专利名称：包括可转变结构的电子器件以及制造该电子器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种包括可转变结构的电子器件。
此外，本发明还涉及一种制造包括可转变结构的电子器件的方
法。
背景技术：
在非易失性存储器领域，縮放超过45nm节点的闪存已经成了问 题的关键。针对该挑战提出的技术有铁电存储器、磁存储器和相变存 储器，相变存储器有望替代闪存并显示出了可以替代诸如DRAM的其 它类型存储器的特征。相变存储器对于作为电子领域中的重要步骤的 统一存储器来说是一种可行的解决方案。OTP (" —次性可编程") 存储器和MTP ("多次可编程")存储器也为相变存储器开辟了可能 呈现出巨大机会的领域。
相变存储器基于利用例如硫属化合物材料的可逆存储器的切换。 这些材料经受快速相变的能力已经导致可重写光学介质(CD、 DVD) 的发展。可以根据其结晶机理将硫属化合物相变材料分为成分稍微不 同的两类。 一类是所谓的"成核受控"材料GeTe-Sb2Te3连接线路， 例如Ge2Sb2Te5，其可用于奥弗辛斯基电效应统一存储器(0UM)装置。 在该构思中，所述相变材料可以与低阻抗电极接触从而使相变材料可 逆切换为小体积。另一类是光存储应用(CD-RW/DVD+RW)中已知的"快 速生长材料"，其能够实现本征相稳定的非常快(例如，10ns)的切 换。
因此，相变材料可以用于存储信息。这些材料的工作原理是相的 改变。处于晶相中的材料结构与处于非晶相中的材料结构不同，并且 随之处于晶相中的材料的特性也与处于非晶相中的材料的特性不同。
对相变材料的编程是基于该材料的电阻率在其非晶相和晶相之间的不同进行的。为了实现在两个相之间进行切换，需要提高温度。 使非常高的温度快速冷却将导致形成非晶相，而温度增大较小或冷却 较慢都将导致形成晶相。利用不会引起显著升温的小电流可以进行对 不同电阻的感测。
温度的升高可以通过向存储单元施加脉冲来获得。由脉冲引起的 高电流密度可能造成局部温度的增加。根据脉冲的持续时间和幅值的 不同所得到的相也将不同。快速冷却以及大幅值可以使单元淬硬为非 晶相，而缓慢冷却以及较小幅值的脉冲会使所述材料结晶。较大的脉
冲幅度，即所谓的复位(RESET)脉冲，可以使存储单元非晶化，而 较小的脉冲幅度将存储单元设置为晶相，这些脉冲也被称作设置 (SET)脉冲。
W0 2005/093839公开了一种具有包括相变材料层的电阻器的电 装置，其中，相变材料可在具有第一电阻的第一相和具有不同于第一 电阻的第二电阻的第二相之间变化。所述相变材料是一种快速生长材 料。该电装置还包括切换信号发生器，用于通过将相变材料层的相应 部分从第一相改变为第二相来在至少三个不同电阻之间对电阻器进 行切换。
然而，当在制造传统相变材料存储单元时，难以获得适当且可再 现的质量的成品存储单元。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以以适当且可再现的质量制造的电 子器件。
为了实现上述目的，提供了根据独立权利要求的电子器件和制 造电子器件的方法。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种电子器件，该电子器
件包括衬底、至少部分地形成在衬底上的第一电极、至少部分地形 成在衬底上的第二电极、连接在第一电极和第二电极之间的可转变结 构、和连接在第一电极和第二电极之间、且用于将可转变结构与衬底 表面分隔开的间隔元件。根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种制造电子器件的方法，该方法包括至少部分地在衬底上形成第一电极；至少部分地在衬底上形成第二电极；将可转变结构连接在第一电极和第二电极之间；以及在第一电极和第二电极之间连接间隔元件，用于将可转变结构与衬底表面分隔开。
术语"电子器件"可以特指实现任意电气、磁和/或电子功能的任意部件、元件或装置。这表明在正常使用过程中，电、磁和/或电磁信号可以被施加至该电子器件和/或由该电子器件产生。
术语"可转变结构"可以特指具有可转变特性的任意物理结构。这样的示例是相变结构或具有热变特性的另一种结构。相变材料不仅可以具有两个相而且可以具有更多的相，例如，晶体、非晶体、亚非晶体(meta-amorphous)、亚晶体(meta-crystalline)、 具有不同晶 格取向的晶体等。
术语"相变结构"可以特指具有在热(由电流流经相变结构或电耦合/热耦合的加热元件的欧姆损耗产生、和/或由电磁辐射的吸收产生)影响下改变任意物理参数或材料特性的属性的任意物理结构。这可以特指诸如硫属化合物之类的材料在非晶相结构和晶相结构之间的切换，该切换可以伴随电阻率的显著改变。然而，该术语可以包含与物理特性的改变相关的任何其他相变(诸如从固相变为液相)。
术语"存储单元"可以特指允许以电子方式存储信息的物理结构(诸如层序列等，例如单片集成在诸如硅衬底的衬底中)。存储在存储单元中的信息量可以是1比特(尤其是在相变材料在代表逻辑值"1"或"0"的两个相之间进行切换时)或可以是大于1比特(尤其是相变材料在至少三个相之间进行切换时)。所述存储单元可以形成在衬底上和/或衬底中，该衬底可以指诸如半导体、玻璃、塑料等的任何合适的材料。
术语"衬底"可以用于对位于感兴趣的层或部分之下和/或之上各层的元件进行一般限定。此外，所述衬底可以是任意其他其上形成有层的基础，例如诸如硅晶片或硅芯片之类的半导体晶片。
术语"间隔元件"可以特指使衬底和可转变结构之间保持预定距离的任意结构，从而允许在间隔元件上沉积可转变结构而不产生使电极与衬底短路的连续层。
根据本发明的示例性实施例，在两个电极之间形成间隔元件，以用作后续形成可转变结构(诸如相变材料)的支撑或衬垫或模板。通过采取该手段，可转变结构可以以任何期望的形状、尺寸和位置来形成，无需执行复杂且耗时的图案化步骤，而该图案化步骤也可能会劣化可转变结构的特性。与此相反，根据本发明的示例性实施例，当在层序列的整个表面上方沉积可转变结构的材料时，其间包括间隔元件的电极的凸起形状保证了电极上的空间有限的部分连续地被可转变结构(电连接在电极之间)覆盖。因此，所述可转变结构可以以自对准的方式形成，而无需使用光刻和蚀刻步骤来限定所述可转变结构的空间限制。这允许以简单的方式形成包括相变材料结构的电子部件，并保证可转变结构的可靠且稳定的质量以及材料特性。因此，可以在凸起面沉积可转变结构，从而由于相变材料的所使用部分(顶部)和非使用部分(底部)的电解耦，使得同时将这样的材料沉积在衬底表面上不会影响与相变材料连接的两个电极的电特性。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种形成存储单元的方法，该方法包括在衬底上形成至少两个(例如金属)电极；形成连接这两个电极的介电元件(例如自由悬挂式桥(free hanging bridge)或壁(wall))，这些电极以及介电元件基本从衬底隆起；以及在介电元件和电极上方沉积相变材料。通过采取该手段，可以提供自对准工艺来形成线单元相变存储器。不需要相变材料有源部分的直接图案化，并且也不会有由于图案化造成的相变材料特性的改变。
因此，可以提供用于制造相变存储器的方法，其包括蚀刻介电层；在两个金属接触之间创建介电桥；在桥上沉积相变材料；以及可选地利用保护涂层保护相变材料。
根据示例性实施例，可以通过图案化两个电极间的第一支撑介电桥来制造快速生长相变线。然后，可以以自对准方式沉积相变材料以形成连接至两个电极的线。该介电桥可以仅用作自对准工艺的支撑元件。该桥可以作为绝缘体来提供以避免桥的任何导电功能。根据示例性实施例，提供了一种自对准相变线存储器。相变存储器技术对于独立的以及嵌入式应用是一种有前途的非易失性半导体存储器技术。在根据示例性实施例的"线单元"的构思中，存储器件的有源部分是相变材料线。在传统方法中，该相变材料线可以通过直接对所沉积的相变材料层进行图案化来形成。由于相变材料的高反应性，这种图案化步骤难以控制，从而相变材料的特性会被蚀刻化学剂显著改变。这会导致劣质的存储器件。与这些传统方法相反，本发明的示例性实施例提供了一种用于制造自对准线单元相变存储器的方法，其中，不需要直接对存储器件有源部分进行图案化。这可以保证相变材料特性在存储器制造期间保持不变，这就导致了较好的存储器性能。
根据示例性实施例，提供了一种形成自对准相变线单元存储器的方法，其中，无需直接对存储单元的有源部分进行图案化。相变材
料的结构和成分保持不变，确保可以保证所限定的存储器件的有源材料的特性。
因此，可以提供用于形成线单元相变存储器的自对准工艺。不需要直接对相变材料的有源部分进行图案化。不会出现由于图案化造成的相变材料特性的改变。介电元件(诸如自由悬挂式桥或壁)可以在两个电极之间被图案化，并可以用作相变线的支撑。介电支撑元件的尺寸可以确定线单元的尺寸。可以执行标准CMOS工艺，并且该制造方法可以容易地集成到标准工艺设备中。
本发明示例性实施例的示例性应用是任何类型的相变存储器、
BE0L金属熔断器技术(一次性可编程存储器)。此外，纳米线形成可以集成在根据本发明的示例性实施例的制造步骤中。
接下来，将说明所述电子器件的其它示例性实施例。然而，这些实施例还应用于制造电子器件的方法。
所述间隔元件可以包括介电材料。通过利用非导电材料制造间隔元件，可以防止任何不期望的电流流经间隔元件，从而间隔元件被形成为仅提供机械间隔功能和模板功能，而不提供导电功能。根据其它实施例，间隔元件也可以为电子器件提供导电功能，并且可以同时实现其支撑和模板功能。例如用于这种介电结构的材料有氧化硅、氮化硅以及碳化硅。
第一电极和/或第二电极可以仅由一种导电材料形成。通过形成多个单一金属材料的电极，可以保持该制造工艺简单，从而促进电子
器件的低成本制造。
可选地，第一电极和/或第二电极可以包括与可转变结构直接接触的第一导电材料，并可以包括与可转变结构不直接接触的第二导电材料。在此情况中，第一导电材料可以被配置为与所接触的相变材料化学兼容。与此相反，可以关于诸如电阻率的电特性对与相变材料不直接接触的第二导电材料进行优化，而不考虑电极材料和相变材料之间适当匹配的任何化学需要。与相变材料不起反应的示例性材料有TiN、 TaN、 W、 TiW。与相变材料反应的示例性材料有Cu。
在衬底和间隔元件之间可以布置支撑结构。这样的支撑结构可以是在该支撑结构上沉积了间隔元件之后可以被去除的牺牲结构。支撑结构和间隔元件可以由不同材料制成，从而使得可以选择性地去除
支撑结构和间隔元件中的一个，而不会影响支撑结构和间隔元件中的另一个。
支撑结构和间隔元件可以由不同材料制成。支撑结构还可以以介电材料制成，以对于电子器件的导电功能为中性。
可以形成保护结构(诸如钝化层)以至少覆盖可转变结构，从而防护易受环境影响的相变材料层。
间隔元件可以被用作其上形成有可转变结构的模板。换言之，间隔元件表面区域的几何形状可以用作凸起结构，随后在该凸起结构上(例如通过沉积)形成功能性有源可转变结构，从而省去了任何图案化步骤。在衬底表面的平面图中(即当垂直衬底的主面观看时，在该主面上进行处理以形成电子器件)，由间隔元件、第一电极和第二电极形成的布置的外形(诸如轮廓或边缘)与可转变结构的外形基本相同。
可转变结构可以形成热变结构，尤其是可在至少两个相态之间进行转变的相变结构。因此，在由流经相变结构和/或连接至其的电生的热的影响下，可以启动在两个相态之 间的开关。热能还可以通过电磁辐射来提供。
具体地，可以改变所述相变结构以使在两个相态之间的电导率 的值不同。在至少两个相态之一中，所述相变结构可以是导电的(例 如实质上为金属导体)。在另一相态中，所述电导率可以高于或低于 第一相态中的电导率，例如所述相变结构可以是超导体或可以是半导 体或可以是绝缘体或还可以是具有可调电导率值的导电体。在电子部 件正常工作期间，电子装置的功能将受到相变结构的电导率的当前值
的影响，被相变结构的电导率的当前值所限定或将取决于相变结构的 电导率的当前值。这使得可以通过使用相变结构在不同相模式中的不
同电导率值来制造存储单元、开关、致动器、传感器等。
电流脉冲或电流信号可以在可转变材料中产生热(热能)，从 而改变其相态并因此改变其电导率的值。所施加的电流脉冲可以具有 特定的波形(例如可以具有快速上升沿和慢速下降沿，或可以具有向 右弯曲的上升沿和向左弯曲的下降沿)并可以由不同的参数(诸如电 流幅值、脉冲持续时间等)来表征。通过调整脉冲参数，可以对相变 材料是向晶相转变还是向非晶相转变进行控制。快速冷却非常高的温 度会导致形成非晶相。温度的较小增加或缓慢下降都会导致形成晶 相。
可以使相变结构适于使得两个相态中的一个与相变结构的晶相 相关，并且两个相态中的另一个与相变结构的非晶相相关。在硫属化 合物材料中可以找到这种材料特性。可以使用硫属化合物玻璃，该玻 璃包含硫属化合物元素(硫、硒或碲)以作为基本成分。相变材料的
实例有GeSbTe、 AglnSbTe、 InSe、 SbSe、 SbTe、 InSbSe、 InSbTe、 GeSbSe、 GeSbTeSe或AglnSbSeTe。
所述电子部件可以包括电感测电路，其用于感测可转变结构在 至少两个相态中的各个不同相态中不同的电特性。例如，可以对可转 变结构施加测试电压，由于电导率在晶态和非晶态中是不同的，因此 流经可转变结构的电流将取决于可转变结构的相态。这种感测电路还 可以包括选择晶体管或其他类型的开关，它们选择性地启动或禁止对电子部件阵列中的特定电子部件的访问。因此，可以将各选择晶体管 分配给电子器件中的每一个。
所述电子器件可以用作存储器装置。在这种存储器装置中，可 以(特别是根据相变结构的两个或更多相态中的当前一个)将一个或 多个比特的信息存储在相变材料的当前相中。
所述电子器件还可以用作存储器阵列，即多个(大量)前述类 型的存储器装置的结构。在这种存储器阵列中，各存储单元可以被以 矩阵式的方式布置并可以通过位线和字线进行控制，其中所述位线和 字线利用用作开关的晶体管来访问或阻止访问期望的各存储单元和 存储器装置。多个存储单元可以被单片集成在公共(例如硅)衬底上。
所述电子器件还可以用作致动器，这是由于相变结构的电导率 的改变会导致致动信号的改变。
将所述电子部件用作微机电结构(MEMS)也是可以的。利用所 述可转变材料的相变而改变的电子信号可以导致微机电结构(MEMS) 的可移动部件的特定动作。
显然，相变材料的改变以及由此导致其电导率的改变可以用于 构造控制器、开关、磁换能器等。
下面，将说明制造电子器件的方法的其它示例性实施例。然而， 这些实施例也应用于电子器件。
间隔元件可以被形成以在第一电极和第二电极之间提供可转变 结构的自对准连接。通过在这两个电极之间提供间隔元件作为桥接或 连接结构，以及通过在间隔元件上形成可转变结构，可转变结构的位 置被自动校正(即使在该可转变结构的材料被非选择性地沉积到衬底 /晶片的整个表面上时)，从而不会出现对准问题。这充分考虑了元 件的空间精确性和简单制造，并防止了任何未对准问题，从而确保了 适当的质量。
可以不进行图案化地形成可转变结构。产生可转变结构不需要 光刻和蚀刻步骤。与此相反，间隔元件用作用于在其上制造可转变结 构的凸起模板。
所述间隔元件可以在第一电极和第二电极之间形成为自由悬挂式桥，并且可以被布置在衬底上方(它们之间留有空隙)。因此，间 隔元件下表面和衬底上表面之间的部分可以不包含任何材料，从而提 高了相变材料在间隔元件上的自由沉积，而不存在将会有相变材料桥 接的导电连接以及由此导致的将间隔元件的顶部耦接至衬底顶部的 危险。
可选地，所述间隔元件可以在第一电极和第二电极之间形成为 桥接壁(bridging wall)，并可以位于衬底上方(但是与衬底接触)。 术语"壁"可以指具有相对较薄的厚度和很大的长度和高度的结构， 诸如房子的墙壁。当提供这种桥接壁来连接这两个电极时，后续的相 变材料的沉积并不会有壁元件的侧壁也被相变材料无意覆盖的危险。 这尤其可以在所述壁具有大的高宽比(特别是大于8的高宽比)时实 现。
所述方法还可以包括形成邻近于间隔元件的至少一个辅助结构 (例如两个辅助结构，例如两个辅助壁，位于所述壁的左侧和右侧)，
从而在所述至少一个辅助结构和间隔元件之间形成沟槽。随着该沟槽 (特别是具有至少为5 (特别是至少为8)的高宽比的沟槽)的形成，
可以防止后续沉积的相变结构材料残留在所述沟槽中或所述辅助结
构的壁上。
所述电子器件可以以CMOS技术形成。CM0S技术是一种广泛使用 的技术，并可以保证根据本发明的示例性实施例的工艺不包括与 CMOS不兼容的奇特且难以实现的步骤。因此，该工艺方案中CMOS技
术的实现使得可以以低成本制造所述电子器件。然而，还可以执行其 它工艺技术(诸如BIPOLAR、 BICM0S等)来代替CM0S。
根据本发明的示例性实施例，该方法还可以包括在支撑结构上 形成间隔元件之前在衬底上形成支撑结构。此外，在间隔元件上形成 可转变结构之前，可以至少部分地去除支撑结构(其可以被称为牺牲 结构)。通过采用该手段，可以保证在凸起高度形成相变材料，从而 可靠地解耦与衬底的连接。
对于任何方法步骤，都可以实施半导体技术中已知的任何传统 步骤。形成层或部件可以包括例如CVD (化学汽相沉积)、PECVD (等亩-说乂U ^ 、、/^ 士A 、VT7壬口 、A T n f曰3 、)VT壬口 、 、加长白4 66 、)V壬口 tt de"
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去除层和部件可以包括例如湿式蚀刻、汽相蚀刻等的蚀刻技术，以及 例如光刻、uv光刻、电子束光刻等的图案化技术。
本发明的各实施例并不限于特定材料，从而可以使用多种不同 的材料。对于导电结构，可以使用金属化结构、硅化物结构或多晶硅 结构。对于半导体区或器件，可以使用晶体硅。对于绝缘部分，可以 使用氧化硅或氮化硅。
所述结构可以形成在纯晶体硅晶片上或SOI晶片(绝缘体上硅)上。
本发吸的其他方面和上述限定的各方面将从下文中描述的示例 性实施例来看是显而易见的，以下将参考这些实施例示例进行说明。
下文中将参照示例性实施例来更加详细地描述本发明，但本发 明并不限于此。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的电子存储单元装置。
图2示出了基于线单元构思的传统的相变存储器。
图3是在利用干式蚀刻进行图案化以后的传统相变线的图像， 其中该图显示了相变材料被强烈侵蚀。
图4至图8示出了根据发明的示例性实施例的制造电子器件的 方法中的层序列。
图9是示出根据本发明的示例性实施例的连接两个金属电极的 自由悬挂式介电桥的图像。
图10至图14是制造根据发明的示例性实施例的电子器件的方 法中的层序列。
图15是根据本发明的示例性实施例的制造电子器件期间获得的 层序列的截面图。
具体实施例方式
附图中的描述是示意性的。在不同的附图中，类似或相同的元处l)l相向的金去效县
I I 'W、'曙p H n J》一 H 'J JO
下面将参照图1来描述根据本发明的示例性实施例的电子器件
100。
电子器件IOO包括硅衬底101、形成在硅衬底101上的第一金属 电极102、形成在硅衬底101上的第二金属电极103、以相对于硅衬 底101凸起的高度连接在第一电极102和第二电极103之间的相变材 料结构104、以及由介电材料制成并连接在第一电极102和第二电极 103之间用于将相变材料结构104与衬底101的表面分隔开的间隔元 件105。
为了对用作存储单元的电子器件100进行编程，利用适当选择 的脉冲来在电极102和103之间施加足够大的电流，该脉冲设计用于 选择性地在晶态和非晶态之间切换相变结构104。相变材料104的电 导率在不同的状态中显著不同，从而在电极102、 103之间施加感测 电流可以检测到取决于当前相态的电压。在检测到的电压值中，可以 根据高欧姆电阻或低欧姆电阻来对逻辑信息"1"或"0"进行编码。
在存储单元阵列(图中未示出)中，可以布置多个存储单元100 并利用多条字线和多条位线对这些存储单元进行寻址，其中可以提供 多个存取晶体管(未示出)，这些晶体管允许选择性访问此阵列的每 个单独的存储单元100。
在图1中，间隔元件105由两个由介电材料制成的柱或杆形成。 电极102、 103由相同的材料制成，并且因此可以在光刻和蚀刻后利 用共同的沉积步骤形成。
由于各杆105限定了这种高高宽比的多个沟槽106，使得可以在 包括衬底101、电极102、 103和杆105的层序列上沉积相变材料， 而并不在这些沟槽106中沉积任何相变材料，因此可以获得空间上界 限清楚的结构，该结构允许仅在期望部分具有相变材料。因此，可以 不对相变材料进行图案化而形成可转变结构104，从而可以应用自对 准步骤，在自对准步骤中，相变材料的材料特性不会由于图案化的影 响而劣化。
图2示出了线单元200的传统实现。200880018330.6
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然而，图2的特别是下部各层的结构也可以在本发明的示例性 实施例中实现。
第一源极/漏极区202和第二源极/漏极区203在半导体衬底201 中被形成为掺杂区。此外，还示出了相应开关晶体管的栅极区204。 导电连接结构205将第一源极/漏极区202连接至金属结构206，而 另一导电结构207将第二源极/漏极区203连接至第二金属结构208。 金属结构205和207嵌入在氧化硅层209中。碳化硅层210形成在氧 化硅层209上。此外，还提供了氧化硅层212，在该层中形成将金属 接触208与金属接触214电耦接的金属接触213。以上就形成了氧化 硅层212、碳化硅层215和另一氧化硅层216。第一氮化钽层220是 至相变材料结构221的电接触，相变材料结构与第二氮化钽层222 电接触。以上就形成了相变材料结构221、其他的电绝缘层223、 224 和225。
相变材料结构221通过将相变材料沉积到下面的层序列上，并 通过对所沉积的层进行图案化来形成。
图3示出了由电极结构302、 303 (TaN电极)接触的图案化的 相变材料结构301的图像300。如从图像300可以看到的，图案化的 相变材料结构301被制造步骤强烈侵蚀。图3还示出了由氧化硅 (Si02)制成的场氧化区304。可选地，这个电绝缘的区域304还可 以由氮化硅或碳化硅制成。
在图2和图3的传统的线单元构思中，采用光刻以及后续的反 应离子蚀刻(RIE)将相变材料301的有源开关部分进行图案化。可 以由Ge、 In、 Sn和Te组成的相变材料301极易与图案化期间所使用 的蚀刻化学剂反应。因此，必须高度小心地执行图案化工艺。如果该 工艺不能被很好地调整/控制，则会根据所使用的化学剂在一个或多 个元件中使相变材料301被强烈侵蚀和/或耗尽，这导致存储器装置 性能的改变(见图3)。
下面将参照图4至图8描述根据本发明的示例性实施例的制造 相变存储单元800的工艺。
在图4至图8中，左列410示出了透明俯视图，中列420示出了俯视图，右列430示出了各层序列的截面图。
图4至图8的工艺流程能够在自由悬挂式介电桥上制造自对准
相变线单元。
图4示出了层序列400，其中，在衬底(未示出)上形成了第一 介电结构403。在单片集成在衬底中的介电结构403下方，还可以提 供诸如开关晶体管、电线等其他部件(类似于图2)。
在第一介电层403上，沉积第二介电层404并对其进行图案化 以形成多个沟槽。在这些沟槽中，可以形成两个第一金属结构401 作为第一电极和第二电极的基础(可选地，在第一介电层403上，可 以形成两个第一金属结构401作为第一电极和第二电极的基础。在这 两个第一金属结构401之间的沟槽中，可以沉积第二介电层404)。 在该层序列之上，沉积第三介电层105并对其进行图案化。此外，可 以形成第二金属结构402，其与下部金属结构401接触。
相变存储单元可以在BEOL (Back End Of the Line,后端制程) 中形成在两个电极401、 402之间。在与后续沉积的与金属401直接 接触的相变材料不兼容时，这些电极可以仅由一种金属(附图中未示 出)构成或被另一种金属覆盖(见图4中的结构401、 402)。电极 401、 402以包括三个介电层403、 404、 105的介电堆叠形成。介电 结构404的材料可以不同于介电结构403、 105的材料，以保证其可 以相对于其他层被选择性地蚀刻。
为了获得图5所示的层序列500，在连接两个电极结构401、 402 的第三介电层105中限定了一条线路。这是通过选择性地对第二介电 层404和金属结构401、 402的材料进行后续的光刻和干式蚀刻工艺 来选获得的。
为了获得图6所示的层序列600，在第三介电层105中制造自由 悬挂式线，从而形成间隔元件105。在该步骤期间，形成凹槽601， 从而通过利用蚀刻去除第二介电层404的一部分来产生自由悬挂式 间隔元件105。因此，在第三介电层105中限定了线105时，相对于 第一介电层403和金属电极401、 402选择性地利用各向同性湿式蚀 刻来部分地去除第二介电层404。各向同性蚀刻可以足够长以产生连接两个电极401、 402的第三介电层105的自由悬挂式桥。该自由悬挂式桥随后将用作相变材料线的自对准形成的支撑。
为了获得图7所示的层序列700，在层序列600的表面上沉积相变材料，从而在用作模板的凸起的桥105上形成相变材料结构104。因此，为了制造层序列700，执行相变材料线104的自对准形成。
使用物理汽相沉积技术，将相变材料溅射沉积到整个晶片表面600上。相变线路104将被形成在第三介电层105中的悬挂式桥105上。由于该技术的很差的阶梯覆盖以及金属电极401、 402的形状，使得将不会有相变材料沉积在电极401、 402的侧面或底部角落处。这将会避免金属电极401、 402之间的短路。因此将不需要去除器件工作区域中的相变材料。
为了保证相变材料不沉积在电极401、 402的边缘也不沉积在底部角落处，金属结构402可以被设计成比金属结构401大。在没有实现电极402的情况下，可以将电极401形成为顶部宽度大于底部宽度来实现该目的。
为了获得图8所示的相变存储单元800，可以利用以低温(例如250°C)沉积的介电结构801来覆盖相变材料104，以避免相变材料104在其他工艺期间的劣化。通过调整沉积参数，可以适当地填充存在于晶片上的形状。
图9示出了图像900，在该图像中，自由悬挂式介电桥901被示为连接两个金属电极902、 903。更详细地，电极902例如包括400 nm铜电极部分904、铜上的50 nmTaN电极带905、以及另一铜结构906。除此之外，还示出了由碳化硅制成的介电场结构907。
下面将参照图10至图15说明根据本发明的另一示例性实施例的制造形成在细介电壁上的相变材料线的方法。
如图IO所示，制造层序列1000，在该层序列中，电极结构401、402形成在介电层403上并嵌入在介电材料404中。
为了获得图11所示的层序列1100，对介电层404进行蚀刻以形成利用两个沟槽1103与辅助壁1102分隔开的介电壁1101。在所描述的实施例中，将在细介电壁1101上形成自对准相变线。非常高的高宽比的沟槽1103存在于该壁1101的周围保证了不会有相变材料沉
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换言之，在该实施例中，在连接两个电极401、 402的第二介电材料404的细壁1101上形成自对准相变存储器。这些细沟槽1103将被以足以避免相变材料沉积在沟槽1103的侧壁及其底部的大(例如大于8)高宽比(高度/宽度)在电极401、 402之间图案化。由于标准PECVD工艺的较差的阶梯覆盖，相变材料除了仅沉积在介电线上以外，基本上不会沉积到沟槽1103的侧壁上。如图12所示。
为了获得图12所示的层序列1200，在层序列1100上沉积相变材料层104。在沉积了相变材料104后，相变线单元可以利用用于使存在于晶片上的形状变平的聚合平面层以及后续的光刻和干式蚀刻步骤来限定。
去除介电层403表面上的相变材料104，见图13所示的层序列1300。
为了制造图14所示的相变线存储单元1400，以低温(例如250°C)在层序列1300上沉积介电保护层1401，来防止相变材料104在进一步的工艺中劣化。通过调整沉积参数，可以填充存在于晶片上的形状。
图15示出了根基本发明的示例性实施例的窄沟槽1103的形状。结构404由氧化硅制成，结构403由碳化硅制成，结构1102由氧化硅制成，以及结构104由相变材料制成。可以看出，由于窄沟槽1103，使得相变材料104除了仅在结构1102和404之上沉积以外，没有在沟槽1103的底部沉积。
最后，应该注意，上述实施例用于说明本发明而不限制本发明，并且在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的条件下，本领域技术人员将能够设计出多种可替换实施例。在权利要求书中，放置在圆括号中的任何参考符号都不应被理解为是对权利要求的限制。单词"包括"等并不排除在任何权利要求或说明书中列出的那些元件或步骤以外的其他元件和步骤的存在。元件的单个参考符号不排除多个这种元件的的存在，反之亦然。在列举了多个装置的装置权利要求中，这些装置中的多个可以由同一软件或硬件来实现。在多个不同的从属权利要求中采用的特定措施并不表示这些措施的组合不能被用来获得技术效果。
权利要求
1.一种电子器件(100)，所述电子器件(100)包括衬底(101)；至少部分地形成在所述衬底(101)上的第一电极(102)；至少部分地形成在所述衬底(101)上的第二电极(103)；连接在所述第一电极(102)和所述第二电极(103)之间的可转变结构(104)；间隔元件(105)，其连接在所述第一电极(102)和所述第二电极(103)之间，且用于将所述可转变结构(104)与所述衬底(101)的表面分隔开。
2. 根据权利要求1所述的电子器件(100)，其中，所述间隔元件(105)包括介电材料。
3. 根据权利要求1所述的电子器件(100)，其中，由所述第一电极(102)和所述第二电极(103)组成的组中的至少一个仅由一种导电材料组成。
4. 根据权利要求1所述的电子器件(800)，其中，由所述第一电极(102)和所述第二电极(103)组成的组中的至少一个包括与所述可转变结构(104)直接接触的第一导电材料(402)，并且包括不与所述可转变结构(104)直接接触的第二导电材料(401)。
5. 根据权利要求1所述的电子器件(800)，其包括布置在所述衬底(101)和所述间隔元件(105)之间的支撑结构(403， 404)。
6. 根据权利要求5所述的电子器件(800)，其中，所述支撑结构(403， 404)和所述间隔元件(105)包括不同的材料。
7. 根据权利要求5所述的电子器件(800)，其中，所述支撑 结构(403， 404)包括介电材料。
8. 根据权利要求1所述的电子器件(800)，其包括至少覆盖 所述可转变结构(104)的保护结构(801)。
9. 根据权利要求1所述的电子器件(800)，其中，所述间隔 元件(105)被用作在其上形成所述可转变结构(104)的模板。
10. 根据权利要求1所述的电子器件(800)，其中，在所述衬 底(101)表面的俯视图中，由所述间隔元件(105)、所述第一电极(102)和所述第二电极(103)形成的布置的外形等同于所述可转变 结构(104)的外形。
11. 根据权利要求1所述的电子器件(100)，其中，所述可转 变结构(104)是热变结构，特别是可在至少两个相态之间转变的相 变结构。
12. 根据权利要求l所述的电子器件(100)，其中，所述可转 变结构(104)在至少两个相态中的至少一个中是导电的。
13. 根据权利要求l所述的电子器件(100)，其包括电感测电 路，用于感测所述可转变结构(104)在至少两个各不同的相态中的 不同电特性。
14. 根据权利要求l所述的电子器件(100)，其中，所述可转 变结构(104)适于使其电导率的值在至少两个相态之间互不相同。
15. 根据权利要求l所述的电子器件(100)，其中，所述可转 变结构(104)适于使得所述可转变结构(104)的至少两个相态中的一个涉及所述可转变结构(104)的晶相，而所述至少两个相态中的 另一个涉及所述可转变结构(104)的非晶相。
16. 根据权利要求l所述的电子器件(100)，其被用作由存储 器装置、存储器阵列、致动器、微机电结构、控制器、和开关组成的 组中的一个。
17. —种用于制造电子器件(100)的方法，所述方法包括 至少部分地在衬底(101)上形成第一电极(102);至少部分地在衬底(101)上形成第二电极(103);将可转变结构(104)连接在所述第一电极(102)和所述第二电极(103)之间；将间隔元件(105)连接在所述第一电极(102)和所述第二电 极(103)之间，用于将所述可转变结构(104)与所述衬底(101) 的表面分隔开。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中，形成所述间隔元件 (105)以实现所述可转变结构(104)在所述第一电极(102)和所述第二电极(103)之间的自对准连接。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中，在无图案化步骤的情 况下形成所述可转变结构(104)。
20. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述间隔元件(105) 被形成为在所述衬底(101)上方并处在所述第一电极(102)和所述 第二电极(103)之间的自由悬挂式桥。
21. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述间隔元件(105) 被形成为在所述衬底(101)上方桥接所述第一电极(102)和所述第 二电极(103)的壁。
22. 根据权利要求21所述的方法，其包括邻近所述间隔元件 (105)形成至少一个辅助结构，以在所述至少一个辅助结构和所述间隔元件(105)之间形成沟槽。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中，所述沟槽具有至少为 5的高宽比，特别是具有至少为8的高宽比。
24. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述电子器件(100) 以CMOS技术形成。
25. 根据权利要求17所述的方法，还包括在支撑结构(403， 404)上形成所述间隔元件(105)之前，在 所述衬底(101)上形成所述支撑结构(403， 404);在所述间隔元件(105)上形成所述可转变结构(104)之前， 至少部分地去除所述支撑结构(403， 404)。
全文摘要
本发明提供一种电子器件(100)，该电子器件(100)包括衬底(101)；至少部分地形成在衬底(101)上的第一电极(102)；至少部分地形成在衬底(101)上的第二电极(103)；连接在第一电极(102)和第二电极(103)之间的可转变结构(104)；和连接在第一电极(102)和第二电极(103)之间、且用于将可转变结构(104)与衬底(101)的表面分隔开的间隔元件(105)。
文档编号H01L45/00GK101681994SQ200880018330
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月28日 优先权日2007年5月31日
发明者罗曼·德卢涅, 迈克尔·赞特 申请人:Nxp股份有限公司