專利名稱：多位存儲單元結構及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造半導體器件的方法，更具體地，涉及一種 4吏用相變才才沖牛(phase change material)的多^f立存^f諸單元(multi-bit memory cell)結構及其制造方法，相比于一4立(one-bit)存4諸單元，
中可以使各種類型的信息能夠存入一個存儲單元中，從而降低具有 相同容量的芯片尺寸并提高存儲性能。
背景技術：
由于半導體技術已經(jīng)發(fā)展，在生產(chǎn)大容量和高集成的半導體器 件方面，包括半導體器件的尺寸的總的降低方面已經(jīng)有了發(fā)展。因 此，相對高集成的半導體器件可能需要好的半導體生產(chǎn)技術。 一些 半導體存儲產(chǎn)品可以基于兩位，使用0/1信號開關(switching )。然 而，好的半導體生產(chǎn)技術可能需要在存儲產(chǎn)品中使存儲單元基于多 位。產(chǎn)生多位數(shù)據(jù)的技術可以使用相變材料。相變材料是可以表現(xiàn) 兩種物理狀態(tài)的材3阡，其可以凈皮設置為其中一個狀態(tài)用以表示多位 數(shù)據(jù)。因此，如果存儲產(chǎn)品通過使用相變材料表示多位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù) 存儲容量可以提高而芯片尺寸可以被最小化。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例涉及一種制造半導體器件的方法。在本發(fā)明實施 例中，多位存儲單元結構可以使用相變材料。在本發(fā)明實施例中， 一種制造多位存儲單元結構的制造方法可以使各種類型的信息存 入一個存儲單元中，這在最小化芯片的尺寸和/或最大化存儲性能中 可以是有步丈的。
在本發(fā)明實施例中， 一種制造多位存儲單元的方法可以包括以
下步驟中的至少之一形成多個下部導電材剩4反，該多個下部導電 材料板在半導體基板上和/上方的存儲單元區(qū)中以規(guī)則的間隔布置； 在下部導電材料板上和/上方形成第 一絕緣膜；形成各自連接至下部 導電材料板的多個第一接觸件；以規(guī)則的間隔形成多個柵極板(gate plate ),該多個柵-才及4反經(jīng)由第一4妄觸4牛相應^也連4妻至下部導電才才泮牛 板；形成第二絕緣膜以覆蓋多個柵極板；形成各自連接至柵極板的 多個第二接觸件；形成經(jīng)由第二接觸件連接至多個柵極板的上部導 電材料牙反。
在本發(fā)明實施例中，多位存儲單元結構可以包括至少以下之 一在半導體基板上和/上方的存儲單元區(qū)中以規(guī)則的間隔布置的多 個下部導電材料板；各自連接至下部導電材料板的多個第一連接 件；經(jīng)由第 一接觸件各自連接至下部導電材料板并以規(guī)則的間隔布 置的多個4冊極4反；各自連4妾至4冊才及斥反的多個第二4妾觸件；經(jīng)由第二 接觸件連接至多個柵極板的上部導電材料板。
在本發(fā)明實施例中，制造了使用相變材料的多位存儲單元，這 可以使各種信息存入單個存儲單元中。因此，可以將芯片的相對尺 寸最小化，而不犧牲容量和/或存儲性能。


實例圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的多位存儲單元的制造過 禾呈的示意圖。
實例圖2是才艮據(jù)本發(fā)明實施例的5位存儲單元的透一見圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明實施例中，在制造半導體存儲單元期間使用相變 (phase change )材料。因此，在本發(fā)明實施例中，可以將各種信息 存入一個存儲單元中。在本發(fā)明實施例中，與一位存4諸單元相比壽交， 可以將芯片的尺寸最小化，而不犧牲容量和/或存儲性能。
實例圖1是才艮據(jù)本發(fā)明實施例的多位存儲單元的制造過程的示 意圖。可以在半導體基一反100上和/或上方的存4諸單元區(qū)中以*見則的 間隔形成多個下部導電材并牛才反102，該多個下部導電材#+一反102可 以用作漏才及?？梢栽谙虏繉щ姴臎_+一反102上和/或上方形成第一絕纟彖 膜104?？梢孕纬啥鄠€第一接觸件106以連接和/或耦合至下部導電 材泮+外反102。可以在第一4矣觸件106上和/或上方形成多個4冊才及+反 108。多個棚-極澤反108可以相應于下部導電材料才反102。柵才及板108 可以經(jīng)由第一4妄觸件106連4妾和/或井禹合至下部導電才才并牛+反102。在 本發(fā)明實施例中，柵極板108可以包含相變材料?？梢栽诙鄠€柵極 板108上和/或上方形成第二絕緣膜110?？梢栽诘诙^緣膜110中 形成多個第二4妄觸件112。多個第二4妄觸件112可以連4妄和/或壽禺合 至才冊才及^反108。可以在第二絕緣膜110上方形成上部導電材料板114。 上部導電材沖牛才反114可以經(jīng)由第二4妄觸4牛112連4妄和/或耦合至多個 柵極板108。如實例圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明實施例，多位存儲單元可以包
括以平行矩陣形成的柵極板108 (包含相變材料)。第二接觸件112 可以/人上部導電材料板114施加電流至柵-才及4反108(包含相變材料)。 在本發(fā)明實施例中，不同的柵極板108 (包含相變材料)可以與不 同的第二接觸件具有不同的接觸面積。在本發(fā)明實施例中，從相對 寬的面積(例如，第二4妾觸4牛112)向相義十窄的面積(例如，第一 接觸件106)移動的電子可能相互碰撞，該石並撞可能產(chǎn)生熱能(即， 熱)。產(chǎn)生的熱能可以引起柵極板108的相變材料改變相位。在本 發(fā)明實施例中，當相同的電流經(jīng)由不同尺寸的接觸件(例如，第一 接觸件和/或第二接觸件)并行流過時，柵極板108的相變材料改變 相位的等級(degree)和/或速率(rate)可能取決于各自的柵-極板 108的相對比率4妄觸面積而不同。因此，通過i殳定第二4妾觸件112 和柵極板108之間的不同接觸面積，電流可以不同，導致4冊極板的 相變材料的相位的改變不同。因此，流向下部導電材料板102 (例 如，用作漏才及)的電流的量可以是可區(qū)分的(distinguishable)和/ 或可調節(jié)的。
實例圖2是才艮據(jù)本發(fā)明實施例的多位存儲單元的透一見圖，其中 以夫見則的間隔布置由相變材坤牛形成的4冊才及4反。實例圖2示出了用于 表示5位信息的多位存儲單元。第二4妄觸件112可以用作源4及，該 第二接觸件接觸和/或耦合至上部導電材料板114。柵極板108 (例 如，包括相變材料)可以用作柵極。柵極板108可以具有與第二接 觸件112不同的接觸。根據(jù)本發(fā)明實施例，第二接觸件112、柵極 才反108、以及第一4妾觸件106的集合可以平4亍布置。在本發(fā)明實施 例中，第二接觸件112可以形成以具有小于或等于90nm的直徑(雖 然其〗也的直徑也是可以的)。第一^妄觸^牛106可以用作漏一及，第一 接觸件相應地將4冊4及斗反108連4妄和/或耦合至下部導電材料才反102。 在本發(fā)明實施例中，第一4妻觸件可以具有基本相同的面積、體積、 和/或4妄口 (interface)尺寸。才艮據(jù)本發(fā)明實施例，第二4妄觸件112可以包括導電材料(例如銅(Cu))。然而，也可以使用其他的材料。 第二4妻觸件可以具有相對4氐的阻抗。在本發(fā)明實施例中，4妄觸件之
間的差異必須是基本不變的。在本發(fā)明實施例中，來自4冊極玲反108 的熱可以與4妄觸件的面積成反比。
當連沖妄上部導電材泮牛板114和4冊極才反108的第二4姿觸件112具 有不同的接觸面積時，相變的等級可以是按照4、 3、 2和1的順序 (如實例圖2中所示)。例如，才艮據(jù)本發(fā)明實施例，相變的等級可 以相應于不同尺寸的第二接觸件112與柵極板108的接觸面積的上 升尺寸(ascending size )。柵極板108改變相位的數(shù)量取決于流過柵
才及斗反108的電流的量。例如，4艮一居本發(fā)明實施例，4!r入進下部導電
材料板102 (例如，用作漏極)的電流的量根據(jù)各自柵極板108的 相變的等級間斷地改變。根據(jù)本發(fā)明實施例，通過感應輸入進第一 接觸件106、柵極板108和第二接觸件112的平行組合中的下部導 電材料板102的電流的不同，可以區(qū)別信息。因此，在本發(fā)明實施 例中，可以實王見多<立存4諸單元。
在本發(fā)明實施例中，由相變材料形成的4冊極板108的數(shù)量可以 是兩個或多個。當柵極板的數(shù)量是2時，可以形成3位單元。當柵 極板的數(shù)量是3時，可以形成4位單元。如實例圖2所示，當柵極 板的數(shù)量是4時，可以形成5位單元。在本發(fā)明實施例中，可以形 成4壬意凄史量的柵-4及4反，以形成可以處理4壬意ft量位的位單元。在本 發(fā)明實施例中，為了擦除在存入信息的存儲單元中的相變材料，從 而回到其原始狀態(tài)，電力t可以在一定的電平(level)流動以〗更沒有 才冊才及板108經(jīng)受相位的改變。具有最小4姿觸面積的4冊一及板108的范 圍(extent)不會經(jīng)受相位改變。在本發(fā)明實施例中，如果4妄觸件 的面積之間的差異太大，就可能需要相對長的時間去實施纟察除才喿作 來進行擦除。因此，在本發(fā)明實施例中，盡管接觸件的不同面積之間的差異足夠大以允許電平4企測(level detection )， ^旦可以將4妻觸件 的不同面積之間的差異最小化。
盡管本文中描述了多個實施例，但是應該理解，本領域4支術人 員可以想到多種其他修改和實施例，他們都將落入本公開的原則的 精神和范圍內。更具體地，在本/>開、附圖、以及所附權利要求的
種^f奮改和改變。除了組成部分和/或排列方面的^f奮改和改變以外，可 選的使用對本領域技術人員來說是顯而易見的選擇。
權利要求
1. 一種方法，包括在半導體基板上方形成多個下部導電材料板；在所述多個下部導電材料板上方形成第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜中形成多個第一接觸件，其中，所述多個第一接觸件被耦合至所述多個下部導電材料板；在所述第一絕緣膜上方形成多個柵極板，其中，所述多個柵極板被耦合至所述多個第一接觸件，以及其中，所述多個柵極板包括相變材料；在所述多個柵極板上方形成第二絕緣膜；在所述第二絕緣膜中形成多個第二接觸件，其中，所述多個第二接觸件被耦合至所述柵極板；以及在所述第二絕緣膜上方形成上部導電材料板，其中，所述上部導電材料板被耦合至所述多個第二接觸件。
2. 沖艮據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述方法是制造多位存儲 單元的方法。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，所述多位存儲單元包括至 少三個位。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，所述多位存儲單元包括至 少五個位。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述相變材料根據(jù)流過所 述多個棚4及才反中的每一個的電流的量來改變相位。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述多個第一孑妄觸件中的 每一 個均具有基本相同的形狀。
7. 4艮據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述多個第二接觸件中的 每一個均具有不同的形狀。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述多個相W及4反中的每一個均一皮身禺合至所述多個第一4妾 觸4牛中的一個；以及所述多個棚-極板中的每一個均被耦合至所述多個第二接 觸ff中的一個。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，所述多個柵極板中的每一 個的相變材料均基于所述多個第二接觸件中的每一個的不同 形狀而響應電流的不同電平來改變相位。
10. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述多個第二接觸件中的 每一個均具有在大約60nm到大約90nm之間的直徑。
11. 一種裝置，包括多個下部導電材料板，在半導體基板上方形成；第一絕緣膜，在所述多個下部導電材料板上方形成；多個第一接觸件，在所述第一絕緣膜中形成，其中，所述 多個第 一接觸件被耦合至所述多個下部導電材料板；多個柵極板，在所述第一絕緣膜上方形成，其中，所述多 個柵極板被耦合至所述多個第一接觸件，以及其中，所述多個 才冊才及板包括相變材料；第二絕^彖月莫，在所述多個柵^及板上方形成；多個第二接觸件，在所述第二絕緣膜中形成，其中，所述 多個第二接觸件被耦合至所述柵極板；以及上部導電材料板，在所述第二絕緣膜上方形成，其中，所 述上部導電材料板被耦合至所述多個第二接觸件。
12. 根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中，所述裝置是多位存儲單 元。
13. 根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中，所述多位存儲單元包括 至少三個位。
14. 根據(jù)權利要求13所述的裝置，其中，所述多位存儲單元包括 至少五個位。
15. 根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中，所述相變材料根據(jù)流過 多個4冊才及—反中的每一個的電流的量來改變相4立。
16. 根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中，所述多個第一接觸件中 的每一個均具有基本相同的形狀。
17. 根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中，所述多個第二接觸件中 的每一個均具有不同的形狀。
18. 根據(jù)權利要求17所述的裝置，其中所述多個柵極板中的每一個均耦合至所述多個第一接觸 ff中的一個；以及所述多個4冊才及々反中的每一個均壽禺合至所述多個第二4妾觸 V牛中的一個。
19. 根據(jù)權利要求18所述的裝置，其中，所述多個柵極板中的每 一個的相變材料均基于所述多個第二接觸件中的每一個的不 同形狀而響應電流的不同電平來改變相位。
20. 根據(jù)權利要求17所述的裝置，其中，所述多個第二接觸件中 的每一個均具有在大約60nm到大約90nm之間的直徑。
全文摘要
一種制造包括相變材料的半導體存儲單元的方法。多位存儲單元可以采用相變材料。這樣可以使各種類型的信息存入一個存儲單元中。相比于一位存儲單元，本發(fā)明可以將芯片的尺寸最小化，而不犧牲容量和/或存儲性能。
文檔編號H01L21/822GK101459128SQ20081018079
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權日2007年12月11日
發(fā)明者金廣銓 申請人:東部高科股份有限公司