形成存储器单元材料的方法及形成半导体装置结构的相关方法、存储器单元材料以及半导体装置结构与流程

本申请案主张2014年4月23日提出申请的题为“形成存储器单元材料的方法及形成半导体装置结构的相关方法、存储器单元材料以及半导体装置结构(METHODS OF FORMING A MEMORY CELL MATERIAL,AND RELATED METHODS OF FORMING A SEMICONDUCTOR DEVICE STRUCTURE,MEMORY CELL MATERIALS,AND SEMICONDUCTOR DEVICE STRUCTURES)”的第14/259,556号美国专利申请案的申请日期的权益。

技术领域

在各种实施例中，本发明一般来说涉及半导体装置设计及制作的领域。更具体来说，本发明涉及形成存储器单元材料的方法，且涉及形成半导体装置结构的相关方法、存储器单元材料及半导体装置结构。

背景技术：

集成电路设计者通常期望通过减小个别元件的大小且通过减小相邻元件之间的分离距离而增加集成电路内的元件的集成水平或密度。另外，集成电路设计者通常期望设计出不仅紧凑而且提供性能优点以及经简化设计的架构。

相对常见的集成电路装置是存储器装置。存储器装置可包含具有布置成栅格图案的若干个存储器单元的存储器阵列。一种类型的存储器单元是通过在电阻状态之间进行切换而存储数据的电阻式存储器单元，例如电阻式随机存取存储器(RRAM)单元。举例来说，针对二进制数据存储，电阻式存储器单元的高电阻状态可读取为逻辑“1”，而电阻式存储器单元的低电阻状态可读取为逻辑“0”。可通过跨越电阻式存储器单元施加不同物理信号(例如，电压、电流等)而实现电阻状态之间的切换。

人们持续地关注对可借以按比例缩小存储器单元(例如，电阻式存储器单元)尺寸以实现较高密度存储器装置(例如，电阻式存储器装置)且形成较高容量电子装置及系统的方法的研发。遗憾地，使存储器单元尺寸按比例缩小以增加存储器装置密度可导致问题，例如不合意电耦合效应。

因此，将期望具有促进使存储器单元尺寸按比例缩小以形成较高密度存储器装置同时缓解传统上与将存储器单元尺寸按比例缩小以形成较高密度存储器装置相关联的问题(例如，不利电耦合效应)的经改善方法及结构。

附图说明

图1图解说明根据本发明的实施例的半导体装置结构的部分横截面图。

图2是图解说明根据本发明的实施例的电子系统的示意性框图。

图3A到3C是根据如下文在实例1中所描述的本发明的实施例形成于电介质材料上的离散导电粒子的扫描电子显微照片。

图4是展示根据如下文在实例2中所描述的本发明的实施例形成的存储器单元材料的部分横截面图的透射电子显微照片。

具体实施方式

本发明揭示通过原子层沉积(ALD)形成存储器单元材料(例如，电阻式存储器单元材料)的方法，同样揭示形成半导体装置结构的相关方法、相关存储器单元材料及相关半导体装置结构。如本文中所使用，术语“原子层沉积”或“ALD”意指且包含其中在室中进行多个单独沉积循环的汽相沉积工艺。在借助前驱物与吹扫(即，惰性)气体的交替脉冲执行时，ALD包含但不限于原子层外延(ALE)、分子束外延(MBE)、气体源MBE、有机金属MBE及化学束外延。在一些实施例中，通过ALD工艺在衬底上或上方形成电介质材料的一部分，通过ALD工艺在所述电介质材料的所述部分上或上方形成离散(例如，单独、隔离的、隔开的)导电粒子，且通过ALD工艺在所述离散导电粒子上或上方形成所述电介质材料的至少另一个部分。可通过以下方式在所述电介质材料的所述部分上形成所述离散导电粒子的至少一部分：将导电材料前驱物吸附到所述电介质材料的所述部分的表面；及然后使所述经吸附导电材料前驱物与额外导电材料前驱物及单独反应物中的至少一者发生反应。任选地，可通过ALD工艺在所述电介质材料的所述至少另一个部分上或上方形成所述离散导电粒子的至少一个额外部分，且可通过ALD工艺在所述离散导电粒子的所述至少一个额外部分上或上方形成所述电介质材料的至少一个额外部分。所述电介质材料的不同部分可由彼此相同的材料或彼此不同的材料形成，且所述离散导电粒子的不同部分可为彼此相同的材料或彼此不同的材料。存储器单元材料可用作例如存储器装置结构(例如，电阻式存储器单元，例如RRAM单元)等的半导体装置结构的薄膜。本文中所揭示的方法可促进包含存储器单元材料的半导体装置结构(例如，存储器单元)及半导体装置(例如，存储器装置)的比例缩放、性能及稳定性改善。

以下描述提供例如材料组合物及处理条件等具体细节以便提供对本发明的实施例的透彻描述。然而，所属领域的普通技术人员将理解，可在不采用这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。实际上，本发明的实施例可结合业内所采用的常规半导体制作技术来实践。另外，下文提供的描述并不形成用于制造半导体装置的完整工艺流程。下文所描述的半导体装置结构并不形成完整半导体装置。下文仅详细地描述理解本发明的实施例所必需的那些工艺动作及结构。可通过常规制作技术执行用以从导体装置结构形成完整半导体装置的额外动作。还注意，本文中呈现的任何图式仅出于说明性目的，且因此不按比例绘制。另外，各图之间共同的元件可保持相同数字标号。

如本文中所使用，单数形式“一(a、an)”及“所述(the)”还打算包含复数形式，除非上下文另有明确指示。

如本文中所使用，术语“及/或”包含相关联所列举各项中的一者或多者的任何及所有组合。

如本文中所使用，在理解本发明及附图时为清楚及方便起见而使用例如“第一”、“第二”、“在……上方”、“在……下方”、“在……上”、“下伏”、“上部”、“下部”等的任一关系术语，且任一关系术语不暗示或取决于任一特定偏好、定向或次序，在上下文另有明确指示的情况下除外。

如本文中所使用，参考给定参数、性质或条件的术语“大致上”意指且包含达到所属领域的普通技术人员将理解的以变化程度(例如在可接受制造公差内)满足给定参数、性质或条件的程度。通过实例的方式，取决于大致上满足的特定参数、性质或条件，所述参数、性质或条件可得到至少90.0％满足、至少95.0％满足、至少99.0％满足或甚至至少99.9％满足。

图1是图解说明根据本发明的实施例形成的半导体装置结构100的经简化部分横截面图。半导体装置结构100可包含衬底102及存储器单元材料104。存储器单元材料104可形成于衬底102上或上方。如本文中所使用，术语“衬底”意指且包含上面形成有额外材料的基底材料或构造。衬底102可为半导体衬底、支撑结构上的基底半导体层、金属电极或其上形成有一种或多种材料、结构或区域的半导体衬底。可能已进行先前工艺动作以在基底半导体结构或基础中形成材料、区域或结。衬底102可为包括半导电材料层的常规硅衬底或其它块体衬底。如本文中所使用，术语“块体衬底”不仅意指且包含硅晶片，而且意指且包含绝缘体上硅(SOI)衬底(例如，蓝宝石上硅(SOS)衬底及玻璃上硅(SOG)衬底)、位于基底半导体基础上的外延硅层及其它半导体或光电材料(例如，硅锗、锗、砷化镓、氮化镓及磷化铟)。衬底102可经掺杂或未经掺杂。通过非限制性实例的方式，衬底102可包括以下各项中的至少一者：硅、二氧化硅、具有原生氧化物的硅、氮化硅、含碳氮化硅、玻璃、半导体、金属氧化物、金属、氮化钛、含碳氮化钛、钽、氮化钽、含碳氮化钽、铌、氮化铌、含碳氮化铌、钼、氮化钼、含碳氮化钼、钨、氮化钨、含碳氮化钨、铜、钴、镍、铁、铝及贵金属。

存储器单元材料104由分散于电介质材料108中的离散导电粒子106形成且包含离散导电粒子106。离散导电粒子106可定位于(例如，位于、安置于)电介质材料108的至少一个表面上，例如电介质材料108的至少一个部分的上表面上。举例来说，如图1中所描绘，离散导电粒子106的第一部分106a可定位于电介质材料108的第一部分108a的上表面110上，且电介质材料108的第二部分108b可定位于离散导电粒子106的第一部分106a上或上方。因此，离散导电粒子106的第一部分106a可垂直定位于电介质材料108的第一部分108a与电介质材料108的第二部分108b之间。如本文中所使用，术语“垂直”及“纵向”中的每一者意指且包含沿大致上垂直于衬底102的方向延伸，而无论衬底102的定向如何。相反地，如本文中所使用，术语“水平”及“横向”中的每一者意指且包含沿大致上平行于衬底102的方向延伸，而无论衬底102的定向如何。此外，离散导电粒子106及电介质材料108的额外部分可任选地定位于电介质材料108的第二部分108b上或上方。举例来说，如图1中所展示，离散导电粒子106的第二部分106b可定位于电介质材料108的第二部分108b的上表面112上，且电介质材料108的第三部分108c可定位于离散导电粒子106的第二部分106b上或上方。另外，离散导电粒子106的第三部分106c可定位于电介质材料108的第三部分108c的上表面114上，且电介质材料108的第四部分108d可定位于离散导电粒子106的第三部分106c上或上方。

虽然本文中的各种实施例将存储器单元材料104描述或图解说明为包含导电粒子106的三个部分(即，部分106a、106b及106c)及电介质材料108的四个部分(即，部分108a、108b、108c及108d)，但另一选择是，存储器单元材料104可包含导电粒子106的不同数目个部分及/或电介质材料108的不同数目个部分。举例来说，存储器单元材料104可包含垂直安置于电介质材料108的两个部分(例如，部分108a及108b)之间的导电粒子106的单个部分(例如，部分106a)，可包含相对于彼此呈垂直堆叠且交替关系的导电粒子106的两个部分(例如，部分106a及106b)及电介质材料108的三个部分(例如，部分108a、108b及108c)，或可包含相对于彼此呈垂直堆叠且交替关系的导电粒子106的大于四个部分及电介质材料108的大于五个部分(例如，大于或等于导电粒子106的五个部分且大于或等于电介质材料108的六个部分；大于或等于导电粒子106的十个部分且大于或等于电介质材料108的十一个部分；大于或等于导电粒子106的二十个部分且大于或等于电介质材料108的二十一个部分)。

电介质材料108可由以下各项形成且包含以下各项：氧化物材料(例如，二氧化硅、磷硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、硼磷硅酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铪、氧化钽、氧化镁、氧化铝、其组合)、氮化物材料(例如，氮化硅)、氮氧化物材料(例如，氮氧化硅)、非晶碳或其组合(例如，前述各项中的至少两者的压层)。在一些实施例中，电介质材料108是SiO₂。电介质材料108的不同部分中的每一者(例如，第一部分108a、第二部分108b、第三部分108c及第四部分108d中的每一者)可由大致上彼此相同的材料形成且包含大致上彼此相同的材料(例如，可具有大致上相同的材料组合物)，或电介质材料108的不同部分中的至少一者可由不同于电介质材料108的不同部分中的至少另一者的材料形成且包含不同于电介质材料108的不同部分中的至少另一者的材料(例如，可具有不同材料组合物)。作为非限制性实例，电介质材料108的不同部分中的每一者可由二氧化硅(SiO₂)形成且包含二氧化硅(SiO₂)。作为另一非限制性实例，电介质材料108的不同部分中的每一者可由氮化硅(Si₃N₄)形成且包含氮化硅(Si₃N₄)。作为又一非限制性实例，电介质材料108的不同部分中的至少一者(例如，第一部分108a)可由SiO₂形成且包含SiO₂，且电介质材料108的不同部分中的至少另一者(例如，第二部分108b)可由Si₃N₄形成且包含Si₃N₄。在一些实施例中，电介质材料108的不同部分由SiO₂及Si₃N₄中的至少一者形成且包含SiO₂及Si₃N₄中的至少一者。另外，电介质材料108的不同部分中的每一者可由单一电介质材料(例如，SiO₂或Si₃N₄)形成且包含单一电介质材料(例如，SiO₂或Si₃N₄)，或电介质材料108的不同部分中的至少一者可由多种电介质材料(例如，SiO₂及Si₃N₄)形成且包含多种电介质材料(例如，SiO₂及Si₃N₄)。作为非限制性实例，电介质材料108的不同部分中的至少一者可包括位于至少一个电介质氮化物膜(例如，Si₃N₄膜)上或上方的至少一个电介质氧化物膜(例如，SiO₂膜)。作为另一非限制性实例，电介质材料108的不同部分中的至少一者可包括在至少一个电介质氧化物膜(例如，SiO₂膜)上或上方的至少一个电介质氮化物膜(例如，Si₃N₄膜)。如下文进一步详细地描述，可至少部分地基于在至少一个ALD工艺中用于形成离散导电粒子106的前驱物的化学性质(例如，化学反应基)而选择电介质材料108(包含其不同部分中的每一者)。

电介质材料108(包含其不同部分中的每一者)可具有任一适合厚度。可基于半导体装置结构100的所要尺寸及操作电压范围而选择电介质材料108的总体厚度。通过非限制性实例的方式，电介质材料108的总体厚度可小于或等于大约1000埃例如小于或等于大约小于或等于大约小于或等于大约小于或等于大约或小于或等于大约与具有较高操作电压范围的半导体装置结构相比较，具有较低操作电压范围的半导体装置结构100可展现较低总体厚度且可包含较少部分(例如，第一部分108a及第二部分108b)。另外，电介质材料108的不同部分(例如，第一部分108a、第二部分108b、第三部分108c及第四部分108d)可各自独立具有所要厚度。通过非限制性实例的方式，电介质材料108的不同部分可各自独立具有小于或等于大约10个单层(例如小于或等于大约8个单层、小于或等于大约5个单层或者小于或等于大约3个单层)的厚度。电介质材料108的不同部分可各自具有大致上相同厚度，或电介质材料108的不同部分中的至少一者可具有不同于电介质材料108的不同部分中的至少另一者的厚度。在一些实施例中，电介质材料108的不同部分各自独立具有处于从大约3个单层到大约5个单层的范围内的厚度。

离散导电粒子106可吸附(例如，附着、粘结)到电介质材料108的至少一个表面。举例来说，导电粒子106的不同部分(例如，第一部分106a、第二部分106b及第三部分106c)可借助化学吸附作用(也称作“化学吸附”)及物理吸附作用(也称作“物理吸附”)中的至少一者吸附到电介质材料108的不同部分的上表面。如本文中所使用，术语“化学吸附”及“化学吸附作用”意指且包含其中材料(例如，离散导电粒子106)借助化学键结(例如共价键结或离子键结)吸附到另一材料(例如，电介质材料108)的至少一个表面(例如，上表面110、112及114)的机制。继而，如本文中所使用，术语“物理吸附”及“物理吸附作用”意指且包含其中材料(例如，离散导电粒子106)借助弱分子间力(例如范德瓦尔斯力(Van der Waals force))吸附到另一材料(例如，电介质材料108)的至少一个表面(例如，上表面110、112及114)的机制。作为非限制性实例，如图1中所展示，离散导电粒子106的第一部分106a可化学吸附或物理吸附到电介质材料108的第一部分108a的上表面110，离散导电粒子106的第二部分106b可化学吸附或物理吸附到电介质材料108的第二部分108b的上表面112，且离散导电粒子106的第三部分106c可化学吸附或物理吸附到电介质材料108的第三部分108c的上表面114。在一些实施例中，导电粒子106的不同部分(例如，第一部分106a、第二部分106b及第三部分106c)化学吸附到电介质材料108的不同部分的上表面。因此，离散导电粒子106的不同部分可插置(例如，夹置)于电介质材料108的不同部分之间。举例来说，导电粒子106的第一部分106a可夹置于电介质材料108的第一部分108a与第二部分108b之间，导电粒子106的第二部分106b可夹置于电介质材料108的第二部分108b与第三部分108c之间，导电粒子106的第三部分106c可夹置于电介质材料108的第三部分108c与第四部分108d之间，等等。

离散导电粒子106可由例如至少一种导电金属材料等的至少一种导电材料形成。如本文中所使用，术语“金属材料”意指且包含碱金属、碱土金属、过渡金属(例如，钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铁、钌、铼、钴、铑、锇、镍、钯、铂、铜、银、金、锌、镉等)、后过渡金属(例如，铝、镓、铟、锡、铅、铋等)、类金属(例如，硼、硅、锗、砷、锑等)、其导电氧化物、其导电氮化物、其导电碳化物或其组合。离散导电粒子106中的每一者可包含单金属(例如，碱金属、碱土金属、过渡金属、后过渡金属、类金属)物质，或可包含多金属物质(例如，金属合金)。可至少部分地基于离散导电粒子106的所要保持状态电荷损失而选择离散导电粒子106的导电材料。在一些实施例中，离散导电粒子106的至少一部分独立地由例如铂(Pt)、钽(Ta)、钌(Ru)、铑(Rh)、铜(Cu)、铝(Al)及钴(Co)中的至少一者等的元素金属(例如，碱金属、碱土金属、过渡金属、后过渡金属、类金属)形成且包含所述元素金属。离散导电粒子106中的每一者可大致上无电介质材料。举例来说，离散导电粒子106中的每一者可大致上不存在电介质氧化物(例如，碱金属、碱土金属、过渡金属、后过渡金属及类金属的电介质氧化物)。在一些实施例中，离散导电粒子106中的每一者由抗氧化的至少一种金属(例如，铂、铑、钴)形成且包含抗氧化的至少一种金属(例如，铂、铑、钴)。在额外实施例中，离散导电粒子106的至少一部分(例如，大致上全部)大致上无氧。在进一步实施例中，离散导电粒子106的至少一部分由在氧化之后即刻形成导电金属氧化物的至少一种金属(例如，钌)形成且包含在氧化之后即刻形成导电金属氧化物的至少一种金属(例如，钌)。如下文进一步详细地描述，可至少部分地基于在至少一个ALD工艺中用于形成电介质材料108的前驱物的化学性质(例如，化学反应基)而选择离散导电粒子106(包含其不同部分中的每一者)。

离散导电粒子106中的每一者可具有所要大小。举例来说，离散导电粒子106可包括多个纳米粒子。如本文中所使用，术语“纳米粒子”意指且包含具有处于纳米范围(例如，从大约0.3纳米到大约1000纳米)内测量的平均粒子宽度或直径的粒子。通过非限制性实例的方式，离散导电粒子106中的每一者可独立地具有处于从大约0.3纳米(nm)到大约100nm(例如从大约0.3nm到大约50nm、从大约0.3nm到大约25nm、从大约0.3nm到大约10nm或从大约0.3nm到大约5nm)的范围内的直径。在一些实施例中，离散导电粒子106中的每一者独立地具有处于从大约1nm到大约5nm的范围内的直径。另外，离散导电粒子106可各自独立具有所要形状，例如大致上球形形状、大致上半球形形状、大致上椭圆形形状或适合用于原子级的布置(例如，面心立方布置、六方紧密堆叠布置、斜方六面体布置)的另一形状中的至少一者。在一些实施例中，离散导电粒子106中的每一者具有大致上球形形状。

存储器单元材料104可包含离散导电粒子106的同质分布或可包含离散导电粒子106的异质分布。举例来说，如果离散导电粒子106中的每一者具有大致上相同大小、形状及材料组合物，那么存储器单元材料104可包含离散导电粒子106的同质分布，其中离散导电粒子106中的每一者的大小、形状及材料组合物遍及存储器单元材料104的纵向尺寸及横向尺寸是大致上相同的。相反地，如果离散导电粒子106中的至少一者相比于离散导电粒子106中的至少另一者具有不同大小、不同形状及不同材料组合物中的一者或多者，那么存储器单元材料104可具有离散导电粒子106的异质分布，其中离散导电粒子106的大小、形状及材料组合物中的至少一者遍及存储器单元材料104的纵向尺寸及横向尺寸中的一者或多者而变化。存储器单元材料104的离散导电粒子106的同质性或异质性大致上无法通过视觉检测而检测到，但可通过常规光谱学或光谱测定技术检测到。

在一些实施例中，存储器单元材料104内沿着同一横向平面定位的离散导电粒子106是大致上彼此相同的(例如，具有大致上彼此相同的材料组合物、大小及形状)，但不同于存储器单元材料104内沿着至少另一个横向平面定位的离散导电粒子106(例如，具有不同于存储器单元材料104内沿着至少另一个横向平面定位的离散导电粒子106的材料组合物、大小及/或形状)。举例来说，参考图1，离散导电粒子106的第一部分106a的粒子(例如，各自沿着由电介质材料108的第一部分108a的上表面110界定的同一横向平面定位)可展现大致上彼此相同的材料组合物、大小及形状，但相比于离散导电粒子106的至少第二部分106b的粒子(例如，各自沿着由电介质材料108的第二部分108b的上表面112界定的同一横向平面定位)或至少第三部分106的粒子(例如，各自沿着由电介质材料108的第三部分108c的上表面114界定的同一横向平面定位)可展现出不同材料组合物、不同大小及不同形状中的至少一者。因此，离散导电粒子106可遍及存储器单元材料104的横向尺寸同质分布，且可遍及存储器单元材料104的纵向尺寸异质分布。在额外实施例中，存储器单元材料104内的所有离散导电粒子106大致上彼此相同。

如图1中所展示，离散导电粒子106大致上彼此隔离。存储器单元材料104内沿着同一横向平面定位的邻近离散导电粒子106可大致上均匀地横向间隔开。邻近离散导电粒子106之间的空间可填充有电介质材料108。举例来说，离散导电粒子106的第一部分106a的横向邻近粒子可彼此大致上均匀地间隔开第一距离，且横向邻近粒子之间的空间可填充有电介质材料108的第二部分108b。继而，存储器单元材料104内沿着不同横向平面定位的邻近离散导电粒子106可彼此纵向间隔开纵向位于其之间的电介质材料的部分的厚度。举例来说，离散导电粒子106的第一部分106a的粒子可与离散导电粒子106的第二部分106b的粒子纵向间隔开纵向位于其之间的电介质材料108的第二部分108b的厚度。另外，存储器单元材料104内沿着不同横向平面定位的离散导电粒子106的横向间隔可大致上相同或可不同。举例来说，离散导电粒子106的第一部分106a的粒子的横向间隔可相同于或不同于离散导电粒子106的第二部分106b及/或离散导电粒子106的第三部分106c的粒子的横向间隔。此外，存储器单元材料104内的不同横向平面的离散导电粒子106可至少部分地彼此横向偏移。举例来说，离散导电粒子106的第一部分106a的粒子中的至少一些粒子可与最接近于其的离散导电粒子106的第二部分106b的粒子纵向不对准(例如，交错)。存储器单元材料104内的不同邻近横向平面的离散导电粒子106(例如，第一部分106a及第二部分106b的离散导电粒子106；第二部分106b及第三部分106c的离散导电粒子106)的纵向不对准可防止在存储器单元材料104内形成经堆叠薄弱路径。

因此，本发明的存储器单元材料包括位于衬底上方的电介质材料的第一部分、位于所述电介质材料的所述第一部分上方的离散导电粒子(所述离散导电粒子的至少一部分吸附到所述电介质材料的所述第一部分的表面)及位于所述离散导电粒子的所述至少一部分上及之间的电介质材料的第二部分。

此外，本发明的半导体装置结构包括存储器单元材料，所述存储器单元材料位于衬底上且包括电介质材料的至少三个垂直邻近部分及插置于电介质材料的所述至少三个垂直邻近部分中的每一者之间的离散导电粒子。

存储器单元材料104可通过ALD形成于衬底102上或上方。ALD提供用于形成离散导电粒子106的成核机制。另外，通过ALD形成存储器单元材料104可促进对不同材料之间(例如，电介质材料108的不同部分之间以及电介质材料108及离散导电粒子106的不同部分之间)的过渡区(例如，边界、界面)的控制。由于此种控制，存储器单元材料104可在其各种内部组件(例如，离散导电粒子106、电介质材料108)及半导体装置结构100的其它组件(例如，衬底102)当中具有经工程设计过渡。存储器单元材料104的基于ALD的形成可包含至少两个基于ALD的电介质形成工艺及至少一个基于ALD的导电粒子形成工艺。可依序且重复地进行基于ALD的电介质形成工艺及基于ALD的导电粒子形成工艺以将存储器单元材料104形成到所要厚度。举例来说，参考图1，第一基于ALD的电介质形成工艺可用于在衬底102上形成电介质材料108的第一部分108a，基于ALD的导电粒子形成工艺可用于在电介质材料108的第一部分108a的上表面110上形成(例如，化学吸附)离散导电粒子106的第一部分106a，第二基于ALD的电介质形成工艺可用于在离散导电粒子106的第一部分106a及电介质材料108的第一部分108a的经暴露表面上形成电介质材料108的第二部分108b，等等。

所述基于ALD的电介质形成工艺可包含进行至少一种电介质材料前驱物及至少一种电介质材料形成反应物的交替脉冲以及至少一种惰性气体(例如，氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气及/或尽管并非惰性但在电介质形成工艺的条件下表现为惰性的其它气体)的介入脉冲。所述电介质材料前驱物可包括有机金属化合物，所述有机金属化合物包含金属(例如，Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi或其组合)与至少一个配位体的复合物，其经调配以与电介质材料形成反应物发生反应以形成电介质材料108的至少一部分。所述电介质材料前驱物可商购获得或可通过常规技术合成。作为非限制性实例，电介质材料前驱物可包括含硅前驱物(包含硅以及包括氢、氮及碳中的一者或多者的至少一个配位体)，例如二硅烷(例如，六氯二硅烷)及三硅烷胺中的至少一者。作为另一非限制性实例，所述电介质材料前驱物可包括含铝前驱物(包含铝以及包括氢、氮及碳中的一者或多者的至少一个配位体)，例如三甲基铝(TMA)、三异丁基铝(TIBA)、二甲基氢化铝(DMAH)及另一铝烷中的至少一者。在一些实施例中，所述电介质材料前驱物是TMA。

可基于电介质材料前驱物的化学性质(例如，金属物质、配位体)而选择电介质材料形成反应物。举例来说，取决于电介质材料前驱物的化学性质，电介质材料形成反应物可包括氧化剂(例如，氧、臭氧、水、过氧化氢、氧化亚氮)及氮化剂(例如，氨、联氨)中的至少一者。在一些实施例中，电介质材料形成反应物是水(H₂O)、氧(O₂)及氨(NH₃)中的至少一者。

电介质材料前驱物的金属与电介质材料形成反应物彼此相互作用(例如，发生反应)且在电介质形成工艺期间消除电介质材料前驱物的配位体。取决于用于形成电介质材料108(即，包含其不同部分)的前驱物的化学性质，可利用额外反应气体来形成电介质材料108的一个或多个部分。

相同前驱物(例如，相同电介质材料前驱物及相同电介质材料形成反应物)或不同前驱物(例如，至少一种不同电介质材料前驱物及/或至少一种不同电介质材料形成反应物)可用于形成电介质材料108的不同部分(例如，第一部分108a、第二部分108b、第三部分108c、第四部分108d中的至少两者)。在一些实施例中，不同前驱物用于形成电介质材料108的至少两个不同部分。另外，可在电介质材料前驱物及电介质材料形成反应物的不同脉冲之间提供(例如，以脉冲方式输送)相同惰性气体或不同惰性气体以形成电介质材料108的不同部分(例如，第一部分108a、第二部分108b、第三部分108c、第四部分108d中的至少两者)。在一些实施例中，用于形成电介质材料108的部分中的至少一者的惰性气体不同于用于形成电介质材料108的部分中的至少另一者的惰性气体。

电介质形成工艺的前驱物中的一者或多者(例如，电介质材料前驱物及/或电介质材料形成反应物)在室温及大气压力下可呈固体、液体或气体形式。如果前驱物在室温及大气压力下呈固体或液体形式，那么前驱物可在被引入到半导电装置结构100的经暴露组件之前蒸发。可通过本文中未详细描述的常规技术来实现前驱物的蒸发。

用于电介质材料108的给定部分的前驱物的选择可取决于存储器单元材料104的所要性质、存储器单元材料104的其它组分及进行与其相关联的基于ALD的电介质形成工艺的温度。用于形成电介质材料108(包含其不同部分)的前驱物经选择以与在基于ALD的电介质形成工艺期间暴露于前驱物的存储器单元材料104的各种组分兼容。如本文中所使用，术语“兼容”意指且包含材料不以非故意方式与另一材料发生反应、分解另一材料或吸收另一材料，且页不以非故意方式损伤另一材料的化学及/或机械性质。举例来说，用于电介质材料108的前驱物可经选择使得前驱物不与在基于ALD的电介质形成工艺期间暴露于其的离散导电粒子106(如果存在)发生反应、分解离散导电粒子106或吸收离散导电粒子106。另外，用于形成电介质材料108的前驱物经选择以在基于ALD的电介质形成工艺的操作温度(例如，衬底102的温度)下大致上热稳定，以便大致上限制前驱物的热分解。在一些实施例中，用于形成电介质材料108的至少一部分的前驱物经选择以在高达大约200℃的温度下(例如在从大约70℃到大约200℃或从大约70℃到大约150℃的范围内)热稳定。举例来说，用于形成电介质材料108的至少一部分的前驱物可包括六氯二硅烷(HCDS)及TMA中的至少一者。在额外实施例中，用于形成电介质材料108的至少一部分的前驱物经选择以在较高温度范围(例如大于或等于大约350℃(例如从大约350℃到大约500℃或从大约400℃到大约500℃)的温度)下热稳定。此外，除反应性及挥发性考虑之外，进行基于ALD的电介质形成工艺的温度还可取决于其中将使用存储器单元材料104的半导体装置结构100的热预算。为防止对半导体装置结构100的其它组件的损坏，形成于衬底102上、中或上方的其它组件应与基于ALD的电介质形成工艺的条件(例如，材料、温度、压力)兼容。

在一些实施例中，工件(未展示)(例如衬底102被安装到的载体)可被放置到室(未展示)中(或从先前处理保持于所述室中)。所述室可为常规ALD反应器，所述常规ALD反应器的实例在此项技术中是已知的，且因此未在本文中加以详细描述。电介质材料前驱物可经引入到室中且可化学吸附到衬底102的表面。电介质材料前驱物可具有充分挥发性及反应性以与衬底102的表面发生反应。电介质材料前驱物可随惰性载体气体(例如，He)经引入到室中以形成电介质材料前驱物及惰性载体气体的混合物。可将电介质材料前驱物引入到室中达足以发生反应的时间量，例如从大约0.1秒到大约60秒，例如从大约1秒到60秒或从大约2秒到大约60秒。电介质材料前驱物可以处于从大约1标准立方厘米/分钟(sccm)到大约100sccm的范围内的流率、处于从大约20℃到大约500℃(例如，从大约70℃到大约200℃、从大约350℃到大约500℃)的范围内的温度(例如，衬底温度)及处于从大约0.0005托到大约5托(例如，从大约0.0005托到大约1托、大约0.05托)的范围内的压力被引入到室中。在一些实施例中，由于衬底102的表面上的化学吸附作用，在衬底102的表面上形成电介质材料前驱物的单层。所述单层可为自终止的，因为所述单层的表面可不与用于形成所述单层的电介质材料前驱物发生反应。

随后以惰性气体输送脉冲会从室移除过量电介质材料前驱物(例如，未化学吸附到衬底102的表面的电介质材料前驱物)。吹扫所述室还移除在形成被化学吸附的电介质材料前驱物期间产生的挥发性副产物。可将惰性气体引入到室中(举例来说)达从大约2秒到大约120秒，例如从大约5秒到大约120秒。在吹扫之后，可抽空或“抽吸”室以移除气体，例如过量电介质材料前驱物及/或挥发性副产物。举例来说，可通过包含但不限于以下的技术从室吹扫过量电介质材料前驱物：使衬底102与惰性气体接触及/或将室中的压力降低到电介质材料前驱物的沉积压力以下以减小接触衬底102的电介质材料前驱物及/或被化学吸附的电介质材料前驱物的浓度。可基于电介质材料前驱物的性质(例如，分子量、挥发性、反应副产物)而选择惰性气体及吹扫量(例如，持续时间)。可重复抽吸与吹扫序列多次。

在吹扫之后，电介质材料形成反应物可被引入到室中且可与被化学吸附的电介质材料前驱物的经暴露表面发生化学反应。电介质材料形成反应物可具有充足挥发性及反应性以与被化学吸附的电介质材料前驱物发生反应。电介质形成反应物可被引入到室中达足以发生反应的时间量，例如从大约0.1秒到大约30秒，例如从大约5秒到大约30秒。举例来说，电介质材料形成反应物可以处于从大约1sccm到大约100sccm的范围内的流率、处于从大约20℃及大约500℃(例如，从大约70℃到大约200℃、从大约350℃到大约500℃)的范围内的衬底102温度及处于从大约0.0005托到大约5托(例如，从大约0.0005托到大约1托、大约0.05托)的范围内的压力被引入到室中。在一些实施例中，通过在将电介质材料形成反应物引入到被化学吸附的电介质材料前驱物时施加RF功率而实现被化学吸附的电介质材料前驱物与电介质材料形成反应物之间的反应。举例来说，所施加的RF功率可处于从大约20瓦特(W)到大约300W(例如从大约20W到大约200W、从大约20W到大约100W、从大约30W到大约80W、从大约40W到大约70W或从大约50W到大约60W)的范围内。可以从大约40千赫(kHz)到大约13.56兆赫(MHz)的范围内的至少一个频率来施加RF功率。在额外实施例中，在不施加RF功率的情况下完成被化学吸附的电介质材料前驱物与电介质材料形成反应物之间的反应。

可利用额外抽吸与吹扫循环从室移除反应副产物及/或过量电介质材料形成反应物。额外抽吸与吹扫循环可类似于先前针对在形成被化学吸附的电介质材料前驱物之后移除过量电介质材料前驱物及/或挥发性副产物所描述的抽吸与吹扫循环。用以移除反应副产物及/或过量电介质材料形成反应物的额外抽吸与吹扫循环可相同于或不同于用于移除过量电介质材料前驱物及/或挥发性副产物的抽吸与吹扫循环。在一些实施例中，额外抽吸与吹扫循环持续从大约5秒到大约30秒。

可重复上文所描述的基于ALD的电介质形成工艺任何数目次以在衬底102上形成电介质材料108的所要厚度的至少一部分(例如，第一部分108a)。通过非限制性实例的方式，可依序重复基于ALD的电介质形成工艺从大约2次到大约10次以将电介质材料108的第一部分108a形成到所要厚度。另外，可利用上文所描述的基于ALD的电介质形成工艺来形成电介质材料108的多个部分。举例来说，在于电介质材料108的第一部分108a的上表面110上形成离散导电粒子106的至少一部分(例如，离散导电粒子106的第一部分106)(例如，如下文所描述)之后，可利用额外基于ALD的电介质形成工艺以在离散导电粒子106及电介质材料108的第一部分108a的经暴露表面上形成电介质材料108的第二部分108b。额外基于ALD的电介质形成工艺可相同于(例如，利用相同前驱物、惰性气体及处理参数)或可不同于(例如，利用不同前驱物、不同惰性气体及/或不同处理参数中的至少一者)用于形成电介质材料108的第一部分108a的基于ALD的电介质形成工艺。

使用ALD工艺来形成电介质材料108(包含其不同部分)促进电介质材料108的所要表面终止，从而促进在电介质材料108的表面(例如，电介质材料108的第一部分108a的上表面110、电介质材料108的第二部分108b的上表面112、电介质材料108的第三部分108c的上表面114)上形成展现所要性质(例如，材料组合物、大小、形状、间隔)的离散导电粒子106。另外，使用ALD工艺来形成电介质材料108促进在电介质材料108与分散于其中的离散导电粒子106之间形成明显边界。

基于ALD的导电粒子形成工艺可包含进行至少一种导电材料前驱物及至少一种导电材料形成反应物的交替及/或同步脉冲以及惰性气体(例如，氮、氩、氦、氖、氪、氙及/或尽管并非惰性但在电介质形成工艺的条件下表现为惰性的其它气体)的介入及/或后续脉冲。导电材料前驱物可包括有机金属化合物，所述有机金属化合物包含金属(例如，Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi或其组合)与至少一个配位体的复合物。在一些实施例中，所述金属是Pt、Ta、Ru、Rh、Cu、Al及Co中的至少一者。可基于离散导电粒子106的所要性质而选择配位体。配位体的大小(例如，分子量)及化学性质(例如，反应基)可至少部分地确定使用导电粒子形成工艺所形成的离散导电粒子106的大小、形状及间隔。举例来说，较大(例如，较高分子量)配位体可导致形成与使用具有较小(例如，较低分子量)配位体的导电材料前驱物所形成的导电粒子相比展现较大相对于彼此的横向间隔的离散导电粒子106。另外，不同配位体反应基可导致形成不同大小(例如，较大或较小)的离散导电粒子106及/或不同分布密度(例如，经增加或经减小)的离散导电粒子106。不同配位体可以不同方式与不同导电材料形成反应物发生反应以控制(例如，修改，例如增加或减小)离散导电粒子106的大小及/或分布密度。导电材料前驱物可商购获得或可通过常规技术合成。在一些实施例中，导电材料前驱物是(三甲基)甲基环戊二烯基铂、乙基环戊二烯基二羰基钌、三羰基(1,3-环已二烯)钌、四(二甲基酰胺基)钽、环戊二烯基二羰基铑、二羰基环戊二烯基钴、六氟乙酰丙酮酸铜、(N,N′二异丙基2-二甲胺脒)铜、三-六甲基二硅氮烷铝、二乙基氯化铝、二甲基氢化铝及四(二甲基酰胺基)铝中的至少一者。

可基于导电材料前驱物的化学性质(例如，金属化合物、配位体)而选择导电材料形成反应物。举例来说，取决于导电材料前驱物的化学性质，导电材料形成反应物可包括还原剂(例如，甲酸、氢、草酸、氮、NH₃)及氧化剂(例如，O₂、草酸、H₂O₂、过氧化氢、氧化氩氮)中的至少一者。在一些实施例中，导电材料形成反应物包括甲酸(CH₂O₂)、草酸(C₂H₂O₄)、氢(H₂)、NH₃及O₂中的至少一者。

导电材料前驱物的金属与导电材料形成反应物彼此相互作用(例如，发生反应)且在导电粒子形成工艺期间消除导电材料前驱物的配位体。在一些实施例中，导电材料前驱物及导电材料形成反应物经选择使得导电材料前驱物与导电材料形成反应物之间的反应不导致形成包含电介质材料(例如，电介质氧化物)的离散导电粒子106。举例来说，所述反应物可包括与导电材料前驱物发生反应以形成大致上无电介质金属氧化物的离散导电粒子106(例如，金属粒子)的还原剂(例如，CH₂O₂、C₂H₂O₄、H₂、NH₃)。取决于用于形成电介质材料108(即，包含其不同部分)的前驱物的化学性质，可利用额外反应气体来形成电介质材料108的一个或多个部分。

在额外实施例中，可从基于ALD的导电粒子形成工艺省略导电材料形成反应物。举例来说，取决于导电材料前驱物，基于ALD的导电粒子形成工艺可包含执行导电材料前驱物的一个或多个脉冲以及利用惰性气体(例如，氮、氩、氦、氖、氪、氙及/或尽管并非惰性但在电介质形成工艺的条件下表现为惰性的其它气体)的一个或多个后续抽吸与吹扫循环。换句话说，导电材料前驱物可在基于ALD的导电粒子形成工艺的条件(例如，温度、压力)下与其自身充分反应以在不使用单独导电材料形成反应物(例如，单独还原反应物、单独氧化反应物)的情况下形成离散导电粒子106的至少一部分。举例来说，第一导电材料前驱物的配位体可与第二导电材料前驱物的配位体(即，相同于或不同于第一导电材料前驱物)发生反应以形成由第一导电材料前驱物的金属及第二导电材料前驱物的金属形成且包含第一导电材料前驱物的金属及第二导电材料前驱物的金属的离散导电粒子106。取决于导电材料前驱物的特性，省略对用以形成离散导电粒子106的至少一部分的至少一种氧化反应物的使用可大致上限制或甚至防止包含电介质金属氧化物的离散导电粒子106的形成。

相同前驱物(例如，相同导电材料前驱物及相同导电材料形成反应物(如果使用))或不同前驱物(例如，至少一种导电材料前驱物及/或至少一个不同导电材料形成反应物(如果使用))可用于形成离散导电粒子106的不同部分(例如，第一部分106a、第二部分106b、第三部分106c中的至少两者)。在一些实施例中，不同前驱物用于形成离散导电粒子106的至少两个部分。另外，可在导电材料前驱物及/或导电材料形成反应物(如果使用)的不同脉冲之间提供(例如，以脉冲方式输送)相同惰性气体或不同惰性气体以形成离散导电粒子106的不同部分(例如，第一部分106a、第二部分106b、第三部分106c中的至少两者)。在一些实施例中，用于形成离散导电粒子106的部分中的至少一者的惰性气体不同于用于形成离散导电粒子106的部分中的至少另一者的惰性气体。

导电粒子形成工艺的前驱物(例如，导电材料前驱物；及/或导电材料形成反应物(如果使用))中的一者或多者可在室温及大气压力下呈固体、液体或气体形式。如果前驱物在室温及大气压力下呈固体或液体形式，那么前驱物可在被引入到半导电装置结构100的经暴露组件之前蒸发。可通过本文中未详细描述的常规技术完成导电粒子形成工艺的前驱物的蒸发。

对用于离散导电粒子106的任一给定部分的前驱物的选择可取决于存储器单元材料104的所要性质、存储器单元材料104的其它组分及将进行导电粒子形成工艺的温度。用于形成离散导电粒子106(包含其不同部分)的前驱物经选择以与在导电粒子形成工艺期间暴露于前驱物的存储器单元材料104的各种组分兼容。举例来说，用于形成离散导电粒子106的前驱物可经选择使得前驱物不与在导电粒子形成工艺期间暴露于其的电介质材料108发生反应、分解电介质材料108或吸收电介质材料108。另外，用于形成离散导电粒子106的前驱物(例如，导电材料前驱物)经选择以在基于ALD的导电粒子形成工艺的操作温度(例如，衬底102温度)下大致上热稳定，以便大致上限制前驱物的热分解。在一些实施例中，用于形成离散导电粒子106的至少一部分的前驱物经选择以在高达大约350℃的温度(例如在从大约200℃到大约350℃或从大约250℃到大约320℃的范围内)热稳定。举例来说，导电材料前驱物可经选择以包括以下各项中的至少一者：(三甲基)甲基环戊二烯基铂；三羰基(1,3-环已二烯)钌；二羰基环戊二烯基铑；Pt、Ru及Rh中的至少一者的胺盐；及Pt、Ru及Rh中的至少一者的脒基盐。在额外实施例中，用于形成离散导电粒子106的至少一部分的前驱物经选择以在较高温度范围(例如大于大约350℃(例如大于或等于大约400℃、大于或等于大约500℃或从大约400℃到大约500℃)的温度)下热稳定。举例来说，导电材料前驱物可经选择以包括二羰基环戊二烯基钴。此外，除反应性及挥发性考虑之外，进行基于ALD的导电粒子形成工艺的温度还可取决于其中将使用存储器单元材料104的半导体装置结构100的热预算。为防止对半导体装置结构100的其它组件的损坏，形成于衬底102上、中或上方的其它组件应与基于ALD的导电粒子形成工艺的条件(例如，材料、温度、压力)兼容。

在一些实施例中，导电材料前驱物可被引入到含有包含位于衬底102上或上方的电介质材料108的半导电装置结构100的室(例如，用于形成电介质材料108的至少一部分的相同室或不同室)中，且可化学吸附到电介质材料108的表面(例如，电介质材料108的第一部分108a的上表面110)。导电材料前驱物可具有充分挥发性及反应性以与电介质材料108的表面发生反应。导电材料前驱物可与惰性载体气体(例如，He)一起被引入到室中以形成导电材料前驱物与惰性载体气体的混合物。导电材料前驱物可被引入到室中达足以发生反应的时间量，例如从大约0.2秒到大约120秒，例如从大约1秒到90秒、从大约1秒到60秒或从大约2秒到大约60秒。导电材料前驱物可以处于从大约1sccm及大约100sccm的范围内的流率、处于从大约20℃及大约500℃(例如，从大约20℃到大约300℃、从大约50℃到大约200℃、从大约70℃到大约120℃)的范围内的温度(例如，衬底温度)及处于从大约0.0005托到大约1托(例如，大约0.05托)的范围内的压力被引入到室中。在一些实施例中，由于电介质材料108的表面上的化学吸附作用，在电介质材料108的表面上形成导电材料前驱物的单层。所述单层可为自终止的，因为所述单层的表面可不与用于形成所述单层的导电材料前驱物发生反应。

随后以惰性气体输送脉冲会从室移除过量导电材料前驱物(例如，未化学吸附到电介质材料108的表面的导电材料前驱物)。吹扫所述室还移除在形成导电材料前驱物的单层期间产生的挥发性副产物。惰性气体可相同于或不同于在ALD工艺中用于形成存储器单元材料104的另一惰性气体(例如，用于形成电介质材料108的至少一部分的惰性气体)。惰性气体可被引入到室中(举例来说)达从大约2秒到大约180秒，例如从大约5秒到大约180秒或从大约5秒到大约120秒。在吹扫之后，可抽空或“抽吸”室以移除气体，例如过量电介质材料前驱物及/或挥发性副产物。举例来说，可通过包含但不限于以下的技术从室吹扫过量导电材料前驱物：使电介质材料108与惰性气体接触及/或将室中的压力降低到导电材料前驱物的沉积压力以下以减小接触电介质材料108的导电材料前驱物及/或化学吸附的导电材料前驱物的浓度。可基于导电材料前驱物的性质(例如，分子量、挥发性、反应副产物)而选择惰性气体及吹扫量(例如，持续时间)。可重复抽吸与吹扫序列多次。

在吹扫之后，导电材料形成反应物可被引入到室中且可与被化学吸附的导电材料前驱物的经暴露表面发生化学反应。导电材料形成反应物可具有充分挥发性及反应性以与被化学吸附的导电材料前驱物发生反应。导电材料形成反应物可被引入到室中达足以发生反应的时间量，例如从大约0.1秒到大约120秒，例如从大约1秒到大约60秒或从大约5秒到大约30秒。举例来说，导电材料形成反应物可以处于从大约1sccm到大约100sccm的范围内的流率、处于从大约20℃及大约500℃(例如，从大约50℃到大约200℃、从大约300℃到大约400℃)的范围内的衬底102温度及处于从大约0.0005托到大约1托(例如，大约0.05托)的范围内的压力被引入到室中。在一些实施例中，通过在将导电材料形成反应物引入到被化学吸附的导电材料前驱物时施加RF功率而实现被化学吸附的导电材料前驱物与导电材料形成反应物之间的反应。举例来说，所施加的RF功率可处于从大约20瓦特(W)到大约100W(例如从大约30W到大约80W、从大约40W到大约70W或从大约50W到大约60W)的范围内。在额外实施例中，在不施加RF功率的情况下完成被化学吸附的导电材料前驱物与导电材料形成反应物之间的反应。在进一步实施例中，例如在其中导电材料前驱物在基于ALD的导电粒子形成工艺的条件下与被化学吸附的导电材料前驱物反应的实施例中，与导电材料前驱物分离的导电材料形成反应物未被引入到室中以与被化学吸附的导电材料前驱物发生化学反应。

可利用额外抽吸与吹扫循环从室移除反应副产物及/或过量导电材料形成反应物。额外抽吸与吹扫循环可类似于先前针对在形成被化学吸附的导电材料前驱物之后移除过量导电材料前驱物及/或挥发性副产物所描述的抽吸与吹扫循环。用以移除反应副产物及/或过量导电材料形成反应物的额外抽吸与吹扫循环可相同于或不同于用于移除过量导电材料前驱物及/或挥发性副产物的抽吸与吹扫循环。在一些实施例中，额外抽吸与吹扫循环持续从大约5秒到大约180秒。

可重复上文所描述的基于ALD的导电粒子形成工艺任何数目次以在电介质材料108上(例如，在电介质材料108的第一部分108a的上表面110上)将离散导电粒子106形成到所要粒子大小及所要粒子密度。通过非限制性实例的方式，取决于前驱物(例如，导电材料前驱物及/或导电材料形成反应物(如果使用))及惰性气体的特性，可依序重复基于ALD的导电粒子形成工艺从大约2次到大约500次以将离散导电粒子106(例如，在电介质材料108的第一部分108a的上表面110上的离散导电粒子106的第一部分106a)形成到所要平均粒子大小及所要粒子分布密度。另外，可利用上文所描述的基于ALD的导电粒子形成工艺来形成离散导电粒子106的多个部分。举例来说，在于离散导电粒子106的第一部分106a上(以及在电介质材料108的第一部分108a的上表面110的保持未被离散导电粒子106的第一部分106a覆盖的部分上)形成电介质材料108的第二部分108b之后，可利用额外基于ALD的导电粒子形成工艺在电介质材料108的第二部分108b的上表面112上形成离散导电粒子106的第二部分106b。额外基于ALD的导电粒子形成工艺可相同于(例如，利用相同前驱物、惰性气体及处理参数)或可不同于(例如，利用不同前驱物、不同惰性气体及/或不同处理参数中的至少一者)用于形成离散导电粒子106的第一部分106a的基于ALD的导电粒子形成工艺。

通过使用本发明的基于ALD的导电粒子形成工艺，可在不使用等离子处理工艺的情况下形成离散导电粒子106。换句话说，可通过非等离子辅助式ALD工艺(例如，通过上文所描述的导电粒子形成工艺)来形成离散导电粒子106。离散导电粒子106的大小、形状及分布密度(例如，间隔)可取决于用于形成离散导电粒子106的导电材料前驱物的性质(例如，配位体反应性、配位体分子量)、导电材料前驱物的沉积(例如，脉冲)时间及在基于ALD的(例如，非等离子辅助式基于ALD的)导电粒子形成工艺中利用的温度(例如，室温度、衬底102温度)。

在额外实施例中，可利用至少一个等离子处理工艺来增强或促进离散导电粒子106的至少一部分的形成。举例来说，至少在其中基于ALD的导电粒子形成工艺的特性(例如，例如导电材料前驱物等前驱物；温度；压力；流率；暴露时间；等)导致形成至少部分地连续(例如，一体)的导电材料膜的实施例中，可利用等离子处理工艺将至少部分地连续的导电材料膜的至少一部分转化为离散导电粒子106。作为另一实例，在其中基于ALD的导电粒子形成工艺的特性导致形成离散导电粒子106的实施例中，可利用等离子处理工艺来修改离散导电粒子106的材料组合物、大小、形状及分布密度(例如，间隔)中的至少一者。等离子处理工艺可包含将至少部分地连续的导电材料膜及/或离散导电粒子106暴露于至少一种等离子。可基于至少部分地连续的导电材料膜的性质及/或离散导电粒子106的性质而选择等离子。通过非限制性实例的方式，等离子可包括惰性气体等离子(例如，氩等离子)、含氮等离子、还原等离子及稀有气体等离子中的至少一者。在一些实施例中，等离子处理工艺包含将至少部分地连续的导电材料膜及/或离散导电粒子106暴露于氩(Ar)等离子。

在一些实施例中，离散Pt粒子使用ALD工艺形成于电介质材料108的至少一个表面上。通过非限制性实例的方式，电介质材料108的表面可暴露于(三甲基)甲基环戊二烯基铂及O₂以在电介质材料108的表面上形成离散Pt粒子。电介质材料108的表面可(例如)暴露于由为大约100sccm的流率的He及为大约300sccm的流量的O₂载运的(三甲基)甲基环戊二烯基铂达处于从大约2秒到大约30秒的范围内的时间周期，例如大约8秒。(三甲基)甲基环戊二烯基铂可吸附(例如，化学吸附)到电介质材料108的表面以形成(三甲基)甲基环戊二烯基铂单层，且O₂可与(三甲基)甲基环戊二烯基铂单层发生反应以形成离散Pt粒子。可移除(例如，从含有电介质材料108的ALD室抽空)反应副产物及未反应的O₂。可重复以上ALD循环从大约2次到大约300次以实现离散Pt粒子的所要粒子大小及所要分布密度，例如处于从大约5×10¹¹粒子/cm²到大约1×10¹³粒子/cm²的范围内的气体分布密度。另外，ALD工艺可采用从大约250℃到大约320℃(例如，大约300℃)的衬底102温度及大约从大约0.05托到大约0.09托(例如，大约0.07托)的压力。在进一步实施例中，以上ALD工艺可为等离子增强的(例如，等离子辅助式)。通过非限制性实例的方式，可将电介质材料108的表面暴露于包含分别为大约100sccm及大约300sccm的流率的Ar及O₂的100W等离子达大约30秒，可停止Ar的流动，可将电介质材料108的表面暴露于由为大约100sccm的流率的He载运的(三甲基)甲基环戊二烯基铂(即，同时维持O₂的流动)达从大约2秒到大约30秒(例如，大约8秒)以形成离散Pt粒子，且然后可移除反应副产物及未反应的O₂。任选地，在形成离散Pt粒子之后，一个或多个额外工艺(例如，等离子处理工艺、退火工艺)可用于修改离散Pt粒子的大小、形状、材料组合物及分布密度中的至少一者。

在额外实施例中，使用ALD工艺在电介质材料108的至少一个表面上形成离散Rh粒子。通过非限制性实例的方式，可将电介质材料108的表面暴露于环戊二烯基二羰基铑以在电介质材料108的表面上形成离散Rh粒子。电介质材料108的表面可(举例来说)暴露于由为大约50sccm的流率的He载运的环戊二烯基二羰基铑达处于从大约1秒到大约15秒的范围内的时间周期，例如大约2秒。环戊二烯基二羰基铑可与电介质材料102发生反应且在电介质材料102的表面上形成(例如，吸附，例如化学吸附)离散Rh粒子。可移除(例如，从含有电介质材料108的ALD室抽空)反应副产物气体。可重复以上ALD循环从大约2次到大约300次以实现离散Rh粒子的所要粒子大小及所要分布密度，例如处于从大约5×10¹¹粒子/cm²到大约1×10¹³粒子/cm²的范围内的气体分布密度。另外，ALD工艺可采用从大约250℃到大约320℃(例如，大约300℃)的衬底102温度及大约从大约0.03托到大约0.07托(例如，大约0.05托)的压力。在进一步实施例中，以上ALD工艺可为等离子增强的(例如，等离子辅助式)。通过非限制性实例的方式，可将电介质材料108的表面暴露于包含为大约300sccm的流率的O₂的60W等离子达大约30秒，可停止O₂的流动，可将电介质材料108的表面暴露于由为大约50sccm的流率的He载运的环戊二烯基二羰基铑达从大约1秒到大约15秒(例如，大约2秒)以形成离散Rh粒子，且然后可移除反应副产物。任选地，在形成离散Rh粒子之后，一个或多个额外工艺(例如，等离子处理工艺、退火工艺)可用于修改离散Rh粒子的大小、形状、材料组合物及分布密度中的至少一者。

在进一步实施例中，使用ALD工艺在电介质材料108的至少一个表面上形成离散Ru粒子。通过非限制性实例的方式，可将电介质材料108的表面暴露于三羰基(1,3-环已二烯)钌以在电介质材料108的表面上形成离散Ru粒子。电介质材料108的表面可(举例来说)暴露于由为大约50sccm的流率的He载运的三羰基(1,3-环已二烯)钌达处于从大约1秒到大约15秒的范围内的时间周期，例如大约2秒。三羰基(1,3-环已二烯)钌可与电介质材料102发生反应且在电介质材料102的表面上形成(例如，吸附，例如化学吸附)离散Ru粒子。然后可移除(例如，从含有电介质材料108的ALD室抽空)反应副产物气体。可重复以上ALD循环从大约2次到大约300次以实现离散Ru粒子的所要粒子大小及所要分布密度，例如处于从大约5×10¹¹粒子/cm²到大约1×10¹³粒子/cm²的范围内的气体分布密度。另外，ALD工艺可采用从大约250℃到大约320℃(例如，大约300℃)的衬底102温度及大约从大约0.03托到大约0.07托(例如，大约0.04托)的压力。在进一步实施例中，以上ALD工艺可为等离子增强的(例如，等离子辅助式)。通过非限制性实例的方式，可将电介质材料108的表面暴露于包含为大约300sccm的流率的Ar的60W等离子达大约30秒，可停止Ar的流动，可将电介质材料108的表面暴露于由为大约50sccm的流率的He载运的三羰基(1,3-环已二烯)钌达从大约1秒到大约15秒(例如，大约2秒)以形成离散Ru粒子，且然后可移除反应副产物。任选地，在形成离散Ru粒子之后，一个或多个额外工艺(例如，等离子处理工艺、退火工艺)可用于修改离散Ru粒子的大小、形状、材料组合物及分布密度中的至少一者。

在又进一步实施例中，使用ALD工艺在电介质材料108的至少一个表面上形成离散Co粒子。通过非限制性实例的方式，可将电介质材料108的表面暴露于二羰基环戊二烯基钴及一氧化碳(CO)以在电介质材料108的表面上形成离散Co粒子。可将电介质材料108的表面(举例来说)暴露于由为大约500sccm的流率的He及为大约500sccm的流量的CO载运的二羰基环戊二烯基钴达处于从大约1秒到大约15秒的范围内的时间周期，例如大约2秒。二羰基环戊二烯基钴可吸附(例如，化学吸附)到电介质材料108的表面以形成二羰基环戊二烯基钴单层，且CO可与二羰基环戊二烯基钴单层发生反应以形成离散Co粒子。然后可移除(例如，从含有电介质材料108的ALD室抽空)反应副产物及未反应的CO。可重复以上ALD循环从大约2次到大约300次以实现离散Co粒子的所要粒子大小及所要分布密度，例如处于从大约5×10¹¹粒子/cm²到大约1×10¹³粒子/cm²的范围内的气体分布密度。另外，ALD工艺可采用从大约150℃到大约240℃(例如，大约190℃)的衬底102温度及大约从大约0.03托到大约0.07托(例如，大约0.05托)的压力。任选地，在形成离散Co粒子之后，一个或多个额外工艺(例如，等离子处理工艺、退火工艺)可用于修改离散Co粒子的大小、形状、材料组合物及分布密度中的至少一者。

因此，根据本发明的实施例，形成存储器单元材料的方法包括通过原子层沉积在衬底上方形成电介质材料的第一部分。通过原子层沉积在电介质材料的第一部分上形成离散导电粒子。通过原子层沉积在离散导电粒子上及之间形成电介质材料的第二部分。

此外，根据本发明的额外实施例，形成半导体装置结构的方法包括通过原子层沉积在衬底上形成存储器单元材料，所述存储器单元材料包括插置于电介质材料的至少两个垂直邻近部分之间的离散导电粒子。

包含存储器单元材料104的半导体装置结构100可用于包含但不限于存储器装置(例如，电阻式存储器装置，例如RRAM装置)的各种各样半导体装置中。包含根据本发明的实施例的半导电装置结构100的半导体装置可包含于各种电子系统中。举例来说，图2是根据本发明的实施例的电子系统200的框图。电子系统200可包括(举例来说)计算机或计算机硬件组件、服务器或其它联网硬件组件、蜂窝式电话、数码相机、个人数字助理(PDA)、便携式媒体(例如，音乐)播放器等。电子系统200包含至少一个存储器装置202。电子系统200可进一步包含至少一个电子信号处理器装置204(通常称作“微处理器”)。存储器装置202及电子信号处理器装置204中的至少一者可包含(举例来说)先前关于图1所描述的半导体装置结构100的实施例。因此，存储器装置202及电子信号处理器装置204中的至少一者可包含存储器单元材料104(包含离散导电粒子106及电介质材料108)的实施例。电子系统200可进一步包含用于由用户将信息输入到电子系统200中的一个或多个输入装置206，例如(举例来说)鼠标或其它指向装置、键盘、触摸板、按钮或控制面板。电子系统200可进一步包含用于将信息(例如，视觉或音频输出)输出到用户的一个或多个输出装置208，例如(举例来说)监视器、显示器、打印机、音频输出插孔、扬声器等。在一些实施例中，输入装置206及输出装置208可包括可用以将信息输入到系统200及将视觉信息输出到用户两者的单个触摸屏装置。一个或多个输入装置206及输出装置208可与存储器装置202及电子信号处理器装置204中的至少一者进行电通信。

本发明的方法促进包含展现所要材料组合物、粒子大小及分布密度的导电粒子106的存储器单元材料104的受控制形成。继而，存储器单元材料104的受控制形成促进形成展现所要电性质、卓越性能及卓越稳定性的半导体装置结构100、半导体装置(例如，存储器装置202、电子信号处理器装置204)及系统(例如，电子系统200)。本发明的方法促进高效形成包含在其之间(例如，离散导电粒子与电介质材料之间；不同电介质材料之间)具有明显且可辨识边界的不同材料(例如，不同电介质材料及/或不同导电粒子)的存储器单元材料104。在一些实施例中，离散导电粒子106可在不使用反应物气体及/或等离子处理工艺的情况下由导电材料前驱物形成，借此减少工艺成本且增加工艺效率。本发明的方法及结构促进各种半导体装置结构的有效比例缩放，例如存储器单元被缩小到次20nm尺寸。

以下实例用于更详细地阐释本发明的实施例。对于本发明的范围来说，不应将所述实例解释为穷尽性或排他性。尽管实例1及2描述离散Pt粒子，但可通过适当地选择导电材料前驱物及导电材料形成反应物(如果存在)而形成其它离散导电粒子(例如，离散Ru粒子、离散Ta粒子、离散Rh粒子、离散Cu粒子、离散Al粒子、离散Co粒子)，如上文先前所描述。

实例

实例1

基于ALD持续时间的Pt粒子大小及分布密度

分析ALD持续时间对离散Pt粒子的平均粒子大小及分布密度的影响。使用本发明的基于ALD的电介质形成工艺在衬底上方形成氧化铝，且然后使用本发明的基于ALD的导电粒子形成工艺在氧化铝上形成离散Pt粒子。针对一个测试，使用各自采用TMA及臭氧的8个ALD循环形成氧化铝，且针对额外测试，使用各自采用TMA及水的8个ALD循环形成氧化铝。通过以下方式在氧化铝上形成离散Pt粒子：抽空含有氧化铝的室达大约30秒；将氧化铝暴露于包含分别为大约100sccm及大约300sccm的流率的Ar及O₂的100W等离子达大约30秒；停止Ar的流动；及然后将氧化铝暴露于由为大约100sccm的流率的He载运的(三甲基)甲基环戊二烯基铂(即，同时维持O₂的流动)。利用300℃的衬底固持器(例如，卡盘)温度设定点及大约0.07托的室压力来形成离散Pt粒子。

图3A是形成于使用采用TMA及臭氧的ALD工艺达5秒(三甲基)甲基环戊二烯基铂暴露持续时间而形成的氧化铝上的中心沉积区域中的离散Pt粒子的扫描电子显微照片(SEM)。图3B是形成于使用采用TMA及水的ALD工艺达8秒(三甲基)甲基环戊二烯基铂暴露持续时间而形成的氧化铝上的中心沉积区域中的离散Pt粒子的SEM。图3C是形成于使用采用TMA及水的ALD工艺达25秒(三甲基)甲基环戊二烯基铂暴露持续时间而形成的氧化铝上的中心沉积区域中的离散Pt粒子的SEM。如图3A到3C中所展示，离散Pt粒子的平均粒子大小及分布密度随(三甲基)甲基环戊二烯基铂暴露持续时间的增加而增加。

实例2

样本存储器单元材料

使通过本发明的实施例的基于ALD的形成工艺形成的存储器单元材料104经受形态分析。存储器单元材料104包含具有第一部分108a及第二部分108b的电介质材料108。第一部分108a及第二部分108b中的每一者包括使用本发明的基于ALD的电介质形成工艺所形成的氧化铝。基于ALD的电介质形成工艺中的每一者采用各自利用TMA及水的8个ALD循环。离散导电粒子106插置于电介质材料108的第一部分108a与第二部分108b之间。离散导电粒子106包括使用本发明的基于ALD的导电粒子形成工艺中的一者所形成的离散Pt粒子。基于ALD的导电粒子形成工艺大致上类似于实例1中所描述的导电粒子形成工艺。图4是展示存储器单元材料104的部分横截面图的透射电子显微照片(TEM)。图4图解说明存储器单元材料104包含展现遍及电介质材料108分散的明显边界的离散导电粒子106。

虽然本发明易于做出各种修改及替代形式，但已在图式中以实例方式展示且在本文中详细描述了具体实施例。然而，本发明并不打算限于所揭示的特定形式。相反，本发明囊括归属于所附权利要求书及其合法等效形式的范围内的所有修改、等效及替代形式。