專利名稱：相變存儲器單元的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變存儲器器件。更具體而言，本發(fā)明涉及存儲器器件的隔離。特別地，本發(fā)明涉及一種具有最小特征(feature)尺寸的相變存儲器器件。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，已出現(xiàn)了對新數(shù)據(jù)保存方案的需求。一種這樣的數(shù)據(jù)保存方案是硫族化合物相變技術(shù)。一般地，相變存儲器器件包括下電極，也稱為“火柴棒”。下電極可以是多晶硅、金屬或諸如金屬氮化物的金屬化合物。
在相變存儲器單元中形成下電極的一個挑戰(zhàn)是縮小單元尺寸，而同時不增加給定存儲器單元和相鄰存儲器單元之間的串?dāng)_。
在襯底中形成用于露出有源區(qū)(active region)的凹槽之后，需要適形(conformal)引入下電極材料。下電極材料一般是任何導(dǎo)電或半導(dǎo)體材料，例如多晶硅、金屬、或金屬化合物。多晶硅下電極材料的適形引入(introduction)可遵循本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的傳統(tǒng)引入技術(shù)，包括化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)。此后，將摻雜劑引入多晶硅來調(diào)整電阻率，其中一方面是降低材料的電阻率。合適的摻雜劑是P型摻雜劑，例如引入的硼。從結(jié)合多晶硅與摻雜劑開始，需要一個硅化工藝來形成下電極的硅化物。此工藝一般是摻雜、第一退火、濕法剝離(wet strip)和第二退火。
在正確地?fù)诫s并填充溝槽后，需要平坦化步驟來去除下電極的任何水平成分。此后，必須將改性劑材料引入下電極材料的一部分，以與頂部附近的下電極材料結(jié)合和/或反應(yīng)而形成不同的材料。不同材料的形成還準(zhǔn)備好火柴棒的頂部來與相變材料形成適宜的歐姆接觸。引入改性劑以提高下電極材料的局部電阻。通過對下電極材料的一部分進(jìn)行改性，可以改變在改性部分處的電阻率。因?yàn)楦男圆牧想娮杪矢?，所以對所期望的?yīng)用，下電極可能無法提供下電極與一定體積存儲器材料之間足夠適宜的歐姆接觸。在此情況下，可在下電極的暴露表面以下一定深度處將改性材料引入下電極。例如，一種多晶硅的下電極可在暴露表面處具有多晶硅，而在暴露表面以下一定深度處具有改性材料。此外，必須加入阻擋層材料以防止硫族化合物材料和下電極之間的交叉污染。


為了獲得本發(fā)明上述優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)，通過參考以附示的具體實(shí)施例，將詳細(xì)描述上面簡要說明的本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖只描述了本發(fā)明的一般實(shí)施例，這些附圖不需要按比例繪制，并且因此也不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是對本發(fā)明范圍的限制。通過使用附圖，將詳細(xì)描述和解釋本發(fā)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的存儲器元件陣列的示意圖；圖2根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，示意性地圖示了半導(dǎo)體襯底的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D，所述襯底具有以溝槽形成的第一淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)，所述溝槽定義了存儲器單元的z方向厚度；圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的平面俯視圖；圖4A是圖3中所示結(jié)構(gòu)的橫截面正視圖；圖4B是在進(jìn)一步處理之后圖4A中所示結(jié)構(gòu)的橫截面正視圖；圖4C是在進(jìn)一步處理之后圖4B中所示結(jié)構(gòu)的橫截面正視圖；圖5是在進(jìn)一步處理之后圖4C中所示結(jié)構(gòu)的正面斜視圖，其圖示了所選的結(jié)構(gòu)；圖6根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，示出了在引入摻雜劑以形成存儲器單元結(jié)構(gòu)的二極管棧(stack)部分之后，圖5的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖7根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，示出了在存儲器單元結(jié)構(gòu)上引入掩模材料之后圖6的結(jié)構(gòu)；圖8根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，示出了圖2的結(jié)構(gòu)的示意性俯視圖，其中第二溝槽刻蝕去除了第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的很大一部分；圖9示出了在半導(dǎo)體襯底結(jié)構(gòu)的x方向厚度上圖案化，以及形成正交于第一STI結(jié)構(gòu)的第二STI溝槽之后，圖8的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；圖10根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，示出了在填充第二STI溝槽之后，圖9的結(jié)構(gòu)的同樣的橫截面視圖；圖11是在平坦化之后圖10中所示結(jié)構(gòu)的平面俯視圖，其中圖示了本發(fā)明的雙溝槽方面；圖12是在平坦化之后所發(fā)明的存儲器器件的所選結(jié)構(gòu)的正面斜視圖；圖13是在平坦化和金屬硅化(salicidation)之后所發(fā)明的存儲器器件的所選結(jié)構(gòu)的另一個正面斜視圖；圖14示出了在進(jìn)一步處理以形成帶凹槽的減阻(reducer)材料和介電材料之后圖5或者圖12的結(jié)構(gòu)，所述凹槽和減阻材料連通；圖15根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，示出了在所述結(jié)構(gòu)上引入電極材料之后，圖14的結(jié)構(gòu)的同樣的橫截面視圖；圖16示出了在填充凹槽及平坦化之后，圖15的結(jié)構(gòu)的同樣的橫截面視圖；圖17根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，示出了在所述結(jié)構(gòu)上引入一定體積存儲器材料和第二導(dǎo)體之后，圖16的結(jié)構(gòu)的同樣的橫截面視圖；圖18根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，示出了在第二導(dǎo)體和耦合到第一導(dǎo)體的第三導(dǎo)體上引入介電材料之后，圖17的結(jié)構(gòu)的同樣的橫截面視圖；和圖19示出了按照溫度和時間，設(shè)置和重設(shè)一定體積相變存儲器材料的圖形表示。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種存儲器器件，其用相變材料來記憶數(shù)據(jù)存儲。所述器件使用稱為“火柴棒”的下電極材料。在此火柴棒之下，設(shè)有二極管棧來激活下電極。形成第一隔離溝槽，隨后是第二隔離溝槽。第二隔離溝槽正交于第一隔離溝槽。下電極形成于存儲器單元結(jié)構(gòu)的二極管棧之上，并且一定體積相變存儲器材料位于火柴棒之上?？蓪⒏唠娮杪实慕饘倩衔锘蚨嗑Ч杌衔镉米飨码姌O。
以下描述包括術(shù)語，例如上、下、第一、第二等等，這些術(shù)語僅僅用作描述的目的而不能理解成限制。這里描述的本發(fā)明的裝置或制品的實(shí)施例可以以許多位置和方向來制造、使用或運(yùn)送?，F(xiàn)在將參考附圖，其中類似的結(jié)構(gòu)設(shè)有類似的標(biāo)號。為了更清楚地示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，這里所包括的附圖是集成電路結(jié)構(gòu)的圖解表示。因此，所制造結(jié)構(gòu)的例如在顯微照片中的實(shí)際外觀可能顯得不同，但仍然包括了本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)。此外，附圖僅僅示出了對理解本發(fā)明必要的結(jié)構(gòu)。沒有包括本領(lǐng)域公知的附屬結(jié)構(gòu)以保持附圖的清楚。
圖1示出了由在本發(fā)明上下文中展示和形成的多個存儲器元件組成的存儲器陣列實(shí)施例的簡圖。在此例子中，存儲器陣列電路5包括存儲器元件30的陣列，存儲器元件30與隔離器件25在芯片一部分上串聯(lián)電互連。在一個實(shí)施例中，地址線10(例如列)和20(例如行)以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式連接到外部尋址電路。存儲器元件陣列與隔離器件相結(jié)合的一個目的是，能夠讀寫每個離散存儲器元件而不會干擾在相鄰或遠(yuǎn)離的陣列存儲器元件中存儲的信息。
諸如存儲器陣列5的存儲器陣列可形成在襯底的一部分中，也包括全部襯底。典型的襯底包括半導(dǎo)體襯底，例如硅襯底。其它襯底也是適合的，所述其它襯底包括但不限于，包含陶瓷材料、有機(jī)材料或玻璃材料作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一部分的襯底。在硅半導(dǎo)體襯底的情況下，存儲器陣列5可在晶片階段就制造在襯底的區(qū)域上，隨后通過單一(singulation)化可使晶片變成離散的管芯(die)或芯片，管芯或芯片中的部分或全部具有于其上形成的存儲器陣列。可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的類似方式來形成諸如讀出放大器、解碼器等等的附屬尋址電路。
圖2到18根據(jù)不同實(shí)施例圖示了圖1的代表性存儲器元件15的制造。圖2示出了襯底100的一部分，襯底100例如是半導(dǎo)體襯底。在一個實(shí)施例中，諸如硼的P型摻雜劑被引入深區(qū)110。在一個例子中，P型摻雜劑的合適濃度是在大約每立方厘米5×1019-1×1020個原子(原子/cm3)的量級，使得襯底100的深區(qū)110一般為P++。在此例子中，在襯底100的深區(qū)110上面的是P型外延硅的外延部分120。在一個例子中，外延部分120的摻雜劑濃度是在大約1016-1017原子/cm3的量級。P型外延部分120和P++型深區(qū)110的引入和形成可遵循本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)。圖2還圖示了通過離子注入而在優(yōu)選深度形成信號線材料140?？墒褂帽绢I(lǐng)域所公知的其它實(shí)施例，其不使用諸如P++部分和P外延部分的結(jié)構(gòu)。一個例子就是非外延晶片。
圖2還示出了在襯底100的外延部分120中形成的第一淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)130。可在諸如氮化硅材料的硬掩模122的幫助下形成第一STI結(jié)構(gòu)130。圖3是在用第二掩模124在第一STI結(jié)構(gòu)130和硬掩模122兩者之上圖案化之后的襯底100的平面俯視圖。首先覆蓋沉積第二掩模124，然后圖案化。在正交于第一STI結(jié)構(gòu)130的第二刻蝕期間采用第二掩模124。在兩步刻蝕中，可以以一個特征寬度(1F-width)的條圖案化第二掩模124，使第二掩模124正交于第一STI結(jié)構(gòu)130。
圖4A是圖3中所示結(jié)構(gòu)沿著剖線A-A′所取的橫截面正視圖。所示的第二掩模124保護(hù)將變成多個隔離的二極管棧的區(qū)域。圖4B是在去除硬掩模122的刻蝕期間圖3中所示結(jié)構(gòu)沿著剖線B-B′所取的橫截面正視圖。其中硬掩模122是諸如氮化硅的氮化物，刻蝕可能會去除第一STI結(jié)構(gòu)130的一部分，所述部分一般是氧化物。這種刻蝕條件是本領(lǐng)域所公知的。
圖4C是圖4B中所示結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步處理之后的橫截面正視圖。在去除硬掩模122的刻蝕之后，用第二掩模124同樣的圖案化來進(jìn)行硅刻蝕。刻蝕的方法是選擇性地留下第一STI結(jié)構(gòu)130的氧化物。在圖案化和硅刻蝕之后，可在每個凹槽的底部引入N型摻雜劑以形成口袋(pocket)200，其摻雜劑濃度在大約1018-1022原子/cm3的量級。
在硅刻蝕之后，將氧化物填入凹槽中以形成如圖5所示的第二淺溝槽(SST)結(jié)構(gòu)132，盡管在此實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)是大體上填滿的四邊形凹槽。圖5是所發(fā)明的存儲器器件的所選結(jié)構(gòu)的正面斜視圖。在此實(shí)施例中，已在形成SST結(jié)構(gòu)132之前形成第一STI結(jié)構(gòu)130。第一STI結(jié)構(gòu)130在上表面處基本連續(xù)。SST結(jié)構(gòu)132則由于留下第一STI結(jié)構(gòu)130氧化物材料的硅刻蝕而基本不連續(xù)。這樣，SST結(jié)構(gòu)132包括位于第二溝槽中的間斷上表面淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，而第一STI結(jié)構(gòu)130包括位于第一溝槽中的連續(xù)上表面淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
圖5還圖示了作為二極管棧一部分的隔離器件25的形成。隔離器件25包括由N型硅部分150和P型硅部分160所形成的PN二極管，N型硅部分150可具有大約1017-1022原子/cm3量級的摻雜劑濃度，P型硅部分160可具有大約1019-1021原子/cm3量級的摻雜劑濃度。雖然將PN二極管示作隔離器件25，但要理解其它類似的隔離結(jié)構(gòu)也是合適的。這種隔離器件包括MOS器件，但并不限于此。描述了存儲器單元結(jié)構(gòu)134，其包括P型外延硅的外延部分120、信號線材料140、N硅部分150和P+硅部分160。
存儲器單元特征可定義為確定存儲器單元的最小幾何結(jié)構(gòu)(geometry)。例如，第一特征F1可定義存儲器單元結(jié)構(gòu)134的一條邊。第二特征F2可定義第一STI結(jié)構(gòu)130的第一邊幾何結(jié)構(gòu)。第三特征F3可定義存儲器單元結(jié)構(gòu)134的第二邊幾何結(jié)構(gòu)。最后，第四特征F4可定義SST結(jié)構(gòu)132的邊幾何結(jié)構(gòu)。其中第一和第二特征基本相等，可將它們指定為2F。無論如何，第一到第四特征當(dāng)定義在矩形結(jié)構(gòu)中時可指定為四個特征平方(4F2)136。可以看到在所選結(jié)構(gòu)之下，4F2136的投影圖示了所發(fā)明的存儲器隔離的單位單元。在本發(fā)明中，已經(jīng)得到了雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其用來在所有方向上以至少1F的距離來隔離存儲器單元結(jié)構(gòu)134的二極管棧。在此實(shí)施例中，還未形成減阻(reducer)材料170(見圖6)，并且平坦化已產(chǎn)生了一個表面，其露出第一STI結(jié)構(gòu)130、SST結(jié)構(gòu)132和P型硅部分160。
因?yàn)榇鎯ζ鲉卧Y(jié)構(gòu)134被雙溝槽構(gòu)造隔離，所以降低了相鄰存儲器單元結(jié)構(gòu)間串?dāng)_的可能性。此外，溝槽深度可在從約3,000到約7,000的量級上，而SST結(jié)構(gòu)132的總深度在從約500到約3,500的范圍之內(nèi)。溝槽深度受刻蝕時間約束的限制。此外，隨著幾何結(jié)構(gòu)持續(xù)地減小，例如0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.13微米、0.11微米等等，4F2構(gòu)造可容易地規(guī)?；⑶沂强膳c設(shè)計(jì)規(guī)范集成的簡化部分。此外，相對現(xiàn)有技術(shù)提高了二極管棧中的垂直β(beta)的程度。
圖6示出了在存儲器單元區(qū)域135A和135B中進(jìn)行進(jìn)一步制造操作之后圖4C的結(jié)構(gòu)。覆蓋襯底100的外延部分120的是第一導(dǎo)體或信號線材料140。在一個例子中，第一導(dǎo)體或信號線材料140是諸如N+硅的N型摻雜多晶硅，所述N型摻雜多晶硅通過引入濃度在大約1018-1022原子/cm3量級的例如三價磷或砷而形成。在此例子中，第一導(dǎo)體或信號線材料140用作地址線，諸如圖1的行線20的行線。覆蓋第一導(dǎo)體或信號線材料140的是諸如圖1的隔離器件25的隔離器件。在一個例子中，隔離器件25是由N型硅部分150和P型硅部分160所形成的PN二極管，N型硅部分150可具有大約1017-1022原子/cm3量級的摻雜劑濃度，P型硅部分160可具有大約1019-1021原子/cm3量級的摻雜劑濃度。雖然示出了PN二極管25，但要理解其它類似的隔離結(jié)構(gòu)也是合適的。這種隔離器件包括MOS器件，但并不限于此。
再參考圖6，在存儲器單元區(qū)域135A和135B中覆蓋隔離器件25的是減阻材料170，減阻材料170在此例中由諸如二硅化鈷(CoSi2)的難熔金屬硅化物組成。減阻材料170可在所發(fā)明的工藝的幾個部分中的任何一個處形成。當(dāng)減阻材料170是金屬硅化物時，它可在適當(dāng)?shù)奈恢眯纬蔀樽詫?zhǔn)(self-aligned)硅化物或金屬硅化物。減阻材料170可在工藝的這個部分形成或者可在之后形成。一方面，減阻材料170用作在芯片上制造外圍電路中的低電阻材料，所述外圍電路例如是電路結(jié)構(gòu)的尋址電路。這樣，在形成所描述的存儲器元件方面，減阻材料170并不必要的。然而，因?yàn)槠涞碗娮杼匦?，在本?shí)施例中使用它作為存儲器單元結(jié)構(gòu)在隔離器件25和存儲器元件30之間的部分。
圖7示出了在引入掩模材料180之后圖6的結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施例中，用作掩模材料180的合適材料是介電材料，例如以化學(xué)計(jì)量比和其它固溶體比例的氮化硅(Si3N4)，盡管也可以使用其它材料，例如以化學(xué)計(jì)量比和其它固溶體比例的氧化硅(SixOz)或氮氧化硅(SixOzNy)。
掩模材料180用于圖案化，以在后續(xù)的刻蝕操作中保護(hù)存儲器單元區(qū)域135A并保護(hù)第一STI結(jié)構(gòu)130的多個部分。在此實(shí)施例中，掩模材料180可以是未圖案化的并可作為兩步刻蝕工藝的刻蝕停止層。例如，在形成接觸通道(corridor)的地方，兩步刻蝕工藝允許快速氧化物刻蝕停止在掩模層180上，接著是慢速氮化物刻蝕，該慢速氮化物刻蝕將在硅上停止，例如無接底接觸(unlanded contact)。
在另一個實(shí)施例中，可在形成SST結(jié)構(gòu)132之前形成隔離器件25。在此實(shí)施例中，掩模材料180包括類似于第二掩模124的圖案化掩模。圖8是圖示此實(shí)施例的襯底100的xz視角的平面俯視圖。對此實(shí)施例優(yōu)選地，進(jìn)行平坦化直到硬掩模122已被完全去除。因此，可簡化刻蝕工藝流程因?yàn)椴恍枰涛g氮化物了。這樣來完成隔離器件25的形成，使得在圖8中露出P型硅部分160。優(yōu)選地，用具有這樣選擇性的刻蝕方法來進(jìn)行刻蝕，即相對P型硅部分160或?qū)щ姴牧?50的硅，并不更傾向于第一STI結(jié)構(gòu)130的材料。這種刻蝕方法在本領(lǐng)域是公知的并可基于已形成隔離器件25的摻雜來選擇。通過硬掩模180的圖案化，溝槽(190，將要形成的)將容納SST結(jié)構(gòu)(也是將要形成的)。
圖9示出了在存儲器單元材料的x方向厚度上圖案化以形成溝槽190之后從xy視角看的圖8的結(jié)構(gòu)。圖9示出了從圖2中所示的存儲器單元區(qū)域135A圖案化的兩個存儲器單元145A和145B。可使用傳統(tǒng)的技術(shù)來完成圖案化，在此例子中所述技術(shù)刻蝕難熔金屬硅化物和硅材料而不刻蝕掩模材料180。在一個實(shí)施例中，x方向厚度的定義涉及對存儲器線棧的導(dǎo)電材料150(在此實(shí)施例中是N型硅)的刻蝕，以確定存儲器單元區(qū)域135A的存儲器單元145A和145B。在刻蝕的情況下，在此例子中刻蝕經(jīng)過存儲器線棧繼續(xù)進(jìn)行，直到導(dǎo)體或信號線的一部分，在此情況下導(dǎo)體或信號線就是導(dǎo)電材料150?？衫糜?jì)時刻蝕以在此點(diǎn)處停止刻蝕。
圖10示出在填充溝槽190之后從xy視角看的圖8的結(jié)構(gòu)。在對溝槽190的圖案化和刻蝕之后，可在每個溝槽190的底部引入N型摻雜劑來形成口袋200，其摻雜劑濃度在大約1018-1022原子/cm3的量級以在存儲器單元145A和145B之間形成N+區(qū)域。在某種意義上，口袋200用來保持行線的連續(xù)性。
如圖10所示，在襯底100之上形成SST結(jié)構(gòu)132以基本填滿溝槽190。雖然圖10中示出有減阻材料170，但如果有的話，它也可如這里將給出的那樣在以后形成。SST結(jié)構(gòu)132在正交于第一STI結(jié)構(gòu)130的方向上形成于第二隔離溝槽190中?？善教够疭ST結(jié)構(gòu)132以露出二極管棧。在平坦化之后，第一STI結(jié)構(gòu)130和SST結(jié)構(gòu)132都被露出來。
或者在處理中，在形成第一STI結(jié)構(gòu)130和/或SST結(jié)構(gòu)132之前，可在各個溝槽中形成熱介電薄膜。所述熱介電薄膜用來幫助更好地形成溝槽。
圖11圖示了在平坦化之后所得到結(jié)構(gòu)的平面俯視圖。通過刻蝕溝槽190(未圖示)并將其填充以形成SST結(jié)構(gòu)132，所以第一STI結(jié)構(gòu)130被示為是被切入的。換言之，第一STI結(jié)構(gòu)130具有不連續(xù)的上表面，而SST結(jié)構(gòu)132具有基本連續(xù)的上表面。圖11中所示的線C-C′描繪了圖10中的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。
圖11中還示出了存儲器單元結(jié)構(gòu)134。存儲器單元結(jié)構(gòu)134可能具有諸如減阻材料170的暴露層，或者如果減阻材料170還未形成，則是諸如P型硅部分160等。圖11圖示了存儲器單元結(jié)構(gòu)134的主要隔離，其中它由兩個第一STI結(jié)構(gòu)130和兩個SST結(jié)構(gòu)132圍繞。四個特征的任一個都將存儲器單元結(jié)構(gòu)134與相鄰的存儲器單元結(jié)構(gòu)134間隔開。換言之，對存儲器單元結(jié)構(gòu)134的間隔隔離最小就是如4F2構(gòu)造136的最小尺寸。圖11還圖示了本發(fā)明所發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)，其中在虛線136中存在4F2構(gòu)造136以定義存儲器器件的單位單元。
圖12是根據(jù)此實(shí)施例所發(fā)明的存儲器器件的所選結(jié)構(gòu)的正面斜視圖。在此實(shí)施例中，在形成SST結(jié)構(gòu)132之前形成第一STI結(jié)構(gòu)130，并且對溝槽190的刻蝕得到了對第一STI結(jié)構(gòu)130的氧化物和硅都基本相似的刻蝕速率。另外，未示出掩模材料180，以露出SST結(jié)構(gòu)132。通過切除SST結(jié)構(gòu)132而露出存儲器單元結(jié)構(gòu)134。可以看到在所選結(jié)構(gòu)之下，4F2136的投影圖示了所發(fā)明的存儲器隔離的單位單元。在本發(fā)明中，已經(jīng)得到了雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其用來在所有方向上以至少1F的距離來隔離存儲器單元結(jié)構(gòu)134的二極管棧。在此實(shí)施例中，還未形成減阻材料170，并且平坦化已產(chǎn)生了一個表面，其露出第一STI結(jié)構(gòu)130、SST結(jié)構(gòu)132和P型硅部分160。
圖13是在形成減阻材料170的金屬硅化物之后圖12中所示的所選結(jié)構(gòu)的正面斜視圖?？赡苄枰诖鎯ζ髌骷教够髞硇纬蓽p阻材料170的金屬硅化物。
圖14示出了在SST結(jié)構(gòu)132平坦化和可選的減阻材料170的金屬硅化物形成之后圖5或者圖12的結(jié)構(gòu)。第一STI結(jié)構(gòu)130和SST結(jié)構(gòu)132的深度可根據(jù)優(yōu)選的應(yīng)用而不同。在一個實(shí)施例中，第一STI結(jié)構(gòu)130的深度可在從約3,000到約7,000的范圍內(nèi)。SST結(jié)構(gòu)132的總深度可在從約500到約3,500的范圍之內(nèi)。在一個實(shí)施例中，從減阻材料170的底部開始，第一STI結(jié)構(gòu)的總深度約5,300，而SST結(jié)構(gòu)132的總深度約2,500。
本發(fā)明的一個方面涉及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的相對深度。存儲器單元結(jié)構(gòu)134包括位于N硅結(jié)構(gòu)150之上的P+硅結(jié)構(gòu)160。P+硅結(jié)構(gòu)160有頂部和底部。N硅結(jié)構(gòu)150也有頂部和底部。如圖14所圖示，SST結(jié)構(gòu)132也有頂部和底部；并且SST結(jié)構(gòu)132的底部在P+硅結(jié)構(gòu)160之下，而SST結(jié)構(gòu)132的頂部在P+硅結(jié)構(gòu)160的底部之上。
形成介電材料210，并且完成穿過介電材料210的溝槽220的形成以露出減阻材料170。使用刻蝕圖案化來形成溝槽220，所述刻蝕圖案化用這樣的刻蝕劑，即刻蝕介電材料210并對減阻材料170具有選擇性，使得減阻材料170可作為刻蝕停止層。
圖15圖示了通過使用所發(fā)明的金屬化合物薄膜而在相變存儲器器件中形成下電極的發(fā)明過程。存儲器線?？芍赣性磪^(qū)。圖15示出在適形引入下電極材料230之后圖14的結(jié)構(gòu)，下電極材料230可指金屬化合物薄膜，盡管它可以是導(dǎo)電或半導(dǎo)體的多晶硅材料或金屬化合物材料。在一個例子中，金屬化合物薄膜230是金屬氮化物，例如TaN，其取決于所期望的電阻率可以以化學(xué)計(jì)量比和其它金屬化合物薄膜固溶體比例來提供。
適形引入是這樣的意義，即金屬化合物薄膜230沿著溝槽220的側(cè)壁和底部引入，使得金屬化合物薄膜230和減阻材料170相接觸。金屬化合物薄膜230的適形引入可遵循本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的傳統(tǒng)引入技術(shù)，包括化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)，其中金屬化合物薄膜230是多晶硅、金屬氮化物和/或硅化物。
溝槽220可指如圖15所圖示的凹槽，該凹槽在第一電介質(zhì)210中形成以露出存儲器單元棧的至少一部分。雖然所述凹槽指溝槽220，但可從大體呈環(huán)形的凹槽、矩形(正方的)凹槽和溝槽中選擇凹槽的類型。
金屬化合物薄膜230包括一種金屬和氮或硅中的至少一種?？赏ㄟ^化學(xué)氣相沉積(CVD)氮或硅中的至少一種成分連同金屬，而完成對金屬化合物的給定混和。金屬化合物薄膜230的材料優(yōu)選地是高電阻率的金屬化合物，例如金屬氮化物、難熔金屬氮化物、金屬氮硅化物、難熔金屬氮硅化物、金屬硅化物和難熔金屬硅化物。優(yōu)選地，金屬化合物薄膜230的成分由到CVD工具的進(jìn)料流量來控制。取決于具體的實(shí)施例，可使用其它的CVD技術(shù)，例如等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)。
在另一個實(shí)施例中，通過物理氣相沉積(PVD)來形成金屬化合物薄膜230，選擇一種靶使最終的金屬化合物薄膜具有優(yōu)選的成分?；蛘撸山M合多個靶以得到優(yōu)選的金屬化合物薄膜成分。在PVD或CVD中，定義為壁沉積厚度與頂部沉積厚度之比的覆蓋度，在從約0.25到約1的范圍內(nèi)，優(yōu)選地約為0.5。在本發(fā)明中，優(yōu)選用CVD來形成下電極。
當(dāng)為金屬化合物薄膜230選擇金屬氮化物時，金屬可從鈦、鋯等等中選擇。還可從鉭、鈮等等中選擇。還可從鎢、鉬等等中選擇。還可從鎳、鈷等等中選擇。金屬氮化物優(yōu)選地是結(jié)構(gòu)式為MxNy的難熔金屬氮化物。M∶N的比例在從約0.5∶1到約5∶1的范圍內(nèi)，優(yōu)選地是從約0.6∶1到約2∶1，最優(yōu)選地是約1∶1。例如，本發(fā)明的一個實(shí)施例是TaxNy化合物的比例從約0.5∶1到約5∶1，優(yōu)選地是從約0.6∶1到約2∶1，最優(yōu)選地是約1∶1。另一個實(shí)施例的例子是WxNy化合物的比例從約0.5∶1到約5∶1，優(yōu)選地是從約0.6∶1到約2∶1，最優(yōu)選地是約1∶1。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，金屬化合物薄膜230可以是金屬氮硅化合物。金屬可從鈦、鋯等等中選擇。還可從鉭、鈮等等中選擇。還可從鎢、鉬等等中選擇。還可從鎳、鈷等等中選擇。金屬氮硅化合物可具有結(jié)構(gòu)式MxSizNy，其中M∶Si∶N的比例在從約1∶0.5∶0.5到約5∶1∶1的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，比例在從約1∶1∶0.5到約1∶0.5∶1的范圍內(nèi)，最優(yōu)選地是約1∶1∶1。在一個實(shí)施例中，下電極材料化合物TixSizNy的比例從約1∶0.5∶0.5到約5∶1∶1，優(yōu)選地從約1∶1∶0.5到約1∶0.5∶1，最優(yōu)選地是約1∶1∶1。
在另一個實(shí)施例中，下電極可以是金屬硅化物。金屬可從鈦、鋯等等中選擇。還可從鉭、鈮等等中選擇。還可從鎢、鉬等等中選擇。還可從鎳、鈷等等中選擇。金屬硅化物可具有結(jié)構(gòu)式MxSiz，其中M∶Si的比例在從約0.5∶1到約5∶1的范圍內(nèi)。在一個實(shí)施例中，下電極材料化合物TixSiy化合物的比例從約0.5∶1到約5∶1，優(yōu)選地是從約0.6∶1到約2∶1，最優(yōu)選地是約1∶1。在另一個實(shí)施例中，下電極材料化合物WxSiy化合物的比例從約0.5∶1到約5∶1，優(yōu)選地是從約0.6∶1到約2∶1，最優(yōu)選地是約1∶1。
圖16圖示了圖15中所示結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步工藝。在形成金屬化合物薄膜230之后，用第二電介質(zhì)250填充凹槽220?？赏ㄟ^含硅物質(zhì)的化學(xué)氣相沉積工藝等等來形成第二電介質(zhì)250，所述含硅物質(zhì)可從諸如正硅酸乙酯(TEOS)的硅氧化物中選擇。在形成第二電介質(zhì)250之后，如圖16所示去除位于將成為凹槽頂部240的位置之上的所有材料。可通過這樣的工藝來完成材料的去除，例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、機(jī)械拋光等等?？赏ㄟ^這樣的工藝來完成材料的去除，例如各向同性回蝕(etchback)、各向異性回蝕(etchback)等等。
圖17示出了在引入一定體積存儲器材料290(圖1中表示為存儲器元件30)之后圖16的結(jié)構(gòu)。在一個例子中，存儲器材料290是相變材料。在一個更具體的例子中，存儲器材料290包括硫族元素化合物。相變存儲器材料290的例子包括以化學(xué)計(jì)量比和其它固溶體比例的碲-鍺-銻(TexGeySbz)類成分，但并不限于此。在根據(jù)當(dāng)前技術(shù)的一個例子中，一定體積存儲器材料290被引入并且圖案化的厚度在從約300到約6,000的范圍內(nèi)。
圖17的結(jié)構(gòu)中覆蓋一定體積存儲器材料290的是分別由例如鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)組成的阻擋層材料300和310。一方面，阻擋層材料用來抑制一定體積存儲器材料290與覆蓋一定體積存儲器材料290的第二導(dǎo)體或信號線材料(例如第二電極10)之間的擴(kuò)散。覆蓋阻擋層材料300和310的是第二導(dǎo)體或信號線材料315。在此例子中，第二導(dǎo)體或信號線材料315用作地址線，即列線(例如圖1中的列線10)。在一個實(shí)施例中，將第二導(dǎo)體或信號線材料315圖案化成大體正交于第一導(dǎo)體或信號線材料140(列線正交于行線)。第二導(dǎo)體或信號線材料315例如是鋁材料，例如鋁合金。阻擋層材料和第二導(dǎo)體或信號線材料315的引入與圖案化方法包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的技術(shù)。
圖18示出了在第二導(dǎo)體或信號線材料315的上面引入介電材料330之后圖17的結(jié)構(gòu)。介電材料330例如是SiO2或其它合適的材料，其圍繞第二導(dǎo)體或信號線材料315和存儲器材料290以電隔離這種結(jié)構(gòu)。在引入之后，平坦化介電材料330，并在穿過介電材料330、介電材料210和掩模材料180到減阻材料170的一部分結(jié)構(gòu)中形成諸如接觸通道的通孔(via)。通孔填充諸如鎢(W)的導(dǎo)電材料340和諸如鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)組合的阻擋層材料350。引入介電材料330、形成和填充導(dǎo)電通孔以及平坦化的技術(shù)對本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。
圖18中所示的結(jié)構(gòu)還示出了附加導(dǎo)體或信號線材料320，其被引入和圖案化以鏡像形成于襯底100上的第一導(dǎo)體或信號線材料140(例如行線)。鏡像導(dǎo)體信號線材料320鏡像出第一導(dǎo)體或信號線材料140，并通過導(dǎo)電通孔耦合到第一導(dǎo)體或信號線材料140。通過鏡像諸如N型硅的摻雜半導(dǎo)體，鏡像導(dǎo)體信號線材料320一方面用來減小在存儲器陣列中的第一導(dǎo)體或信號線材料140的電阻，所述存儲器陣列如圖1所圖示的存儲器陣列5。鏡像導(dǎo)體信號線材料320的合適材料包括鋁材料，例如鋁或鋁合金。
在以上對形成存儲器元件的描述中，諸如圖1中的存儲器元件15，金屬化合物薄膜230是電極，并被描述為在存儲器材料與導(dǎo)體或信號線(例如行線和列線)之間，所述電極具有增強(qiáng)的電特性。在所描述的實(shí)施例中，選擇電極的電阻率以制造如這里所闡述的給定金屬化合物薄膜230。用此方法，從第二導(dǎo)體或信號線材料320或第一導(dǎo)體或信號線材料140到存儲器材料290的供應(yīng)電壓可能更多作用于一定體積存儲器材料290，可最小化導(dǎo)致相變的能量耗散。這里詳細(xì)討論了存儲器陣列5的一個存儲器元件?？捎孟嗤椒ㄖ圃齑鎯ζ麝嚵?的其它存儲器元件。應(yīng)理解可同時制造存儲器陣列5的許多、甚至所有存儲器元件，以及其它集成電路。
圖19展示了設(shè)置和重設(shè)一定體積相變存儲器材料的圖形表示。參考圖1，在一個例子中，設(shè)置和重置存儲器元件15(通過列線10a和行線20a尋址)涉及向列線10a供應(yīng)電壓，以將電流引入如圖1所示的一定體積存儲器材料30或如圖12所示的存儲器材料290。電流使得一定體積存儲器材料30處的溫度升高。參考圖19，為使一定體積存儲器材料非晶化，將一定體積存儲器材料加熱到非晶化溫度TM之上的溫度。一旦達(dá)到高于TM的溫度，就快速冷卻或淬火(quench)(通過去掉電流)一定體積存儲器材料。以速率t1完成淬火，所述速率快于一定體積存儲器材料30可結(jié)晶的速率，使得一定體積存儲器材料30保持其非晶狀態(tài)。為了使一定體積存儲器材料30結(jié)晶，由電流將溫度提高到材料的結(jié)晶溫度，并維持此溫度足夠長的時間以使材料結(jié)晶。在此之后，淬火一定體積存儲器材料(通過去除電流)。
在重置和設(shè)置一定體積存儲器材料30的這些例子的每一個中，說明了在一定體積存儲器材料30處集中溫度傳遞(delivery)的重要性。完成它的一種方法是修改如上所述的電極的一部分。圖19的插圖示出了存儲器單元15，其具有帶修改部分35(圖示為電阻器)的電極以在一定體積存儲器材料30處集中熱量(電流)。
在前面的例子中，將一定體積存儲器材料30加熱到高溫以使材料非晶化并重置存儲器元件(例如程序0)。將一定體積存儲器材料加熱到較低的結(jié)晶溫度使材料結(jié)晶并設(shè)置存儲器元件(例如程序1)。應(yīng)理解到將重置和設(shè)置與非晶和晶體材料分別關(guān)聯(lián)起來是一種約定，并且至少可采用相反的約定。從此例子還應(yīng)理解到，無需通過變化一定體積存儲器材料中的電流和持續(xù)時間來部分設(shè)置或重置一定體積存儲器材料30。
當(dāng)使用金屬化合物電極時有另一個優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樵谙码姌O和一定體積存儲器材料之間存在金屬-金屬的界面，所以可存在比摻雜多晶硅-硫族化合物界面更低的界面電阻。
由于形成下電極的所發(fā)明的金屬化合物薄膜230的化學(xué)組分，簡化了工藝流程。例如，在工藝流程中不需要注入多晶硅并激活它。摻雜多晶硅下電極要求這樣的處理，例如摻雜工藝、激活被摻雜電極以使其導(dǎo)電的退火工藝、下電極和上表面間的阻擋層、以及處理以從成分上對上表面改性而在上表面處可更好地加熱。
相反，所發(fā)明的下電極由金屬化合物薄膜230組成，并且挨著它填充介電材料。因此，執(zhí)行CMP并可沉積存儲器材料290材料。
本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解可對為解釋本發(fā)明的本質(zhì)而描述和圖示的多個部分和方法階段的細(xì)節(jié)、材料和布置做出其它各種改變，而不偏離權(quán)利要求中所表述的本發(fā)明的原理和范圍。
權(quán)利要求
1.一種存儲器器件，包括存儲器單元結(jié)構(gòu)；第一隔離溝槽，鄰接所述存儲器單元結(jié)構(gòu)；和第二隔離溝槽，鄰接所述存儲器單元結(jié)構(gòu)，并正交于所述第一隔離溝槽，其中所述存儲器單元結(jié)構(gòu)的第一邊定義了單位單元的第一特征，其中所述存儲器單元結(jié)構(gòu)的第二邊定義了所述單位單元的第二特征，其中所述第一隔離溝槽的邊定義了所述單位單元的第三特征，其中所述第二隔離溝槽的邊定義了所述單位單元的第四特征。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲器器件，其中所述存儲器單元結(jié)構(gòu)、所述第一隔離溝槽和所述第二隔離溝槽定義了四個特征尺寸平方(4F2)。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲器器件，其中所述存儲器器件位于襯底中，并且其中所述第一隔離溝槽位于比所述第二隔離溝槽更深的位置。
4.如權(quán)利要求1所述的存儲器器件，其中所述存儲器器件位于襯底中，并且其中所述第一隔離溝槽包括不連續(xù)的上表面，而所述第二隔離溝槽包括大體連續(xù)的上表面。
5.如權(quán)利要求1所述的存儲器器件，其中所述存儲器單元結(jié)構(gòu)被分隔開，并以一個特征(1F)被隔離開。
6.如權(quán)利要求1所述的存儲器器件，其中所述第一隔離溝槽包括單個淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的存儲器器件，其中所述存儲器單元結(jié)構(gòu)包括位于N硅結(jié)構(gòu)之上的P+硅結(jié)構(gòu)，其中所述P+硅結(jié)構(gòu)具有頂部和底部，其中所述N硅結(jié)構(gòu)具有頂部和底部；并且其中所述第二隔離溝槽具有頂部和底部；以及其中所述第二隔離溝槽的底部低于所述P+硅結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的存儲器器件，其中所述存儲器單元結(jié)構(gòu)包括位于N硅結(jié)構(gòu)之上的P+硅結(jié)構(gòu)；其中所述P+硅結(jié)構(gòu)具有頂部和底部；其中所述N硅結(jié)構(gòu)具有頂部和底部；以及其中所述第二隔離溝槽具有頂部和底部；其中所述第二隔離溝槽的底部低于所述P+硅結(jié)構(gòu)，以及其中所述第二隔離溝槽的頂部在所述P+硅結(jié)構(gòu)底部之上。
9.如權(quán)利要求1所述的存儲器器件，其中所述存儲器單元結(jié)構(gòu)包括二極管棧結(jié)構(gòu)，包括N+硅行選擇；位于所述N+硅行選擇上的N硅；位于所述N硅層上的P+硅層；和硅化物層。
10.一種形成存儲器器件的工藝，包括在襯底中形成第一溝槽；在所述襯底中形成第二溝槽，其中所述第二溝槽與所述第一溝槽交叉；以及形成與所述第一溝槽和所述第二溝槽相鄰的存儲器單元結(jié)構(gòu)二極管棧。
11.如權(quán)利要求10所述的工藝，其中所述第二溝槽正交于所述第一溝槽。
12.如權(quán)利要求10所述的工藝，其中所述第二溝槽比所述第一溝槽淺。
13.如權(quán)利要求10所述的工藝，其中形成所述第一溝槽包括刻蝕工藝，所述刻蝕工藝得到在約3,500到約7,000范圍內(nèi)的刻蝕深度。
14.如權(quán)利要求10所述的工藝，其中形成所述第二溝槽包括刻蝕工藝，所述刻蝕工藝得到在約500到約3,500范圍內(nèi)的刻蝕深度。
15.如權(quán)利要求10所述的工藝，在形成所述第一溝槽之后，還包括用隔離電介質(zhì)來填充所述第一溝槽；以及平坦化所述襯底。
16.如權(quán)利要求10所述的工藝，在形成所述第一溝槽之后，還包括在所述第一溝槽中形成熱介電薄膜；用隔離電介質(zhì)來填充所述第一溝槽；以及平坦化所述襯底。
17.如權(quán)利要求10所述的工藝，在形成所述第二溝槽之后，還包括用隔離電介質(zhì)來填充所述第二溝槽；以及平坦化所述襯底。
18.如權(quán)利要求10所述的工藝，在形成所述第二溝槽之后，還包括在所述第二溝槽中形成熱介電薄膜；用隔離電介質(zhì)來填充所述第二溝槽；以及平坦化所述襯底。
19.如權(quán)利要求10所述的工藝，還包括形成鄰接于所述第一溝槽和所述第二溝槽的二極管棧。
20.如權(quán)利要求10所述的工藝，還包括形成鄰接于所述第一溝槽和所述第二溝槽的二極管棧；在所述半導(dǎo)體二極管之上形成第一介電薄膜；在所述第一介電薄膜中形成凹槽以露出所述二極管棧；在所述凹槽中形成下電極薄膜；以及在所述下電極薄膜之上引入一定體積相變存儲器材料。
21.如權(quán)利要求10所述的工藝，還包括形成鄰接于所述第一溝槽和所述第二溝槽的二極管棧；填充所述第一溝槽和所述第二溝槽；以及在所述二極管棧之上形成自對準(zhǔn)硅化物層。
22.一種相變存儲器器件，包括第一溝槽，位于襯底之中；第二溝槽，位于所述襯底之中，其中所述第二溝槽正交于所述第一溝槽；二極管棧，鄰接于所述第一溝槽和所述第二溝槽而布置；第一電介質(zhì)，位于所述二極管棧之上；凹槽，位于所述第一電介質(zhì)中并露出所述二極管棧；下電極，位于所述第一電介質(zhì)的所述凹槽中；一定體積相變材料，位于所述下電極之上；和至少一條地址線，耦合到所述相變材料。
23.如權(quán)利要求22所述的相變存儲器器件，還包括間斷上表面淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，位于所述第二溝槽中；以及大體連續(xù)上表面淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，位于所述第一溝槽中。
24.如權(quán)利要求23所述的相變存儲器器件，其中所述下電極包括金屬化合物層，適形位于所述凹槽中及所述二極管棧之上，其中所述金屬化合物從以下材料選擇多晶硅、金屬氮化物、難熔金屬氮化物、金屬氮硅化物、難熔金屬氮硅化物、金屬硅化物和難熔金屬硅化物。
25.一種裝置，包括具有存儲器陣列的專用存儲器芯片，所述存儲器陣列包括位于襯底中的第一溝槽；位于所述襯底中的第二溝槽，其中所述第二溝槽正交于所述第一溝槽；二極管棧，鄰接于所述第一溝槽和所述第二溝槽布置；第一電介質(zhì)，位于所述二極管棧之上；凹槽，位于所述第一電介質(zhì)中并露出所述二極管棧；下電極，位于所述第一電介質(zhì)的所述凹槽中；一定體積相變存儲器材料，位于所述下電極之上；以及耦合到所述存儲器陣列的尋址電路。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述存儲器陣列還包括間斷上表面淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，位于所述第二溝槽中；和大體連續(xù)上表面淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，位于所述第一溝槽中。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述下電極包括金屬化合物層，所述金屬化合物層適形地位于所述凹槽中及所述二極管棧之上，其中所述金屬化合物從以下材料選擇多晶硅、金屬氮化物、難熔金屬氮化物、金屬氮硅化物、難熔金屬氮硅化物、金屬硅化物和難熔金屬硅化物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相變存儲器器件。所述器件包括圍繞二極管棧的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述二極管棧與下電極連通。本發(fā)明還涉及一種制造芯片存儲器器件的方法。所述方法包括在存儲器單元結(jié)構(gòu)二極管棧周圍形成兩個正交和交叉的隔離溝槽。
文檔編號G11C16/02GK1533606SQ02813254
公開日2004年9月29日 申請日期2002年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月22日
發(fā)明者丹尼爾·徐, 丹尼爾 徐 申請人:英特爾公司