专利名称：半导体器件以及该半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件以及该半导体器件的制造方法。
背景技术：
相变存储器是一种利用材料之间根据相变的电阻差异的存储器，并且是下一代存储器半导体中的一种，该下一代存储器半导体具有闪存的即使不通电其内存储的信息也不会被擦除的优点，而且还具有动态随机存取存储器(DRAM)的虽然不通电时其内存储的数据会被擦除但是处理速度很快的优点。
该相变存储器的存取速度比闪存的存取速度快至少1000倍，闪存是非易失存储器的代表并且与DRAM一样能够在不超过2至5V的低电压下运行。
而且，与静态随机存储器(SRAM)一样，在相变存储器中可以快速地读写数据。由于相变存储器具有相对简单的单元结构，因此可以将器件的尺寸减小至DRAM器件的尺寸。
此外，由于相变存储器是一种并非利用电荷进行存储而是利用材料之间根据相变的电阻差异进行储存的储存器件，因此相变储存器可以写下和擦除信息不少于1010次，而不受宇宙辐射或电磁波的影响。
图1是示出传统相变存储器结构的截面图。
如图1所示，相变存储器10包括下电极12、触点14、相变材料层16以及上电极18。
相变材料层16的温度随流入触点14的电流量改变。根据温度的变化，相变材料层16的原子或分子排列变为无规律性的非晶态或有规律性的晶态，从而通过下电极12和上电极18获得信号1和0。当排列为晶态时信号为0，且当排列为非晶态时信号为1。当重复这些状态时就可处理信息。
如图1所示，在传统的相变存储器10中，由于触点14仅通过触点14的顶面连接至该相变材料层16，所以触点14的触点电阻产生的热沿辐射方向(见图1中的箭头)传递至支撑在触点14顶面上的相变材料层16。
因此，起存储器作用的程序区(program region)15被限制在如图1所示的局部区域中，热量的产生量由触点顶部的面积决定，在整个相变材料层16上的热分布不均匀，并且热传递时间很长。
与传统的相变存储器10一样，当热分布不均匀且需要较长的时间来传递热时，相变材料层16从非晶态变为晶态或者从晶态变为非晶态的转换时间增加，所以导致存储器的运行速度降低。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题，因此本发明的目的是提供一种半导体器件以及该半导体器件的制造方法，在该半导体器件中触点电阻产生的热快速均匀地传递至相变材料层，从而使运行速度加快。
本发明的又一目的是提供一种半导体器件以及制造该半导体器件的方法，该半导体器件能够改善触点的热传递效率。
为了实现以上目的，本发明提供了一种半导体器件，其包括下电极；触点，其连接至该下电极以具有双沟槽结构；相变材料层，其容置在该双沟槽中以根据该触点传递的热的变化产生晶态和非晶态之间的相变；以及上电极，其连接至该相变材料层。
一种半导体器件的制造方法，其包括以下步骤在下电极上形成第一保护层；选择性地蚀刻该第一保护层以形成双沟槽；涂布接触层以填充该双沟槽并将该接触层抛光，以使该接触层仅留在该双沟槽中；局部蚀刻抛光的该接触层以形成第二沟槽；涂布相变材料以填充该第二沟槽并将该相变材料抛光，以使该相变材料仅留在该第二沟槽中形成相变材料层；以及形成连接至该相变材料的上金属层。
图1是示出传统相变存储器结构的截面图；图2A和图2B是示出了根据本发明的相变存储器结构的截面图和平面图；
图3是示出了根据本发明在制造相变存储器的过程中在下电极中形成双沟槽的步骤的截面图；图4是示出了根据本发明在制造相变存储器的过程中接触层填充该双沟槽的状态的截面图；图5是示出了根据本发明在制造相变存储器的过程中在该接触层中形成第二沟槽的步骤的截面图；图6是示出了根据本发明在制造相变存储器的过程中涂布相变材料层的状态的截面图；图7是示出了根据本发明在制造相变存储器的过程中平坦化相变材料层使该相变材料层仅留在第二沟槽中的步骤的截面图；以及图8是示出了根据本发明在制造相变存储器的过程中涂布第二保护层以及形成通路的步骤的截面图。
具体实施例方式
下文将参考附图描述本发明的实施例。
图2A和图2B是示出了根据本发明的相变存储器结构的截面图和平面图。
如图2A和2B所示，根据本发明的相变存储器100包括下电极120、触点(contact)140、相变材料层160、连接通路(connection via)170以及上电极180。
与传统相变存储器10的触点14不同，该触点140为双沟槽结构(doubletrench)，其中在第一保护层130中形成双台阶差(double step difference)。而且，该相变材料层160容置在该触点140的双沟槽中。
即，如图2B的平面图所示，该相变材料层160接触该触点140的四个侧面，并如图2A的截面图所示，该相变材料层160接触该触点140的顶面。因此，触点140产生的热通过触点140的顶面传递至相变材料层160(参考图2A的箭头A)并且通过该触点140的四个侧面传递至相变材料层160(参考图2B的箭头B、C、D和E)。如上所述，由于触点140的热通过相变存储器100中的五个表面传递至相变材料层160，所以由触点电阻产生的热被均匀并快速地传递至相变材料层160。
在相变存储器100中，在第二保护层150中形成连接通路170以将相变材料层160和上电极180相互连接。
下电极120和上电极180可以由Ti、Ni、W、Cu和N的合金以及多晶硅制成。第一保护层130和第二保护层150例如可以是ZnS-SiO2。触点140由具有高热传递性能以及具有不小于预定薄层电阻值的导电材料形成。
相变材料层160由诸如Ge-Sb-Te基的成核优势材料(nucleation dominantmaterial)(NDM，例如，Ge2Sb2Te5)和Sb70Te30基的快速生长材料(fast growthmaterial，FGM)等硫系材料薄膜形成。
为了使相变材料层160在非晶态存储信息，用电或者用光照射而将热量传递于相变材料层160，且迅速冷却相变材料层160。为了使相变材料层160在晶态擦除所存储的信息，必须在略高于结晶温度的温度以引起相变所需的预定时间传递热量。
通常，GeSbTe相变材料的温度在存储信息时大约为600℃，GeSbTe相变材料的温度在擦除信息时大约为不低于179℃。当相变材料层160在晶体状态时，电阻小所以电流能够流动。然而，当给相变材料层160施加由触点140的触点电阻产生的热之后冷却该相变材料层160时，相变材料层160处于非晶态，电阻增大从而使电流被截断。
下文将参考图3至图8说明根据本发明的相变存储器100的制造方法。
参考图3，在上电极120上涂布第一保护层130以形成双沟槽142。通过化学气相沉积(CVD)法将多晶硅或金属涂布在衬底(未示出)上以形成下电极120。当由多晶硅形成下电极120时，必须进行用于控制电阻的离子注入工艺。可以通过进行两次光蚀刻工艺或双镶嵌(dual damascene)工艺形成双沟槽142。
参考图4，涂布接触层145以填充双沟槽142并抛光，以使接触层145仅存在于双沟槽142中且接触层145的顶面与第一保护层130的顶面相平齐(coincide)。在抛光工艺中，可以使用化学机械抛光(CMP)法。
接着，如图5所示，通过光蚀刻工艺选择性地蚀刻所述接触层145以形成具有第二沟槽147的接触层图案145a。该第二沟槽147位于所述触点的双沟槽142的中央。
参考图6，涂布相变材料162填充接触层图案145a的第二沟槽147。如图7所示，通过CMP工艺平坦化该相变材料162，以使该相变材料仅留在第二沟槽147中形成相变材料层160。如图6和图7所示，该第二沟槽147接触相变材料层的、除了相变材料层160连接至上电极或连接通路170的表面以外的所有表面。
接着，如图8所示，涂布第二保护层150，形成孔以使相变材料层160敞开，从而用导电体填充该孔以形成连接通路170。接着，当通过连接通路170形成连接至该相变材料层160的上金属层180时，就完成了图2A所示的相变存储器100。
在根据本发明的相变存储器中，由于相变材料层接触触点的四个侧面并且接触触点的顶面，因此由触点产生的热均匀并快速地传递至整个相变材料层。
而且，在根据本发明的相变存储器中，热分布均匀且热传递迅速，所以相变材料层从非晶态转换为晶态以及从晶态转换为非晶态的转换时间缩短，并且加快了该存储器的运行速度。
尽管参考本发明的特定优选实施例对本发明进行了说明和描述，但是本领域的技术人员应当理解的是，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的构思和范围的情况下，可以对本发明进行形式上和细节上的多种改变。
权利要求
1.一种半导体器件，其包括下电极；触点，其连接至该下电极并具有双沟槽结构；相变材料层，其容置在该双沟槽中以根据该触点传递的热的变化产生晶态和非晶态之间的相变；以及上电极，其连接至该相变材料层。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其中在该双沟槽中形成第二沟槽，该第二沟槽接触该相变材料层的、除了该相变材料层连接至该上电极的表面之外的所有表面。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其中该相变材料层包括Ge-Sb-Te基的成核优势材料。
4.如权利要求1所述的半导体器件，其中该相变材料层包括Sb70Te30基的快速生长材料。
5.一种半导体器件的制造方法，该制造方法包括以下步骤在下电极上形成第一保护层；选择性地蚀刻该第一保护层以形成双沟槽；涂布接触层以填充该双沟槽并将该接触层抛光，以使该接触层仅留在该双沟槽中；部分地蚀刻抛光的该接触层以形成第二沟槽；涂布相变材料以填充该第二沟槽并将该相变材料抛光，以使该相变材料仅留在该第二沟槽中形成相变材料层；以及形成连接至该相变材料的上金属层。
6.如权利要求5所述的制造方法，其中将该接触层抛光的步骤和将该相变材料抛光的步骤使用化学机械抛光法。
7.如权利要求5所述的制造方法，其中该第二沟槽接触该相变材料层的、除了该相变材料层连接至该上电极的表面之外的所有表面。
8.如权利要求5所述的制造方法，其中该相变材料层是Ge-Sb-Te基的成核优势材料。
9.如权利要求5所述的制造方法，其中该相变材料层是Sb70Te30基的快速生长材料。
全文摘要
本发明提供了一种半导体器件及该半导体器件的制造方法。该半导体器件包括下电极；触点，其连接至该下电极以具有双沟槽结构；相变材料层，其容置在该双沟槽中以根据由该触点传递的热的变化产生晶态和非晶态之间的相变；以及上电极，其连接至该相变材料层。
文档编号G11C16/02GK1992368SQ20061017018
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月25日 优先权日2005年12月29日
发明者崔基峻 申请人:东部电子股份有限公司