相变随机存取存储器件及其制造方法
【专利摘要】提供了一种相变随机存取存储器件及其制造方法。所述方法包括以下步骤：提供包括加热电极的半导体衬底；在半导体衬底上形成包括初步相变区的层间绝缘层；将初步相变区的入口部分的直径减小成比初步相变区的底部部分的直径更小；利用入口部分的直径与底部部分的直径之间的差来将具有空隙的绝缘层填充在初步相变区中；去除绝缘层至入口部分与底部部分之间的界面，由此形成暴露出加热电极的主孔；以及形成相变材料层以掩埋在主孔和初步相变区中。
【专利说明】相变随机存取存储器件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年12月26日向韩国专利局提交的申请号为10_2012_0153454的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
【技术领域】
[0003]本发明构思涉及一种相变随机存取存储器件(PRAM)，且更具体而言，涉及一种精细的PRAM器件及其制造方法。
【背景技术】
[0004]作为电阻存储器件中的一种的PRAM器件包括电阻根据温度而变化的相变材料。作为相变材料，典型地有包括锗(Ge)、锑(Sb)和/或碲(Te)的硫族化物材料。相变材料根据温度而改变成非晶状态或结晶状态，以定义复位状态(或逻辑“ I”)或者设定状态(或逻辑“O，，)。
[0005]当前的PRAM器件会需要降低复位电流，即引起相变材料处于非晶状态所需的电流。PRAM器件的复位电流可以通过加热电极和相变材料之间的接触面积以及相变材料的电阻来确定。
[0006]因而，近年来，已经继续努力通过减小加热电极和相变材料之间的接触面积(在当前工艺中是可控的)来降低复位电流。
【发明内容】
[0007]本发明的一个或更多个示例性实施例提供了一种可以减小复位电流的PRAM器件及其制造方法。
[0008]根据本发明示例性实施例的一个方面，提供了一种制造相变随机存取存储(PRAM)器件的方法。所述方法可以包括以下步骤:提供包括加热电极的半导体衬底；在半导体衬底上形成包括初步相变区的层间绝缘层；将初步相变区的入口部分的直径减小成比初步相变区的底部部分的直径更小；利用入口部分的直径与底部部分的直径之间的差来将具有空隙的绝缘层填充在初步相变区中；去除绝缘层至入口部分与底部部分之间的界面，由此形成暴露出加热电极的主孔；以及形成相变材料层以掩埋在主孔和初步相变区中。
[0009]根据本发明示例性实施例的另一个方面，提供了 一种制造相变随机存取存储(PRAM)器件的方法。所述方法可以包括以下步骤:提供包括加热电极的半导体衬底；在半导体衬底上形成层间绝缘层；刻蚀层间绝缘层，由此形成暴露出加热电极的初步相变区；在初步相变区上形成第一氮化物层；将氧化物层掩埋在初步相变区的下部中，以暴露出初步相变区的侧壁的一部分；在初步相变区的侧壁的暴露出的部分上形成间隔件；选择性地去除氧化物层；在初步相变区中形成第二氮化物层；回蚀第一氮化物层、间隔件、第二氮化物层直到完全去除间隔件。
[0010]根据本发明示例性实施例的另一个方面，提供了一种相变随机存取存储(PRAM)器件。所述PRAM器件包括:加热电极，形成在半导体衬底上；层间绝缘层，形成在半导体衬底上并且包括暴露出加热电极的顶部的初步相变区；氮化物层，形成在初步相变区中具有固定的高度并且包括暴露出加热电极的顶部的一部分的主孔；以及相变材料层，被形成为掩埋在初步相变区中。
[0011]在以下标题为“【具体实施方式】”的部分中描述这些以及其他的特征、方面和实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]从以下结合附图的详细描述中，本公开的主题的以上和其他的方面、特征以及其他的优点将更容易理解，其中:
[0013]图1至6是顺序地示出一种制造根据本发明构思的示例性实施例的PRAM器件的方法的工艺的截面图。
【具体实施方式】
[0014]在下文中，将参照附图来更详细地描述示例性实施例。
[0015]本文参照截面图来描述示例性实施例，截面图是示例性实施例(以及中间结构)的示意性图示。照此，可以预料到图示的形状变化是例如制造技术和/或公差的结果。因而，示例性实施例不应被解释为限于本文所说明的区域的特定形状，而是可以包括例如来自于制造的形状差异。在附图中，为了清楚起见，可能对层和区域的长度和尺寸进行夸大。相同的附图标记在附图中表示相同的元件。还应理解的是:当提及一层在另一层或衬底“上”时，其可以直接在另一层或衬底上，或也可以存在中间层。
[0016]参见图1，在半导体衬底100上形成形成有加热电极110的第一层间绝缘层115。可以通过在第一层间绝缘层115中形成孔(未示出)并将导电材料掩埋在孔中来形成加热电极110。在示例性实施例中，半导体衬底100可以包括字线(未示出)和开关器件(未示出)。在第一层间绝缘层115上形成第二层间绝缘层120。部分地刻蚀第二层间绝缘层120以限定暴露出加热电极110的初步相变区H。
[0017]参见图2，沿着包括初步相变区H的第二层间绝缘层120的表面形成第一氮化物层125。在第一氮化物层125的表面上形成初步氧化物层130a以被掩埋在初步相变区H中。回蚀初步氧化物层130a，并且由此初步氧化物层130a保留在初步相变区H中。可以利用CxFy气体来执行回蚀，并且剩余的初步氧化物层130a可以具有与例如初步相变区H的高度的40%至80%相对应的高度。在下文中，剩余的初步氧化物层130a被称作为氧化物层130。初步相变区H的入口部分和底部部分通过氧化物层130来限定。例如，初步相变区H的形成有氧化物层的部分变为底部部分，而初步相变区H的未形成有氧化物层的部分变为入口部分。
[0018]参见图3，在初步相变区H的暴露出的侧壁(S卩，初步相变区H的入口部分的侧壁)上形成间隔件135。间隔件135由氮化物层形成。随后要形成的空隙的尺寸通过间隔件135的宽度来确定。
[0019]参见图4，选择性地刻蚀氧化物层130。可以利用湿法刻蚀方法来执行选择性刻蚀。然后将第二氮化物层140沉积，以被掩埋在初步相变区H中。此时，因为初步相变区H具有由于间隔件135引起的其入口部分(初步相变区H的上部)而比其底部部分(初步相变区H的下部)更窄的结构，所以第二氮化物层140的掩埋不容易。因此，将第二氮化物层140填充在初步相变区H中，使得第二氮化物层140未被完全地填充在整个初步相变区H中，并且因而在第二氮化物层140中形成了空隙V。
[0020]空隙V是通过初步相变区H的物理形状产生的结构，并且空隙V的尺寸可以根据入口部分的空间(即，间隔件135的厚度)来控制。例如，当入口部分的空间变窄时，即当间隔件135的厚度增加时，空隙V的尺寸会增大。此外，由于控制沉积厚度比控制刻蚀厚度更准确，所以空隙的尺寸可以通过控制间隔件135的沉积厚度来准确控制。
[0021]如图5所示，对第二氮化物层140、第一氮化物层125和间隔件135执行各向异性刻蚀工艺，直到完全去除间隔件135。例如，可以利用例如CH3F气体和O2等离子体气体来执行各向异性刻蚀工艺。可以执行各向异性刻蚀工艺，使得氮化物层与氧化物层的去除速率为1:1。在第二氮化物层140、第一氮化物层125和间隔件135的各向异性刻蚀工艺中，将刻蚀气体传递到空隙V中并且在空隙V的底部进行刻蚀。因此，产生暴露出加热电极110的主孔PCA。主孔PCA是通过利用空隙V的刻蚀工艺自然形成的结构。主孔PCA具有与一般的曝光装置的分辨率相等或更小的分辨率。
[0022]如图6所示，将相变材料层150沉积以掩埋在主孔PCA和初步相变区H中。
[0023]由于相变材料层150通过主孔PCA与加热电极110接触，所以将加热电极110和相变材料层150之间的接触面积减小成与主孔PCA的截面对应的非常小的面积。
[0024]因此，可能会大大地减小PRAM器件的复位电流。
[0025]如上所述，示例性实施例引起通孔的入口部分的宽度减小，引起随后要沉积的材料中的空隙产生，并且利用空隙形成主孔。如示例性实施例中所描述的，当接触孔的形状通过沉积技术(间隔件形成技术)而变形时，与接触孔的形状通过刻蚀工艺而变形的情况下相比，空隙和主孔可以被更加可重复地产生且具有更准确的尺寸。
[0026]本发明的以上实施方式是说明性的，而不是限制性的。各种替换和等同是可以的。本发明不限于本文描述的实施例。本发明也不限于任何特定类型的半导体器件。考虑到本公开内容，其它的添加、删减或修改也是显然的，并且意在落入所附权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种制造相变随机存取存储器件的方法，包括以下步骤: 提供包括加热电极的半导体衬底； 在所述半导体衬底上形成包括初步相变区的层间绝缘层； 将所述初步相变区的入口部分的直径减小成比所述初步相变区的底部部分的直径更小; 利用所述入口部分的直径与所述底部部分的直径之间的差来将具有空隙的绝缘层填充在初步相变区中； 去除所述绝缘层至所述入口部分与所述底部部分之间的界面，由此形成暴露出所述加热电极的主孔；以及 形成相变材料层以掩埋在所述主孔和所述初步相变区中。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤:在所述半导体衬底上形成包括初步相变区的层间绝缘层的步骤与将所述初步相变区的入口部分的直径减小成比所述初步相变区的底部部分的直径更小的步骤之间， 沿着所述初步相变区的表面形成氮化物层；以及 在所述初步相变区的底部部分中形成氧化物层。
3.如权利要求2所述的方法，其中，在所述初步相变区的底部部分中形成氧化物层的步骤包括以下步骤: 将所述氧化物层沉积以掩埋在所述初步相变区中；以及 回蚀所述氧化物层使得所述氧化物层的高度比所述初步相变区的整体高度更低。
4.如权利要求2所述的方法，其中，将所述初步相变区的入口部分的直径减小成比所述初步相变区的底部部分的直径更小的步骤包括以下步骤: 在被所述氧化物层暴露出的所述初步相变区的侧壁上形成间隔件；以及 选择性去除所述氧化物层。
5.如权利要求4所述的方法，其中，将所述绝缘层去除至所述入口部分与所述底部部分之间的界面，由此形成暴露出所述加热电极的主孔的步骤包括以下步骤: 通过刻蚀工艺去除所述氮化物层、所述间隔件和所述绝缘层直到暴露出所述加热电极， 其中，通过所述空隙在所述刻蚀工艺中提供的刻蚀气体来形成主孔。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述间隔件和所述绝缘层中的至少一个是氮化物层。
7.—种制造相变随机存取存储器件的方法，所述方法包括以下步骤: 提供包括加热电极的半导体衬底； 在所述半导体衬底上形成层间绝缘层； 刻蚀所述层间绝缘层，由此形成暴露出所述加热电极的初步相变区； 将氧化物层掩埋在所述初步相变区的下部中，以暴露出所述初步相变区的侧壁的一部分； 在所述初步相变区的侧壁的暴露出的部分上形成间隔件； 选择性地去除所述氧化物层； 在所述初步相变区中形成氮化物层；回蚀所述间隔件和所述氮化物层直到完全去除所述间隔件。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述间隔件由氮化物层形成。
9.如权利要求7所述的方法，其中，在所述初步相变区中形成氮化物层的步骤包括以下步骤: 在所述初步相变区中形成具有空隙的氮化物层， 其中，通过所述间隔件的厚度来控制所述空隙的尺寸。
10.如权利要求9所述的方法，其中，回蚀所述间隔件和所述氮化物层的步骤包括以下步骤: 通过所述空隙来传送刻蚀材料，由此形成暴露出所述加热电极的主孔。
11.如权利要求10所述的方法，还包括以下步骤:在回蚀所述间隔件和所述氮化物层之后， 在所述主孔和所述初步相变区中形成相变材料层，以与所述暴露出的加热电极接触。
12.—种相变随机存取存储器件，包括: 加热电极，所述加热电极形成在半导体衬底上； 层间绝缘层，所述层间绝缘层形成在所述半导体衬底上并且包括暴露出所述加热电极的初步相变区； 氮化物层，所述氮化物层形成在所述初步相变区中具有固定高度，并且包括暴露出所述加热电极的一部分的主孔；以及 相变材料层，所述相变材料层被形成为掩埋在所述初步相变区和所述主孔中。
13.如权利要求12所述的相变随机存取存储器件，其中，所述氮化物层包括: 第一氮化物层，所述第一氮化物层形成在所述初步相变区的侧壁上具有固定的高度；以及 第二氮化物层，所述第二氮化物层形成在所述第一氮化物层的侧壁上并且包括暴露出所述加热电极的一部分的所述主孔。
14.如权利要求12所述的相变随机存取存储器件，其中，所述主孔包括暴露出所述加热电极的一部分的底部部分和与所述底部部分相对的入口部分，其中，所述底部部分的直径比所述入口部分的直径更小。
15.如权利要求12所述 的相变随机存取存储器件，其中，所述相变材料层被形成为通过所述主孔与所述加热电极的部分接触。
【文档编号】H01L27/24GK103904213SQ201310243197
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年12月26日
【发明者】李贤敏, 郑中泽 申请人:爱思开海力士有限公司