專利名稱：半導(dǎo)體器件以及該半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件以及該半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
相變存儲器是一種利用材料之間根據(jù)相變的電阻差異的存儲器，并且是下一代存儲器半導(dǎo)體中的一種，該下一代存儲器半導(dǎo)體具有閃存的即使不通電其內(nèi)存儲的信息也不會被擦除的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)的雖然不通電時其內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)會被擦除但是處理速度很快的優(yōu)點(diǎn)。
該相變存儲器的存取速度比閃存的存取速度快至少1000倍，閃存是非易失存儲器的代表并且與DRAM一樣能夠在不超過2至5V的低電壓下運(yùn)行。
而且，與靜態(tài)隨機(jī)存儲器(SRAM)一樣，在相變存儲器中可以快速地讀寫數(shù)據(jù)。由于相變存儲器具有相對簡單的單元結(jié)構(gòu)，因此可以將器件的尺寸減小至DRAM器件的尺寸。
此外，由于相變存儲器是一種并非利用電荷進(jìn)行存儲而是利用材料之間根據(jù)相變的電阻差異進(jìn)行儲存的儲存器件，因此相變儲存器可以寫下和擦除信息不少于1010次，而不受宇宙輻射或電磁波的影響。
圖1是示出傳統(tǒng)相變存儲器結(jié)構(gòu)的截面圖。
如圖1所示，相變存儲器10包括下電極12、觸點(diǎn)14、相變材料層16以及上電極18。
相變材料層16的溫度隨流入觸點(diǎn)14的電流量改變。根據(jù)溫度的變化，相變材料層16的原子或分子排列變?yōu)闊o規(guī)律性的非晶態(tài)或有規(guī)律性的晶態(tài)，從而通過下電極12和上電極18獲得信號1和0。當(dāng)排列為晶態(tài)時信號為0，且當(dāng)排列為非晶態(tài)時信號為1。當(dāng)重復(fù)這些狀態(tài)時就可處理信息。
如圖1所示，在傳統(tǒng)的相變存儲器10中，由于觸點(diǎn)14僅通過觸點(diǎn)14的頂面連接至該相變材料層16，所以觸點(diǎn)14的觸點(diǎn)電阻產(chǎn)生的熱沿輻射方向(見圖1中的箭頭)傳遞至支撐在觸點(diǎn)14頂面上的相變材料層16。
因此，起存儲器作用的程序區(qū)(program region)15被限制在如圖1所示的局部區(qū)域中，熱量的產(chǎn)生量由觸點(diǎn)頂部的面積決定，在整個相變材料層16上的熱分布不均勻，并且熱傳遞時間很長。
與傳統(tǒng)的相變存儲器10一樣，當(dāng)熱分布不均勻且需要較長的時間來傳遞熱時，相變材料層16從非晶態(tài)變?yōu)榫B(tài)或者從晶態(tài)變?yōu)榉蔷B(tài)的轉(zhuǎn)換時間增加，所以導(dǎo)致存儲器的運(yùn)行速度降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，因此本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件以及該半導(dǎo)體器件的制造方法，在該半導(dǎo)體器件中觸點(diǎn)電阻產(chǎn)生的熱快速均勻地傳遞至相變材料層，從而使運(yùn)行速度加快。
本發(fā)明的又一目的是提供一種半導(dǎo)體器件以及制造該半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件能夠改善觸點(diǎn)的熱傳遞效率。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，其包括下電極；觸點(diǎn)，其連接至該下電極以具有雙溝槽結(jié)構(gòu)；相變材料層，其容置在該雙溝槽中以根據(jù)該觸點(diǎn)傳遞的熱的變化產(chǎn)生晶態(tài)和非晶態(tài)之間的相變；以及上電極，其連接至該相變材料層。
一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其包括以下步驟在下電極上形成第一保護(hù)層；選擇性地蝕刻該第一保護(hù)層以形成雙溝槽；涂布接觸層以填充該雙溝槽并將該接觸層拋光，以使該接觸層僅留在該雙溝槽中；局部蝕刻拋光的該接觸層以形成第二溝槽；涂布相變材料以填充該第二溝槽并將該相變材料拋光，以使該相變材料僅留在該第二溝槽中形成相變材料層；以及形成連接至該相變材料的上金屬層。


圖1是示出傳統(tǒng)相變存儲器結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2A和圖2B是示出了根據(jù)本發(fā)明的相變存儲器結(jié)構(gòu)的截面圖和平面圖；
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明在制造相變存儲器的過程中在下電極中形成雙溝槽的步驟的截面圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明在制造相變存儲器的過程中接觸層填充該雙溝槽的狀態(tài)的截面圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明在制造相變存儲器的過程中在該接觸層中形成第二溝槽的步驟的截面圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明在制造相變存儲器的過程中涂布相變材料層的狀態(tài)的截面圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明在制造相變存儲器的過程中平坦化相變材料層使該相變材料層僅留在第二溝槽中的步驟的截面圖；以及圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明在制造相變存儲器的過程中涂布第二保護(hù)層以及形成通路的步驟的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下文將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖2A和圖2B是示出了根據(jù)本發(fā)明的相變存儲器結(jié)構(gòu)的截面圖和平面圖。
如圖2A和2B所示，根據(jù)本發(fā)明的相變存儲器100包括下電極120、觸點(diǎn)(contact)140、相變材料層160、連接通路(connection via)170以及上電極180。
與傳統(tǒng)相變存儲器10的觸點(diǎn)14不同，該觸點(diǎn)140為雙溝槽結(jié)構(gòu)(doubletrench)，其中在第一保護(hù)層130中形成雙臺階差(double step difference)。而且，該相變材料層160容置在該觸點(diǎn)140的雙溝槽中。
即，如圖2B的平面圖所示，該相變材料層160接觸該觸點(diǎn)140的四個側(cè)面，并如圖2A的截面圖所示，該相變材料層160接觸該觸點(diǎn)140的頂面。因此，觸點(diǎn)140產(chǎn)生的熱通過觸點(diǎn)140的頂面?zhèn)鬟f至相變材料層160(參考圖2A的箭頭A)并且通過該觸點(diǎn)140的四個側(cè)面?zhèn)鬟f至相變材料層160(參考圖2B的箭頭B、C、D和E)。如上所述，由于觸點(diǎn)140的熱通過相變存儲器100中的五個表面?zhèn)鬟f至相變材料層160，所以由觸點(diǎn)電阻產(chǎn)生的熱被均勻并快速地傳遞至相變材料層160。
在相變存儲器100中，在第二保護(hù)層150中形成連接通路170以將相變材料層160和上電極180相互連接。
下電極120和上電極180可以由Ti、Ni、W、Cu和N的合金以及多晶硅制成。第一保護(hù)層130和第二保護(hù)層150例如可以是ZnS-SiO2。觸點(diǎn)140由具有高熱傳遞性能以及具有不小于預(yù)定薄層電阻值的導(dǎo)電材料形成。
相變材料層160由諸如Ge-Sb-Te基的成核優(yōu)勢材料(nucleation dominantmaterial)(NDM，例如，Ge2Sb2Te5)和Sb70Te30基的快速生長材料(fast growthmaterial，F(xiàn)GM)等硫系材料薄膜形成。
為了使相變材料層160在非晶態(tài)存儲信息，用電或者用光照射而將熱量傳遞于相變材料層160，且迅速冷卻相變材料層160。為了使相變材料層160在晶態(tài)擦除所存儲的信息，必須在略高于結(jié)晶溫度的溫度以引起相變所需的預(yù)定時間傳遞熱量。
通常，GeSbTe相變材料的溫度在存儲信息時大約為600℃，GeSbTe相變材料的溫度在擦除信息時大約為不低于179℃。當(dāng)相變材料層160在晶體狀態(tài)時，電阻小所以電流能夠流動。然而，當(dāng)給相變材料層160施加由觸點(diǎn)140的觸點(diǎn)電阻產(chǎn)生的熱之后冷卻該相變材料層160時，相變材料層160處于非晶態(tài)，電阻增大從而使電流被截?cái)唷?br> 下文將參考圖3至圖8說明根據(jù)本發(fā)明的相變存儲器100的制造方法。
參考圖3，在上電極120上涂布第一保護(hù)層130以形成雙溝槽142。通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法將多晶硅或金屬涂布在襯底(未示出)上以形成下電極120。當(dāng)由多晶硅形成下電極120時，必須進(jìn)行用于控制電阻的離子注入工藝?？梢酝ㄟ^進(jìn)行兩次光蝕刻工藝或雙鑲嵌(dual damascene)工藝形成雙溝槽142。
參考圖4，涂布接觸層145以填充雙溝槽142并拋光，以使接觸層145僅存在于雙溝槽142中且接觸層145的頂面與第一保護(hù)層130的頂面相平齊(coincide)。在拋光工藝中，可以使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)法。
接著，如圖5所示，通過光蝕刻工藝選擇性地蝕刻所述接觸層145以形成具有第二溝槽147的接觸層圖案145a。該第二溝槽147位于所述觸點(diǎn)的雙溝槽142的中央。
參考圖6，涂布相變材料162填充接觸層圖案145a的第二溝槽147。如圖7所示，通過CMP工藝平坦化該相變材料162，以使該相變材料僅留在第二溝槽147中形成相變材料層160。如圖6和圖7所示，該第二溝槽147接觸相變材料層的、除了相變材料層160連接至上電極或連接通路170的表面以外的所有表面。
接著，如圖8所示，涂布第二保護(hù)層150，形成孔以使相變材料層160敞開，從而用導(dǎo)電體填充該孔以形成連接通路170。接著，當(dāng)通過連接通路170形成連接至該相變材料層160的上金屬層180時，就完成了圖2A所示的相變存儲器100。
在根據(jù)本發(fā)明的相變存儲器中，由于相變材料層接觸觸點(diǎn)的四個側(cè)面并且接觸觸點(diǎn)的頂面，因此由觸點(diǎn)產(chǎn)生的熱均勻并快速地傳遞至整個相變材料層。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的相變存儲器中，熱分布均勻且熱傳遞迅速，所以相變材料層從非晶態(tài)轉(zhuǎn)換為晶態(tài)以及從晶態(tài)轉(zhuǎn)換為非晶態(tài)的轉(zhuǎn)換時間縮短，并且加快了該存儲器的運(yùn)行速度。
盡管參考本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明和描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行形式上和細(xì)節(jié)上的多種改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其包括下電極；觸點(diǎn)，其連接至該下電極并具有雙溝槽結(jié)構(gòu)；相變材料層，其容置在該雙溝槽中以根據(jù)該觸點(diǎn)傳遞的熱的變化產(chǎn)生晶態(tài)和非晶態(tài)之間的相變；以及上電極，其連接至該相變材料層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中在該雙溝槽中形成第二溝槽，該第二溝槽接觸該相變材料層的、除了該相變材料層連接至該上電極的表面之外的所有表面。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該相變材料層包括Ge-Sb-Te基的成核優(yōu)勢材料。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該相變材料層包括Sb70Te30基的快速生長材料。
5.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該制造方法包括以下步驟在下電極上形成第一保護(hù)層；選擇性地蝕刻該第一保護(hù)層以形成雙溝槽；涂布接觸層以填充該雙溝槽并將該接觸層拋光，以使該接觸層僅留在該雙溝槽中；部分地蝕刻拋光的該接觸層以形成第二溝槽；涂布相變材料以填充該第二溝槽并將該相變材料拋光，以使該相變材料僅留在該第二溝槽中形成相變材料層；以及形成連接至該相變材料的上金屬層。
6.如權(quán)利要求5所述的制造方法，其中將該接觸層拋光的步驟和將該相變材料拋光的步驟使用化學(xué)機(jī)械拋光法。
7.如權(quán)利要求5所述的制造方法，其中該第二溝槽接觸該相變材料層的、除了該相變材料層連接至該上電極的表面之外的所有表面。
8.如權(quán)利要求5所述的制造方法，其中該相變材料層是Ge-Sb-Te基的成核優(yōu)勢材料。
9.如權(quán)利要求5所述的制造方法，其中該相變材料層是Sb70Te30基的快速生長材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件及該半導(dǎo)體器件的制造方法。該半導(dǎo)體器件包括下電極；觸點(diǎn)，其連接至該下電極以具有雙溝槽結(jié)構(gòu)；相變材料層，其容置在該雙溝槽中以根據(jù)由該觸點(diǎn)傳遞的熱的變化產(chǎn)生晶態(tài)和非晶態(tài)之間的相變；以及上電極，其連接至該相變材料層。
文檔編號G11C16/02GK1992368SQ20061017018
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者崔基峻 申請人:東部電子股份有限公司