[发明专利]相变化存储器装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明有关于一种存储器装置，而特别是有关于一种相变化存储器装置及其制造方法。

背景技术

相变化存储器具有非易失性、高读取信号、高密度、高擦写次数以及低工作电压/电流的特性、是相当有潜力的非易失性存储器。其中提高存储密度、降低如写入电流(write current)与重置电流(reset current)等工作电流是重要的技术指标。

在相变化存储器内所采用的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态间的转换，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。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，是通过非结晶态与结晶态两态之间的转换来进行存储，也就是说存储位阶(0、1)是利用两态间电阻的差异来区分。

请参照图1，部分显示了一种已知相变化存储单元结构的剖面情形。如图1所示，相变化存储单元结构包括了硅基底10，其上设置有如铝或钨材料的底电极12。于底电极12上则设置有介电层14。介电层14的一部分内设置有加热电极16，在介电层14上则堆叠有图案化的相变化材料层20。图案化的相变化材料层20设置于介电层14上的另一介电层18内，而相变化材料层20的底面则部分接触加热电极16。于介电层18上则设置有另一介电层24。于介电层24内设置有顶电极22，顶电极22部分覆盖了介电层24，且部分的顶电极22穿透了介电层24，因而接触了其下方的相变化材料层20。

于操作时，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间的介面，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的一部分(未显示)转变成非晶态相或结晶态相。

然而，为了提升相变化存储器装置的应用价值，便需要进一步缩减相变化存储器装置内存储单元的尺寸并提升单位面积内的相变化存储器装置内存储单元的密度。然而，随着存储单元尺寸的缩减，意味着存储单元的工作电流需随存储单元密度的提升与尺寸的缩小等趋势而进一步的缩减。

因此，应对上述的存储单元尺寸缩减趋势，如图1所示的已知相变化存储单元结构可能遭遇以下缺点，即其于操作模式时由于需要极大的写入电流(writing current)与重置电流(reset current)以成功地转变相变化材料的相态，因此为了于缩减存储单元尺寸时亦能降低重置电流与写入电流以产生相变反应，所使用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，即通过降低加热电极16的直径D0所达成，进而维持或提高其介面间的电流密度。然而，加热电极16的直径D0仍受限于目前光刻工艺的能力，进而使得其缩小程度为的受限，故无法进一步降低写入电流与重置电流等工作电流，如此将不利于其相变化存储单元结构的微缩。

因此，便需要一种相变化存储器装置及其制造方法，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器装置及其制造方法，以期满足上述需求。

依据一实施例，本发明提供一种相变化存储器装置，包括：

基板；第一电极层，形成于该基板上；第一介电层，形成于该第一电极层与该基板之上；多个杯形加热电极，分别设置于该第一介电层的一部分内；第一绝缘层，沿第一方向设置于该第一介电层上，且部分覆盖于这些杯形加热电极及其间的该第一介电层；第二绝缘层，沿第二方向设置于该第一绝缘层且部分覆盖于这些杯形加热电极及其间的该第一介电层；以及一对相变化材料层，分别设置于该第二绝缘层的两对称侧壁上且实体接触这些杯形加热电极之一；以及一对第一导电层，分别沿该第二方向埋设于该第二绝缘层之内，其中这些导电层的底面实体接触这些相变化材料层之一。

依据另一实施例，本发明提供一种相变化存储器装置的制造方法，包括：

提供基板，其上具有第一电极层；于第一介电层中形成一对杯形加热电极；于该第一介电层上沿第一方向形成第一绝缘层，且部分覆盖于这些杯形加热电极及其间的该第一介电层；于这些杯形加热电极、该第一绝缘层和该第一介电层上沿第二方向形成第二绝缘层；于该第二绝缘层的该第一方向上的对称侧壁上分别形成相变化材料层，该相变化材料层接触这些杯形加热电极之一；全面地形成第三绝缘层于该第二绝缘层、这些相变化材料层、这些杯形加热电极及该第一介电层上；于该第三绝缘层内形成多个沿该第二方向延伸且互为平行的沟槽，这些沟槽分别部分露出这些相变化材料层之一；以及于这些沟槽内形成第一导电层，其中该第一导电层的底面实体接触这些相变化材料层之一。