相变化记忆体装置及其制造方法

主权项

一种相变化记忆体装置，包括：一基板；一电极层，形成于该基板上；以及一相变化记忆体结构，形成于该电极层上，且电性连接至该电极层，其中该相变化记忆体结构包括：一杯形加热电极，设置于该电极层上；一絶缘层，系沿一第一方向设置于该杯形加热电极上，且部分覆盖于该杯形加热电极；一电极结构，系沿一第二方向设置于该杯形加热电极上，且部分覆盖于该絶缘层和该杯形加热电极；一对双层间隙壁，设置于该电极结构的一对侧壁上，且部分覆盖于该杯形加热电极，该双层间隙壁包括一相变化材料间隙壁及设置于其侧壁上的一絶缘材料间隙壁，其中该相变化材料间隙壁直接接触该电极结构，且该絶缘材料间隙壁藉由该相变化材料间隙壁与该电极结构隔开。如申请专利范围第1项所述之相变化记忆体装置，其中该杯形加热电极包括：一开关元件；一导电层，设置于该开关元件上，且电性连接至该开关元件，其中该导电层为杯形，且具有一杯形开口；一絶缘层，设置于该导电层上，并填入该杯形开口中。如申请专利范围第2项所述之相变化记忆体装置，其中该开关元件包括二极体结构或连接线结构。如申请专利范围第2项所述之相变化记忆体装置，其中该导电层包括金属、合金、金属化合物、半导体材料或其组合。如申请专利范围第4项所述之相变化记忆体装置，其中该金属包括铝、铜、钴、钽、镍、钛、钨或其组合。如申请专利范围第4项所述之相变化记忆体装置，其中该合金包括铝合金、铜合金、钴合金、钽合金、镍合金、钛合金、钨合金、钨化钛、锑化镓、碲化锗、锗-锑-碲合金、银-铟-锑-碲合金或其组合。如申请专利范围第4项所述之相变化记忆体装置，其中该金属化合物包括氮化钴、氮化钽、氮化镍、氮化钛、氮化钨、氮矽化钴、氮矽化钽、氮矽化镍、氮矽化钛、氮矽化钨、矽化钴、矽化钽、矽化镍、矽化钛、矽化钨、钇钡铜氧化物、氧化亚铜、铟锡氧化物或其组合。如申请专利范围第4项所述之相变化记忆体装置，其中该半导体材料包括多晶半导体材料、非晶半导体材料或其组合。如申请专利范围第2项所述之相变化记忆体装置，其中该导电层的上视图为四方环形。如申请专利范围第1项所述之相变化记忆体装置，其中该絶缘层系覆盖于该杯形加热电极的一半面积。如申请专利范围第1项所述之相变化记忆体装置，其中该电极结构系覆盖于该杯形加热电极的四分之一面积。如申请专利范围第1项所述之相变化记忆体装置，其中该电极结构为一复合层，其包括一絶缘层及一导电层。如申请专利范围第12项所述之相变化记忆体装置，其中该导电层包括金属、合金、金属化合物、半导体材料或其组合。如申请专利范围第13项所述之相变化记忆体装置，其中该金属包括铝、铜、钴、钽、镍、钛、钨或其组合。如申请专利范围第13项所述之相变化记忆体装置，其中该合金包括铝合金、铜合金、钴合金、钽合金、镍合金、钛合金、钨合金、钨化钛、锑化镓、碲化锗、锗-锑-碲合金、银-铟-锑-碲合金或其组合。如申请专利范围第13项所述之相变化记忆体装置，其中该金属化合物包括氮化钴、氮化钽、氮化镍、氮化钛、氮化钨、氮矽化钴、氮矽化钽、氮矽化镍、氮矽化钛、氮矽化钨、矽化钴、矽化钽、矽化镍、矽化钛、矽化钨、钇钡铜氧化物、氧化亚铜、铟锡氧化物或其组合。如申请专利范围第13项所述之相变化记忆体装置，其中该半导体材料包括多晶半导体材料或非晶半导体材料或其组合。如申请专利范围第13项所述之相变化记忆体装置，其中该导电层系单一层或堆叠层。如申请专利范围第1项所述之相变化记忆体装置，其中该第一方向与该第二方向实质上垂直。如申请专利范围第1项所述之相变化记忆体装置，其中该相变化材料间隙壁与该絶缘材料间隙壁的蚀刻选择比大于1且小于1000。如申请专利范围第1项所述之相变化记忆体装置，更包括：另一个相变化记忆体结构，垂直堆叠于该相变化记忆体结构上，且彼此电性连接。一种相变化记忆体装置的制造方法，包括下列步骤：提供一基板，其上具有一电极层；于该电极层上形成一相变化记忆体结构，且电性连接至该电极层，其中形成该相变化记忆体结构包括：于该电极层上形成一杯形加热电极；于该杯形加热电极上沿一第一方向形成一絶缘层，且部分覆盖于该杯形加热电极；于该杯形加热电极上沿一第二方向形成一电极结构，且部分覆盖于该絶缘层和该杯形加热电极；以及于该电极结构的一对侧壁上形成一对双层间隙壁，且部分覆盖于该杯形加热电极，该双层间隙壁包括一相变化材料间隙壁及设置于其侧壁上的一絶缘材料间隙壁，其中该相变化材料间隙壁直接接触该电极结构，且该絶缘材料间隙壁藉由该相变化材料间隙壁与该电极结构隔开。如申请专利范围第22项所述之相变化记忆体装置的制造方法，于形成该杯形加热电极之前更包括：形成一开关元件于该电极层上，且电性连接至该极层；以及于该电极层及该开关元件上方形成一介电层，且覆盖该开关元件。如申请专利范围第23项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中该开关元件包括二极体结构或连接线结构。如申请专利范围第23项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中形成该杯形加热电极包括：于该介电层上形成复数个硬遮罩层，其中该复数个硬遮罩层的侧壁与该开关元件的一组侧壁相距一第一距离；于该复数个硬遮罩层上形成复数个光阻层，其与该复数个硬遮罩层实质上垂直，该复数个光阻层与该开关元件的另一组侧壁相距一第二距离；利用该复数个硬遮罩层和该复数个光阻层为蚀刻硬遮罩，移除部分该介电层直到该开关元件，以形成一杯形开口；于该杯形开口中形成一导电层，其中该导电层为杯形；于该导电层上填入一絶缘层，并填入该杯形开口中；以及进行一平坦化制程，移除部分该导电层和该絶缘层，以形成该杯形加热电极。如申请专利范围第25项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中该第一距离等于该第二距离。如申请专利范围第25项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中该第一距离不等于该第二距离。如申请专利范围第22项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中该絶缘层系覆盖于该杯形加热电极的一半面积。如申请专利范围第22项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中该电极结构系覆盖于于该杯形加热电极的四分之一面积。如申请专利范围第22项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中形成该电极结构包括：于该杯形加热电极上形成包括一絶缘层及一导电层的一叠层结构；于该叠层结构上依序形成一相变化材料层和一絶缘材料层；移除部分该絶缘材料层，以于该叠层结构的侧壁上方形成一对絶缘材料间隙壁；以及利用该对絶缘材料层间隙壁做为蚀刻硬遮罩，移除部分该相变化材料层，以于该叠层结构的侧壁上形成一对相变化材料间隙壁，以形成该电极结构。一种相变化记忆体装置，包括：一基板；一电极层，形成于该基板上；一介电层，形成于该电极层上；以及一相变化记忆体结构，形成于该介电层中，且电性连接至该电极层，其中该相变化记忆体结构包括：一杯形加热电极，设置于该介电层的一杯型开口中，其中该杯形加热电极系包括一导电层，该导电层系部分覆盖于该杯型开口的侧壁；一电极结构，设置于该杯形加热电极上，且部分覆盖于该杯形加热电极；一对双层间隙壁，设置于该电极结构的一对侧壁上，且部分覆盖于该杯形加热电极，该双层间隙壁包括一相变化材料间隙壁及设置于其侧壁上的一絶缘材料间隙壁。如申请专利范围第31项所述之相变化记忆体装置，其中该杯形加热电极包括：一开关元件，设置于该导电层下方，且电性连接至该导电层；一絶缘层，设置于该导电层上，并填入该杯形开口中，且部分覆盖于该杯型开口的侧壁。如申请专利范围第32项所述之相变化记忆体装置，其中该开关元件包括二极体结构或连接线结构。如申请专利范围第31项所述之相变化记忆体装置，其中该导电层包括金属、合金、金属化合物、半导体材料或其组合。如申请专利范围第34项所述之相变化记忆体装置，其中该金属包括铝、铜、钴、钽、镍、钛、钨或其组合。如申请专利范围第34项所述之相变化记忆体装置，其中该合金包括铝合金、铜合金、钴合金、钽合金、镍合金、钛合金、钨合金、钨化钛、锑化镓、碲化锗、锗-锑-碲合金、银-铟-锑-碲合金或其组合。如申请专利范围第34项所述之相变化记忆体装置，其中该金属化合物包括氮化钴、氮化钽、氮化镍、氮化钛、氮化钨、氮矽化钴、氮矽化钽、氮矽化镍、氮矽化钛、氮矽化钨、矽化钴、矽化钽、矽化镍、矽化钛、矽化钨、钇钡铜氧化物、氧化亚铜、铟锡氧化物或其组合。如申请专利范围第34项所述之相变化记忆体装置，其中该半导体材料包括多晶半导体材料或非晶半导体材料或其组合。如申请专利范围第31项所述之相变化记忆体装置，其中该导电层的上视图为U形。如申请专利范围第31项所述之相变化记忆体装置，其中该电极结构系覆盖于该杯形加热电极的二分之一面积。如申请专利范围第31项所述之相变化记忆体装置，其中该电极结构为一复合层，其包括一絶缘层及一导电层。如申请专利范围第41项所述之相变化记忆体装置，其中该导电层包括金属、合金、金属化合物、半导体材料或其组合。如申请专利范围第42项所述之相变化记忆体装置，其中该金属包括铝、铜、钴、钽、镍、钛、钨或其组合。如申请专利范围第42项所述之相变化记忆体装置，其中该合金包括铝合金、铜合金、钴合金、钽合金、镍合金、钛合金、钨合金、钨化钛、锑化镓、碲化锗、锗-锑-碲合金、银-铟-锑-碲合金或其组合。如申请专利范围第42项所述之相变化记忆体装置，其中该金属化合物包括氮化钴、氮化钽、氮化镍、氮化钛、氮化钨、氮矽化钴、氮矽化钽、氮矽化镍、氮矽化钛、氮矽化钨、矽化钴、矽化钽、矽化镍、矽化钛、矽化钨、钇钡铜氧化物、氧化亚铜、铟锡氧化物或其组合。如申请专利范围第42项所述之相变化记忆体装置，其中该半导体材料包括多晶半导体材料或非晶半导体材料或其组合。如申请专利范围第42项所述之相变化记忆体装置，其中该导电层系单一层或堆叠层。如申请专利范围第31项所述之相变化记忆体装置，其中该相变化材料间隙壁与该絶缘材料间隙壁的蚀刻选择比大于1且小于1000。如申请专利范围第31项所述之相变化记忆体装置，更包括：另一个相变化记忆体结构，垂直堆叠于该相变化记忆体结构上，且彼此电性连接。一种相变化记忆体装置的制造方法，包括下列步骤：提供一基板，其上具有一电极层；于该电极层上形成一介电层；以及于该介电层中形成一相变化记忆体结构，且电性连接至该电极层，其中形成该相变化记忆体结构包括：于该介电层的一杯型开口中形成一杯形加热电极，其中该杯形加热电极系包括一导电层，该导电层系部分覆盖于该杯型开口的侧壁；于该杯形加热电极上形成一电极结构，且部分覆盖于该杯形加热电极；以及于该电极结构的一对侧壁上形成一对双层间隙壁，且部分覆盖于该杯形加热电极，该双层间隙壁包括一相变化材料间隙壁及设置于其侧壁上的一絶缘材料间隙壁。如申请专利范围第50项所述之相变化记忆体装置的制造方法，于形成该杯形加热电极之前更包括：形成一开关元件于该电极层上，且电性连接至该极层；以及于该电极层及该开关元件上方形成一介电层，且覆盖该开关元件。如申请专利范围第51项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中该开关元件包括二极体结构或连接线结构。如申请专利范围第50项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中形成该杯形加热电极包括：于该介电层上形成复数个硬遮罩层，其中该复数个硬遮罩层的侧壁与该开关元件的一组侧壁相距一第一距离；于该复数个硬遮罩层上形成复数个光阻层，其与该复数个硬遮罩层实质上垂直，该复数个光阻层与该开关元件的另一组侧壁相距一第二距离；利用该复数个硬遮罩层和该复数个光阻层为蚀刻硬遮罩，移除部分该介电层直到该开关元件，以形成该杯形开口；于该杯形开口中形成该导电层，其中该导电层为杯形；于该导电层上填入一絶缘层，并填入该杯形开口中；以及进行一平坦化制程，移除部分该导电层和该絶缘层，以形成该杯形加热电极。如申请专利范围第53项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中该第一距离等于该第二距离。如申请专利范围第53项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中该第一距离不等于该第二距离。如申请专利范围第53项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中进行该平坦化制程之前更包括：进行一微影及蚀刻制程，部分移除位于该杯形开口中的该导电层和该絶缘层，以形成另一开口；于该另一开口中填入另一絶缘层，并覆盖于该絶缘层上。如申请专利范围第56项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中形成该另一开口的一光罩为形成该复数个光阻层的一光罩。如申请专利范围第50项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中该电极结构系覆盖于该杯形加热电极的二分之一面积。如申请专利范围第50项所述之相变化记忆体装置的制造方法，其中形成该电极结构包括：于该杯形加热电极上形成包括一絶缘层及一导电层的一叠层结构；于该叠层结构上依序形成一相变化材料层和一絶缘材料层；移除部分该絶缘材料层，以于该叠层结构的侧壁上方形成一对絶缘材料间隙壁；以及利用该对絶缘材料层间隙壁做为蚀刻硬遮罩，移除部分该相变化材料层，以于该叠层结构的侧壁上形成一对相变化材料间隙壁，以形成该电极结构。