專利名稱：增加相變存儲器列平臺裕量的制作方法
增加相變存儲器列平臺裕量背景技術本發明大致涉及相變存儲器。相變存儲器器件使用電子存儲器應用場合用的相變材料，即可在一般無定形(amorphous)態和 一般結晶(crystalline)態之間電切換的材 料。 一種類型的存儲器元件利用了一種相變材料，該材料在一個應用 中可在一般為無定形與一般為結晶局部有序的結構狀態之間電切換， 或者在完全無定形與完全結晶態之間跨整個頻語在局部有序的不同 可檢測狀態之間電切換。相變材料的狀態也是非易失性的，其中在設 置為表示阻值的結晶、半結晶、無定形、半無定形態時，由于該值代 表材料的相位或物理狀態(例如，結晶或無定形)，因此該值會保持直 至^^另一程序事件更改。狀態不受掉電影響。
圖1是在制造早期階段的一個實施例的放大橫截面視圖； 圖2是根據一個實施例在制造的隨后階段對應于圖1的放大橫截 面視圖；圖3是根據一個實施例在制造的隨后階段對應于圖2的橫截面視圖；圖4是根據一個實施例在制造的隨后階段的橫截面視圖； 圖5是根據一個實施例在制造的隨后階段的橫截面視圖； 圖6是根據一個實施例在制造的隨后階段的橫截面視圖； 圖7是在對應于圖6所示階段的階段處的另一實施例的橫截面視圖；圖8是在對應于圖2所示階段的階段處的本發明另一實施例的放大橫截面視圖；圖9是本發明另一實施例的對應于圖2的橫截面視圖；以及 圖IO是本發明一個實施例的系統圖示。
具體實施方式
根據本發明 一 些實施例，相變存儲器的列平臺裕量(column landing margin)可以被改進。列平臺裕量是用于蝕刻鑲嵌列槽溝 (damascene column groove)以限定列導體，不會損害相變存儲器結構的 邊界。 一般情況下，形成上部或頂部電極。隨后，通過上面疊加的絕 緣材料形成列連接(column connection)。這些列連接可由通過上面疊加 的絕緣材料形成的通孔而限定，以向下電接觸頂部電極。一些情況下，可能發生過蝕刻，其中通孔向下延伸太遠，并最終 重疊入且沿著相變存儲器材料側。由于相變存儲器包括對某些化學物 質敏感的硫屬化物材料(chalcogenide material),因此，可能由蝕刻或 隨后的清潔步驟而產生不利的后果。也說是說，過蝕刻入硫屬化物或 其它相變存儲器層可能由于向下延伸太遠的蝕刻而出現。因此，可有利地增大列平臺裕量，使得即使出現過蝕刻，過蝕刻 也不會向下達到頂部電極下面的區域，損害下面更多敏感組件。根據 本發明一個實施例，通過增大頂部電極高度，可改進列平臺裕量。在 另 一實施例中，可通過在頂部電極上方使用材料作為硬掩膜而改進列 平臺邊界，頂部電極蝕刻大致類似于用于封裝相變存儲器和形成的通 路所通過的材料。參照圖1，根據本發明一個實施例，襯底IO上可由行線路導體金 屬12疊加。村底10的兩個示例可以為半導體襯底或層間介電質 (interlayerdielectric)。雖然金屬12稱為行線路導體金屬，但術語"行線 路"與"列線路"基本上是任意的。因此，金屬12可以為任何導線。在金屬12的上方可形成一對絕緣層14和16。低的絕緣層可更薄， 并且可由第一材料形成，而高絕緣層16可更厚，并且可由不同材料形成。例如，在一個實施例中，層14可由氮化物形成，并且層16可 由氧化物形成。因此，層14可充當下述某些蝕刻操作中的蝕刻停止 層(etch stop)。通過絕緣層14和16,可形成最終填充有加熱體材料(heater materia1)18的孔隙(pore)。 一個合適的加熱體材料是氮化鈥珪(titanium siliconnitride)。通過加熱體材料18的電流產生熱量，該熱量能夠改變 上面覆蓋的相變材料20的相位。通常，相變材料20可由疏屬化物形 成。堆疊限定在層16上，包括相變材料20、頂部電極22和硬掩膜24。 堆疊可由具有共同的側壁的三個組件形成。共同的側壁可通過^使 用相同掩膜蝕刻的 一 系列層而實現。每個堆疊形成一個存儲器單元50。單元50隨后覆蓋有封裝層 (encapsulation layer)26。在一個實施例中，封裝層26可由氮化物形成。隨后，參照圖2，封裝層26可進行非等向性蝕刻(anisotropicetch) 以形成側壁間隔區(sidewall spacer)。也說是說，水平部分大致去除， 并且所有保留的是層26的垂直部分。參照圖3，單元50可覆蓋有絕緣體28。絕緣體28中形成有孔隙 32。孔隙32和絕緣體28的上部表面隨后覆蓋有犧牲光吸收材料 (sacrificial light absorbing material,即SLAM) 30。最后，在犧牲光吸 收材料30上方可限定具有圖樣光刻膠(patternedphotoresist)部分34的 光刻l交層和介入開口 36。在一些實施例中，開口 36限定了向下延伸通過絕緣體28到單元 50的凹槽位置。開口 36可以為大體上相同的寬度，以便結果凹槽可 具有大體相同的深度。參照圖4,凹槽35已在通過光刻膠部分34之間開口 36向蝕刻工 藝顯露的區域中形成。注意，每個區域34的寬度大致相等，并且因 此每個凹槽35的深度大致相等。由于蝕刻高長寬比(high aspect ratio) 結構要受特質影響，其中孔徑的寬度影響結果凹槽的深度，因此，使寬度w大致相同是有利的。
正如在圖4中可看到的一樣，凹槽35向下延伸到單元50，并且 實際上去除了硬掩膜24。如果硬掩膜24與絕緣體28由相同的材料制 成，或者由與絕緣體28具有相同蝕刻特性的材料制成，則掩膜24和 層28可同樣被輕松去除。但是，如果側壁間隔區26由不同的材料形 成，并且蝕刻不選擇該材料，則即使蝕刻硬掩膜24和絕緣體28時， 側壁間隔區26也可保持大致完整。因此，在一個實施例中，絕緣體 28和4務膜24是氧化物，而間隔區26是氮化物。
保持側壁間隔區26提供了額外的列平臺裕量。側壁間隔區26的 存在保護了頂部電極22和下層硫屬化物層20的敏感側壁。因此，過 蝕刻不會對頂部電極22或受保護的硫屬化物層20造成不利影響。
垂直箭頭M表示有效的列平臺裕量。換而言之，由于存在側壁間 隔區26，列平臺裕量極大。由于側壁間隔區26提供保護的原因，因 此，即使出現一些過蝕刻也不要緊。側壁間隔區26的存在是由于間 隔區26是由與絕緣體28和硬掩膜24用的材料不同的材料制成。
在存儲器區域中形成凹槽35的相同蝕刻中，在外圍區域中形成通 孔38。此通孔38最終填充有金屬，以向下接觸行線路導體金屬12。 由于蝕刻已停止，在圖4中保留了一些犧牲光吸收材料30。但是，由 于與光刻膠34中的開口 36相比，溝槽38的寬度不同，因此，通孔 38可比凹槽35更深。因此，溝槽38具有依靠保護層(resist)34中提供 的溝槽38蝕刻的笫一區域和涉及優選相對于周圍層28去除犧牲光吸 收材料30的第二區域39。換而言之，蝕刻劑選擇相對于層28的犧牲 光吸引材料30。
如圖5所示，繼續的蝕刻會去除剩余的犧牲光吸收材料30，并且 蝕穿在一個實施例中可由氮化物形成的絕緣層14。隨后，在此階段可 利用的蝕刻可對一些實施例中由與層14相同的材料形成的側壁間隔 區26的剩余部分進行蝕刻。層14可充當犧牲光吸引材料蝕刻的蝕刻 停止層。最后，參照圖6，通孔35和38隨后可填充有傳導材料40、 42, 如銅。傳導材料42可向下延伸到行線路導體金屬12，并允許行信號 由上面覆蓋的導體(未示出)提供。類似地，列信號提供到絕緣體28中 形成的列導體40上。在一些實施例中，這些信號可與頂部電才及24通信。
根據圖7,根據本發明另一實施例，可利用雙層頂部電極22、 22a。 在一些實施例中，頂部電極22可由氮化金屬形成。氧化金屬在接觸 硫屬化物層20中是有利的，例如，因為氮化物有助于結合(bind)金屬 離子，從而減少硫屬化物的污染。氮化物金屬往往是高應力材料，并 因此在較薄層中應用最有利。但是，此類薄層提供更少的列平臺裕量。 由于列平臺裕量在垂直方向上延伸，因此，電極22越短，則過蝕刻 向下延伸到足夠遠并最終損害硫屬化物層20的可能性就越大。
因此，在一些實施例中，利用了氮化金屬較薄的頂部電極22，如 氮化鈦或氮化鈦鋁(titanium aluminum nitride)。因此，可實現到硫屬化 物層20的良好附著(adhesion)而無污染問題。隨后，不同的金屬22a 可添加到電極22的頂部以提供另外的列平臺裕量。額外的金屬22a 可以為較低應力薄膜，可制造成厚得多。金屬22a的合適材料示例包 括鈥、鈥鋁、鋁、鋁硅和鋁硅銅。其它的，工藝可如上所述。也說是 說，圖1-6所述的技術可適用于圖7。但是，在一些實施例中，那些 技術可能是不必要的，并且組合電極22、 22a高度提供的列平臺裕量 足以克服由于過蝕刻帶來的任何問題。
參照圖8,根據還有的另一實施例，硬掩膜24可包括氮化物底層 (underlayer)44。因而如圖5所示，氮化物層14被蝕穿時，頂部電極 22仍受上方覆蓋的氮化物層44的保護。因此，層14的蝕刻也去除了 氮化物層44，從而減少了頂部電極24嚴重蝕刻的可能性。
最后，參照圖9，根據還有的另一實施例，氮化物層48可定位在 硬llr膜層24的上方。犧牲光吸收材料32可通過另外的蝕刻去除，并 且此蝕刻繼續穿過絕緣體14。同時，由于絕緣體14和側壁間隔區26可以為相同的材料，因此， 一些側壁間隔區26也可去除。
對石危屬化物20編程(programming)以改變材料狀態或相位可通過 施加電壓電勢到導體40和材料42，由此生成跨選擇器件和存儲器元 件的電壓電勢而實現。在電壓電勢大于存儲器元件34的閾值電壓時， 電流則可流過辟u屬化物20以響應施加的電壓電勢，并且可導致辟u屬 化物20發熱。
此發熱可改變硫屬化物20的存儲器狀態或相位。改變硫屬化物 20的相位或狀態可改變存儲器材料的電特性，例如，通過改變存儲器 材料的相位，可改變材料的阻抗。存儲器材料也可稱為可編程電阻材 料。
在"重置"狀態中，存儲器材料可以為無定形或半定形狀態，并且 在"設置"狀態中，存儲器材料可以為結晶或半結晶狀態。無定形或半 結晶狀態的存儲器材料電阻可大于結晶或半結晶狀態中存儲器材料 的電阻。要理解，重置和設置分別與無定形和結晶狀態的關聯是一種 慣例，并且至少有相反的慣例可以采用。
使用電流時，存儲器材料會加熱到相對更高的溫度以使存儲器材 料無定形化并"重置"存儲器材料(例如，將存儲器材料編程為邏輯"O" 值)。將存儲器材料體積(volume)加熱到相對較低的結晶化溫度可使存 儲器材料結晶，并"設置"存儲器材料(例如，將存儲器材料編程為邏輯 "l"值)。通過變化通過存儲器材料體積的電流量和持續時間，可實現 存儲器材料的各種電阻以存儲信息。
轉到圖10,描述根據本發明實施例的部分系統500。系統500可 在無線裝置中使用，如具有無線能力的個人數字助理(PDA)、膝上型 或便攜式計算機、web平板計算機、無線電話、尋呼機、即時通訊裝 置、數字音樂播放器、數碼相機或可適用于以無線方式發送和/或接收 信息的其它裝置。系統500可在任何以下系統中使用無線局域網 (WLAN)系統、無線個人區域網(WPAN)系統、蜂窩網絡，但本發明的 范圍在此方面并不受限。系統500可包括經總線550相互耦合的控制器510 、輸7v/輸出(I/O) 裝置520(例如，鍵盤、顯示器)、靜態隨機存取存儲器(SRAM) 560、 存儲器530及無線接口 540。電池580可在一些實施例中^f吏用。應注 意的是，本發明的范圍并不限于具有任何或所有這些組件的實施例。
控制器510例如可包括一個或多個微處理器、數字信號處理器、 微控制器或諸如此類。存儲器530可用于存儲發送到系統500或由系 統500發送的消息。存儲器530也可選地用于存儲在系統500操作期 間由控制器510執行的指令，并且可用于存儲用戶數據。存儲器530 可由一個或多個不同類型的存儲器提供。例如，存儲器530可包括任 何類型的隨機存取存儲器、易失性存儲器、諸如閃存等非易失性存儲 器和/或諸如本文所述存儲器的存儲器。
I/O裝置520可由用戶使用以生成消息。系統500可使用無線接 口 540以通過射頻(RF)信號發送和接收無線通信網絡消息。無線接口 540的示例可包括天線或無線收發信機，但本發明的范圍在此方面并 不受限。
此說明書通篇對"一個實施例"或"實施例"的引用指結合該實施例 描述的特定特性、結構或特征包括在本發明內包含的至少一個實現 中。因此，出現的詞語"在一個實施例中，，或"在實施例中"不一定全部 指同一實施例。此外，特定的特性、結構或特征可以不同于所述特定 實施例的其它適合的方式設立，并且所有此類形式可包含在本申請權 利要求內。
雖然本發明已相對有限數量的實施例進行了描述，但本領域的技 術人員將理解由此產生的多種修改和變化。隨附權利要求書旨在涵蓋 本發明真正精神和范圍內的此類修改和變化。
權利要求
1.一種方法，包括用硫屬化物材料和在所述硫屬化物材料上方的電極形成相變存儲器，所述電極包括不同材料的第一傳導層和第二傳導層。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，包括形成與所述硫屬 化物材料接觸的包括氮化物的材料的所述第一傳導層。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，包括在所述第一傳導 層上方形成不包括氮化物的材料的所述第二傳導層。
4. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，包括形成第一厚度的 所述第一傳導層，且在所述第一層頂部上形成大亍所述第一厚度的第 二厚度的所述第二傳導層。
5. —種方法，包括形成由掩膜覆蓋的硫屬化物材料； 用側壁間隔區覆蓋所述硫屬化物材料和所述掩膜；以及 用與所述掩膜具有大致相同蝕刻特性的填充材料覆蓋所述側壁 間隔區。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，包括形成所述相同材 料的所述填充材料和所述^r膜。
7. 如權利要求6所迷的方法，其特征在于，包括形成第一材料的 所述填充材料和所述掩膜，并且形成與所迷第一材料不同的第二材料 的所述側壁間隔區。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，包括形成氧化物的所 述填充材料和所述掩膜。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，包括形成氮化物的所 迷側壁間隔區。
10. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，包括在傳導電極上 方形成所述^^膜，并且在所述硫屬化物材料上形成所述傳導電極。
11. 如權利要求IO所述的方法，其特征在于，包括形成通過所述填充材料和通過所述掩膜到達所述傳導電極的通孔。
12. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，包括在所述掩膜上 方形成鈍化層，所述鈍化層由與用作所述填充材料和所述^r膜的材料 不同的材料形成。
13. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，包括蝕刻通過所述 填充材料的通孔，去除所述掩膜，同時保留所述側壁間隔區大致未凈皮 蝕刻。
14. 如權利要求11所述的方法，其特征在于，包括在所述填充材 料下形成氮化物層，且用氮化物形成所述掬r膜。
15. —種半導體結構，包括相變材料；所述相變材料上方的掩膜； 所述掩膜上方的填充材料；以及 具有大致相同蝕刻特性的所述掩膜和所述填充材料。
16. 如權利要求15所述的結構，其特征在于，所述掩膜和所述填 充材料由相同的材料制成。
17. 如權利要求16所述的結構，其特征在于，所述掩膜和所述填 充材料由氧化物形成。
18. 如權利要求15所述的結構，其特征在于，包括在所述掩膜上 方的鈍化層。
19. 如權利要求18所述的結構，其特征在于，所述鈍化層由氮化 物形成。
20. 如權利要求15所述的結構，其特征在于，包括所述掩膜和所 述相變材料上的側壁間隔區。
21. 如權利要求15所述的結構，其特征在于，包括所述^^膜與所 述相變材料之間的電極。
22. 如權利要求21所述的結構，其特征在于，所述電極由不同材料的兩個層形成。
23. 如權利要求22所述的結構，其特征在于，所述層之一包括氮 化物，并且所述層的另一個不包括氮化物。
24. 如權利要求15所述的結構，其特征在于，所述掩膜包括氧化 物層和氮化物層。
25. 如權利要求24所述的結構，其特征在于，所述掩膜包括氮化 物層上方的氧化物層。
26. —種系統，包括 處理器；耦合到所述處理器的靜態隨機存取存儲器；以及 耦合到所述處理器的存儲器，包括電極和相變材料，所述電極在所述相變材料上方，所述電極包括兩層，第一層包括氮化物，并且第二層不包括氮化物，所述第一層接觸所述相變材料。
27. 如權利要求26所述的系統，其特征在于，所述第二層比所述 第一層更厚。
28. 如權利要求27所述的系統，其特征在于，包括延伸通過絕緣 體并接觸所述電極的導體。
29. 如權利要求28所述的系統，其特征在于，所述第一層包括氮 化鈥鋁。
30. 如權利要求29所述的系統，其特征在于，相比所迷第二層， 所述第一層是豐支高應力層。
全文摘要
本發明可形成具有更高列平臺裕量的相變存儲器。在一個方案中，通過增大電極的高度，可增大列平臺裕量。例如，由兩種異類材料制成的電極，其中一種材料(22)包括氮化物，并且另一材料(22A)不包括氮化物。在另一方案中，使用了硬掩膜(24)，它與上面覆蓋及其周圍的絕緣體(28)實質上是相同的材料。硬掩膜和下層相變材料(20)由與硬掩膜材料不同的側壁間隔區(26)保護。如果硬掩膜和絕緣體具有大致相同的蝕刻特性，則在保持側壁間隔區的保護性質的同時，可去除硬掩膜。
文檔編號H01L45/00GK101300689SQ200680040452
公開日2008年11月5日 申請日期2006年10月26日 優先權日2005年10月28日
發明者C·丹尼森, I·卡波夫 申請人:英特爾公司