立式存储层 步骤的示意图；图15A-17C分别显示本发明第二实施例的形成直立式存储层于直立式 电极结构上步骤的示意图；图18A-19C分别显示本发明第二实施例的形成位线连接直立式存储层 步骤的示意图；图20是显示根据本发明实施例的相变化存储器阵列的 一样态的示意图； 图21是显示根据本发明实施例的相变化存储器阵列另 一样态的示意图；以及图22是显示根据本发明实施例的相变化存储器阵列另一样态的示意图。主要元件符号说明习知部分(图1~2)10 半导体基板；20~导线；32 电才及结构；34 绝纟彖层；40 相变化存储层；50 介电层；55 金属栓塞；60 电极结构；65~绝缘层；72 介电层；74 相变化存储层；76 j属导线；80 保护层。本案部分(图3 22)100 相变化存储器单元；110~基板；120 栅极；122~源极；124 漏极；130 导电栓塞；135 直立式电才及结构；140 直立式存储层；145 接触点；15CM立线；150a 第一位线；150b 第二位线；222、 224、 226 双极结型晶体管(BJT)的三个电极;115 第一介电层；132 第二介电层；133~开口；136 第三介电层；138 第四介电层；E 非等向性回蚀刻步骤；140a 第一直立式存储层； 140b 第二直立式存储层；140 ，~平行第 一 方向的两对向间隙壁的第二金属层;140" 平行第二方向的两对向间隙壁的第二金属层;142 间隙壁；1 离子注入法；146 第五介电层；246 第四介电层；238 第五介电层；240 顶金属层；257~接触窗；2584属栓塞；M11 -M22 相变化存储器；Nll 相变化存储器。
具体实施方式
本发明实施例所述的"相变化存储器"概指产品的最终型式，如包含控 制驱动电路的晶片(chip)。"存储器阵列'，指包括晶体管(transistor)以及相变化 存储元件的有序排列的群体，不含控制驱动电路的阵列部分。"相变化存储 元件"或"存储单元"指的是加热电极与相变化层的组合，如本发明的1T2R 结构为 一个晶体管搭配两个存储单元。为了增加相变化存储元件或存储单元的集成度，本发明提出一种相变化 存储单元设计及存储阵列结构，同时达成缩小接触面积以及缩小单位面积的效果。更明确地说，本发明藉由直立式加热电极与直立式相变化层，因此藉 由降低厚度的方式，得到最小的接触面积，达到降低操作电流的目的。另一方面，采用一个晶体管搭配两个存储单元(1T-2R)的型式，在不改变晶体管设计法则的前提下，可进一步缩小存储单元单位面积，达到存储密度加倍的效果。图3是显示根据本发明一实施例的一相变化存储单元的示意图。请参阅 图3， 一相变化存储单元100包括一电流控制元件设置于一基板110上。电 流控制元件可为一晶体管元件，例如MOS晶体管具有栅极120、源极122 与漏极124。 MOS晶体管的栅极120藉由沿第一方向的字线(word line, WL) 与其他MOS晶体管的栅极串连。直立式电极结构135与电流控制元件藉由 一导电栓塞130电性相连。 一直立式存储层140与直立式电极结构135上下 直立形式堆迭并于一接触点145接触，作为一相变化存储单元。 一位线(bit line, BL)150沿第二方向串接各直立式存储层140,其中第一方向与第二方 向实质上正交。图4是显示根据本发明实施例的相变化存储器阵列的平面示意图。于图 4中，由图3所示的相变化存储单元IOO构成的存储器阵列，藉由导电栓塞 130与基板110上对应的多个电流控制元件电性相连。多条字线120沿第一 方向串接各电流控制元件。多条第 一位线150a沿第二方向串接一组直立式 存储层140,多条第二位线150b与第一位线150a平行，串接另一组直立式 存储层140,其中第一方向与第二方向实质上正交。再请参阅图4，本发明一实施例的相变化存储器阵列具有一晶体管元件 阵列，作为电流控制元件，以其对应的导电栓塞130对照表示。晶体管元件 阵列包括一第 一组次晶体管阵列与 一第二组次晶体管阵列。第一组次晶体管 阵列位于(m, n)格子点的位置上，第二组次晶体管阵列位于(m+l/2, n+l/2)格 子点的位置上，其中m、 n为整数。更明确地说，第一组次晶体管阵列与第 二组次晶体管阵列成(1/2, 1/2)平移对称。图5A-14B是显示根据本发明第一实施例的相变化存储器阵列的制造方 法各步骤的示意图。首先，提供一基板110,包括任意型式的半导体基板， 于基板上具有一电流控制元件阵列。各电流控制元件的控制端(例如栅极)以 多条平行的字线串联，以及其输出端各连接一导电栓塞130。电流控制元件 包括晶体管元件，例如金属-氧化-半导体场效晶体管(MOSFET)、 PN结二极管(PN junction diode)以及双极结型晶体管(BJT)。图5A、 5B分别显示基板 110上具有金属-氧化-半导体场效晶体管(MOSFET)阵列的平面与剖面示意 图，MOS晶体管具有栅极120、源极122与漏极124。图6A、 6B分别显示 基板110上具有双极结型晶体管(BJT)阵列的平面与剖面示意图。双极结型晶 体管(BJT)包括pnp-型晶体管或npn-型晶体管，其三个电极各以标号222、 224、 226表示。于基板110上具有一第一介电层115,导电栓塞130设置于第一介电层 115中。图7A-9C分别显示本发明第一实施例的形成直立式电极结构于基板上 步骤的示意图。请参阅图7A-7C,形成一第二介电层132于第一介电层115 上，其沿剖面线7A-7A的剖面图如图7B所示，并进行光刻蚀刻步骤图案化 第二介电层132，以形成多个开口 133,对应并露出各导电栓塞130,其沿剖 面线7A-7A的剖面图如图7C所示。开口 133的型式可为任意形状，例如方 形。接着，请参阅图8A-8B，顺应性沉积第一金属层135于第二介电层132 与开口 133上，其沿剖面线8A-8A的剖面图如图8B所示。第一金属层135 可利用金属薄膜沉积技术形成，例如溅镀法、物理气相沉积法或化学气相沉 积法。第一金属层135的材质例如为高熔点的导电材料构成，包括过渡金属 元素、稀土金属元素、或上述金属元素的合金、氮化物、碳化物或氮碳化物。请参阅图9A-9C，沉积一第三介电层136于第一金属层135上并填满开 口 133,如图9A所示。接着，施以平坦化步骤，例如以化学机械研磨法(CMP) 移除第三介电层136与第一金属层135直至露出第二介电层132的表面如图 9B所示，以形成一方形金属墙结构135,作为相变化存储器的直立式电极结 构，如图9C所示。图10A-12B分别显示本发明第一实施例的形成直立式存储层于直立式 电极结构上步骤的示意图。请参阅图10A-10C，形成一第四介电层138于第 三介电层132上，其沿剖面线10A-10A的剖面图如图10B所示。接着，图 案化第四介电层138以形成一岛状结构，其型式可为任意形状，例如方形， 其沿剖面线10A-10A的剖面图如图IOC所示。岛状结构形成于方形金属墙 结构135上，且设置于方形金属墙结构135的一隅。请参阅图11A-11C，顺应性形成一第二金属层140于第四介电层138与13第三介电层136上，其沿剖面线11A-11A的剖面图如图IIB所示。接着， 施以非等向性回蚀刻步骤E,移除部分第二金属层，以形成一间隙壁金属结 构于方形岛状结构138的侧壁上，其沿剖面线11A-11A的剖面图如图11C 所示。第二金属层140由一相变化存储材料构成，通过控制生成相的状态达 到存储的作用。相变化存储材料包括III、 IV、 V、 VI族金属元素或上述金 属元素的合金。请参阅图12A-12B,将平行第二方向的两对向间隙壁142绝缘化，保留 平行第一方向的两对向间隙壁结构140为第二金属层，分别作为相变化存储 器的一第一直立式存储层140a与一第二直立式存储层140b，如图12A所示。 根据本发明的另一实施例,将间隙壁142绝缘化的步骤包括以斜方向离子注 入法I，以两侧斜方向将平行第二方向的两对向间隙壁注入氧或氮离子，使 其绝缘化，其沿剖面线12B-12B，的剖面图如图12B所示。两对向金属间隙壁结构140a与140b各为独立的单面金属墙结构，作为 直立式存储层。直立式存储层140a、 140b与直立式电极结构135上下直立 形式堆迭并分别于接触点接触，作为相变化存储单元。根据本发明的另一实 施例，直立式电极结构135与直立式存储层140a、 140b以厚度面直立交叉， 其交叉夹角包括垂直或非垂直。图13A-14B分别显示本发明第一实施例的形成位线连接直立式存储层 步骤的示意图。请参阅图13A-13C,沉积一第五介电层146于第四介电层132 与直立式存储层140a、 140b上并将其平坦化，其沿剖面线13A-13A的剖面 图如图13B所示。接着，施以光刻蚀刻步骤，图案化第五介电层146以形成沿第二方向的 多条平行沟槽147,并露出直立式存储层140a、 140b，其沿剖面线13A-13A 的剖面图如图13C所示。请参阅图14A-14B，沉积一第三金属层150于第五介电层146上，并填 入沟槽147。接着，施以光刻蚀刻步骤，图案化第三金属层150成为多条沿 第二方向的导线，作为相变化存储器装置的位线(bitline， BL)，其沿剖面线 14A-14A的剖面图如图14B所示。图15A-19C是显示根据本发明第二实施例的相变化存储器阵列的制造 方法各步骤的示意图。本发明第二实施例的相变化存储器阵列的制造方法与 第一实施例的相变化存储器阵列的图5A-9C步骤相同，为简明之故，在此省略相同的叙述。不同的处在于直立式存储层的形成步骤。图15A-17C分别显示本发明第二实施例的形成直立式存储层于直立式 电极结构上步骤的示意图。请参阅图15A-15C，形成一第四介电层246于第 三介电层132上，其沿剖面线15A-15A的剖面图如图15B所示。接着，沿 第二方向图案化第四介电层246以形成多条平行长条形岛状结构246。各长 条形岛状结构沿第二方向横跨各直立式电极结构135上，其沿剖面线 15A-15A的剖面图如图15C所示。请参阅图16A-16C,形成一第五介电层238于第三介电层132与第四介 电层246 (长条形岛状结构)上，该第五介电层238较第四介电层246有较高 的蚀刻率，并将第五介电层238平坦化，其沿剖面线16A-16A的剖面图如图 16B所示。接着，形成一顶金属层240于第五介电层238上。依序蚀刻顶金 属层240与第五介电层238，以图案化成一岛状结构，其型式可为任意形状， 例如方形。岛状结构形成相对于方形金属墙结构135的一隅，其沿剖面线 16A-16A的剖面图如图16C所示。请参阅图17A-17C，顺应性形成一第二金属层140于顶金属层240 (岛 状结构)与第四介电层246 (长条形岛状结构)上，其沿剖面线17A-17A的剖面 图如图17B所示。接着，施以非等向性回蚀刻步骤E,移除部分第二金属层 140，以形成一间隙壁金属结构于方形岛状结构的四周侧壁上，其沿剖面线 17A-17A的剖面图如图17C所示。第二金属层140系由一相变化存储材料构 成，通过控制生成相的状态达到存储的作用。相变化存储材料包括III、 IV、 V、 VI族金属元素或上述金属元素的合金。平行第二方向的两对向间隙壁的第二金属层140，与直立式电极结构之 间，因隔以第四介电层246 (长条形岛状结构)而电性绝缘，而平行第一方向 的两对向间隙壁的第二金属层140"，分别作为相变化存储器的第一直立式存 储层与第二直立式存储层，如图17A所示。图18A-19C分别显示本发明第二实施例的形成位线连接直立式存储层 步骤的示意图。请参阅图18A-18C,沉积一第六介电层256于顶金属层240 (岛状结构)与第四介电层246 (长条形岛状结构)上，并将其平坦化，其沿剖 面线18A-18A的剖面图如图18B所示。接着，施以光刻蚀刻步骤，图案化第六介电层256以形成多个接触窗257 露出顶金属层240,其沿剖面线18A-18A的剖面图如图18C所示。请参阅图19A-19C，沉积一第三金属层150于第六介电层256上，并填 入接触窗257形成接触栓258。接着，施以光刻蚀刻步骤，图案化第三金属 层150成为多条沿第二方向的导线，其沿剖面线19A-19A的剖面图如图19B 与图19C,作为相变化存储器装置的位线(bitline, BL)。
图20是显示根据本发明实施例的相变化存储器阵列的 一样态的示意图。 请参阅图20, —相变化存储器阵列，例如以四个相变化存储器M11-M22所 构成的方阵，各个相变化存储器皆为一个晶体管搭配一个存储单元(1T-1R) 的型式。各个相变化存储器的晶体管经一导电栓130连接直立式电极结构 135。一直立式存储层140与直立式电极结构135上下直立形式堆迭并于145 接触点作为相变化存储单元。字线120沿第一方向串接各晶体管以及位线 150第二方向串接各直立式存储层140。
图21是显示根据本发明实施例的相变化存储器阵列另 一样态的示意图。 请参阅图21, —相变化存储器阵列，例如以四个相变化存储器M11-M22所 构成的方阵，各个相变化存储器皆为 一个晶体管搭配两个存储单元(1 T-2R) 的型式。各个相变化存储器的晶体管经一导电栓130连接直立式电极结构 135。 一第一直立式存储层140a与直立式电极结构135上下直立形式堆迭， 并于接触点145a作为第一相变化存储单元。第二直立式存储层140b与直立 式电极结构135上下直立形式堆迭，并于接触点145b作为第二相变化存储 单元。字线120沿第一方向串接各晶体管。第一位线150a沿第二方向串接 各第一直立式存储层140a,以及第二位线150b沿第二方向串接各第二直立 式存储层140b。
图22是显示根据本发明实施例的相变化存储器阵列另 一样态的示意图。 请参阅图22， 一相变化存储器阵列，例如以四个相变化存储器M11-M22以 及相变化存储器Nll交错所构成的方阵，各个相变化存储器皆为一个晶体管 搭配两个存储单元(1T-2R)的型式。各个相变化存储器的晶体管经一导电栓 130连接直立式电极结构135。 一第一直立式存储层140a与直立式电极结构 135上下直立形式堆迭，并于接触点145a作为第一相变化存储单元。第二直 立式存储层140b与直立式电极结构135上下直立形式堆迭，并于接触点145b 作为第二相变化存储单元。字线120沿第一方向串接各晶体管。第一位线 150a沿第二方向串接各第一直立式存储层140a,以及第二位线150b沿第二 方向串接各第二直立式存储层140b。相变化存储器阵列包括一第一组次晶体管阵列(对应于导电栓130a-130d 的位置)与一第二组次晶体管阵列(对应于导电栓130e的位置)。第一组次晶 体管阵列位于(m, n)格子点的位置上，第二组次晶体管阵列位于(m+l/2， n+1/2) 格子点的位置上，其中m、 n为整数。更明确地说，第一组次晶体管阵列与 第二组次晶体管阵列成(1/2， 1/2)平移对称。
本发明的特征与优点在于利用直立式电极结构与直立式相变化存储构 件，缩小相变化存储单元的接触面积，并利用一晶体管搭配两相变化存储单 元结构(1T-2R结构)，达到缩小存储元件单位面积即增加集成度的效果。再 者，将两个晶体管次阵列搭配1T-2R存储单元结构，可进一步增加相变化存 储器的集成度。
本发明虽以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟 习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰， 因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种相变化存储器装置，包括电流控制元件，设置于基板上；直立式电极结构，与该电流控制元件电性相连；以及第一直立式存储层，与该直立式电极结构上下直立形式堆迭并于第一接触点接触，其中该直立式电极结构与该第一直立式存储层交会的第一接触点作为第一相变化存储单元。
2. 如权利要求1所述的相变化存储器装置，其中该直立式电极结构为金 属墙结构。
3. 如权利要求2所述的相变化存储器装置，其中该第一直立式存储层为 单面金属墙。
4. 如权利要求1所述的相变化存储器装置，其中该直立式电极结构与该 第一直立式存储层以厚度面直立交叉，其交叉夹角包括垂直或非垂直。
5. 如权利要求2所述的相变化存储器装置，其中该直立式电极结构由高 熔点的导电材料构成，包括过渡金属元素、稀土金属元素、或上述金属元素 的合金、氮化物、碳化物或氮碳化物。
6. 如权利要求3所述的相变化存储器装置，其中该第一直立式存储层由 相变化存储材料构成，通过控制生成相的状态达到存储的作用。
7. 如权利要求6所述的相变化存储器装置，其中该相变化存储材料包括 III、 IV、 V、 VI族金属元素或上述金属元素的合金。
8. 如权利要求1所述的相变化存储器装置，其中该电流控制元件是晶体 管元件。
9. 如权利要求2所述的相变化存储器装置，还包括第二直立式存储层， 与该直立式电极结构上下直立形式堆迭并于第二接触点接触，其中该直立式 电极结构与该第二直立式存储层交会的该第二接触点作为第二相变化存储 单元。
10. 如权利要求9所述的相变化存储器装置，其中该第二直立式存储层为 单面金属墙。
11. 如权利要求9所述的相变化存储器装置，其中该直立式电极结构与该 第二直立式存储层以厚度面直立交叉，其交叉夹角包括垂直或非垂直。
12. 如权利要求IO所述的相变化存储器装置，其中该第二直立式存储层由相变化存储材料构成，通过控制生成相的状态达到存储的功能。
13. 如权利要求12所述的相变化存储器装置，其中该相变化存储材料包 括in、 IV、 V、 VI族金属元素或上述金属元素的合金。
14. 如权利要求9所述的相变化存储器装置，其中该第一直立式存储层与 第二直立式存储层分别连接至两条不同的导线，且其中各导线对应于该相变 化存储器装置的位线。
15. 如权利要求1所述的相变化存储器装置，还包括多个该第一相变化存储单元所构成的阵列，对应多个该电流控制元件所 构成的阵列于该基板上；多条字线，沿第一方向串接各电流控制元件；以及 多条位线，沿第二方向串接各第一直立式存储层， 其中该第一方向与该第二方向实质上正交。
16. 如权利要求9所述的相变化存储器装置，还包括多个该第 一相变化存储单元与该第二相变化存储单元所构成的阵列，对应多个该电流控制元件所构成的阵列于该基板上； 多条字线，沿第一方向串接各电流控制元件； 多条第一位线，沿第二方向串接各第一直立式存储层；以及 多条第二位线，沿该第二方向串接各第二直立式存储层，其中该第一方向与该第二方向实质上正交。
17. 如权利要求16所述的相变化存储器装置，其中该多个电流控制元件 所构成的阵列包括第一组次晶体管阵列与第二组次晶体管阵列。
18. 如权利要求17所述的相变化存储器装置，其中该第一组次晶体管阵 列与该第二组次晶体管阵列成(1/2, 1/2)平移对称。
19. 一种相变化存储器装置的制造方法，包括 提供基板，具有电流控制元件于其上；形成直立式电极结构于该基板上，且与该电流控制元件电性相连；以及 形成直立式存储层于该直立式电极结构上，且以直立形式堆迭作为相变 化存储单元。
20. 如权利要求19所述的相变化存储器装置的制造方法，其中该电流控 制元件是晶体管元件。
21. 如权利要求19所述的相变化存储器装置的制造方法，其中该基板还包括第一介电层以及导电栓于该第一介电层中，其中该导电栓电性连接该电 流控制元件与直立式电极结构。
22. 如权利要求21所述的相变化存储器装置的制造方法，其中形成该直 立式电极结构的步骤包括形成第二介电层于该第一介电层上；图案化该第二介电层，以形成方形开口露出该导电栓； 顺应性沉积第一金属层于该第二介电层与该方形开口上； 沉积第三介电层于第 一金属层上并填满该方形开口 ； 平坦化该第三介电层与该第一金属层直至露出该第二介电层的表面，以 形成金属墙结构。
23. 如权利要求22所述的相变化存储器装置的制造方法，其中该第一金 属层由高熔点的导电材料构成，包括过渡金属元素、稀土金属元素、或上述 金属元素的合金、氮化物、碳化物或氮碳化物。
24. 如权利要求22所述的相变化存储器装置的制造方法，其中形成该直 立式存储层结构的步骤包括形成第四介电层于该第三介电层上； 图案化该第四介电层以形成方形岛状结构； 顺应性形成第二金属层于该第四介电层与该第三介电层上； 非等向性回蚀刻该第二金属层，以形成间隙壁结构于该方形岛状结构 上；以及将平行第一方向的两对向间隙壁绝缘化，保留平行第二方向的两对向间 隙壁结构为该第二金属层，分别作为第一直立式存储层与第二直立式存储层。
25. 如权利要求24所述的相变化存储器装置的制造方法，其中该第二金 属层由相变化存储材料构成，通过控制生成相的状态达到存储的作用。
26. 如权利要求25所述的相变化存储器装置的制造方法，其中该相变化 存储材料包括III、 IV、 V、 VI族金属元素或上述金属元素的合金。
27. 如权利要求24所述的相变化存储器装置的制造方法，其中将平行第 一方向的两对向间隙壁绝缘化的步骤包括以离子注入法注入氧或氮离子使 平行第一方向的两对向间隙壁绝缘。
28. 如权利要求24所述的相变化存储器装置的制造方法，还包括沿第二 方向形成第一位线，连接该第一直立式存储层，以及形成第二位线，连接该 第二直立式存储层。
29. 如权利要求28所述的相变化存储器装置的制造方法，其中形成该第 一位线与该第二位线的步骤包括沉积第五介电层于该第四介电层上并将其平坦化； 蚀刻该第五介电层以形成沿第二方向的第一沟槽与第二构槽，并露出该 第一直立式存储层与第二直立式存储层；沉积第三金属层于该第五介电层并填入该第一沟槽与该第二构槽；以及 蚀刻该第三金属层成为该第 一位线与该第二位线。
30. 如权利要求22所述的相变化存储器装置的制造方法，其中形成该直 立式存储层结构的步骤包括形成第四介电层于该第三介电层上； 图案化该第四介电层以沿第 一方向形成长条形岛状结构； 形成第五介电层于该第三介电层与该第四介电层上，并将该第五介电层 平坦化；形成顶金属层于该第五介电层上； 图案化该顶金属层与该第五介电层以形成方形岛状结构； 顺应性形成第二金属层于该顶金属层与该第四介电层上；以及 非等向性回蚀刻该第二金属层，以形成间隙壁结构于该方形岛状结构上；其中平行第一方向的两对向间隙壁的该第二金属层与该直立式电极结 构之间隔以该长条形岛状结构而绝缘，而平行第二方向的两对向间隙壁的该 第二金属层，分別作为第一直立式存储层与第二直立式存储层。
31. 如权利要求30所述的相变化存储器装置的制造方法，其中该第二金 属层由相变化存储材料构成，通过控制生成相的状态达到存储的作用。
32. 如权利要求31所述的相变化存储器装置的制造方法，其中该相变化 存储材料包括in、 IV、 V、 VI族金属元素或上述金属元素的合金。
33. 如权利要求30所述的相变化存储器装置的制造方法，还包括沿第二 方向形成第一位线，连接该第一直立式存储层，以及形成第二位线，连接该 第二直立式存储层。
34. 如权利要求33所述的相变化存储器装置的制造方法，其中形成该第 一位线与该第二位线的步骤包括沉积第六介电层于该第五介电层上并将其平坦化； 蚀刻该第六介电层以形成多个接触窗露出该顶金属层； 沉积第三金属层于该第六介电层上并填入该多个接触窗，以形成多个接 触栓；以及沿第二方向蚀刻该第三金属层成为多条位线。
35. —种相变化存储器装置的制造方法，包括提供基板，具有多个电流控制元件所构成的阵列与多条字线沿第 一方向 串接各电流控制元件；于对应各个电流控制元件处形成直立式电极结构于该基板上，且与该电 流控制元件电性相连；形成第一直立式存储层与该直立式电极结构上下直立形式堆迭并于第 一接触点接触，作为第二相变化存储单元；以及形成第二直立式存储层与该直立式电极结构上下直立形式堆迭并于第 二接触点接触，其中该直立式电极结构与该第二直立式存储层交会的该第二 接触点作为第二相变化存储单元，且与该第 一相变化存储单元并联。
36. 如权利要求35所述的相变化存储器装置的制造方法，其中该阵列包 括第 一组次晶体管阵列与第二组次晶体管阵列。
37. 如权利要求36所述的相变化存储器装置的制造方法，其中该第一组 次晶体管阵列与该第二组次晶体管阵列成(1/2, 1/2)平移对称。
全文摘要
本发明提供一种相变化存储器装置及其制造方法。上述相变化存储器装置包括相变化存储单元阵列。各相变化存储单元包括设置于基板上的晶体管元件。直立式电极结构与晶体管元件电性相连，以及直立式存储层与该直立式电极结构上下直立形式堆迭并于一接触点接触，其中该接触点作为相变化存储单元作用的相变化位置。
文档编号H01L27/24GK101330091SQ20071011200
公开日2008年12月24日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者李乾铭 申请人:财团法人工业技术研究院;力晶半导体股份有限公司;南亚科技股份有限公司;茂德科技股份有限公司;华邦电子股份有限公司