本公開(kāi)內(nèi)容涉及電子器件領(lǐng)域，并且更具體地涉及半導(dǎo)體器件及相關(guān)方法。

背景技術(shù)：
固態(tài)存儲(chǔ)器器件由于較典型有源存儲(chǔ)器器件而言的若干優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)變得很流行。首先，固態(tài)存儲(chǔ)器器件不包括活動(dòng)部件，因此它消耗更少功率并且提供穩(wěn)健的可靠性。另外，固態(tài)存儲(chǔ)器器件耐受機(jī)械應(yīng)力，諸如沖擊和振動(dòng)。用于固態(tài)存儲(chǔ)器器件的一類存儲(chǔ)器是閃存器件。閃存器件可以基于例如NAND或者NOR邏輯門(mén)。例如Nakamura的公開(kāi)號(hào)為2009／0080236的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)一種存儲(chǔ)器器件。該存儲(chǔ)器器件包括多個(gè)存儲(chǔ)器單元和耦合到每個(gè)存儲(chǔ)器單元的位線。存儲(chǔ)器器件經(jīng)由位線向存儲(chǔ)器單元中的每個(gè)存儲(chǔ)器單元提供電源電壓。即使固態(tài)存儲(chǔ)器器件使用比典型方式更少的功率，仍然希望減少固態(tài)存儲(chǔ)器器件的功率消耗。另一固態(tài)存儲(chǔ)器方式是相變存儲(chǔ)器。這些器件將硫族化物玻璃用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而不是使用閃存浮置柵極方式。具體而言，可以通過(guò)使硫族化物玻璃暴露于指定水平的熱度，來(lái)迫使它采用非晶態(tài)或者晶態(tài)形式。通過(guò)檢測(cè)基于硫族化物玻璃的電阻率來(lái)檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)，該電阻率可預(yù)測(cè)地基于硫族化物玻璃的形式變化。這些相變存儲(chǔ)器的潛在缺點(diǎn)是增加的功率消耗。具體而言，對(duì)硫族化物玻璃進(jìn)行相變(即對(duì)存儲(chǔ)器單元編程)所需的電流可能很高，由此增加功率需求。在典型方式中，已經(jīng)使用氮化鈦(TiN)加熱元件來(lái)加熱和冷卻硫族化物玻璃。Pop等人在2011年4月29日的ScienceMagazine第332卷中的“Low-PowerSwitchingofPhase-ChangeMaterialswithCarbonNanotubeElectrodes”中公開(kāi)了一種針對(duì)這樣的功率消耗缺點(diǎn)的解決方式，該文章的內(nèi)容通過(guò)完全引用并入本文。這一解決方式包括使用碳納米管作為電極來(lái)形成相變存儲(chǔ)器單元。碳納米管在襯底上水平延伸從而減少存儲(chǔ)器密度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于前文，本公開(kāi)內(nèi)容的目的是提供一種具有相變材料(PCM)存儲(chǔ)器單元的功率高效型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器器件。這個(gè)和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)由一種可以包括襯底和在襯底上方的PCM存儲(chǔ)器單元陣列的半導(dǎo)體器件提供。每個(gè)PCM存儲(chǔ)器單元可以包括豎直對(duì)準(zhǔn)的第一電極和第二電極、在第一電極與第二電極之間的第一電介質(zhì)層、從第二電極并且朝著第一電極經(jīng)過(guò)第一電介質(zhì)層豎直延伸的至少一個(gè)碳納米管以及在第一電極與至少一個(gè)碳納米管之間的PCM本體。有利地，使用豎直碳納米管對(duì)PCM存儲(chǔ)器單元高效編程。另外，PCM存儲(chǔ)器單元的密度也很高。在一些實(shí)施例中，第一電極可以豎直在第二電極上方。在其它實(shí)施例中，第一電極可以豎直在第二電極下方。例如PCM本體可以包括硫族化物。此外，該半導(dǎo)體器件還可以包括在襯底與第一電介質(zhì)層之間的阻擋層。半導(dǎo)體器件也可以進(jìn)一步包括包圍PCM本體和第一電極的第一屏障層。半導(dǎo)體器件還可以包括包圍第二電極的第二屏障層。另外，該半導(dǎo)體器件還可以包括在第一電介質(zhì)層下方的第二電介質(zhì)層，并且第一電介質(zhì)層可以具有比第二電介質(zhì)層更低的介電常數(shù)。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件還可以包括耦合到PCM存儲(chǔ)器單元陣列的讀／寫(xiě)電路裝置。另一方面涉及一種制作半導(dǎo)體器件的方法。該方法可以包括在襯底上方形成PCM存儲(chǔ)器單元陣列，使得每個(gè)PCM存儲(chǔ)器單元包括豎直對(duì)準(zhǔn)的第一電極和第二電極、在第一電極與第二電極之間的第一電介質(zhì)層、從第二電極并且朝著第一電極經(jīng)過(guò)第一電介質(zhì)層豎直延伸的至少一個(gè)碳納米管以及在第一電極與至少一個(gè)碳納米管之間的PCM本體。附圖說(shuō)明圖1是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的半導(dǎo)體器件的示意截面圖。圖2是根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的半導(dǎo)體器件的另一實(shí)施例的示意截面圖。圖3是用于制作圖1的半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。圖4-17是用于制作圖1的半導(dǎo)體器件的步驟的示意截面圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)在將參照其中示出優(yōu)選實(shí)施例的附圖更完全描述當(dāng)前實(shí)施例。然而本公開(kāi)可以用許多不同形式體現(xiàn)，而不應(yīng)解釋為本公開(kāi)限于這里闡述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例使得本公開(kāi)內(nèi)容將透徹而完整，并且這些實(shí)施例將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全傳達(dá)本公開(kāi)內(nèi)容的范圍。相似標(biāo)號(hào)全篇指代相似元件，并且撇符號(hào)用來(lái)在備選實(shí)施例中指示相似元件。首先參照?qǐng)D1，此時(shí)描述根據(jù)本公開(kāi)的半導(dǎo)體器件20。半導(dǎo)體器件示例地包括襯底83和在襯底上方的PCM存儲(chǔ)器單元21a-21f的陣列。例如襯底83可以包括具有適當(dāng)摻雜物濃度(例如N／P型摻雜物)的硅。每個(gè)PCM存儲(chǔ)器單元21a-21f包括豎直對(duì)準(zhǔn)的第一電極31a-31f和第二電極27a-27f。例如第一電極31a-31f和第二電極27a-27f可以各自包括銅、鎢和鋁中的至少一項(xiàng)。每個(gè)PCM存儲(chǔ)器單元21a-21f也包括在第一電極31a-31f與第二電極27a-27f之間的第一電介質(zhì)層25、以及從第二電極并且朝著第一電極經(jīng)過(guò)第一電介質(zhì)層豎直延伸的至少一個(gè)碳納米管28a-28f、以及在第一電極與至少一個(gè)碳納米管之間的PCM本體30a-30f。例如第一電介質(zhì)層25可以包括超低k(ULK)電介質(zhì)材料，諸如用氟化物或者碳摻雜的SiO2。例如PCM本體30a-30f可以包括硫族化物，諸如Ge2Sb2Te5。每個(gè)存儲(chǔ)器單元21a-21f中的至少一個(gè)碳納米管28a-28f充當(dāng)用于改變PCM本體30a-30f的狀態(tài)(即在非晶態(tài)與晶態(tài)之間改變)的加熱棒。例如在編程期間，向第二電極27a-27f施加電壓，該第二電極經(jīng)過(guò)至少一個(gè)碳納米管28a-28f并且向第一電極31a-31f施加電流。至少一個(gè)碳納米管28a-28f變熱，并且經(jīng)由傳導(dǎo)加熱PCM本體30a-30f，由此實(shí)現(xiàn)相變。有利地，使用豎直碳納米管28a-28f(即用減少的編程電流)對(duì)相變存儲(chǔ)器單元21a-21f高效編程。這可以使半導(dǎo)體器件20能夠在減少的功率級(jí)操作。另外，可以使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝來(lái)制造半導(dǎo)體器件20。在一些實(shí)施例中，每個(gè)碳納米管28a-28f可以具有相同直徑。有利地，這為每個(gè)PCM存儲(chǔ)器單元21a-21f提供可預(yù)測(cè)的加熱性能，即相同的施加的電流將實(shí)現(xiàn)相應(yīng)PCM本體30a-30f中的所需改變。另外，隨著CMOS處理分辨率提高，可以減少器件尺寸。在這一所示實(shí)施例中，第一電極31a-31f豎直在第二電極27a-27f上方。在其它實(shí)施例(圖2)中，可以反轉(zhuǎn)這一布置。此外，半導(dǎo)體器件20示例地包括在襯底83與第一電介質(zhì)層25之間的阻擋層24。阻擋層24可以包括N阻擋層，諸如SiCNi。有幫助的是，阻擋層24可以減少?gòu)牡诙姌O27a-27f的電流泄漏。半導(dǎo)體器件20也還包括包圍PCM本體30a-30f和第一電極31a-31f的第一屏障層29a-29f。例如第一屏障層29a-29f可以包括SiCNi、SiN或者某種其它N阻擋材料中的至少一項(xiàng)。這一第一屏障層29a-29f可以減少在每個(gè)存儲(chǔ)器單元21a-21f之間的熱傳送、減少電流泄漏并且減少擴(kuò)散。半導(dǎo)體器件20還包括包圍第二電極27a-27f的第二屏障層26a-26f。第二屏障層26a-26f可以包括例如TiN、TaN。另外，半導(dǎo)體器件20還包括在第一電介質(zhì)層25下方的第二電介質(zhì)層23。例如第二電介質(zhì)層23可以包括二氧化硅(SiO2)。第一電介質(zhì)層25可以具有比第二電介質(zhì)層23更低的介電常數(shù)。在所示實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件20還包括集成于襯底83上并且耦合到PCM存儲(chǔ)器單元21a-21f的陣列的讀／寫(xiě)電路裝置32。現(xiàn)在還參照?qǐng)D2，此時(shí)描述關(guān)于半導(dǎo)體器件20’的另一實(shí)施例。在半導(dǎo)體器件20’的這一實(shí)施例中，向關(guān)于圖1以上已經(jīng)討論的那些元件給予撇符號(hào)，并且多數(shù)無(wú)需這里進(jìn)一步討論。這一實(shí)施例與前一實(shí)施例的不同在于這一半導(dǎo)體器件20’具有豎直在第二電極27a'-27f'下方的第一電極31a’-31f’。另一方面涉及一種制作半導(dǎo)體器件20的方法。該方法可以包括在襯底83上方形成PCM存儲(chǔ)器單元21a-21f的陣列。該方法也可以包括形成每個(gè)PCM存儲(chǔ)器單元21a-21f以包括豎直對(duì)準(zhǔn)的第一電極31a-31f和第二電極27a-27f、在第一電極與第二電極之間的第一電介質(zhì)層25、從第二電極并且朝著第一電極經(jīng)過(guò)第一電介質(zhì)層豎直延伸的至少一個(gè)碳納米管28a-28f以及在第一電極與至少一個(gè)碳納米管之間的PCM本體30a-30f?，F(xiàn)在還參照?qǐng)D3-17，流程圖40圖示用于制作半導(dǎo)體器件20的方法(塊41)。該方法包括在襯底(在這些圖中未示出)上形成第二電介質(zhì)層23和其中有相應(yīng)第二屏障層26a-26f的第二電極27a-27f。該方法也包括形成例如包括N阻擋層的阻擋層24(圖4和塊43)。該方法包括形成第一電介質(zhì)層25。例如第一電介質(zhì)層25可以包括ULK電介質(zhì)材料(圖5和塊45)。該方法包括在第一電介質(zhì)層25上執(zhí)行蝕刻操作(即去除第一電介質(zhì)層的部分)以在其中形成多個(gè)柱33a-33f(圖6和塊47)。例如蝕刻操作可以包括反應(yīng)離子蝕刻(RIE)操作。該方法包括在多個(gè)柱33a-33f中形成多個(gè)碳納米管28a-28f(圖7和塊49)。如將理解的那樣，每個(gè)柱33a-33f可以由多個(gè)碳納米管28a-28f填充。例如可以使用Pop等人的文章中公開(kāi)的技術(shù)來(lái)形成多個(gè)碳納米管28a-28f。該方法也包括在上表面上再次沉積電介質(zhì)材料34以及退火步驟(圖8和塊51)。電介質(zhì)材料34可以包括與第一電介質(zhì)層25相同的ULK材料。在一些實(shí)施例中，可以省略退火步驟。該方法然后包括用于提供平坦上表面的拋光步驟，諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)(圖9和塊53)。然后再一次地，該方法包括再次沉積電介質(zhì)材料35(圖10和塊55)。電介質(zhì)材料35可以包括與第一電介質(zhì)層25相同的ULK材料。該方法包括用于去除ULK材料35的部分以限定用于形成第一電極31a-31f的結(jié)構(gòu)的凹陷36a-36f的另一蝕刻操作(圖11和塊57)。該方法包括形成第一屏障層37，該第一屏障層將在完成的存儲(chǔ)器單元21a-21f中限定第一屏障層29a-29f(圖12和塊59)該方法包括在上表面上和在凹陷36a-36f中形成PCM層38。以及此外另一拋光步驟(圖13-14和塊61、63)。該方法包括去除PCM層38的部分以限定用于第一電極31a-31f的凹陷80a-80f(圖15和塊65)。該方法包括在上表面和凹陷80a-80f上形成電傳導(dǎo)材料層81(圖16和塊67)。該方法包括用于限定第一電極31a-31f的另一拋光步驟(圖17和塊69、71)、從在前文描述和相關(guān)聯(lián)的附圖中呈現(xiàn)的教導(dǎo)中受益的本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到本公開(kāi)的許多修改和其它實(shí)施例。因此應(yīng)理解，本公開(kāi)內(nèi)容將不限于公開(kāi)的具體實(shí)施例，并且修改和實(shí)施例旨在被包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。