專利名稱：：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、尤其具有均一高度加熱體的相變存儲(chǔ)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明通常涉及相變存儲(chǔ)器，更具體地涉及具有更均勻加熱體(heater)的相變存儲(chǔ)器件及其制造工藝。
背景技術(shù)：
：相變存儲(chǔ)器件使用相變材料，即，可在普通非晶和普通結(jié)晶狀態(tài)之間電轉(zhuǎn)換的材料，作為電存儲(chǔ)應(yīng)用。一種類型的存儲(chǔ)元件利用這樣的相變材料，其可以在普通非晶結(jié)構(gòu)狀態(tài)和普通結(jié)晶局部有序狀態(tài)之間，或在完全非晶和完全結(jié)晶狀態(tài)之間的整個(gè)范圍內(nèi)不同的可檢測(cè)的局部有序狀態(tài)之間電轉(zhuǎn)換。相變材料的狀態(tài)也是非易失的，其中當(dāng)處于表示電阻值的結(jié)晶、半結(jié)晶、非晶或半非晶任一狀態(tài)時(shí)，相或物理狀態(tài)和與之相關(guān)的電阻值被保持，直到通過(guò)另一編程事件改變。該狀態(tài)是不受斷電影響的。在實(shí)際中這種類型的存儲(chǔ)器存在一個(gè)問(wèn)題，考慮到目前的制造工藝，在同一個(gè)晶片內(nèi)和從一個(gè)晶片到另一個(gè)晶片，加熱層的高度是變化的，由此會(huì)導(dǎo)致編程電流變化4艮大。這是不利的，由于存儲(chǔ)單元的編程物理狀態(tài)和由此導(dǎo)致的其電氣特性都取決于編程電流的值。尤其是在多電平存儲(chǔ)器的情況下，編程電流的變化可確定存儲(chǔ)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，并由此導(dǎo)致讀出錯(cuò)誤。
發(fā)明內(nèi)容由此，本發(fā)明的目標(biāo)是解決上面指出的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和中間半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造工藝，如權(quán)利要求1和10中分別定義的。為了理解本發(fā)明，參考附圖，現(xiàn)在描述優(yōu)選實(shí)施例，純粹作為非限制性實(shí)例，其中圖l-7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在相變存儲(chǔ)器的后制造階段的放大截面圖；和圖8是包括圖7的存儲(chǔ)器的系統(tǒng)的描述。具體實(shí)施方式參考圖1,晶片包括體IO,例如，包括在半導(dǎo)體襯底上的層間介電層。該層間介電層，例如，是氧化物。底地址線12形成在層間介電層10內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，底地址線12是根據(jù)常規(guī)技術(shù)制備的由銅形成的行線。然后，在底地址線12上形成疊層。在圖1的實(shí)施例中，疊層包括第一材料的第一介電層14、第二材料的第二介電層16、第一材料的第三介電層18和第二材料的犧牲介電層24。例如，第一材料是氮化物，第二材料是氧化物。然后，圖案化孔20并蝕刻到疊層14、16、18、24。接下來(lái)，如圖2所示，通過(guò)沉積間隔物材料形成側(cè)壁間隔物22,并隨后進(jìn)行各向異性蝕刻。該間隔物材料例如是氮化物。形成的孔20具有例如40到80納米的亞光刻寬度尺寸。此外，側(cè)壁間隔物22具有斜肩部36。轉(zhuǎn)到圖3,在孔20內(nèi)沉積加熱材料26。加熱材料26可以是任何高電阻率的金屬，例如4太硅IU匕物(titaniumsiliconnitride)。由ot匕，用加熱材料26填充孔20并覆蓋疊層14、16、18、24。接下來(lái)，在圖4中，實(shí)施化學(xué)機(jī)械平面化(CMP),以形成平坦的表面。平面化通過(guò)加熱材料26和犧牲介電層24,并停止在第三介電層18上，第三介電層18在這里為氮化物。由此，可以理解，對(duì)于化學(xué)機(jī)械平面化或其它蝕刻工藝，第三介電層18用作蝕刻停止。在該化學(xué)機(jī)械平面化中，可使用許多類型的漿料，例如，其在氧化物和氮化物之間具有高拋光選擇性。用作化學(xué)機(jī)械蝕刻停止的第三介電層18由此提供了在任何給定的晶片內(nèi)和從晶片到晶片加熱體高度的高可重復(fù)性?；瘜W(xué)機(jī)械平面化還除去了側(cè)壁間隔物22的肩部36(圖3),得到了圖4中示出的平坦結(jié)構(gòu)。然后，沉積碌u屬4匕物層(chalcogenide)28,隨后沉積最終用來(lái)形成相變存儲(chǔ)單元的頂電極的導(dǎo)電層30。轉(zhuǎn)到圖6,圖案化并蝕刻硫?qū)倩飳?8和導(dǎo)電層30,以形成島或條(stripe),由此形成存儲(chǔ)元件或相變存儲(chǔ)器件。圖7,在包含層30和28的疊層上形成包封(encapsulation)層36。包封層36保護(hù)硫?qū)倩飳?8的側(cè)壁。在一個(gè)實(shí)施例中，層36是由低溫氮化物形成的。然后，在包封層36上形成絕緣體34,并且蝕刻絕緣體34和包封層36以形成孔。然后將上地址線32沉積并形成在絕緣體34和包封層36中的孔內(nèi)。上地址線32形成為，例如，列線，并且通常相對(duì)于底地址線12橫向排列。在圖7的相變存儲(chǔ)器件中，由于所有在給定的晶片上制成的相變存儲(chǔ)器件都有第三介電層18,所以所有器件具有完全相同或至少基本相同高度的加熱體26。也就是說(shuō)，使用同樣的第三介電層18作為許多不同器件的蝕刻停止介電層，會(huì)導(dǎo)致相同的加熱體高度。加熱體高度相同的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所有的相變存儲(chǔ)器件接收基本相同的編程電流。結(jié)果，當(dāng)將相變存儲(chǔ)器件編程到特定的狀態(tài)時(shí)，其將具有與相同狀態(tài)下其它器件的特性相匹配的特性，對(duì)于由許多這種器件組成的整個(gè)存儲(chǔ)陣列給出了更大的一致性。許多不同的布置可使用許多存儲(chǔ)器陣列器件都有的蝕刻停止層，以確定相同的加熱體26高度。例如，不使用四個(gè)交替層14、16、18和24,可僅提供兩層，其下層由一種材料，例如，氮化物形成，且具有期望的最終加熱體高度的高度。石危屬化物層28可以是，通過(guò)施加電流在更加結(jié)晶態(tài)和更加非晶態(tài)之間改變存儲(chǔ)材料的相，從而能夠被編程為至少兩種存儲(chǔ)狀態(tài)其中之一的相變可編程存儲(chǔ)材料；其中處于基本非晶態(tài)的存儲(chǔ)材料的電阻大于處于基本結(jié)晶態(tài)的存儲(chǔ)材料的電阻。編程硫?qū)倩飳?8以改變存儲(chǔ)材料的狀態(tài)或相，可通過(guò)向電極或地址線12和32施加電壓電位來(lái)實(shí)現(xiàn)，由此產(chǎn)生了石危屬化物層28兩端的電壓電位。響應(yīng)施加的電壓電位，電流流過(guò)硫?qū)倩飳?8,并導(dǎo)致給石克屬化物層28加熱。該加熱可改變硫?qū)倩锏臓顟B(tài)或相。改變硫?qū)倩飳?8的相或狀態(tài)改變了存儲(chǔ)材料的電氣特性，例如，存儲(chǔ)材料的電阻可通過(guò)改變存儲(chǔ)材料的相而改變。在"復(fù)位，，(reset)狀態(tài)，存儲(chǔ)材料可處于非晶或半非晶狀態(tài)，并且在"設(shè)定"(set)態(tài)中，存儲(chǔ)材料可處于結(jié)晶或半結(jié)晶狀態(tài)。非晶或半非晶狀態(tài)中存儲(chǔ)材料的電阻大于結(jié)晶或半結(jié)晶狀態(tài)中存儲(chǔ)材料的電阻。要意識(shí)到，"復(fù)位"和"設(shè)定"分別關(guān)聯(lián)非晶和結(jié)晶狀態(tài)是一種規(guī)定，并且可采用至少一種相反的規(guī)定。利用電流，存儲(chǔ)材料可加熱到相對(duì)高的溫度，以非晶化和"復(fù)位"該存儲(chǔ)材料(例如，將存儲(chǔ)材料編程為邏輯"o"值)。將一定量的存儲(chǔ)材料加熱到相對(duì)低的結(jié)晶溫度，可結(jié)晶和"設(shè)定"存儲(chǔ)材料(例如，將存儲(chǔ)材料編程為邏輯"r，值)?？蓪?shí)現(xiàn)存儲(chǔ)材料的不同電阻，以通過(guò)改變流過(guò)該一定量存儲(chǔ)材料的電流的量和持續(xù)時(shí)間來(lái)存儲(chǔ)信息。轉(zhuǎn)到圖8,描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)500的一部分。系統(tǒng)500可用于無(wú)線器件，例如，個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、具有無(wú)線能力的膝上型或便攜式計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)書寫板(webtablet)、無(wú)線電話、尋呼機(jī)、即時(shí)通訊裝置(instantmessagingdevice)、數(shù)字音樂(lè)播放器、數(shù)字相機(jī)(digitalcamera)或其它適合無(wú)線發(fā)送和/或接收信息的裝置。系統(tǒng)500可用于下面的任一系統(tǒng)無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)、無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)系統(tǒng)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)，雖然本發(fā)明的范圍并不限于這個(gè)方面。系統(tǒng)500包括控制器510、輸入/輸出(I/O)器件520(例如，鍵盤、顯示器)、存儲(chǔ)器530和經(jīng)由總線550彼此耦合的無(wú)線接口540。系統(tǒng)500通過(guò)電池580供電。應(yīng)該注意，本發(fā)明的范圍不限于具有這些構(gòu)件中任一個(gè)或全部的實(shí)施例。控制器510包括，例如，一個(gè)或多個(gè)微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器等。存儲(chǔ)器530可用來(lái)存儲(chǔ)發(fā)送到系統(tǒng)500或由系統(tǒng)500發(fā)送的消息。存儲(chǔ)器530也可任選地用于存儲(chǔ)在系統(tǒng)500操作期間由控制器510執(zhí)行的指令，并且可用來(lái)存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器530包括具有由這里論述的相變器件形成的存儲(chǔ)陣列的相變存儲(chǔ)器。1/0器件520可被用戶使用來(lái)產(chǎn)生消息。系統(tǒng)500使用無(wú)線接口540以通過(guò)射頻(RF)信號(hào)向無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和從無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)接收消息。無(wú)線接口54G的實(shí)例包括天線或無(wú)線收發(fā)器(transceiver),但本發(fā)明的范圍并不限于這方面。靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)560也耦合到總線550。最后，很清楚，對(duì)這里描述和示出的相變存儲(chǔ)器件和工藝可進(jìn)行許多變化和修改，所有都包括在如附加權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種制造相變存儲(chǔ)器件的方法，包括步驟形成包括蝕刻停止層(18)的絕緣體(14、16、18、24)；在所述的絕緣體中形成孔；在所述的孔中沉積加熱體(26)；和平面化所述的加熱體到所述的蝕刻停止層(18)。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成絕緣體(14、16、18、24)的步驟包括形成所述的蝕刻停止層(18)和形成覆蓋在所述蝕刻停止層上的犧牲層(24)，平面化步驟包括除去所述的犧牲層(24)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，包括形成氧化物的所述犧牲層(24)并形成氮化物的所述蝕刻停止層(18)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，包括形成第一和第二材料的交替層(14、16、18、24)的所述絕緣體。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，包括以所希望的加熱體高度形成所述的蝕刻停止層(18)。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，包括在所述的孔中形成側(cè)壁間隔物(22)。7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，包括形成具有肩部(36)的所述側(cè)壁間隔物并在所述的平面化步驟期間除去所述的肩部。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，包括在所述的加熱體(26)上形成硫?qū)倩飳?28)。9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，包括形成與所述加熱體(26)接觸的平面結(jié)構(gòu)的所述硫?qū)倩飳?28)。10.—種中間半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括包括蝕刻停止層(18)和覆蓋在所述蝕刻停止層上的犧牲層(24)的絕緣體(14、16、18、24);形成在所述絕緣體和所述犧牲層中的孔；和形成在所述孔中的加熱體材料(26)。11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述的加熱體材料(26)在所述的孔和所述的絕緣體(14、16、18、24)上延伸。12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述絕緣體(14、16、18、24)包括第一和第二材料的交替層。13.根據(jù)權(quán)利要求12的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述的第一材料是氧化物，所述的第二材料是氮化物。14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述的蝕刻停止層(18)包括氮化物。15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括在所述孔中的側(cè)壁間隔物(22)。全文摘要一種由多個(gè)具有在自身的加熱體(26)上方延伸的硫?qū)倩锎鎯?chǔ)區(qū)(28)的相變存儲(chǔ)器件形成的相變存儲(chǔ)器。該加熱體(26)全部具有較均一的高度。該高度均一是通過(guò)在絕緣體中的孔內(nèi)部形成加熱體實(shí)現(xiàn)的，該絕緣體包括蝕刻停止層(18)和犧牲層(24)。該犧牲層是通過(guò)例如化學(xué)機(jī)械平面化的蝕刻工藝除去的。由于蝕刻停止層可用可重復(fù)的方式形成，并且對(duì)晶片上的所有器件是共同的，所以在加熱體高度上實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)大的均一性。加熱體高度均一會(huì)導(dǎo)致編程存儲(chǔ)特性中更好的均一性。文檔編號(hào)H01L27/24GK101305466SQ200680041731公開日2008年11月12日申請(qǐng)日期2006年9月13日優(yōu)先權(quán)日2005年9月14日發(fā)明者I·卡波夫,J·李,M·金,S·P·蒂加普拉姆,Y·金申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體股份有限公司