本發(fā)明是有關一種存儲裝置及其制造方法，特別是一種相變化存儲裝置及其制造方法。

背景技術：

相變化存儲裝置為一非揮發(fā)性隨機存取存儲存儲器。相變化存儲裝置中的相變化材料可通過施加適當?shù)碾娏鞫诮Y晶態(tài)以非結晶態(tài)之間轉換。相變化材料的不同狀態(tài)(例如結晶、半結晶、非結晶或半非結晶)代表不同的電阻值。一般而言，非結晶態(tài)者相較于結晶態(tài)者具有較高的電阻值，因此，通過量測電阻值即可存取數(shù)據(jù)。

一種已知的相變化存儲裝置的制造方法如圖1a至圖1d所示。首先，于一基板10上制作存取電路11，接著依序制作底電極22以及加熱器23于基板10上，并與存取電路11電性連接，如圖1a所示。舉例而言，底電極22可經(jīng)由導電插塞21與存取電路11電性連接。可以理解的是，多個導電插塞21之間、多個底電極22之間以及多個加熱器23之間具有介電填充材料31、32。接著在加熱器23之外露表面形成一相變化材料40以及一頂電極材料50。

可以理解的是，相變化材料40以及頂電極材料50是不透光的，因此，無法通過相變化材料40以及頂電極材料50下的對準標記12來定義相變化材料40以及頂電極材料50的圖案。已知的制造方法即是先以一光阻層61粗略定義一開孔61a，以打開相變化材料40以及頂電極材料50，使相變化材料40以及頂電極材料50下的對準標記12為可見的，如圖1b所示。之后依序形成介電層33以及光阻層62，再通過對準標記12精確定義光阻層62，如圖1c所示。 最后，依據(jù)光阻層62的圖案移除部分相變化材料40以及頂電極材料50即可形成所定義的圖案化相變化材料40以及頂電極材料50，如圖1d所示。

由上述可知，已知的相變化存儲裝置的制造方法需要至少兩道遮罩，因而大幅增加制造工序以及制造成本。有鑒于此，如何簡化相變化存儲裝置的制程便是目前極需努力的目標。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種相變化存儲裝置及其制造方法，其是在形成相變化材料以及頂電極材料之前即定義出沉積相變化材料以及頂電極材料所需的圖案，因此，以一道遮罩即可完成本發(fā)明的相變化存儲裝置。

本發(fā)明一實施例的相變化存儲裝置的制造方法包含提供一基板，其包含一存取電路、至少一底電極以及至少一加熱器，其中底電極與存取電路電性連接，加熱器對應設置于底電極上，且曝露出加熱器的一頂表面；形成一介電層覆蓋于加熱器的頂表面；圖案化介電層以形成至少一凹槽，并經(jīng)由凹槽曝露出加熱器的頂表面；形成一第一屏障層于凹槽的一內(nèi)側表面；沉積一相變化材料于凹槽中；移除部分相變化材料，以曝露出位于凹槽的一側壁的第一屏障層；以及形成一頂電極于凹槽中，以覆蓋相變化材料。

本發(fā)明另一實施例的相變化存儲裝置包含一基板以及至少一存儲單元?；灏淮嫒‰娐?。存儲單元設置于基板。每一存儲單元包含一底電極、一加熱器、一相變化材料、一第一屏障層以及一頂電極。底電極與存取電路電性連接。加熱器設置于底電極上，并與底電極電性連接。相變化材料設置于加熱器上。第一屏障層設置于相變化材料的一底表面以及一側表面。頂電極設置于相變化材料上，使相變化材料設置于第一屏障層以及頂電極之間。

以下借由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的目的、技術內(nèi)容、特點及其所達成的功效。

【附圖說明】

圖1a至圖1d為一示意圖，顯示已知的相變化存儲裝置的制造步驟。

圖2a至圖2i為一示意圖，顯示本發(fā)明一實施例的相變化存儲裝置的制造步驟。

【符號說明】

10 基板

11 存取電路

12 對準標記

21 導電插塞

22 底電極

23 加熱器

31、32 介電填充材料

33 介電層

40 相變化材料

50 頂電極材料

61、62 光阻層

61a 開孔

210 基板

211 存取電路

212 對準標記

221 導電插塞

222 底電極

223 加熱器

223a 頂表面

231、232 介電填充材料

233 介電層

233a 凹槽

234 絕緣層

240 相變化材料

250 頂電極

261 光阻層

270 第一屏障層

【具體實施方式】

以下將詳述本發(fā)明的各實施例，并配合圖式作為例示。除了該多個詳細說明之外，本發(fā)明亦可廣泛地施行于其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并以申請專利范圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發(fā)明有較完整的了解，提供了許多特定細節(jié)；然而，本發(fā)明可能在省略部分或全部特定細節(jié)的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件并未描述于細節(jié)中，以避免對本發(fā)明形成不必要的限制。圖式中相同或類似的元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，并非代表元件實際的尺寸或數(shù)量，有些細節(jié)可能未完全繪出，以求圖式的簡潔。

請參照圖2a至圖2i，以說明本發(fā)明一實施例的相變化存儲裝置的制造方法。首先，提供一基板210，其包含一存取電路211、至少一底電極222以及至少一加熱器223。舉例而言，基板210可為硅基板，但不限于此，其它適合的材料亦可作為基板210，例如陶瓷材料、有機材料或玻璃材料。存取電路211可包含一開關元件，例如金屬氧化物半導體場效晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor， MOSFET)，如圖2a中所示的標號212即為MOSFET的柵極。借由控制MOSFET的柵極電壓即可控制每一存儲單元的讀寫。底電極222與存取電路211電性連接，舉例而言，底電極222 通過導電插塞221(例如鎢)與存取電路211電性連接。于一實施例中，底電極222的材料可為鈦、鎢、氮化鈦、氮化鋁鈦或氮化硅鈦。加熱器223對應設置于底電極222上，且曝露出加熱器223的一頂表面223a，如圖2a所示。于一實施例中，加熱器223的頂表面223a的面積小于底電極222與導電插塞221連接的一底接面的面積。依據(jù)此結構，相對較小的頂表面223a可使電流更為集中，以提升加熱效率，于一實施例中，加熱器223的材料可為鈦、氮化鈦、氮化鉭或以上的組合。需注意者，加熱器223不限于以相同材料構成，其亦能夠以不同材料堆疊所組成。舉例而言，靠近頂表面223a的區(qū)段以具有較高電阻率的材料所構成，例如氮化鉭。而另一相對的區(qū)段則以具有較低電阻率的材料所構成，例如氮化鈦。

可以理解的是，導電插塞221之間、底電極222之間以及加熱器223之間具有介電填充材料231、232，其中，加熱器223以及介電填充材料232的頂表面位于同一平面。于一實施例中，介電填充材料231的材料可為氧化物或氮化物，例如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或其它介電材料，而加熱器223之間的介電填充材料232可為氮化硅或氮氧化硅。介電填充材料232可提供擴散屏障的功能，以防止可能由其它金屬層擴散的元件所造成的污染。圖2a所示的結構能夠以已知的制程加以實現(xiàn)，故在此省略其詳細說明。

接著，形成一介電層233覆蓋于加熱器223的頂表面223a，如圖2b所示。介電層233的材料可為氧化物或氮化物，例如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或其它介電材料。于一實施例中，介電層233的厚度大于后續(xù)相變化材料以及頂電極的厚度的總合，舉例而言，介電層233的厚度約為50nm至500nm。接著，圖案化介電層233以形成凹槽233a，以使加熱器223的頂表面223a經(jīng)由于凹槽233a中曝露出來，如圖2c所示。舉例而言，利用光阻層261經(jīng)由光刻蝕刻制程即可形成圖案化的介電層233。可以理解的是，定義光阻層261的圖案時，由于尚未形成相變化材料以及頂電極材料等不透光結構，因此，對準標記212不會被遮蔽。換言之，光阻層261的圖案能夠精準的定義出來。于一實施例中，MOSFET的柵極可作為對準標記212。需注意者，光刻蝕刻可 依特征尺寸的限制選擇適當?shù)募夹g。舉例而言，光刻技術可為紫外光(ultra violet，UV)光刻、電子束光刻、X光光刻或相移遮罩等技術。此外，介電層233不限定為一層或多層，增加介電層233的厚度，可以在光罩定義圖案光刻后，以非等向性蝕刻技術于介電層233的底部獲得較小的關鍵尺寸(critical dimension，CD)，亦即凹槽的底部內(nèi)徑小于凹槽的頂部內(nèi)徑。

請參照圖2d，接著，形成一第一屏障層270于凹槽233a的一內(nèi)側表面。于一實施例中，第一屏障層270的材料可為鈦、氮化鈦、氮化鉭或鉭，其厚度約為2nm至10nm。舉例而言，第一屏障層270可利用物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)或原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)等技術形成。

接著，再沉積一相變化材料240于凹槽233a中，如圖2e所示。同樣的，相變化材料240亦能夠以PVD、CVD、ALD等技術形成。于一實施例中，相變化材料240的材料可為包含鍺、銻以及碲至少其中之一的硫屬化合物(chalcogenide)或合金。硫屬化合物包含具有較多正電元素或根基的化合物。硫屬化合物合金包括將硫屬化合物與其他材料如過渡金屬等結合。此外，下列合金亦可作為相變化材料，例如鎵/銻、鍺/銻、銦/銻、銻/碲、鍺/碲、鍺/銻/碲、銦/銻/碲、鎵/硒/碲、錫/銻/碲、銦/銻/鍺、銀/銦/銻/碲、鍺/錫/銻/碲、鍺/銻/硒/碲以及碲/鍺/銻/硫等，其中較佳者為鍺/銻/碲合金家族。于一實施例中，相變化材料240的厚度約為10nm至300nm。

接著，移除部分相變化材料240，以曝露出位于凹槽233a的一側壁的第一屏障層270，如圖2f所示。于一實施例中，移除部分相變化材料240的步驟能夠以等向性蝕刻的方式加以實現(xiàn)。于一實施例中，用等向性蝕刻將凹槽233a接近底部側壁的相變化材料240蝕刻干凈，凹槽233a底部相變化材料240的厚度約為5nm至100nm，將凹槽233a頂部的側壁留有相變化材料240的突懸部(over hang)。之后，形成一頂電極250于凹槽233a中，以覆蓋相變化材料240，如圖2g所示。于一實施例中，頂電極250能夠以PVD、CVD、ALD等 技術形成，其材料可為鈦、鎢、氮化鈦、氮化鉭、氮化鋁鈦、氮化硅鈦、鋁或銅。頂電極250的厚度約為10nm至150nm。由于圖2f所示的步驟中，側壁的部分第一屏障層270曝露出來，因此，形成頂電極250后，相變化材料240即被包覆在第一屏障層270以及頂電極250之間，第一屏障層270材料可為鈦、氮化鈦、氮化鉭。依據(jù)此結構，相變化材料240在反復加熱的過程中，可防止相變化材料240向外擴散造成成份的改變，或是介電層233材料往內(nèi)擴散造成相變化材料240的污染，因此，第一屏障層270可以增加相變化材料240的穩(wěn)定性，以提高存儲器的可靠性。于一實施例中，在形成頂電極250之前，亦可先形成一第二屏障層(未圖示)于凹槽233a中，之后再形成頂電極250覆蓋第二屏障層，第二屏障層材料可為鈦、氮化鈦、氮化鉭或鉭，如此，第二屏障層即在相變化材料240以及頂電極250之間更增強擴散屏障的作用。

最后，平坦化頂電極250形成如圖2h所示的結構。于一實施例中，平坦化頂電極250能夠以化學機械研磨(chemical-mechanical polish，CMP)的方式加以實現(xiàn)。舉例而言，平坦化后的頂電極250的厚度約為5nm至100nm。于一實施例中，本發(fā)明的相變化存儲裝置的制造方法更包含在頂電極250之外露表面形成一絕緣層234，如圖2i所示。絕緣層234的材料可為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。后續(xù)完成相變化存儲裝置的制作的制程為本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知，且非本發(fā)明的主要技術特征，故在此不再贅述。

請再參照圖2h，以說明本發(fā)明一實施例的相變化存儲裝置。本發(fā)明的相變化存儲裝置包含一基板210以及至少一存儲單元(memory cell)?；?10包含一存取電路211。存儲單元并與存取電路211電性連接。每一存儲單元包含一底電極222、一加熱器223、一相變化材料240、一第一屏障層270以及一頂電極250。存儲單元的詳細結構如前所述，在此不再贅述。

綜合上述，本發(fā)明的相變化存儲裝置及其制造方法是在形成相變化材料以及頂電極材料之前即以對準標記精確定義出沉積相變化材料以及頂電極材料所需的圖案，因此，后續(xù)制程無需再次定義相變化材料以及頂 電極材料的圖案。換言之，依據(jù)本發(fā)明的制造方法，以一道遮罩即可完成本發(fā)明的相變化存儲裝置，相較于已知的制造方法，不僅減少制造工序且大幅降低制造成本。

以上所述的實施例僅是為說明本發(fā)明的技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝的人士能夠了解本發(fā)明之內(nèi)容并據(jù)以實施，當不能以的限定本發(fā)明的專利范圍，即大凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。