專利名稱：電流限制的相變化存儲器裝置結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且特別是涉及一種具有電流限制層的相 變化存儲器裝置結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
相變化存儲器(PCM)裝置是一種使用相變化材料的電阻率變化的非易 失性存儲器裝置。PCM裝置亦被稱為相變化隨機存取存儲器(PRAM)。通常， 能在非晶態(tài)與結(jié)晶態(tài)之間轉(zhuǎn)變的硫?qū)倩锊牧峡杀挥糜赑CM裝置。
視自液態(tài)的冷卻速率而定，硫?qū)倩锊牧峡尚纬煞蔷B(tài)硫?qū)倩锊Ａ?或硫?qū)倩锝Y(jié)晶。該兩狀態(tài)之間的差異以是否存在長程有序為其物理上的 特征。此外，硫?qū)倩锊牧系慕Y(jié)晶態(tài)與非晶態(tài)具有極不相同的電阻率數(shù)值。 通過操控硫?qū)倩锊牧系南鄳B(tài)，可將二進(jìn)位數(shù)據(jù)位寫入PCM裝置。通過檢 測硫?qū)倩锊牧系南鄳B(tài)，其通常是以電阻率測量的方式，該儲存在PCM裝 置的二進(jìn)位數(shù)據(jù)可被讀取。許多使用該等方法的PCM裝置的類型在該領(lǐng)域 中為已知。
一種典型地使用在PCM裝置的硫?qū)倩锊牧鲜峭ǚQ為GST (Ge2Se2Te5) 的鍺、銻及碲的化合物。連同氧、硫、硒及釙，碲屬于硫族，因此名為硫 屬化物材料。在典型的PCM裝置，具有高電阻率數(shù)值的硫?qū)倩锊ＡЭ苫?于硫?qū)倩锊牧系娜刍翱焖倮鋮s而形成?；蛘撸哂械碗娮杪蕯?shù)值的硫 屬化物結(jié)晶可通過將溫度提高至低于熔化溫度的結(jié)晶溫度而形成，接著進(jìn) 行硫?qū)倩锊牧系木徛鋮s。硫?qū)倩镌谙喈?dāng)高的溫度下，例如60(TC以上， 會變成液體。
參考圖1，公知的相變化存儲器(PCM)裝置結(jié)構(gòu)包含底導(dǎo)電板IO、相 變化材料層20及頂導(dǎo)電板30的堆疊。通過使電流通過PCM元件結(jié)構(gòu)，將 相變化材料層20中的相變化材料加熱至能誘發(fā)相變化的溫度，例如至熔化 溫度或結(jié)晶溫度的上。
6目前PCM裝置結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)是如何產(chǎn)生充足的熱以達(dá)到相變化材料的熔 化溫度。雖然不需要將相變化材料每一部分都熔化才可以將PCM裝置中的 數(shù)據(jù)編碼，但至少一部分能顯著影響PCM裝置結(jié)構(gòu)的總電阻的相變化材料
需要達(dá)到相轉(zhuǎn)變溫度，例如熔化溫度和/或結(jié)晶溫度，以便該相變化材料可 在結(jié)晶結(jié)構(gòu)與非晶形結(jié)構(gòu)之間改變其狀態(tài)。為了誘發(fā)這種熔化或再結(jié)晶，
通常需要相當(dāng)大量的電流。然而，施加這種大量電流需要大的晶體管，因 此需要大的半導(dǎo)體面積，這將使得難以增加PCM裝置的密度。
通過混合相變化材料與無源電介質(zhì)材料以降低PCM元件結(jié)構(gòu)對電流的 需求的一種方法己公開于授權(quán)給Czubatyj等人的美國專利NO. 5, 825， 046 中。圖2簡要表示Czubatyj等人的公知結(jié)構(gòu)，其中混合相變化材料層20， 包含與無源電介質(zhì)材料26混合的相變化材料21。相變化材料21與無源電 介質(zhì)材料26的混合可減少底導(dǎo)電板10及頂導(dǎo)電板30間的電流路徑的截面 積，因此增加該混合相變化材料層20'內(nèi)的電流密度。對于底導(dǎo)電板10及 頂導(dǎo)電板30間的給定電流程度，圖2中的混合相變化材料層20'提供比圖 1中的相變化材料高的局部溫度。
雖然Czubatyj等人提供可提高混合相變化材料層局部溫度的結(jié)構(gòu)，然 而該混合程序是隨機的，亦即混合程序中的統(tǒng)計上的差異會產(chǎn)生非均勻的 混合，導(dǎo)致混合相變化材料層的電阻的顯著差異。
因此，存在有對于能達(dá)到與較少編程電流相符的相變化材料層的相轉(zhuǎn) 變溫度的相變化存儲器元件結(jié)構(gòu)及其制造方法的需求。
此外，存在有對于在相變化材料層中具有較高電阻的相變化存儲器元 件結(jié)構(gòu)以及其制造方法的需求，其中電阻數(shù)值具有緊密的分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供具有由底導(dǎo)電板與頂導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間的絕緣性納米粒子 限制的電流路徑的相變化存儲器結(jié)構(gòu)解決上述的需求。
具體而言，使用具有約10 nm級尺寸的納米粒子層以形成電流限制層 或作為用于自底部絕緣體層形成電流限制層的硬掩模。該納米粒子優(yōu)選在 底表面上自我對準(zhǔn)和/或自我平坦化。該電流限制層可形成于底導(dǎo)電板內(nèi)、 相變化材料層內(nèi)、頂導(dǎo)電板內(nèi)、或在含有相變化材料或頂導(dǎo)電材料的錐形
7介層側(cè)壁與介層栓塞之間的錐形內(nèi)襯內(nèi)。該電流限制層周圍局部結(jié)構(gòu)的電流密度高于周圍區(qū)域，因而允許局部溫度升高至高于周圍材料。由于該電流限制層，編程該相變化存儲器裝置所需的總電流及因此編程晶體管的尺寸可以降低。再者，納米粒子的自我組裝特征提供相變化存儲器裝置的緊密的電阻分布。
根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含
a. 相變化材料層；
b. 電流限制層，其鄰接該相變化材料層且含有嵌入在導(dǎo)電材料的體積
中且由其分隔的絕緣性納米粒子的單層；
c. 第一導(dǎo)電板，其鄰接該電流限制層并包含該導(dǎo)電材料的另一體積；
以及
d. 第二導(dǎo)電板，其鄰接該相變化材料層并與該第一導(dǎo)電板分開。第一導(dǎo)電板可為頂導(dǎo)電板，而第二導(dǎo)電板可為底導(dǎo)電板。或者，第一
導(dǎo)電板可為底導(dǎo)電板，而第二導(dǎo)電板可為頂導(dǎo)電板。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含
a. 第一導(dǎo)電板，其包含第一導(dǎo)電材料；
b. 相變化材料層，其鄰接該第一導(dǎo)電板且包含相變化材料；
c. 電流限制層，其包括一組平面排列的分開的絕緣層島狀物，其中每一該分開的絕緣層島狀物嵌入在選自該相變化材料及該第一導(dǎo)電材料的材料的體積中且由其分隔，該電流限制層具有一納米粒子的橫向尺寸，并直接連接于該相變化材料層。
d. 第二導(dǎo)電板，其包含第二導(dǎo)電材料且通過該電流限制層以電阻地連接至該相變化材料層。
該第二導(dǎo)電板可鄰接該電流限制層?；蛘撸摪雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)還可包含由該相變化材料的另一體積組成且鄰接該電流限制層的另一相變化材料層，以及該第二導(dǎo)電板。
該分開的絕緣層島狀物具有自約3 nm至60 rim的厚度，并包含選自由氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化釕、氧化鎢、氧化鋅、硅、鍺、氧化鍺、碳，或其組合組成的組的材料。
根據(jù)本發(fā)明的又一具體實施例，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含
8a. 電介質(zhì)層，其含有錐形介層孔側(cè)壁；
b. 錐形介層內(nèi)襯，其鄰接該錐形介層孔側(cè)壁且具有內(nèi)襯底表面，并含有嵌入在導(dǎo)電材料的體積中且由其分隔的絕緣性納米粒子的單層；
c. 導(dǎo)電介層栓塞，其鄰接該錐形介層內(nèi)襯且包含該導(dǎo)電材料；
d. 相變化材料層，其鄰接該內(nèi)襯底表面及該電介質(zhì)層；
e. 底導(dǎo)電板，其鄰接該相變化材料層。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含
a. 頂導(dǎo)電板；
b. 電介質(zhì)層，其鄰接該頂導(dǎo)電板且含有錐形介層孔側(cè)壁；
c. 錐形介層內(nèi)襯，其鄰接該錐形介層孔側(cè)壁且具有內(nèi)襯底表面，并含有嵌入在相變化材料的體積中且由其分隔的絕緣性納米粒子；
d. 介層栓塞，其由該相變化材料的另一體積組成并由錐形介層內(nèi)襯與該頂導(dǎo)電板包覆；以及
e. 底導(dǎo)電板，其通過該錐形介層以電阻地連接至該頂導(dǎo)電板。該底導(dǎo)電板可鄰接該內(nèi)襯底表面及該電介質(zhì)層?；蛘?，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
還可包含由該相變化材料的又一體積組成的相變化材料層，其中該相變化材料層鄰接該內(nèi)襯底表面、該電介質(zhì)層、及該底導(dǎo)電板。
在各種不同的示范性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，該絕緣性納米粒子包含選自由氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化釕、氧化鎢、氧化鋅、硅、鍺、氧化鍺、碳，或其組合組成的組的電介質(zhì)材料。
或者，每一該絕緣性納米粒子限定在單層內(nèi)的有機分子及具有在約3 nm至24 nm的范圍的特征尺寸，該特征尺寸選自由全長、全寬或直徑組成的組。
此處可使用的相變化材料，包含但不限于硫?qū)倩锖辖?，其具有至少一種非硫?qū)僭氐牧驅(qū)僭氐暮辖?，其中硫?qū)僭剡x自由碲、硒及硫組成的組，至少一種非硫?qū)僭剡x自由鍺、銻、鉍、鉛、錫、砷、硅、磷、鎵、銦及銀組成的組。
各種不同的導(dǎo)電板及導(dǎo)電栓塞可包含選自由鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉑(Pt)、銥(Ir)、鑭(La)、鎳(Ni)、釕(Ru)、其他元素金屬及其合金組成的組的材料。


圖1和圖2是公知相變化存儲器元件結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3 (a)至圖3 (f)是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的第一示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖4 (a)至圖4 (d)是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的第二示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖5 (a)至圖5 (f)是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的第三示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖6 (a)至圖6 (g)是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的第四示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖；圖6 (h)為沿圖6 (g)中的H-H'平面的第四示范性結(jié)構(gòu)的水平剖視圖7 (a)至圖7 (f)是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的第五示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖8 (a)至圖8 (h)是根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的第六示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖9至圖13是分別根據(jù)本發(fā)明的第七至十一實施例的第七至第十一示范性相變化存儲器元件結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
如上所述，本發(fā)明涉及具有電流限制層的相變化存儲器(PCM)元件結(jié)
構(gòu)及其制造方法，現(xiàn)將參考附圖詳細(xì)說明。應(yīng)注意的是，類似及對應(yīng)的元
件以相同的元件符號表示。
根據(jù)本發(fā)明的第一具體實施例的第一示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖以圖3
(a) -3 (f)顯示工藝的各種階段。參考圖3 (a)，底導(dǎo)電板40形成于下部的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(未示出)上。該底導(dǎo)電板40可以是利用化學(xué)氣相沉積或是濺鍍所形成的金屬層。為了形成PCM存儲器裝置而在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中沉積底導(dǎo)電板40的方法在此技術(shù)領(lǐng)域中為已知。該底導(dǎo)電板40包含例如選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉑(Pt)、銥(Ir)、鑭(La)、鎳(Ni)、釘(Ru)、其他元素金屬及其合金的導(dǎo)電材料。該底導(dǎo)電板40的厚度通常在約10 nm至80 nro的范圍。
參考圖3(b)，絕緣性納米粒子70的單層施加至底導(dǎo)電板40的頂表面。每一絕緣性納米粒子70可為限定在單層內(nèi)的有機分子及可實質(zhì)為具有直徑在約l run至24 nm的范圍的球形物。有機分子可例如為蛋白質(zhì)分子。有機分子亦可為橢圓形、超橢圓形或多邊形且具有在約1 nm至24腦的范圍的特征尺寸。該特征尺寸可為絕緣性納米粒子70的全長、全寬或直徑。Yamashita在IEEE國際電子裝置研討會上發(fā)表的"大納米工藝使用蛋白質(zhì)超分子的納米電子裝置的制造(1-4244-0439-8/06; 2006)"顯示蛋白質(zhì)納米粒子可形成在自我對準(zhǔn)的表面上，因而在單層中形成具有規(guī)則排列的層。換言之，有機納米粒子的密度在自我對準(zhǔn)單層可為恒定。有機納米粒子是絕緣的且優(yōu)選也是自我平坦化的。
或者，絕緣性納米粒子70可包含電介質(zhì)材料，諸如氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化釕、氧化鎢、氧化鋅、硅、鍺、氧化鍺、碳，及其組合。該絕緣性納米粒子70可實質(zhì)為球形、橢圓形、超橢圓形或多邊形且具有在約1 nm至24 nm的范圍的特征尺寸。該特征尺寸可為全長、全寬或直徑。該絕緣性納米粒子70可以例如在濺鍍室中的電介質(zhì)材料靶的濺鍍形成。
該絕緣性納米粒子70在底導(dǎo)電板40的頂表面上為自我對準(zhǔn)和/或自我平坦化優(yōu)選。該絕緣性納米粒子70的單層彼此隔開，以致于當(dāng)從上方觀察時，間隙呈現(xiàn)在該絕緣性納米粒子70之間。該間隙彼此可為連續(xù)或分開的。
參考圖3 (c)，導(dǎo)電材料層88沉積在絕緣性納米粒子70的單層上及在絕緣性納米粒子70間的間隙下方的底導(dǎo)電板40的部分上。該導(dǎo)電材料層88包含導(dǎo)電材料，且優(yōu)選為如底導(dǎo)電板40的導(dǎo)電材料的相同材料。該導(dǎo)電材料層88的體積填入在絕緣性納米粒子70之間的間隙。該導(dǎo)電材料層88的厚度大于絕緣性納米粒子70的單層的高度，可自約6 nin至60 nm。
參考圖3 (d)，將該導(dǎo)電材料層88蝕刻以移除絕緣性納米粒子70的單層的上方部分。絕緣性納米粒子70的單層及該導(dǎo)電材料層88的殘留體積41形成電流限制層90。該電流限制層90鄰接底導(dǎo)電板40并包含嵌入在導(dǎo)電材料層88的殘留體積41中且由其分隔的絕緣性納米粒子70的單層。假如絕緣性納米粒子70在施加在單層中時均勻分布，則電流限制層90的組成實質(zhì)均勻而可提供橫跨電流限制層90的均勻電阻。
參考圖3 (e)，相變化材料層50以例如化學(xué)氣相沉積或濺鍍而直接形 成于電流限制層90上。相變化材料層50包含相變化材料，其包含但不限 于硫?qū)倩锖辖鸹蚓哂兄辽僖环N非硫?qū)僭氐牧驅(qū)僭氐暮辖?，其中硫?qū)?元素系選自由碲、硒及硫組成的組及至少一種非硫?qū)僭剡x自由鍺、銻、 鉍、鉛、錫、砷、硅、磷、鎵、銦及銀組成的組。此硫?qū)倩锖辖鸬恼f明 性范例為GaSb、 InSb、 InSe、 Sb2Te3、 GeTe、 Ge2Sb2Te5、 InSbTe、 GaSbTe、 SnSb2Te4、 InSbGe、 AglnSbTe、 (GeSn) SbTe、 GeSb (SeTe)、 Te8iGei5Sb2S2、 及具有改質(zhì)原子比率的化合物。相變化材料層50的厚度自約10 nm至100 nm，且可依PCM裝置的最適性能而最適化。
參考圖3 (f)，頂導(dǎo)電板60以例如化學(xué)氣相沉積或濺鍍直接形成在相 變化材料層50上。頂導(dǎo)電板60包含例如選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、 鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉬(Pt)、銥(Ir)、鑭(La)、鎳(Ni)、 釕(Ru)、其他元素金屬及其合金的導(dǎo)電材料。該頂導(dǎo)電板60的厚度 通常在約10 nm至80 nm的范圍。頂導(dǎo)電板60與底導(dǎo)電板40可以包含相 同或不同的材料。
根據(jù)本發(fā)明的第二具體實施例的第二示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖以圖4 (a) -4 (d)顯示工藝的各種階段。參考圖4 (a)，底導(dǎo)電板40形成于相 同于第一具體實施例中的底部的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(未示出)上。
參考圖4 (b)，相變化材料層50直接形成在底導(dǎo)電板40上。相變化材 料層50的物理特征相同于第一具體實施例中者。
參考圖4 (c),絕緣性納米粒子70的單層施加至相變化材料層50的頂 表面。相同于第一具體實施例中的絕緣性納米粒子70的類型可被使用。絕 緣性納米粒子70優(yōu)選為可自我對準(zhǔn)和/或自我平坦化于相變化材料層50的 頂表面上。絕緣性納米粒子70的單層彼此分開，以致于當(dāng)從上方觀察時， 間隙呈現(xiàn)在該絕緣性納米粒子70之間。該間隙彼此可為連續(xù)或分開。
參考圖4 (d)，導(dǎo)電材料沉積在絕緣性納米粒子70的單層上及在絕緣 性納米粒子70間的間隙中的相變化材料層50的部分上。該導(dǎo)電材料可為 列在第一具體實施例中作為底導(dǎo)電板40及頂導(dǎo)電板60的任何材料。該導(dǎo) 電材料的體積65填入在絕緣性納米粒子70的單層間的間隙。該導(dǎo)電材料的體積65與絕緣性納米粒子70的單層形成電流限制層90。該電流限制層 90的厚度相同于絕緣性納米粒子70的單層的高度。
頂導(dǎo)電板60包含直接形成在電流限制層90上方的導(dǎo)電材料的另一體 積。頂導(dǎo)電板60的厚度通常自約10nm至80nm。頂導(dǎo)電板60及底導(dǎo)電板 40可包含相同或不同的材料。該電流限制層90鄰接于相變化材料層50及 頂導(dǎo)電板60兩者。由圖4 (d)中的虛線所示的位于絕緣性納米粒子70的 單層的頂表面上方的絕緣性納米粒子70的單層與頂導(dǎo)電板60中的導(dǎo)電材 料的另一體積間的導(dǎo)電材料的體積65自然地靠近。
根據(jù)本發(fā)明的第三具體實施例的第三示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖以圖5 (a) -5 (f)示出工藝的各種階段。參考圖5 (a)，底導(dǎo)電板40形成于相 同于第一具體實施例中的底部的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(未示出)上。
參考圖5 (b)，絕緣層80以例如化學(xué)氣相沉積形成在底導(dǎo)電板40上。 該絕緣層80包含絕緣材料，諸如氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、碳化 硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化釕、氧化鎢、氧化鋅、硅、鍺、氧化鍺、碳， 或其組合。該絕緣層80可以以諸如化學(xué)氣相沉積形成。該絕緣層80的厚 度可自約3 nm至約60 nm。
參考圖5(c)，絕緣性納米粒子70的單層施加至該絕緣層80的頂表面。 相同于第一具體實施例中的絕緣性納米粒子70的類型可被使用。絕緣性納 米粒子70優(yōu)選為可自我對準(zhǔn)和/或自我平坦化于相變化材料層50的頂表面 上。絕緣性納米粒子70的單層彼此分開，以致于當(dāng)從上方觀察時，間隙呈 現(xiàn)在該絕緣性納米粒子70之間。該間隙彼此可為連續(xù)或分開的。
參考圖5 (d)，使用絕緣性納米粒子70的單層作為硬掩模的絕緣層80 以各向異性反應(yīng)式離子蝕刻操作。在各向異性反應(yīng)式離子蝕刻期間，將絕 緣性納米粒子70間的間隙下方的絕緣層80部分蝕刻及移除，而位于絕緣 性納米粒子70正下方的絕緣層80的殘留部分在各向異性反應(yīng)式離子蝕刻 期間通過絕緣性納米粒子70遮蔽反應(yīng)式離子。因此， 一組分開的絕緣層島 狀物81可通過各向異性反應(yīng)式離子蝕刻形成。該絕緣性納米粒子優(yōu)選在各 向異性反應(yīng)式離子蝕刻期間被消耗。該組分開的絕緣層島狀物81以平面排 列。該組分開的絕緣層島狀物81的厚度可自約3 nm至60 nm。
參考圖5 (e)，相變化材料沉積在該組分開的絕緣層島狀物81上及絕緣性納米粒子70間的間隙下方的底導(dǎo)電板40的部分上。該相變化材料可 為列在第一具體實施例中作為相變化材料50的任何材料。該相變化材料的 體積55填入在該組分開的絕緣層島狀物81的間隙中。該相變化材料的體 積55與該組分開的絕緣層島狀物81形成電流限制層100。該電流限制層 100的厚度相同于該組分開的絕緣層島狀物81的高度。
該相變化材料的另一體積形成位于電流限制層100正上方的相變化材 料層50。該相變化材料層50的厚度通常自約10 nm至100 nm。該電流限 制層100鄰接于相變化材料層50及底導(dǎo)電板40兩者。該分開的絕緣島狀 物81間的相變化材料的體積55與相變化材料層50的相變化材料的另一體 積自然地靠近。電流限制層100與相變化材料層50間的邊界以圖5 (e)中 的虛線表示。
參考圖5 (f)，頂導(dǎo)電板60通過將一導(dǎo)電材料直接沉積在相變化材料 層50上形成。該導(dǎo)電材料可為列在第一具體實施例中作為底導(dǎo)電板40及 頂導(dǎo)電板60的任何材料。該頂導(dǎo)電板60通常自約10 nm至80 nm的范圍。 該頂導(dǎo)電板60與底導(dǎo)電板40可包含相同或不同材料。
根據(jù)本發(fā)明的第四具體實施例的第四示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖以圖6 (a) -6 (h)顯示工藝的各種階段。參考圖6 (a)，底導(dǎo)電板40形成于相 同于第一具體實施例中的底部的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(未示出)上。
參考圖6 (b)，第一相變化材料沉積在底導(dǎo)電板40上以形成第一相變 化材料層51。該第一相變化材料可為列在第一具體實施例中作為相變化材 料50的任何材料。第一相變化材料層51的厚度通常自約5 nm至50 mn的 范圍。
參考圖6 (c)，絕緣層80以例如化學(xué)氣相沉積形成在該第一相變化材 料層51上。該絕緣層80以如第三具體實施例的絕緣層80的相同方法及包 含相同材料形成。該絕緣層80的厚度可自約3 mn至60 nm的范圍。
參考圖6(d)，絕緣性納米粒子70的單層施加至該絕緣層80的頂表面。 相同于第一具體實施例中的絕緣性納米粒子70的類型可被使用。絕緣性納 米粒子70優(yōu)選為可自我對準(zhǔn)和/或自我平坦化于絕緣層80的頂表面上。絕 緣性納米粒子70的單層系彼此分開，以致于當(dāng)從上方觀察時，間隙呈現(xiàn)在 該絕緣性納米粒子70之間。該間隙彼此可為連續(xù)或分開的。參考圖6 (e)，使用絕緣性納米粒子70的單層作為硬掩模的絕緣層80 是以各向異性反應(yīng)式離子蝕刻操作。 一組分開的絕緣層島狀物81可通過相 同于本發(fā)明的第三具體實施例的各向異性反應(yīng)式離子蝕刻方式形成。該絕 緣性納米粒子70優(yōu)選于各向異性反應(yīng)式離子蝕刻期間被消耗。該組分開的 絕緣層島狀物81以平面排列。該組分開的絕緣層島狀物81的厚度可自約3 nm至60 nm。
參考圖6 (f),第二相變化材料沉積在該組分開的絕緣層島狀物81上 及絕緣性納米粒子70間的間隙下方的第一相變化材料層51的部分上。該 第二相變化材料可為列在第一具體實施例中作為相變化材料50的任何材 料。該第二相變化材料的體積95填入在該組分開的絕緣層島狀物81的間 隙中。該第二相變化材料的體積95與該組分開的絕緣層島狀物81形成電 流限制層100。該電流限制層100的厚度相同于該組分開的絕緣層島狀物 81的高度。
該第二相變化材料的另一體積在電流限制層100正上方形成第二相變 化材料層52。該第二相變化材料層52的厚度通常自約5 mn至50 nm。該 電流限制層100鄰接于第一相變化材料層51與第二相變化材料層52兩者。 該分開的絕緣島狀物81間的第二相變化材料的體積95與第二相變化材料 層52的第二相變化材料的另一體積可自然地靠近，這是由于上述兩者在相 同工藝步驟期間形成。電流限制層100與第二相變化材料層52間的邊界以 圖6 (f)中的虛線表示。第一相變化材料與第二相變化材料可包含相同或 不同材料。
參考圖6 (g)，頂導(dǎo)電板60通過將一導(dǎo)電材料直接沉積在第二相變化 材料層52上形成。該導(dǎo)電材料可為列在第一具體實施例中作為底導(dǎo)電板40 及頂導(dǎo)電板60的任何材料。該頂導(dǎo)電板60通常自約10 mn至80 nm的范 圍。該頂導(dǎo)電板60與底導(dǎo)電板40可包含相同或不同材料。
參考圖6 (h)，其為沿圖6 (g)中的H-H'平面的第四示范性結(jié)構(gòu)的水 平剖視圖，顯示電流限制層100內(nèi)的該組分開的絕緣層島狀物81是分開的， 或是以電流限制層100內(nèi)的第二相變化材料的體積95彼此分開。
根據(jù)本發(fā)明的第五具體實施例的第五示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖以圖7 (a) -7 (f)顯示工藝的各種階段。參考圖7 (a)，底導(dǎo)電板40形成于相同于第一具體實施例中的底部的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(未示出)上。
參考圖7 (b)，相變化材料沉積在底導(dǎo)電板40上以形成相變化材料層 50。該相變化材料可為列在第一具體實施例中作為相變化材料50的任何材 料。該相變化材料層50的厚度通常自約10 nm至100 nm的范圍。
參考圖7 (c)，絕緣層80以例如化學(xué)氣相沉積形成在該相變化材料層 50上。該絕緣層80以如第三具體實施例的絕緣層80的相同方法及包含相 同材料形成。該絕緣層80的厚度可自約3 nm至60 rnn的范圍。
參考圖7(d)，絕緣性納米粒子70的單層施加至該絕緣層80的頂表面。 相同于第一具體實施例中的絕緣性納米粒子70的類型可被使用。絕緣性納 米粒子70優(yōu)選為可自我對準(zhǔn)和/或自我平坦化于絕緣層80的頂表面上。絕 緣性納米粒子70的單層彼此分開，以致于當(dāng)從上方觀察時，間隙呈現(xiàn)在該 絕緣性納米粒子70之間。該間隙彼此可為連續(xù)或分開。
參考圖7 (e)，使用絕緣性納米粒子70的單層作為硬掩模的絕緣層80 以各向異性反應(yīng)式離子蝕刻操作。 一組分開的絕緣層島狀物81可通過相同 于本發(fā)明的第三具體實施例的各向異性反應(yīng)式離子蝕刻方式形成。該絕緣 性納米粒子70優(yōu)選于各向異性反應(yīng)式離子蝕刻期間被消耗。該組分開的絕 緣層島狀物81以平面排列。該組分開的絕緣層島狀物81的厚度可自約3nm 至60 nm。
參考圖7 (f)，導(dǎo)電材料沉積在該組分開的絕緣層島狀物81上及絕緣 性納米粒子70間的間隙下方的相變化材料層50的部分上。該導(dǎo)電材料可 為列在第一具體實施例中作為底導(dǎo)電板40及頂導(dǎo)電板60的任何材料。該 導(dǎo)電材料的體積65填入在該組分開的絕緣層島狀物81的間隙中。該導(dǎo)電 材料的體積65與該組分開的絕緣層島狀物81形成電流限制層100。該電流 限制層100的厚度相同于該組分開的絕緣層島狀物81的高度。
該導(dǎo)電材料的另一體積在電流限制層100正上方形成頂導(dǎo)電板60。該 頂導(dǎo)電板60的厚度通常自約10 nm至80 nm。頂導(dǎo)電板60與底導(dǎo)電板40 可包含相同或不同材料。電流限制層100鄰接相變化材料層50與頂導(dǎo)電板 60兩者。該分開的絕緣島狀物81間的導(dǎo)電材料的體積65與頂導(dǎo)電板60的 導(dǎo)電材料的另一體積自然地靠近，這是由于上述兩者在相同工藝步驟期間 形成。電流限制層100與頂導(dǎo)電板60間的邊界以圖7 (f)中的虛線表示。
16根據(jù)本發(fā)明的第六具體實施例的第六示范性結(jié)構(gòu)的順序剖視圖以圖8 (a) -8 (h)顯示工藝的各種階段。參考圖8 (a)，底導(dǎo)電板40形成于相 同于第一具體實施例中的底部的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(未示出)上。
參考圖8 (b)，相變化材料沉積在底導(dǎo)電板40上以形成相變化材料層 50。該相變化材料可為列在第一具體實施例中作為相變化材料50的任何材 料。該相變化材料層50的厚度通常自約10 nm至100 nm的范圍。
參考圖8 (c)，導(dǎo)電材料層62以例如化學(xué)氣相沉積形成在該相變化材 料層50上。該導(dǎo)電材料層62包含如第一具體實施例的底導(dǎo)電板40與頂導(dǎo) 電板60的相同材料。該導(dǎo)電材料層62的厚度可自約3 nm至60 nm的范圍。
參考圖8 (d)，絕緣性納米粒子70的單層施加至該導(dǎo)電材料層62的頂 表面。相同于第一具體實施例中的絕緣性納米粒子70的類型可被使用。絕 緣性納米粒子70優(yōu)選為可自我對準(zhǔn)和/或自我平坦化于導(dǎo)電材料層62的頂 表面上。絕緣性納米粒子70的單層系彼此分開，以致于當(dāng)從上方觀察時， 間隙呈現(xiàn)在該絕緣性納米粒子70之間。該間隙彼此可為連續(xù)或分開。
參考圖8 (e)，使用絕緣性納米粒子70的單層作為硬掩模的導(dǎo)電材料 層62以各向異性反應(yīng)式離子蝕刻操作。在各向異性反應(yīng)式離子蝕刻期間， 將絕緣性納米粒子70間的間隙下方的導(dǎo)電材料層62部分蝕刻及移除，而 位于絕緣性納米粒子70正下方的導(dǎo)電材料層62的殘留部分在各向異性反 應(yīng)式離子蝕刻期間通過絕緣性納米粒子70遮蔽反應(yīng)式離子。因此， 一組分 開的絕緣層島狀物64可通過各向異性反應(yīng)式離子蝕刻形成。該絕緣性納米 粒子優(yōu)選在各向異性反應(yīng)式離子蝕刻期間被消耗。該組分開的絕緣層島狀 物64以平面排列。該組分開的絕緣層島狀物64的厚度可自約3 nm至60 nm。
參考圖8 (f )，絕緣材料層82沉積在相變化材料層50的暴露部分的上 方及在分開的導(dǎo)電島狀物64的頂表面及側(cè)壁上。該絕緣材料層82的厚度 較分開的導(dǎo)電島狀物64厚且可為自約6 nm至100 nm。
參考圖8 (g)，在分開的導(dǎo)電島狀物64的頂表面上方的絕緣材料層82 的部分以例如反應(yīng)式離子蝕刻或以其他諸如化學(xué)機械平坦化(CMP)的平坦 化手段移除。分開的導(dǎo)電島狀物64與分開的導(dǎo)電島狀物64間的殘留絕緣 材料84—起形成電流層100'。
參考圖8 (h)，頂導(dǎo)電板60通過在電流限制層100'上直接沉積導(dǎo)電
17材料而形成。該導(dǎo)電材料可為列在第一具體實施例中作為底導(dǎo)電板40及頂 導(dǎo)電板60的任何材料。頂導(dǎo)電板60的厚度通常自約10nm至80nm。該頂 導(dǎo)電板60與底導(dǎo)電板40可包含相同或不同材料。
參考圖9，根據(jù)本發(fā)明的第七具體實施例的第七示范性結(jié)構(gòu)包含底導(dǎo)電 板40、相變化材料層50、含有錐形介層孔側(cè)壁78的電介質(zhì)層77、具有內(nèi) 襯底表面79的錐形介層內(nèi)襯110、及導(dǎo)電介層栓塞60'。該相變化材料層 50鄰接底導(dǎo)電板40及電介質(zhì)層77，其中底導(dǎo)電板40位于內(nèi)襯底表面79 下方。該錐形介層內(nèi)襯110鄰接錐形介層孔側(cè)壁78，且包含嵌入在導(dǎo)電材 料的體積65中且由其分隔的絕緣性納米粒子70的單層。該導(dǎo)電介層栓塞 60'包含與該錐形介層內(nèi)襯IIO內(nèi)的導(dǎo)電材料的體積65相同的導(dǎo)電材料。
該底導(dǎo)電板40及導(dǎo)電介層栓塞60'包含例如選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、 鉤(W)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、柏(Pt)、銥(Ir)、鑭(La)、 鎳(Ni)、釕(Ru)、其他元素金屬及其合金的導(dǎo)電材料。該底導(dǎo)電板 40的厚度通常在約自10 nm至80 nm的范圍。
該相變化材料層50包含相變化材料，其包含但不限于硫?qū)倩锖辖鸹?具有至少一種非硫?qū)僭氐牧驅(qū)僭氐暮辖?，其中硫?qū)僭剡x自由碲、硒 及硫組成的組且至少一種非硫?qū)僭剡x自由鍺、銻、鉍、鉛、錫、砷、硅、 磷、鎵、銦及銀組成的組。此硫?qū)倩锖辖鸬恼f明性范例為GaSb、 InSb、 InSe、 Sb2Te3、 GeTe、 Ge2Sb2Te5、 InSbTe、 GaSbTe、 SnSb2Te4、 InSbGe、 AglnSbTe、 (GeSn) SbTe、 GeSb (SeTe)、 Te81Ge15Sb2S2、及具有改質(zhì)原子比率的化合物。 相變化材料層50的厚度自約10 nm至100 nm，且可依PCM元件的最適性能 而最適化。
該電介質(zhì)層77包含電介質(zhì)材料，其可例如為氧化硅、氮化硅、或其他 可耐受用于熔化相變化材料層50中的相變化材料所需的溫度的的電介質(zhì)材 料。該電介質(zhì)層可具有自約50 mn至約400 nm的厚度。錐形介層孔系通過 對于該電介質(zhì)層77的光刻圖案化及蝕刻而形成在該電介質(zhì)層77上。錐形 介層孔具有可為圓形、橢圓形、超橢圓形、或多邊形的剖面區(qū)域的錐形介 層側(cè)壁78。錐形介層孔的底部開口可具有光刻尺寸或次光刻尺寸。
導(dǎo)電介層栓塞60'及該錐形介層內(nèi)襯110內(nèi)的導(dǎo)電材料的體積65的導(dǎo) 電材料包含例如選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉤(W)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉬(Pt)、銥(Ir)、鑭(La)、鎳(Ni)、釕(Ru)、其 他元素金屬及其合金的導(dǎo)電材料。導(dǎo)電介層栓塞60'及該錐形介層內(nèi)襯 110內(nèi)的導(dǎo)電材料的體積65的導(dǎo)電材料包含相同材料且自然地靠近，這是 因為兩者皆在相同工藝步驟期間以相同導(dǎo)電材料的沉積而形成。導(dǎo)電介層 栓塞60'的導(dǎo)電材料及該錐形介層內(nèi)襯110內(nèi)的導(dǎo)電材料的體積65的邊界 以圖9中虛線標(biāo)示。
參考圖10，根據(jù)本發(fā)明的第八具體實施例的第八示范性結(jié)構(gòu)包含底導(dǎo) 電板40、相變化材料層50、含有錐形的介層孔側(cè)壁78的電介質(zhì)層77、具 有內(nèi)襯底表面79的錐形介層內(nèi)襯120、及相變化材料栓塞53及頂導(dǎo)電板 60。該相變化材料層50鄰接底導(dǎo)電板40及電介質(zhì)層77，其中底導(dǎo)電板40 位于內(nèi)襯底表面79下方。該錐形介層內(nèi)襯120鄰接錐形介層孔側(cè)壁78，且 包含嵌入在相變化材料的體積55'中且由其分隔的絕緣性納米粒子70的單 層。該相變化材料栓塞53包含與該錐形介層內(nèi)襯120內(nèi)的相變化材料的體 積55'相同的相變化材料。該頂導(dǎo)電板60鄰接電介質(zhì)層77、錐形介層內(nèi) 襯120及相變化材料栓塞53。
底導(dǎo)電板40與頂導(dǎo)電板60可包含如第七具體實施例的底導(dǎo)電板40的 相同材料。該底導(dǎo)電板40與該頂導(dǎo)電板60可具有或不具有相同組成物。 該底導(dǎo)電板40的厚度通常自約10mn至80nm。而且，該頂導(dǎo)電板60的厚 度通常自約IO nm至80 nm的范圍。
該相變化材料層50及相變化材料栓塞53包含如第七具體實施例的相 變化材料層50的相同材料。該相變化材料層50的厚度自約10 nm至100 nm， 且可依PCM裝置的最適性能而最適化。
其中具有錐形介層孔的電介質(zhì)層77及錐形介層孔側(cè)壁78具有如第七 實施例的相同結(jié)構(gòu)特征。
參考圖11，根據(jù)本發(fā)明的第九實施例的第九示范性結(jié)構(gòu)包含底導(dǎo)電板 40、含有錐形介層孔側(cè)壁78的電介質(zhì)層77、具有內(nèi)襯底表面79的錐形介 層內(nèi)襯120、及相變化材料栓塞53及頂導(dǎo)電板60。該底導(dǎo)電板40鄰接內(nèi) 襯底表面79及電介質(zhì)層77。該錐形介層內(nèi)襯120鄰接錐形介層孔側(cè)壁78， 且包含嵌入在相變化材料的體積55'中且由其分隔的絕緣性納米粒子70的 單層。該相變化材料栓塞53包含與該錐形介層內(nèi)襯120內(nèi)的相變化材料的
19體積55'相同的相變化材料。該頂導(dǎo)電板60鄰接電介質(zhì)層77、錐形介層 內(nèi)襯120及相變化材料栓塞53。
底導(dǎo)電板40與頂導(dǎo)電板60可包含如第七實施例的底導(dǎo)電板40的相同 材料。該底導(dǎo)電板40與該頂導(dǎo)電板60可具有或不具有相同組成物。該底 導(dǎo)電板40的厚度通常自約10nm至80nm。而且，該頂導(dǎo)電板60的厚度通 常自約10 nm至80 nra的范圍。
相變化材料栓塞53包含如第七實施例的相變化材料層50的相同材料。
其中具有錐形介層孔的電介質(zhì)層77及錐形介層孔側(cè)壁78具有如第七 實施例的相同結(jié)構(gòu)特征。
參考圖12，根據(jù)本發(fā)明的第十實施例的第十示范性結(jié)構(gòu)，除了以第十 實施例中的絕緣性納米粒子70的多層取代第八實施例中的絕緣性納米粒子 70的單層外，包含有與第八示范性結(jié)構(gòu)的相同結(jié)構(gòu)元件及結(jié)構(gòu)關(guān)系。該納 米粒子70的多層可以重復(fù)含有絕緣性納米粒子70的單層而形成?；蛘撸?br> 的體積的混合物的^層。例如:在沉積工藝中:、氧化鍺可于存在有充足氧
的氣氛下快速與含有相變化材料的鍺混合而形成。
參考圖13，根據(jù)本發(fā)明的第十一實施例的第十一示范性結(jié)構(gòu)，除了以 第十一實施例中的絕緣性納米粒子的多層取代第九實施例中的絕緣性納米 粒子的單層外，包含有與第九示范性結(jié)構(gòu)的相同結(jié)構(gòu)元件及結(jié)構(gòu)關(guān)系。在
第十一實施例可使用如在第十實施例的絕緣性納米粒子的多層與相變化材 料的體積混合的相同的形成方法。
雖然本發(fā)明已參照特定實施例來加以描述，明顯的是，基于前述內(nèi)容 的替換方式、修改樣式及變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見。因此， 本發(fā)明意欲涵蓋所有此等替換方式、修改樣式及變化，及該等落入本發(fā)明 的范圍及精神內(nèi)及隨附權(quán)利要求之中。
20
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含相變化材料層；電流限制層，其鄰接所述相變化材料層且包含嵌入于導(dǎo)電材料中且由導(dǎo)電材料分隔的絕緣性納米粒子單層；第一導(dǎo)電板，其鄰接所述電流限制層且包含所述導(dǎo)電材料；以及第二導(dǎo)電板，其鄰接所述相變化材料層且與所述第一導(dǎo)電板分開。
2、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述絕緣性納米粒子包含電 介質(zhì)材料，該電介質(zhì)材料選自由氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、碳化 硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化釕、氧化鎢、氧化鋅、硅、鍺、氧化鍺、碳， 或其組合組成的組。
3、 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中每一所述絕緣性納米粒子是 限定在單層內(nèi)的有機分子且具有在約l nm至24 nm的范圍的特征尺寸，所 述特征尺寸選自由全長、全寬或直徑組成的組。
4、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述相變化材料層包含具有 至少一種非硫?qū)僭氐牧驅(qū)僭氐暮辖?，其中硫?qū)僭剡x自由碲、硒及硫 組成的組，至少一種非硫?qū)僭剡x自由鍺、銻、鉍、鉛、錫、砷、硅、磷、 鎵、銦及銀組成的組。
5、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一及第二導(dǎo)電板包含 選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉑(Pt)、銥(Ir)、鑭(La)、鎳(Ni)、釕(Ru)、其他元素金屬及 其合金組成的組的材料。
6、 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含 第一導(dǎo)電板，其包含第一導(dǎo)電材料；相變化材料層，其鄰接所述第一導(dǎo)電板且包含相變化材料； 電流限制層，其包括一組平面排列的分開的絕緣層島狀物，其中每一所述分開的絕緣層島狀物嵌入于選自所述相變化材料及所述第一導(dǎo)電材料的材料的體積材料中且由該體積材料分隔，所述電流限制層具有納米粒子的橫向尺寸，并且直接接觸所述相變化材料層；以及第二導(dǎo)電板，其包含第二導(dǎo)電材料且經(jīng)由所述電流限制層以電阻地連接至所述相變化材料層。
7、 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第二導(dǎo)電板鄰接所述電 流限制層。
8、 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包含由所述相變化材料的另一 體積組成且鄰接所述電流限制層的另一相變化材料層，以及所述第二導(dǎo)電 板。
9、 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述分開的絕緣層島狀物具 有自約3 rnn至60 nm的厚度，并且包含電介質(zhì)材料，該電介質(zhì)材料選自由 氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化釕、 氧化鎢、氧化鋅、硅、鍺、氧化鍺、碳，或其組合組成的組。
10、 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述相變化材料層包含具 有至少一種非硫?qū)僭氐牧驅(qū)僭氐暮辖?，其中硫?qū)僭剡x自由碲、硒及 硫組成的組，至少一種非硫?qū)僭剡x自由鍺、銻、鉍、鉛、錫、砷、硅、 磷、鎵、銦及銀組成的組。
11、 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含 電介質(zhì)層，其含有錐形介層孔側(cè)壁；錐形介層內(nèi)襯，其鄰接所述錐形介層孔側(cè)壁且具有內(nèi)襯底表面，并且 含有嵌入于導(dǎo)電材料中且由該導(dǎo)電材料分隔的絕緣性納米粒子單層； 導(dǎo)電介層栓塞，其鄰接所述錐形的介層內(nèi)襯且包含所述導(dǎo)電材料；相變化材料層，其鄰接所述內(nèi)襯底表面及所述電介質(zhì)層； 底導(dǎo)電板，其鄰接所述相變化材料層。
12、 如權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中每一所述絕緣性納米粒子 是限定在單層內(nèi)的有機分子且具有在約l nm至24 nm的范圍的特征尺寸， 所述特征尺寸選自由全長、全寬或直徑組成的組，并且所述納米粒子形成 單層。
13、 如權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述相變化材料層包含具 有至少一種非硫?qū)僭氐牧驅(qū)僭氐暮辖穑渲辛驅(qū)僭剡x自由碲、硒及 硫組成的組，至少一種非硫?qū)僭剡x自由鍺、銻、鉍、鉛、錫、砷、硅、 磷、鎵、銦及銀組成的組。
14、 如權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電錐形介層及底導(dǎo) 電板包含例如選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鋁(Al)、 銅(Cu)、柏(Pt)、銥(Ir)、鑭(La)、鎳(Ni)、釕(Ru)、及 其合金組成的組的材料。
15、 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包含 頂導(dǎo)電板；電介質(zhì)層，其鄰接所述頂導(dǎo)電板且含有錐形介層孔側(cè)壁；錐形介層內(nèi)襯，其鄰接所述錐形介層孔側(cè)壁且具有內(nèi)襯底表面，并且 含有嵌入于相變化材料中且由該相變化材料分隔的絕緣性納米粒子；介層栓塞，其由所述相變化材料的另一體積組成且由所述錐形介層內(nèi) 襯與所述頂導(dǎo)電板包覆；以及底導(dǎo)電板，其經(jīng)由所述錐形介層以電阻地連接至所述頂導(dǎo)電板。
16、 如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述底導(dǎo)電板鄰接所述內(nèi) 襯底表面及所述電介質(zhì)層。
17、 如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包含由所述相變化材料的另 一體積組成的相變化材料層，其中所述相變化材料層鄰接所述內(nèi)襯底表面、 所述電介質(zhì)層、以及所述底導(dǎo)電板。
18、 如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述絕緣性納米粒子包含 電介質(zhì)材料，該電介質(zhì)材料選自由氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、碳 化硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化釕、氧化鎢、氧化鋅、硅、鍺、氧化鍺、碳， 或其組合組成的組。
19、 如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中每一所述絕緣性納米粒子 是限定在單層內(nèi)的有機分子且具有在約1 nm至24 rim的范圍的特征尺寸， 所述特征尺寸選自由全長、全寬或直徑組成的組，并且所述納米粒子形成 單層。
20、 如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述相變化材料層包含具 有至少一種非硫?qū)僭氐牧驅(qū)僭氐暮辖穑渲辛驅(qū)僭剡x自由碲、硒及 硫組成的組，至少一種非硫?qū)僭剡x自由鍺、銻、鉍、鉛、錫、砷、硅、 磷、鎵、銦及銀組成的組。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流限制的相變化存儲器裝置結(jié)構(gòu)，其中使用具有10nm級尺寸的納米粒子層以形成電流限制層或作為用于自下部絕緣體層形成電流限制層的硬掩模。該納米粒子優(yōu)選在底表面上自我對準(zhǔn)和/或自我平坦化。該電流限制層可形成于底導(dǎo)電板內(nèi)、相變化材料層內(nèi)、頂導(dǎo)電板內(nèi)、或在含有相變化材料或頂導(dǎo)電材料的錐形介層側(cè)壁與介層栓塞之間的錐形內(nèi)襯內(nèi)。該電流限制層周圍局部結(jié)構(gòu)的電流密度高于周圍區(qū)域，因而允許局部溫度升高至高于周圍材料。由于該電流限制層，編程該相變化存儲器裝置所需的總電流及因此編程晶體管的尺寸可以降低。
文檔編號H01L45/00GK101459219SQ20081013607
公開日2009年6月17日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者何家驊, 林仲漢, 湯瑪斯·D.·漢普, 薛銘祥, 西蒙·洛克斯, 蹇·鮑里斯·菲利普, 陳介方, 陳士弘, 陳逸舟, 龍翔瀾 申請人:旺宏電子股份有限公司;國際商業(yè)機器股份有限公司;奇夢達(dá)公司