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。形成一下电极；形成一加热器于下电极上方；形成一第一绝缘层覆盖加热器；形成一上电极于第一绝缘层上；以及形成一环状相变化层围绕第一绝缘层与上电极，其中环状相变化层接触加热器的一侧面。
[0005]在本发明的一或多个实施方式中，在形成下电极之前，还包含下列步骤。提供一基板，并形成一主动元件于基板上，其中下电极耦接主动元件。
[0006]在本发明的一或多个实施方式中，形成加热层于下电极上方的步骤包含:沉积一加热材料层于下电极上；形成一填充件于加热材料层上；以及以填充件作为遮罩，移除部分加热材料层以形成一加热墙于下电极上方。
[0007]在本发明的一或多个实施方式中，还包含下列步骤。沉积一绝缘材料覆盖加热墙，并图案化绝缘材料与加热墙以形成第一绝缘层与加热器，且第一绝缘层暴露加热器的侧面。
[0008]在本发明的一或多个实施方式中，成填充件于加热材料层上的步骤包含:形成一第一罩幕层于加热材料层上，并图案化第一罩幕层以形成一开口暴露加热材料层；形成一第二罩幕层共形地覆盖第一罩幕层以及开口的侧壁与底部；非等向性移除第二罩幕层，以自第二罩幕层形成一间隙壁于开口的侧壁；以及形成填充件于开口中。
[0009]在本发明的一或多个实施方式中，在形成填充件于开口中后，更移除第一罩幕层与间隙壁。
[0010]在本发明的一或多个实施方式中，在沉积加热材料层于下电极上前，更沉积一阻障层于下电极上方。
[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、第一绝缘层、上电极、加热器以及环状相变化层。下电极耦接主动元件，第一绝缘层位于下电极上方，而上电极位于第一绝缘层上方。加热器嵌于第一绝缘层中，而环状相变化层则围绕第一绝缘层与上电极，且环状相变化层接触加热器的一侧面。
【附图说明】
[0015]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；
[0016]图1B绘示图1A中部分结构的立体示意图；
[0017]图2、3、4、5、6、7、8六、9六、10、11、12与13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；
[0018]图8B绘示图8A的制程中间结构的上视示意图；
[0019]图9B绘示图9A的制程中间结构的上视示意图。
【具体实施方式】
[0020]以下将以附图揭露本发明的多个实施例，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
[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。加热层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(RESET)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1A所示，相变化记忆体100包含主动元件120、下电极140、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为电晶体（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 trenchisolation, 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的材质包含娃或其他半导体元素，如锗或III-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、钨、铝、铜、钼、铂、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]加热器154位于下电极140上方，且加热器154的截面宽度W1与厚度T1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W1介于30纳米至50纳米之间，而加热器154的厚度T1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。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。
[0028]在本发明的部分实施方式中，还包含一阻障件152夹设于加热器154与下电极140之间。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]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上方并覆盖加热器154，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的一侧面154a。加热器154嵌于此第一绝缘层160中，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。具体而言，当主动元件120提供电流至下电极140时，电流会依序沿着下电极140、加热器154、加热器的两侧面154a、环状相变化层165到达上电极170。若加热器154与环状相变化层165间的接触面积越小，即可允许越高的电流密度，而提升加热效率。
[0030]以本实施方式为例，加热器154以其两端的侧面154a与环状相变化层165接触，因此加热器154与环状相变化层165之间的接触