相变存储器以及电子设备的制作方法

[0001]
本公开大体上涉及电子设备，并且更具体地，涉及相变存储器。


背景技术：

[0002]
存储器大体上呈阵列形式，包括字线和位线。包含二进制信息的存储器单元位于字线和位线的每个交叉处。
[0003]
在相变存储器中，每个存储器单元包括相变材料带，该相变材料带具有其与电阻元件接触的下部部分。相变材料是可以从结晶相转变为非晶相的材料，并且反之亦然。这种转变是由电流传导所经过的基础性电阻元件的温度升高所引起的。材料的非晶相与其结晶相之间的电阻差异被用于定义两个存储状态，分别为0和1。
[0004]
在相变存储器的示例中，存储器单元例如由选择晶体管控制，这些选择晶体管传导或不传导被用于加热电阻元件的电流。属于同一位线的存储器单元通过覆盖相变材料的导体互连，并且属于同一字线的存储器单元通过同一字线的所有晶体管所共用的晶体管的端子而互连。
[0005]
例如，通过测量存储器单元的位线与字线之间的电阻来存取或读出相变存储器的存储器单元的二进制信息。


技术实现要素：

[0006]
本文中公开的各种实施例克服了已知相变存储器的缺点。
[0007]
实施例提供了一种相变存储器设备，其包括第一绝缘层，该第一绝缘层紧靠以与相变材料带垂直对齐的方式放置的空腔的侧壁。
[0008]
根据实施例，每个相变材料带被导电带覆盖。
[0009]
根据实施例，空腔在第二绝缘层中形成并且到达导电带的上表面。
[0010]
根据实施例，至少一个空腔包括次级腔，该次级腔的一个壁的至少一部分由相变材料制成。
[0011]
根据实施例，至少一个次级腔的一个壁的一部分由电阻元件形成。
[0012]
根据实施例，至少一个次级腔被第一绝缘层填充。
[0013]
根据实施例，空腔被导电材料填充以形成接触。
[0014]
根据实施例，至少一些接触是导电过孔。
[0015]
根据实施例，至少一些接触是导电条。
[0016]
根据实施例，第一绝缘层的厚度大于导电带的厚度。
[0017]
根据实施例，第一绝缘层的厚度在从大约2nm到大约5nm的范围内。
[0018]
根据以上实施例，可以至少部分地解决或缓解上述问题的至少一部分，并且具有相比于现有技术的许多优点。例如，在一方面，这些相变存储器包括不会形成短路并且不与相变材料或电阻元件直接电连接的接触。
[0019]
在另一方面，即使当接触被偏移时，这些实施例也能够获得没有短路的接触。
[0020]
在又一方面，这些实施例能够对接触的尺寸具有较低的限制。
[0021]
将结合附图在特定实施例的以下非限制性描述中详细论述前述和其他特征和优点。
附图说明
[0022]
图1a包括沿图1b的平面a-a的横截面图，并且图1b包括沿图1a的平面b-b的横截面图，从而图示了制造相变存储器方法的实施例步骤的结果。
[0023]
图2a包括沿图2b的平面a-a的横截面图，并且图2b包括沿图2a的平面b-b的横截面图，从而图示了相变存储器制造方法的实施例的另一步骤的结果。
[0024]
图3a包括沿图3b的平面a-a的横截面图，并且图3b包括沿图3a的平面b-b的横截面图，从而图示了相变存储器制造方法的实施例的另一步骤的结果。
[0025]
图4a包括沿图4b的平面a-a的横截面图，并且图4b包括沿图4a的平面b-b的横截面图，从而图示了相变存储器制造方法的实施例的另一步骤的结果。
[0026]
图5a包括沿图5b的平面a-a的横截面图，并且图5b包括沿图5a的平面b-b的横截面图，从而图示了相变存储器制造方法的实施例的另一步骤的结果。
具体实施方式
[0027]
在不同的附图中，相同的元件已经用相同的附图标记指定。特别地，不同实施例共有的结构和/或功能元件可以用相同的附图标记指定并且可以具有相同的结构、尺寸和材料属性。
[0028]
为清楚起见，已经示出并详述了对理解所描述实施例有益的那些步骤和元件。特别地，没有详述存储器中所包含的其他电子组件。
[0029]
贯穿本公开，术语“连接”被用于指定除了导体之外没有中间元件的电路元件之间的直接电连接，而术语“耦合”被用于指定可以是直接的或可以经由一个或多个其他元件的电路元件之间的电连接。
[0030]
在以下描述中，除非另有说明，否则当提及限定绝对位置(诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)、或相对位置(诸如术语“之上”、“之下”、“上部”、“下部”等)的术语、或提及限定方向的术语(诸如术语“水平”、“竖直”等)时，指的是附图的定向。
[0031]
术语“约”、“近似”、“基本上”和“大约”在本文中被用于指定公差为正或负10％或正或负5％或考虑中的值。
[0032]
图1a、1b、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a和5b示出了相变存储器制造方法的实施例的连续步骤的结果。
[0033]
图1a包括沿图1b的平面a-a的横截面图，并且图1b包括沿图1a的平面b-b的横截面图，从而图示了相变存储器制造方法的实施例步骤的结果。更具体地，图1a是在位线的方向上的横截面图，并且图1b是在字线的方向上的横截面图。图1a和1b分别示出了两个存储器单元2。
[0034]
存储器包括层14。例如，层14是由例如是硅的半导体材料制成的衬底。层14例如是固体衬底的一部分。层14也可以是在所谓的soi(绝缘体上硅)结构中的、覆盖绝缘层的硅层。
[0035]
层14被绝缘层15覆盖。选择晶体管16被形成在层14的内部和顶部上。在图1a中选择晶体管16通过其位于层15中的栅极而被示出。不同位线的晶体管16通过延伸穿过层14的绝缘沟槽18(在图1b中示出)彼此分离。
[0036]
接触(或过孔)20和22横穿绝缘层15以接触并电耦合到选择晶体管16的源极和漏极区域。
[0037]
层15被绝缘层24覆盖，该绝缘层24能够包括多种类型的绝缘体。电阻元件26在接触20与相变材料带或层28之间的层24中延伸。每个带28被导电材料带或层30覆盖，其水平尺寸基本上等于带28的水平尺寸。同一位线的电阻元件26、带28和带30例如一起被蚀刻。
[0038]
在该示例中，电阻元件具有l形轮廓。更特别地，在图1a和1b所示出的实施例中，电阻元件26在横截面视图(在图1a中示出)中具有l形横截面。换言之，在一个实施例中，每个电阻元件26包括在第一方向(例如，图1a中的水平方向)上延伸的第一部分和在与第一方向横切的第二方向(例如图1b中的竖直方向)上延伸的第二部分。
[0039]
每个位线包括为全部位线所共用的带28，并且与全部位线的电阻元件26接触。类似地，每条位线包括覆盖带28的导电材料带30。不同位线的带28和30通过绝缘体区31彼此横向绝缘。
[0040]
例如，接触22与同一位线的两个相邻晶体管16所共用的源极或漏极区域接触。同一字线的接触22例如通过导电条互连。
[0041]
因此，为了将值存储在存储器单元中，在与存储器单元相关联位线的层30与字线的接触20之间施加电压，同时接通位于存储器单元的接触22与字线的接触20之间的选择晶体管16。
[0042]
图2a包括沿图2b的平面a-a的横截面图，并且图2b包括沿图2a的平面b-b的横截面图，从而图示了相变存储器制造方法的实施例的另一步骤的结果。
[0043]
在该步骤期间，层40被形成在绝缘层31的上表面上和导电材料带30的上表面上。层40是绝缘层，例如由氧化硅或氮化硅制成。
[0044]
空腔或开口42被形成在绝缘层40中。因此，空腔42在形成相变材料带28之后被形成。空腔是例如圆柱形空腔。空腔将使得能够形成与位线的导电接触，例如形成导电过孔。空腔从层40的上表面延伸到带30的上表面的水平。每个位线将包括多个接触。图2a和2b的每个视图均示出了两个空腔42，这些空腔将各自使得能够形成导电过孔。因此，相变存储器单元的两个端子将是接触20和将被形成在空腔42中的接触。
[0045]
空腔42以与带30垂直对齐的方式放置。空腔42以与带30相对，而不与绝缘层31相对的方式放置。然而，例如当蚀刻掩模未被正确对准或未被正确形成时，空腔可能偏移。
[0046]
在一个实施例中，蚀刻是在带30的材料上方对绝缘层40的材料进行的选择性蚀刻。例如，该蚀刻对层40的材料进行蚀刻比对带31的材料进行刻蚀快至少五倍。
[0047]
蚀刻空腔42的持续时间被选择为确保所有空腔到达带30，即，确保带30形成空腔42的底部。
[0048]
当空腔偏移时，因此蚀刻的风险是持续足够长的时间才能到达层31并可能到达层24。
[0049]
在图2b的示例中，视图左侧的空腔42相对于带30偏移，并且因此次级腔或开口44被形成在层31和24中。因此，空腔42包括次级腔44。
[0050]
更普遍地，可能存在多个偏移腔42，并且因此可能存在多个次级腔44。例如，由于蚀刻掩模的偏移，所以例如所有的空腔可能偏移。
[0051]
在蚀刻期间带30和电阻元件28因此被暴露。次级腔44的壁的至少一部分由带30和28的侧壁以及由电阻元件26的侧壁形成。
[0052]
可以通过用导电材料直接填充空腔来形成接触。然而，次级腔44接着也将被导电材料填充。然后，在带30与一个电阻元件之间可能存在直接的电连接，即经由导电材料而不是经由相变材料带28的连接。这种连接将干扰数据在对应存储器单元中的存储。然而，在次级腔44没有到达电阻元件26的情况下，该次级腔可能到达相变材料带28。然后，连接可能在数据存储步骤期间加热相变材料，该相变材料可能修改带28的状态以及(特别地)其在存储器单元的水平上的电阻。这种电阻差异可能会导致对所存储数据读取的干扰。
[0053]
此外，在形成该接触之前，可能无法确定存储器中是否存在空腔44。
[0054]
在图2b的示例中，空腔、以及因此该接触的水平尺寸基本上等于带30的水平尺寸。可以选择形成较小的接触(例如导电过孔)，以在未对准的情况下留有更大的余地。然而，接触尺寸的减小可能是不可能的，或可能导致制造问题，例如制造成本的增加。
[0055]
作为变型，空腔42可以具有沟槽的形状，以允许形成导电条。例如，导电条将使得能够将字线或位线的所有存储器单元连接在一起。在具有沟槽形状或其他形状的空腔的情况下，下文所描述的步骤是相同的。
[0056]
作为变型，空腔可以具有不同的形状。例如，空腔42中的至少一些空腔可以具有使得能够形成导电过孔的形状。进一步地，至少某些空腔42可以具有使得能够形成导电条的形状。至少某些其他空腔可以具有其他形状。
[0057]
图3a包括沿图3b的平面a-a的横截面图，并且图3b包括沿图3a的平面b-b的横截面图，从而图示了制造相变存储器的方法的实施例的另一步骤的结果。
[0058]
在该步骤期间，绝缘层50被形成在关于图2b所描述的结构上。层50例如被保形地沉积或形成在结构上，即，层50覆盖可从结构的上表面进入的所有表面。特别地，层50在层40的上表面上、空腔42的壁上和底部上、以及次级腔体44的壁和底部上延伸。因此，层50在带30和28的被暴露的部分上、以及电阻元件26的被暴露的部分上延伸。
[0059]
层50可能可以完全填充次级腔44。
[0060]
层50例如具有在大约2nm到大约5nm的范围内的厚度。然后，在图3b中所示处的平面图中，次级腔44可以完全填充具有水平尺寸的空腔，该水平尺寸在大约4nm到大约10nm的范围内。
[0061]
在一个实施例中，层50的厚度大于带30的厚度。
[0062]
图4a包括沿图4b的平面a-a的横截面图，并且图4b包括沿图4a的平面b-b的横截面图，从而图示了制造相变存储器的方法的实施例的另一步骤的结果。
[0063]
在该步骤期间，蚀刻被执行。例如，该蚀刻是对在带30的材料上方的层50的材料进行的选择性蚀刻。
[0064]
例如，该方法蚀刻层50的材料比它蚀刻层30的材料快至少五倍。
[0065]
在一个实施例中，蚀刻是各向异性蚀刻，即，在竖直方向上进行蚀刻的蚀刻。因此，层50的位于空腔42和44的底部处的水平部分被蚀刻。此外，层50的位于层30的上表面上的水平部分被蚀刻。因此，在蚀刻之后，层50存在于空腔42和44的侧壁上。
[0066]
因此，带30的形成空腔底部的部分被暴露。因此，将有可能与带30的上表面形成电连接。
[0067]
层50的竖直部分(即，位于空腔42的壁上的部分60和位于空腔44的壁上的部分62)未被蚀刻。特别地，位于带30和28的侧壁上以及电阻元件的侧壁上的部分62未被蚀刻。因此，带30和28的侧壁以及电阻元件26的侧壁未被暴露。
[0068]
蚀刻可能可以去除水平部分62的覆盖空腔44侧壁的上部。例如，带30的侧壁的一部分可能被暴露。在一个实施例中，层50的厚度大于带30的厚度。因此，当蚀刻去除厚度基本上等于层30厚度的层50的材料时，部分62不能沿着带30的整个高度被蚀刻。因此，用于暴露带28和/或导电元件26侧壁的一部分的蚀刻没有风险。
[0069]
类似地，如果空腔44完全被绝缘层50填充，则蚀刻可以去除位于空腔44中的绝缘层50的上部，但不足以到达带28。
[0070]
图5a包括沿图5b的平面a-a的横截面图，并且图5b包括沿图5a的平面b-b的横截面图，从而图示了相变存储器制造方法的实施例的另一步骤的结果。
[0071]
在该步骤期间，将空腔42和可能的空腔44(如果未被绝缘层50填充)被导电材料(例如铜)填充以形成接触70。在所示出的示例中，接触70是导电过孔，但也可能是导电条或其他导电元件。因此，接触70与带30之间存在电连接。然而，接触70与带28以及电阻元件26之间不存在电接触。
[0072]
作为变型，接触70的水平尺寸可以大于带30的水平尺寸。因此，空腔44有可能被形成在带28和30两者的侧壁上。前述方法步骤以相同的方式适用。
[0073]
前述实施例的优点是，它们能够获得相变存储器，这些相变存储器包括不形成短路并且不与相变材料28或电阻元件26直接电连接的接触。
[0074]
所描述的实施例的另一优点是，即使当接触被偏移时，这些实施例也能够获得没有短路的接触70。
[0075]
所描述的实施例的另一优点是，它们能够对接触70的尺寸具有较低的限制。甚至，所描述的实施例可以包括具有比相变材料带28的尺寸更大的水平尺寸的接触70。
[0076]
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些各种实施例和变型的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将想到其他变型。
[0077]
这种更改、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在落入本公开的精神和范围内。因此，前述描述仅作为示例，而并不旨在进行限制。
[0078]
上文所描述的各种实施例可以被组合以提供进一步的实施例。鉴于上文详细的描述，可以对实施例做出这些和其他改变。通常，在以下权利要求中，所使用的术语不应该被理解为将权利要求局限于本说明书和权利要求书中公开的具体实施例，而应该被理解为包括所有可能的实施例连同赋予这种权利要求的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。