[发明专利]相变化存储装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明有关于一种半导体存储装置，而特别有关于一种相变化存储装置及其制造方法。

背景技术

相变化内存具有非易失性、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、是相当有潜力的非易失性内存。

相变化材料至少可呈现两种固态，包括结晶态及非结晶态，一般利用温度的改变来进行两种状态之间的转换，由于非结晶态混乱的原子排列而具有较高的电阻，因此通过简单的电性量测即可轻易区分出相变化材料的结晶态与非结晶态。在各种相变化材料中，硫属化合物已广泛应用至各种光记录组件中。

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内存材料时，是通过非结晶态与结晶态两态之间的转换来进行记忆，也就是说记忆位(0、1)是利用两态间电阻的差异来区分。

请参照图1，部份显示了一种已知相变化存储单元的剖面情形。如图1所示，相变化存储单元结构包括了设置于基底10上的底电极12，底电极12设置于位于基底10上的绝缘层(未显示)内。在底电极12上则形成有绝缘层14，在绝缘层14内设置有加热电极16。在绝缘层14上则设置有另一绝缘层18，在绝缘层18的一部内则设置有相变化材料层20，相变化材料层20穿透了绝缘层18并部份接触了其下方的加热电极16。在绝缘层18上则形成有顶电极22，顶电极22接触了相变化材料层20的顶面。在此，加热电极16例如为插拴型态的电极，其具有直径D₁。因此，加热电极16与设置于其上的相变化材料层20之间具有πD₁²/4的接触面积。图2则为一示意图，显示了如图1所示的相变化存储单元之俯视情形，其中为了方便说明，并未绘示出顶电极22，而图1则显示了沿线段1-1的剖面情形。

于写入模式时，加热电极16将产生电流以加热介于相变化材料层20与加热电极16间的界面，进而视流经加热电极16的电流量与时间长短而使得相变化材料层20的一部(未显示)转变成非晶态相或结晶态相。

如图1所示的已知相变化存储单元具有以下缺点，在写入模式时由于需要极大电流以成功地转变相变化材料的相态，因此需提升供应至相变化材料层20处电流密度。提升电流密度的方法之一即为降低加热电极16与相变化材料层20的接触面积，其通常通过降低加热电极16的横向尺寸而达成，在此为降低加热电极16的直径D₁。

然而，加热电极16的直径D₁仍受限于当今光刻工艺的能力，进而使得其缩小程度为的受限，故无法进一步提供加大电流密度的解决方案。

因此，便需要一种相变化存储装置及其制造方法，以解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种相变化存储装置及其制造方法，以解决上述的已知问题。

依据实施例，本发明的相变化存储装置，包括：

基底；介电层，设置于该基底之上；相变化材料层，埋设于该介电层中；以及第一导电电极，埋设于该介电层内，并沿垂直于该介电层的一顶面的方向延伸穿透该相变化材料层。

依据另一实施例，本发明的相变化存储装置的制造方法，包括下列步骤：

提供基底；形成第一介电层，覆盖该基底；形成相变化材料层于该第一介电层的一部上；形成第二介电层于该第一介电层上，并覆盖该相变化材料层；形成第一开口，该第一开口沿垂直于该基底的表面的方向穿透该第二介电层、该相变化材料层、与该第一介电层；于该第一开口内形成第一导电电极；形成第三介电层，覆盖该第二介电层与该第一导电电极；形成第二开口，该第二开口沿垂直于该基底的顶面的方向穿透该第三介电层与该第二介电层，露出该相变化材料层的一部；以及于该第二开口内形成第二导电电极。

依据另一实施例，本发明的相变化存储装置的制造方法，包括下列步骤：

提供基底；形成第一介电层，覆盖该基底；定义该第一介电层以于该第一介电层内形成第一开口，该第一开口沿垂直于该基底的表面的方向穿透该第一介电层并部分露出该基底；于该第一开口内形成第一导电电极；形成相变化材料层于该第一介电层的一部上，并覆盖该第一导电电极；形成第二介电层于该第一介电层上，并覆盖该相变化材料层；形成第三介电层，覆盖该第二介电层；形成第二开口，该第二开口沿垂直于该基底的顶面的方向穿透该第三介电层、该第二介电层、该相变化材料层以及部分的该第一介电层，进而露出该相变化材料层的一部；以及于该第二开口内形成第二导电电极。