專(zhuān)利名稱(chēng)：相變存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體器件，更特別地涉及相變存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
相變存儲(chǔ)器是利用相變材料來(lái)存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)器。信息被存儲(chǔ)在相變材料的結(jié)構(gòu)中，相變材料的相表示存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元(memorycell)中的值。在一種相變存儲(chǔ)器中，存 儲(chǔ)器單元的相變材料可以處于用于存儲(chǔ)第一值的非晶期(amorphous stage)和用于存儲(chǔ)第 二值的晶相。這些不同相中的每一個(gè)提供不同的電阻值，可以測(cè)量該電阻值以確定所存儲(chǔ) 的值。某些類(lèi)型的相變存儲(chǔ)器包括加熱器結(jié)構(gòu)，該加熱器結(jié)構(gòu)用于產(chǎn)生足以改變存儲(chǔ)器 單元的相變結(jié)構(gòu)的相的熱量。通過(guò)使電流通過(guò)加熱器結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生熱量，其中，加熱器結(jié)構(gòu)的 相對(duì)高的電阻率隨著電流從中通過(guò)而產(chǎn)生熱量。在某些類(lèi)型的相變存儲(chǔ)器中，加熱器結(jié)構(gòu) 中產(chǎn)生熱量的量和持續(xù)時(shí)間控制相變材料是否將變?yōu)榉蔷嗷蚓?。期望的是一種改進(jìn)的相變存儲(chǔ)器單元(phase change memorycell)。


通過(guò)參考附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更透徹地理解本發(fā)明，及其許多目的、特 征、以及優(yōu)點(diǎn)。圖1 13示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器單元的制造中的各種階段 的側(cè)剖視圖。圖14 22示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器單元的制造中的各種階段 的側(cè)剖視圖。圖23示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器單元的制造中的一個(gè)階段的側(cè) 剖視圖。除非另有說(shuō)明，相同附圖標(biāo)記在不同附圖中的使用指示相同的項(xiàng)目。附圖不一定 是按比例繪制。
具體實(shí)施例方式下面闡述用于執(zhí)行本發(fā)明的模式的詳細(xì)說(shuō)明。本說(shuō)明書(shū)意圖說(shuō)明本發(fā)明且不應(yīng)將 其理解為限制性的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)提供具有多個(gè)柱結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)器單元的加熱器結(jié)構(gòu)在某些實(shí)施例中 可以提供具有用于改變相變材料相態(tài)的更高效加熱的相變存儲(chǔ)器單元。圖1是用來(lái)制造相變存儲(chǔ)器單元的晶片101的剖視側(cè)視圖。晶片101包括襯底 103。襯底103可以由各種材料制成，例如半導(dǎo)體材料(硅、硅鍺)或電介質(zhì)材料。在某些 實(shí)施例中，襯底103可以包括塊體材料，或者可以包括多層不同材料，諸如絕緣體上半導(dǎo)體 (SOI)襯底。
在一個(gè)實(shí)施例中，襯底103包括其中形成有晶體管和二極管(未示出)的有源半 導(dǎo)體材料。電介質(zhì)層105設(shè)置在襯底103上。在一個(gè)實(shí)施例中，層105包括電介質(zhì)材料，例如 二氧化硅、TE0S。在某些實(shí)施例中，可以將晶體管柵極和接觸設(shè)置在與層105相同的層級(jí)。在所示實(shí)施例中，層107是晶片101的互連部分的第一金屬層。在其它實(shí)施例中， 層107可以在互連部分的第一和最后金屬層之間的高層級(jí)金屬層處。層107包括被電介質(zhì) 110分離的導(dǎo)電電極108和112。電極108和112由諸如銅、鋁、或金等導(dǎo)電材料制成。電 極108和112可以包括阻擋層(未示出)。在某些實(shí)施例中，第一金屬層包括用于將存儲(chǔ)器 單元電耦合到晶片的晶體管的導(dǎo)電互連。加熱器材料層109設(shè)置在層107上。層109由在電流通過(guò)材料時(shí)產(chǎn)生相對(duì)高的熱 量的加熱器材料制成。加熱器材料的示例包括氮化鈦、氮化鈦鋁、鈦鎢、氮化鉭、氮化鉭硅、 氮化鎢。加熱器材料的某些示例可以包括鈦、鋁、氮、硅、鉭、或鎢。在某些示例中，加熱器材 料傳導(dǎo)電流，但具有相對(duì)高的電阻，使得在電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生相對(duì)高的熱量。在一個(gè)實(shí)施例 中，層109具有在50 500納米范圍的厚度，但在其它實(shí)施例中可以具有其它厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，層109可以包括在沉積加熱器材料之后沉積的導(dǎo)電阻擋層和/ 或粘附層，例如五氧化二鉭、氮化鉭硅、或氮化鉭(例如3 5nm)。相變材料層111設(shè)置在層109上。相變材料層由響應(yīng)于從加熱器材料層109產(chǎn)生 的熱量而變相(例如在非晶期與晶相之間)的材料制成。相變材料根據(jù)其相而提供不同的 電阻值。在一個(gè)實(shí)施例中，相變材料包括至少兩種材料的組合，其中，第一材料是由IB族材 料、III族材料、IV族材料、V族材料、以及VI族材料組成的族群中的一種，而第二材料是該 族群中的一種，但不是族群中與第一材料相同的族。相變材料的示例包括鍺銻碲、鍺碲、鍺 銻、鎵銻碲、銀銦銻碲、錫硒、錫硫、銦硒、銦銻硒。在一個(gè)實(shí)施例中，層111具有在20 100 納米范圍的厚度，但在其它實(shí)施例中可以具有其它厚度。蓋層114設(shè)置在層11上且由例如氮化物制成。蓋層114在隨后的工藝中被用作 拋光阻止層。蓋層114具有在50 200納米范圍的厚度，但在其它實(shí)施例中可以具有其它厚度。層113設(shè)置在層114上。層113在隨后的工藝中被用作用于將層111和109圖案 化的掩膜層。在一個(gè)實(shí)施例中，層113由氧化硅制成且具有10 100納米的厚度，但在其 它實(shí)施例中可以具有其它厚度。納米簇115設(shè)置在層113上。納米簇115是材料的不連續(xù)結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中， 納米簇115是硅納米簇，但在其它實(shí)施例中可以是其它材料(例如鍺或諸如金、鈀、鉬的金 屬)。在一個(gè)實(shí)施例中，納米簇具有在3 20納米范圍的寬度119，但在其它實(shí)施例中，可 以具有其它寬度。在某些實(shí)施例中，納米簇的間隔(間距117)在3 50納米范圍，但在其 它實(shí)施例中可以有其它間距。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用硅烷或乙硅烷作為前體通過(guò)化學(xué)汽相沉積來(lái)形成納米 簇。通過(guò)控制沉積溫度和工藝時(shí)間來(lái)控制寬度119和間距117。可以通過(guò)增加沉積時(shí)間來(lái) 使納米簇變大，且可以通過(guò)提高沉積溫度來(lái)使其間隔更寬。在納米簇是硅的一個(gè)實(shí)施例中， 通過(guò)450 500°C的溫度下的化學(xué)汽相沉積工藝來(lái)形成納米簇，并且該溫度下50 250秒 的時(shí)間提供具有IOnm的寬度和12nm的間距的硅納米簇。
在其它實(shí)施例中，可以預(yù)制納米簇115并將其旋涂在層113上。圖2示出層113已被圖案化以按照層113上的納米簇115的圖案形成納米柱掩膜 結(jié)構(gòu)201之后的晶片101的側(cè)視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)201具有類(lèi)似于寬度119的寬 度和類(lèi)似于間距117的間隔。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)用可選用于層113的材料并相對(duì)于納 米簇115的材料選擇的蝕刻化學(xué)來(lái)各向異性地蝕刻層113而形成結(jié)構(gòu)201。圖3示出已經(jīng)按照由結(jié)構(gòu)201形成的圖案將層114、111、和109圖案化之后的晶片 101的局部剖視側(cè)視圖。如圖3所示，通過(guò)圖案化來(lái)形成相變結(jié)構(gòu)303和加熱器結(jié)構(gòu)305的 多個(gè)柱301。這些柱相對(duì)具有與寬度119相同的寬度和與間距117相同的間距。通過(guò)用可 選用于那些材料的蝕刻化學(xué)過(guò)程來(lái)對(duì)層114、111、和109進(jìn)行各向異性蝕刻來(lái)形成柱301。 例如，如果層111由鍺銻碲制成，則可以使用氬、氯、和CF4的蝕刻化學(xué)。在層109由氮化鈦 制成的情況下，可以使用CF4和氬或BCl3和氬的蝕刻化學(xué)。圖4示出去除結(jié)構(gòu)201和納米簇115之后的晶片101的視圖。在結(jié)構(gòu)201由氧化 物制成的一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)用稀釋HF酸進(jìn)行蝕刻來(lái)去除那些柱。在圖5中，在層101上形成電介質(zhì)材料(例如氧化硅、TE0S)的層501。在一個(gè)實(shí) 施例中，通過(guò)化學(xué)汽相沉積工藝(CVD)來(lái)形成層501，但可以通過(guò)其它工藝來(lái)形成。層501 被形成為納米柱301上方的層級(jí)。圖6示出已對(duì)晶片101進(jìn)行利用層114的結(jié)構(gòu)304作為平面化阻止層的平面化處 理(例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP))之后的晶片101。圖7示出在晶片101的平面化表面上沉積掩膜層701 (例如氮化物)之后的晶片 101。在一個(gè)實(shí)施例中，層701具有在50 IOOnm范圍的厚度，但在其它實(shí)施例中可以具有
其它厚度。圖8示出已將層701圖案化以形成掩膜結(jié)構(gòu)801和803之后的晶片101，掩模結(jié)構(gòu) 801和803將被用來(lái)分別限定兩個(gè)相變存儲(chǔ)器單元的加熱器結(jié)構(gòu)和相變材料結(jié)構(gòu)。在圖9中，去除未被掩膜結(jié)構(gòu)801和803覆蓋的柱301和層501的區(qū)域以暴露電 極108和112并暴露電介質(zhì)110的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，用可選用于那些結(jié)構(gòu)的蝕刻 劑去除這些結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，用來(lái)去除層501的蝕刻劑也可以去除某些電介質(zhì)110。圖10示出已在晶片101上形成電介質(zhì)層1001并隨后使用掩膜結(jié)構(gòu)801和803作 為平面化阻止層將其平面化之后的晶片101的視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，層1001由氧化硅或 TEOS制成，但在其它實(shí)施例中可以由其它材料制成。圖11示出已經(jīng)(例如用可選用于氮化物的濕法蝕刻)去除掩膜結(jié)構(gòu)801和803 及蓋結(jié)構(gòu)304以暴露柱301的結(jié)構(gòu)303的頂部之后的晶片101的視圖。圖12示出形成開(kāi)口 1201和1203以分別使電極108和112暴露之后的晶片101。
在形成開(kāi)口 1201和1203時(shí)，在晶片101上形成掩膜層(未示出)并將其圖案化以形成開(kāi)□。圖13示出在晶片101之上沉積一層導(dǎo)電材料(例如銅、鋁、或金)并隨后將其平 面化以形成電極1301和1305及接觸1303和1307之后的晶片101。在一個(gè)實(shí)施例中，這些 結(jié)構(gòu)可以包括阻擋層(未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將電極1301和1305形成為晶片 101的上金屬層(例如第二或第三金屬層)的導(dǎo)電互連結(jié)構(gòu)的一部分。在其它實(shí)施例中，上 金屬層可以包括位于電極1301和1305之上且電耦合到那些電極的導(dǎo)電互連。
圖13示出具有包括柱301的多個(gè)加熱器結(jié)構(gòu)305的加熱器并具有在柱301的多 個(gè)相變結(jié)構(gòu)303中實(shí)現(xiàn)的相變材料的兩個(gè)相變存儲(chǔ)器單元1311和1313。在所示的實(shí)施例中，通過(guò)向電極108施加通過(guò)加熱器結(jié)構(gòu)305和相變結(jié)構(gòu)303流 到電極1301的寫(xiě)電流來(lái)寫(xiě)入單元1311的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。提供給電極108的電流的一部分通 過(guò)單元的柱301的每個(gè)加熱器結(jié)構(gòu)305而產(chǎn)生熱量以改變其柱的各自相變結(jié)構(gòu)303的相。 在一個(gè)實(shí)施例中，為了使結(jié)構(gòu)303為非晶態(tài)，使相當(dāng)高的電流在相對(duì)短的時(shí)間段內(nèi)通過(guò)電 極108。此高電流在相對(duì)較短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)由結(jié)構(gòu)305產(chǎn)生相對(duì)較高的熱量。為了使結(jié)構(gòu) 303為晶態(tài)，使相對(duì)低的電流在相對(duì)較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)通過(guò)電極108。此電流在相對(duì)較長(zhǎng)的 時(shí)間段內(nèi)在結(jié)構(gòu)305中產(chǎn)生相對(duì)較低的熱量。在一個(gè)實(shí)施例中，在單元中提供包括加熱器結(jié)構(gòu)和相變結(jié)構(gòu)兩者的多個(gè)柱可允許 相變結(jié)構(gòu)的更高效的加熱和更完整的非晶性。此外，在本實(shí)施例中，相變材料不具有位于單 元的加熱器結(jié)構(gòu)的橫向的任何組分。例如，在圖13中，每個(gè)相變結(jié)構(gòu)303僅僅位于相應(yīng)的 加熱器結(jié)構(gòu)305之上。不存在從加熱器結(jié)構(gòu)305的區(qū)域橫向延伸的相變結(jié)構(gòu)303的任何部 分。
在所示實(shí)施例中，在某些實(shí)施例中，對(duì)結(jié)構(gòu)305缺少結(jié)構(gòu)303的橫向相變材料降低 了當(dāng)相變材料處于非晶態(tài)時(shí)由嵌入非晶矩陣中的晶體材料的多核引起的電流泄漏通道的 概率。例如，如果單元1311的所有相變結(jié)構(gòu)303都連接在單個(gè)層中，則將存在位于柱301 的加熱器結(jié)構(gòu)的橫向的相變材料。以此類(lèi)情況，位于加熱器結(jié)構(gòu)305的橫向的材料不太可 能被非晶化。此類(lèi)條件可能導(dǎo)致更多的泄漏電流。此外，當(dāng)期望非晶相時(shí)在材料中具有晶體結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致隨著時(shí)間推移比特完整性 (bit integrity)的損失(尤其是在提高的工作溫度下)。這種晶體結(jié)構(gòu)可能充當(dāng)非晶材 料的不期望結(jié)晶的籽晶。使用更完整的非晶化，降低了不期望的結(jié)晶的概率。在一個(gè)實(shí)施例中，電極108和112被電耦合到晶體管(未示出)，該晶體管的柵極 連接到字線(xiàn)。電極1301和1305可以電連接到位線(xiàn)。然而，在其它實(shí)施例中，可以以不同方 式來(lái)配置存儲(chǔ)器單元的電極。例如，在某些實(shí)施例中，可以將電極108和112電耦合到晶體 管的電流電極(例如FET的源極或漏極)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在晶體管的電流電極上形 成加熱器材料層109。在一個(gè)此類(lèi)示例中，將在電流電極的硅化物上形成層109。在另一實(shí)施例中，導(dǎo)電電極108和112可以設(shè)置在晶片的更高金屬層中。在圖13所示的階段之后，可以對(duì)晶片101執(zhí)行進(jìn)一步處理。例如，還可以在晶片 101上形成進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)，諸如層間電介質(zhì)和附加金屬層。而且，可以在晶片101上形成鍵 合焊盤(pán)或其它外部導(dǎo)電體和鈍化層。然后，可以將晶片101切單(例如用晶片鋸)成多個(gè) 集成電路，每個(gè)集成電路包括類(lèi)似于存儲(chǔ)器單元1311和1313的多個(gè)存儲(chǔ)器單元。在某些 實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元將被布置成一個(gè)或多個(gè)陣列。然而，在其它實(shí)施例中，其它集成電路 可以具有其它布置或包括其它結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，使用納米簇將柱301圖案化使得能夠形成具有小于20nm的寬度 的柱。此類(lèi)小柱的形成使得能夠減小使相變存儲(chǔ)器單元非晶化所需的電流。加熱器結(jié)構(gòu)的 較小寬度提供那些結(jié)構(gòu)的較高電阻，從而用相同的電流量產(chǎn)生比具有較大加熱器結(jié)構(gòu)的存 儲(chǔ)器單元更多的熱量。此外，對(duì)圖案化使用納米簇允許相變結(jié)構(gòu)具有小于20nm的寬度。在另一實(shí)施例中，可以通過(guò)使用兩嵌段共聚物(di-blockco-polymers)而不是納米簇115來(lái)將層113圖案化。在此類(lèi)實(shí)施例中，將兩嵌段共聚物旋涂在層113上并隨后將 其退火，其中，兩個(gè)聚合物相分成界限分明的結(jié)構(gòu)。蝕刻掉聚合物之一的結(jié)構(gòu)，留下第二聚 合物的隔離的結(jié)構(gòu)。然后，使用這些隔離的結(jié)構(gòu)將底層圖案化以形成柱。以利用共聚物的 某些實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)具有低到20納米的寬度的柱。在某些實(shí)施例中，為了在編程期間將相變材料結(jié)構(gòu)303結(jié)晶化，施加高電流以完 全熔融所有相變材料結(jié)構(gòu)303，然后將電流緩降以使相變材料結(jié)晶化。在一個(gè)實(shí)施例中，電 流處于足以產(chǎn)生超過(guò)相變材料的熔融溫度的溫度的值。緩降時(shí)間同樣也取決于材料。圖14 22示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的各種局部側(cè)視圖。在本實(shí)施例中，相 變材料不是由每個(gè)柱形成，作為替代，將其沉積為在加熱器結(jié)構(gòu)的柱之間形成的一層材料。圖14示出晶片1400的局部側(cè)視圖。晶片1400包括襯底1401、電介質(zhì)層1403、包 括被電介質(zhì)1406隔離的導(dǎo)電電極1405的第一金屬層1404。一層加熱器材料1407設(shè)置在 層1404上。層1407可以類(lèi)似于層109。掩膜層1409 (例如氮化物)在層1407上形成。納 米簇1411設(shè)置在層1409上。在一個(gè)實(shí)施例中，納米簇1411類(lèi)似于納米簇115包括具有類(lèi) 似寬度和間距。圖15示出已按照納米簇1411的圖案將層1409和1407圖案化以形成柱1501之 后的晶片1400。每個(gè)柱1501包括掩膜結(jié)構(gòu)1503和加熱器結(jié)構(gòu)1505。圖16示出已經(jīng)去除結(jié)構(gòu)1503和納米簇1411 (通過(guò)可選用于層1409的材料的蝕 刻劑的濕法蝕刻)之后的晶片1400。圖17示出在晶片1400之上沉積一層相變材料層1701、然后是覆蓋材料(例如氮 化物)的層1703之后的晶片1400。在一個(gè)實(shí)施例中，層1701由與上文對(duì)層111所描述材 料類(lèi)似的材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)物理汽相淀積(PVD)來(lái)沉積層1701，其中，在加 熱器結(jié)構(gòu)1505之間沉積相變材料。在一個(gè)實(shí)施例中，層1701具有足以將加熱器結(jié)構(gòu)1505 的頂部覆蓋3 5nm的厚度。然而，在其它實(shí)施例中，可以使用其它厚度。圖18示出已將層1703、層1701、以及結(jié)構(gòu)1505圖案化、從而留下暴露的電極1405 和電介質(zhì)1406的各部分之后的晶片1400。圖19示出在晶片1400之上形成一層電介質(zhì)材料1901并使用層1703作為平面化 阻止層將其平面化之后的晶片1400。圖20示出去除層1703以暴露層1701之后的晶片1400。在某些實(shí)施例中，層1701 可以包括諸如氮化鈦或鎢的導(dǎo)電阻擋覆蓋層。在這種情況下，用于去除層1703的蝕刻工藝 在導(dǎo)電阻擋覆蓋層上停止，從而保護(hù)層1701下面的材料免受蝕刻化學(xué)的影響。圖21示出形成開(kāi)口 2101以暴露電極1405之后的晶片1400。通過(guò)將掩膜層(未 示出)圖案化以形成開(kāi)口并隨后使用圖案化掩膜層去除層1901的材料來(lái)使此電極暴露。此 后，去除圖案化掩膜層。圖22示出形成電極2201和接觸2203之后的晶片1400。通過(guò)在晶片1400之上沉積一層導(dǎo)電材料(例如銅、金、鋁)、然后使用層1901作為平面化阻止層進(jìn)行平面化來(lái)形成 電極2201和接觸2203。在某些實(shí)施例中，接觸2203和電極2201可以包括阻擋層(未示 出)。存儲(chǔ)器單元2200包括具有多個(gè)加熱器結(jié)構(gòu)1505的結(jié)構(gòu)，每個(gè)加熱器結(jié)構(gòu)1505被 相變材料1701圍繞。為加熱器提供被相變材料圍繞的多個(gè)柱結(jié)構(gòu)可向加熱器表面接觸提供更大的相變材料表面量。因此，可以在非晶化寫(xiě)處理期間進(jìn)一步將相變層1701非晶化， 因?yàn)樵搶拥母蟛糠峙c加熱器結(jié)構(gòu)接觸，這與層1701位于加熱器結(jié)構(gòu)上方的情況相反。在 某些實(shí)施例中，更好地使相變材料非晶化的這種能力導(dǎo)致單元在高溫下的更好的可靠性。 另外，此結(jié)構(gòu)可允許更高效地利用由加熱器結(jié)構(gòu)1505產(chǎn)生的熱量，因?yàn)榧訜崞鹘Y(jié)構(gòu)既加熱 在它上方的相變材料也加熱位于其橫向的相變材料(如圖13的實(shí)施例一樣)。在某些實(shí)施 例中，加熱器材料的多個(gè)柱可以減小使相變層1701非晶化所需的電流量。可以對(duì)圖22的實(shí)施例進(jìn)行修改。例如，圖23示出類(lèi)似于晶片1400的晶片2300， 襯底2301、層2303、電介質(zhì)2307、電極2305、電介質(zhì)2323、接觸2321、以及電極2319分別類(lèi) 似于襯底1401、層1403、電介質(zhì)1406、電極1405、電介質(zhì)1901、接觸2203、以及電極2201。然而，在圖23的實(shí)施例中，不是將加熱器材料(其可以是類(lèi)似于圖14的層1407 的材料)的層2311完全蝕刻至電極2305。作為替代，以預(yù)定持續(xù)時(shí)間蝕刻加熱器層2311 以提供位于未蝕刻層部分2313之上的加熱器柱結(jié)構(gòu)。用本實(shí)施例，相變材料2317不接觸 電極2305。因此，所有寫(xiě)電流必須在通過(guò)層2317之前通過(guò)層2311的加熱器材料。在某些實(shí)施例中，層2311可以由加熱器材料(例如鈦鎢和氮化鈦)的兩個(gè)蝕刻可 選層制成，其中，頂層將被蝕刻以形成柱結(jié)構(gòu)(例如結(jié)構(gòu)2315)，并且將不蝕刻底層，使得其 看起來(lái)像部分2313。在本實(shí)施例中，形成加熱器柱結(jié)構(gòu)2315的蝕刻將不是定時(shí)蝕刻或時(shí)間 苛刻蝕刻。在某些實(shí)施例中，圖13的柱301設(shè)置在類(lèi)似于部分2313的加熱器材料的一部分 之上。在圖22的另一實(shí)施例中，可以將層1701平面化。在某些實(shí)施例中，平面化阻止材 料將設(shè)置在每個(gè)結(jié)構(gòu)1505上。在某些實(shí)施例中，電極2201將接觸平面化阻止材料。在某 些實(shí)施例中，此平面化阻止材料將是電介質(zhì)材料，使得電極2210將不與結(jié)構(gòu)1505接觸?？?以對(duì)圖23的實(shí)施例進(jìn)行這些相同修改。作為圖13、22和23的進(jìn)一步修改，可以使加熱器結(jié)構(gòu)和相變結(jié)構(gòu)的位置顛倒。參 照?qǐng)D13，在此類(lèi)修改的一個(gè)示例中，柱結(jié)構(gòu)305將是相變材料，而柱狀結(jié)構(gòu)303將是加熱器 材料。參照?qǐng)D22，在此類(lèi)修改的另一示例中，結(jié)構(gòu)1505將是相變材料，而層1701將是加熱 器材料。參照?qǐng)D23，在此類(lèi)修改的另一示例中，層2311將是相變材料，而層2317將是加熱 器材料。提供柱之間具有小于20nm的間距的多個(gè)柱可允許在每個(gè)單元中結(jié)合大量的加熱 器柱。因此，可以在非晶化寫(xiě)處理期間將相變層1701更加非晶化，因?yàn)楦鄶?shù)量的加熱器 柱與層1701接觸，這與相鄰加熱器柱之間的間距大的情況相反。在其它實(shí)施例中，相變存 儲(chǔ)器單元的柱的數(shù)目可以是較少的數(shù)目。在一個(gè)實(shí)施例中，相變存儲(chǔ)器單元包括第一電極和位于第一電極之上的加熱器。 該加熱器包括柱。相變存儲(chǔ)器單元包括柱周?chē)南嘧儾牧霞拔挥诩訜崞骱拖嘧儾牧现系?第二電極。第一電極至少經(jīng)由相變材料電耦合到第二電極。在一個(gè)實(shí)施例中，形成相變存儲(chǔ)器單元的方法包括在襯底之上形成電極層并沉積 第一層。該第一層包括由加熱器材料和相變材料組成的組中的一個(gè)。該方法還包括在第一 層之上提供納米簇，其中，該納米簇限定一圖案并按照該圖案來(lái)蝕刻第一層以便從第一層 形成多個(gè)柱。
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在另一實(shí)施例中，相變存儲(chǔ)器單元包括襯底之上的第一電極、第二電極、以及包括 電耦合到第一電極的加熱器材料的多個(gè)柱。所述多個(gè)柱位于第一電極與第二電極之間。所 述多個(gè)柱中的每一個(gè)具有小于20納米的寬度。相變存儲(chǔ)器單元包括在所述多個(gè)柱中的每 一個(gè)周?chē)南嘧儾牧?。該相變材料被電耦合到第二電極。雖然已示出并描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，基于本 文的教授內(nèi)容，在不脫離本發(fā)明及其更廣泛方面的情況下，可以進(jìn)行進(jìn)一步的變更和修改， 因此，隨附權(quán)利要求將在其范圍內(nèi)涵蓋如在本發(fā)明的主旨精神和范圍內(nèi)的所有此類(lèi)變更和 修改。
權(quán)利要求
一種相變存儲(chǔ)器單元，包括第一電極；位于第一電極之上的加熱器，其中，所述加熱器包括柱；在所述柱周?chē)南嘧儾牧?；以及位于所述加熱器和所述相變材料之上的第二電極，所述第一電極至少經(jīng)由所述相變材料電耦合到所述第二電極。
2.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器單元，其中，所述相變材料位于所述柱之上。
3.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器單元，其中，所述相變材料包括由鍺、銻、和碲組成的組中的至 少之一。
4.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器單元，其中，所述加熱器包括由鈦、鋁、氮、硅、鉭、和鎢組成的組 中的至少之一。
5.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器單元，其中，所述加熱器的進(jìn)一步特征在于包括在所述柱下面 的基礎(chǔ)部分。
6.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器單元，其中，所述柱具有小于20納米的寬度。
7.權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器單元，其中，所述加熱器還包括位于所述第一電極與所述第二 電極之間的第二柱，其中，所述相變材料在所述第二柱周?chē)?br> 8.權(quán)利要求7的存儲(chǔ)器單元，其中，所述加熱器的進(jìn)一步特征在于包括在所述柱和所 述第二柱下面的基礎(chǔ)部分。
9.權(quán)利要求7的存儲(chǔ)器單元，其中，所述相變材料位于所述柱和所述第二柱之上。
10.一種形成相變存儲(chǔ)器單元的方法，包括如下步驟在襯底之上形成電極層；沉積第一層，其中，所述第一層包括由加熱器材料和相變材料組成的組中的一種；在所述第一層之上提供納米簇，其中，所述納米簇限定圖案；以及按照所述圖案來(lái)蝕刻所述第一層以便由第一層形成多個(gè)柱。
11.權(quán)利要求10的方法，其中，提供納米簇的步驟包括在所述第一層之上沉積氧化物層；以及通過(guò)化學(xué)汽相沉積來(lái)沉積由硅、硅鍺、金、鈀、和銀組成的組中的一種以形成納米簇。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，形成納米簇的步驟還包括在沉積所述氧化物層之前沉 積氮化物。
13.權(quán)利要求10的方法，其中，在所述第一層之上提供納米簇的步驟包括在第一層之 上施加預(yù)制的納米簇。
14.權(quán)利要求10的方法，還包括在所述多個(gè)柱之中沉積不同于第一層的第二層材料。
15.權(quán)利要求14的方法，其中，沉積第二層的步驟的進(jìn)一步特征在于所述第二層包括 由加熱器材料和相變材料組成的組中的另一種。
16.權(quán)利要求15的方法，其中，沉積第一層的步驟的進(jìn)一步特征在于所述第一層包括 加熱器材料，并且沉積第二層的步驟的進(jìn)一步特征在于所述第二層包括相變材料。
17.權(quán)利要求16的方法，還包括形成與所述第二層電耦合的第二電極層。
18.權(quán)利要求17的方法，還包括在形成第二電極層的步驟之前對(duì)第二層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械 拋光的步驟。
19.一種相變存儲(chǔ)器單元，包括 襯底之上的第一電極；第二電極；多個(gè)柱，其包括電耦合到第一電極的加熱器材料，所述多個(gè)柱位于所述第一電極與所 述第二電極之間，所述多個(gè)柱中的每一個(gè)具有小于20納米的寬度；所述多個(gè)柱中的每一個(gè)周?chē)南嘧儾牧希鱿嘧儾牧媳浑婑詈系降诙姌O。
20.權(quán)利要求19的相變存儲(chǔ)器單元，其中，所述相變材料具有平面化的表面。
全文摘要
相變存儲(chǔ)器單元(1311)具有第一電極、加熱器(1505)、相變材料、以及第二電極。加熱器(1505)在第一電極之上，并且加熱器包括柱。相變材料(1701)在加熱器周?chē)?。第二電極被電耦合到相變材料。在某些實(shí)施例中，一種方法包括在襯底上形成電極層，沉積第一層，在第一層只傻姑娘提供納米簇(1411)，并蝕刻第一層。第一層包括由加熱器材料和相變材料組成的組之一?？梢允褂眉{米簇(1411)限定圖案來(lái)蝕刻第一層以便從第一層形成柱。
文檔編號(hào)G11C13/02GK101809669SQ200880109055
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者R·A·勞, R·穆拉利德哈, T·P·麥錢(qián)特 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司