存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。該存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)包括一絕緣層、一第一電極層以及一第一阻障層。絕緣層具有一凹室。第一電極層形成于凹室內(nèi)，且第一電極層具有一第一上表面。第一阻障層形成于絕緣層與第一電極層之間，且第一阻障層具有一第二上表面。第二上表面低于第一上表面，且第一上表面與第二上表面皆低于凹室的一開(kāi)口。
【專利說(shuō)明】
存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種可變電阻式存儲(chǔ)器(Resistive random-access memory, Re RAM)結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，各式半導(dǎo)體元件不斷推陳出新。舉例來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)器、晶體管、二極管等元件已廣泛使用于各式電子裝置中。在存儲(chǔ)器技術(shù)的發(fā)展中，研究人員不斷的進(jìn)行各種類型的研發(fā)與改善，其中可變電阻式存儲(chǔ)器為其中的一種類型。
[0003]可變電阻式存儲(chǔ)器利用存儲(chǔ)元件電阻的大小來(lái)作為信息儲(chǔ)存狀態(tài)的判讀依據(jù)，其不論在元件密度(device density)、電力消耗、編程/抹除速度或三維空間堆疊特性上，都有更佳的表現(xiàn)。
[0004]為了縮小存儲(chǔ)器的尺寸，一般來(lái)說(shuō)需要更小的接觸尺寸(contact size)以及平坦的接觸表面(contact surface)。然而，傳統(tǒng)的刻蝕方式可能無(wú)法達(dá)到上述目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是有關(guān)于一種可變電阻式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制作方法。利用兩步驟(或多步驟)的刻蝕工藝，使接觸表面有更好的均勻性，并制造出具有較小的接觸尺寸的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提出一種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，包括一絕緣層、一第一電極層以及一第一阻障層。絕緣層具有一凹室。第一電極層形成于凹室內(nèi)，且第一電極層具有一第一上表面。第一阻障層形成于絕緣層與第一電極層之間，且第一阻障層具有一第二上表面。第二上表面低于第一上表面，且第一上表面與第二上表面皆低于凹室的一開(kāi)口。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，提出一種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，包括一絕緣層、一第一電極層以及一第一阻障層。絕緣層具有一凹室。第一電極層形成于凹室內(nèi)，且第一電極層具有一第一上表面。第一阻障層形成于絕緣層與第一電極層之間，且第一阻障層具有一第二上表面。第一上表面與第二上表面皆低于凹室的一開(kāi)口，且第一上表面的面積為該開(kāi)口的面積的85?99%。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，提出一種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟:形成一絕緣層，絕緣層具有一凹室；形成一第一電極層與一第一阻障層于凹室內(nèi)，第一阻障層位于絕緣層與第一電極層之間；刻蝕第一電極層至一第一預(yù)定高度；刻蝕第一阻障層至一第二預(yù)定高度。其中，第二預(yù)定高度低于第一預(yù)定高度。
[0009]為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更好的了解，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下:
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1繪示本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。
[0011]圖2A?圖2G繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制造方法的流程圖。
[0012]【符號(hào)說(shuō)明】
[0013]100:存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)
[0014]10:絕緣層
[0015]101:凹室
[0016]102:開(kāi)口
[0017]10a、10b:絕緣層靠近開(kāi)口的角落
[0018]21:第一電極層
[0019]21a:第一上表面
[0020]22、22’:第二電極層
[0021]23:第三電極層
[0022]31:第一阻障層
[0023]31a:第二上表面
[0024]32:第二阻障層
[0025]40:間隙壁
[0026]50、50’:存儲(chǔ)器層
[0027]A1、A2:接觸區(qū)
[0028]D1、D2:方向
[0029]H21:第一上表面的高度
[0030]H31:第二上表面的高度
[0031]Pl:第一預(yù)定高度
[0032]P2:第二預(yù)定高度
[0033]X、Y:坐標(biāo)軸
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下參照所附附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中相同的標(biāo)號(hào)用以標(biāo)示相同或類似的部分。需注意的是，附圖已簡(jiǎn)化以利于清楚說(shuō)明實(shí)施例的內(nèi)容，附圖上的尺寸比例并非按照實(shí)際產(chǎn)品等比例繪制，因此并非作為限縮本發(fā)明保護(hù)范圍之用。
[0035]圖1繪示本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)100的部分剖面圖。如圖1所示，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)100包括一絕緣層10、一第一電極層21以及一第一阻障層31。絕緣層10具有一凹室101。第一電極層21形成于凹室內(nèi)101，且第一電極層21具有一第一上表面21a。第一阻障層31形成于絕緣層10與第一電極層21之間，且第一阻障層31具有一第二上表面31a。
[0036]在本發(fā)明實(shí)施例中，第二上表面31a低于第一上表面21a。也就是說(shuō)，在Y方向上，第一電極層21的第一上表面21a的高度H21高于第一阻障層31的第二上表面31a的高度H31。如圖1所示，第一上表面21a與第二上表面31a皆低于凹室101的開(kāi)口 102。此外，第一上表面21a的面積為開(kāi)口 102的面積的85?99%。
[0037]要注意的是，由于第一電極層21的第一上表面21a并非完全平坦的平面，在此，第一上表面21a的高度H21定義為第一上表面21a上各點(diǎn)的平均高度。類似地，第二上表面31a的高度H31定義為第二上表面31a上各點(diǎn)的平均高度。
[0038]圖2A?圖2G繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)100的制造方法的流程圖。如圖2A所示，形成一絕緣層10，絕緣層10具有一凹室101，凹室101具有一開(kāi)口 102。如圖2B所示，形成一第一電極層21與一第一阻障層31于凹室101內(nèi)，第一阻障層31位于絕緣層10與第一電極層21之間。
[0039]在一實(shí)施例中，第一電極層21可通過(guò)沉積工藝，例如低壓化學(xué)氣相沉積(LowPressure Chemical Vapor Deposit1n, LPCVD)工藝，或其他合適的工藝制作而成。第一電極層21的材料可包括銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)、鈦(Ti)及其他可能的金屬或非金屬導(dǎo)電材料。在本實(shí)施例之中，第一電極層21的材料例如為鎢。
[0040]此外，第一阻障層31也可以通過(guò)沉積工藝，例如低壓化學(xué)氣相沉積工藝制作而成。第一阻障層31的材料可為導(dǎo)電材料，例如氮化鈦(titanium nitride，TiN)或氮化鉭(tantalum nitride，TaN)。這些導(dǎo)電材料的刻蝕速率與或第一電極層21的導(dǎo)電材料(例如為鎢)及二氧化硅(S12)不同。
[0041]接著，刻蝕第一電極層21與第一阻障層31。在本發(fā)明實(shí)施例中，使用兩步驟(或多步驟)刻蝕工藝。首先，如圖2C所示，刻蝕第一電極層21至一第一預(yù)定高度P1。在此，刻蝕第一電極層21所使用的氣體例如包括六氟化硫(sulfur hexafluoride，SF6)與氮?dú)?N2)。舉例來(lái)說(shuō)，于 2Omtorr 壓力、2OOW 的電力條件下，以 65sccm(standard cubic centimeterper minute)的流量通過(guò)六氟化硫，以20sccm的流量通過(guò)氮?dú)猓⒊掷m(xù)30?60秒。由于刻蝕氣體對(duì)于第一電極層21與第一阻障層31具有高度選擇性，在刻蝕第一電極層21時(shí)，第一阻障層31被維持，可作為絕緣層10的一保護(hù)層。
[0042]接著，如圖2D所示，刻蝕第一阻障層31至一第二預(yù)定高度P2，即形成存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)100。在本實(shí)施例中，第二預(yù)定高度P2低于第一預(yù)定高度P1，使得第一電極層21的第一上表面21a的高度H21高于第一阻障層31的第二上表面31a的高度H31 (如圖1所示)。
[0043]在此，刻蝕第一阻障層31所使用的氣體例如包括氯氣(Cl2)及氬氣(Ar)。舉例來(lái)說(shuō)，于5mt氣壓、300W電力條件下，以30sccm通過(guò)氯氣、85sccm通過(guò)氬氣，并持續(xù)60秒。也就是說(shuō)，刻蝕第一阻障層31的壓力大于刻蝕第一電極層21的壓力，且刻蝕氣體也與刻蝕第一電極層21時(shí)不同。由于在此階段使用的刻蝕氣體對(duì)于第一阻障層31與第一電極層21，以及第一阻障層31與絕緣層10具有高度選擇性，在刻蝕第一阻障層31時(shí)，絕緣層10可被維持，使得絕緣層10靠近開(kāi)口 102的角落10a、10b可維持陡峭(sharp)。
[0044]因此，通過(guò)兩步驟(或多步驟)刻蝕工藝，可維持開(kāi)口 102的大小，不會(huì)造成開(kāi)口102在刻蝕工藝中變得更大，使得第一電極層21的第一上表面21a的面積可為開(kāi)口 102的面積的85?99%。也就是說(shuō)，更容易在存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)100中達(dá)成更小的接觸尺寸。
[0045]此外，在兩步驟(或多步驟)刻蝕工藝中，降低第一電極層21與第一阻障層31的刻蝕速率(etching rate)，可增加刻蝕時(shí)的控制性(controllability)以及達(dá)成平坦的接觸表面。
[0046]在傳統(tǒng)的刻蝕工藝中，是采用單一步驟，也就是說(shuō)，第一電極層21與第一阻障層31同時(shí)被刻蝕。在此刻蝕步驟中，采用的刻蝕氣體以及壓力皆與本發(fā)明實(shí)施例不同。利用傳統(tǒng)刻蝕工藝所形成的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，由于無(wú)法以第一阻障層31作為絕緣層10的保護(hù)層，因此，絕緣層10也會(huì)同時(shí)被刻蝕，使得絕緣層10靠近開(kāi)口 102的角落10a、1b變圓(rounding)，也就是說(shuō)，開(kāi)口 102在刻蝕工藝中會(huì)變得更大，使得第一電極層21的第一上表面21a的面積小于開(kāi)口 102的面積的85%，不利于形成較小的接觸尺寸。
[0047]再者，于圖2D刻蝕第一阻障層31的步驟中，由于采用的刻蝕氣體與傳統(tǒng)工藝不同，壓力較傳統(tǒng)工藝更大，使得水平刻蝕(例如沿著圖2D中的方向D1、D2)速率比傳統(tǒng)工藝更大，可更有效地清除第二預(yù)定高度P2上方，位于絕緣層10的側(cè)壁上的第一阻障層31。
[0048]如圖2E所示，可形成一間隙壁40覆蓋第一阻障層31的第二上表面31a與部分第一電極層21的第一上表面21a。在此，間隙壁40可于第一上表面21a定義出一接觸區(qū)Al。
[0049]在一實(shí)施例中，間隙壁40可通過(guò)沉積工藝，例如低壓化學(xué)氣相沉積工藝制作而成。間隙壁40的材料可例如為氮化娃(silicon nitride，SiN)、氧化娃(silicon oxide，S1)、氮氧化娃(silicon oxynitride, S1N)或其他可能的介電材料。
[0050]如圖2F所示，形成一存儲(chǔ)器層50于接觸區(qū)Al。存儲(chǔ)器層50可包括金屬氧化物，例如鎢氧化物(WOx)或鉿氧化物(HfOx)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，形成存儲(chǔ)器層50的步驟，可包括進(jìn)行一沉積工藝。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以通過(guò)氧化工藝，例如熱氧化工藝，直接氧化位于接觸區(qū)Al中的第一電極層21，以形成金屬氧化層。
[0051]在本實(shí)施例中，存儲(chǔ)器層50的形成包括進(jìn)行一熱氧化工藝，在第一電極層21的接觸區(qū)Al中形成鎢氧化物(WOx)層。
[0052]接著，形成一第二電極層22于存儲(chǔ)器層50上，第二電極層22與存儲(chǔ)器層50電性連接。第二電極層22的材料與形成方式類似于第一電極層21，在此不多加贅述。
[0053]然而，本發(fā)明并未限定于此。在一實(shí)施例中，形成間隙壁40(即圖2E的步驟)后，可接著進(jìn)行圖2G的步驟。如圖2G所示，可形成一第二電極層22’及一第二阻障層32。第二電極層22’形成于第一電極層21上，第二阻障層32形成于第二電極層22’與間隙壁40之間，以及第二電極層22’與第一電極層21之間。
[0054]類似地，可于第二電極層22’的一上表面定義出一接觸區(qū)A2。接著，形成一存儲(chǔ)器層50’于接觸區(qū)A2，以及形成一第三電極層23于存儲(chǔ)器層50’上。第三電極層23與存儲(chǔ)器層50’電性連接。第三電極層23的材料與形成方式類似于第一電極層21，第二阻障層32的材料與形成方式類似于第一阻障層31，在此不多加贅述。
[0055]承上述實(shí)施例，通過(guò)本發(fā)明的兩步驟(或多步驟)刻蝕工藝，可使得絕緣層10靠近開(kāi)口 102的角落10a、1b可維持陡峭(sharp)并維持開(kāi)口 102的大小，也就是說(shuō)，更容易在存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)100中達(dá)成更小的接觸尺寸。此外，利用本發(fā)明的兩步驟(或多步驟)刻蝕工藝，可增加刻蝕時(shí)的控制性以及達(dá)成平坦的接觸表面。
[0056]綜上所述，雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更改與修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一絕緣層，具有一凹室； 一第一電極層，形成于該凹室內(nèi)，且該第一電極層具有一第一上表面；以及一第一阻障層，形成于該絕緣層與該第一電極層之間，且該第一阻障層具有一第二上表面； 其中該第二上表面低于該第一上表面，且該第一上表面與該第二上表面皆低于該凹室的一開(kāi)口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一間隙壁，覆蓋該第二上表面與部分該第一上表面。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中該間隙壁于該第一上表面定義出一接觸區(qū)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一存儲(chǔ)器層，形成于該接觸區(qū)；及 一第二電極層，形成于該存儲(chǔ)器層上，并與該存儲(chǔ)器層電性連接。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一第二電極層，形成于該第一電極層上；及 一第二阻障層，形成于該第二電極層與該間隙壁之間，以及該第二電極層與第一電極層之間。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中該第二電極層的一上表面定義出一接觸區(qū)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一存儲(chǔ)器層，形成于該接觸區(qū)；及 一第三電極層，形成于該存儲(chǔ)器層上，并與該存儲(chǔ)器層電性連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中該絕緣層包括二氧化硅，該第一電極層包括鎢，該第一阻障層包括氮化鈦。9.一種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一絕緣層，具有一凹室； 一第一電極層，形成于該凹室內(nèi)，且該第一電極層具有一第一上表面；以及一第一阻障層，形成于該絕緣層與該第一電極層之間，且該第一阻障層具有一第二上表面； 其中該第一上表面與該第二上表面皆低于該凹室的一開(kāi)口，且該第一上表面的面積為該開(kāi)口的面積的85?99 %。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中該第二上表面低于該第一上表面。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一間隙壁，覆蓋該第二上表面與部分該第一上表面。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中該間隙壁于該第一上表面定義出一接觸區(qū)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一存儲(chǔ)器層，形成于該接觸區(qū)；及 一第二電極層，形成于該存儲(chǔ)器層上，并與該存儲(chǔ)器層電性連接。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一第二電極層，設(shè)置于該第一電極層上；及 一第二阻障層，形成于該第二電極層與該間隙壁之間，以及該第二電極層與第一電極層之間。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中該第二電極層的一上表面定義出一接觸區(qū)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一存儲(chǔ)器層，形成于該接觸區(qū)；及 一第三電極層，形成于該存儲(chǔ)器層上，并與該存儲(chǔ)器層電性連接。17.一種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括: 形成一絕緣層，該絕緣層具有一凹室； 形成一第一電極層與一第一阻障層于該凹室內(nèi)，其中該第一阻障層位于該絕緣層與該第一電極層之間； 刻蝕該第一電極層至一第一預(yù)定高度；以及 刻蝕該第一阻障層至一第二預(yù)定高度； 其中該第二預(yù)定高度低于第一預(yù)定高度。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制造方法，其中刻蝕該第一電極層的氣體包括六氟化硫與氮?dú)狻?9.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制造方法，其中刻蝕該第一阻障層的氣體包括氯氣及氬氣。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制造方法，其中刻蝕該第一阻障層的壓力大于刻蝕該第一電極層的壓力。
【文檔編號(hào)】G11C13/00GK105826346SQ201510307194
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年6月5日
【發(fā)明人】林昱佑, 李峰旻, 盧建宏, 曾欽義
【申請(qǐng)人】旺宏電子股份有限公司