[發(fā)明專利]相變存儲(chǔ)元件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080053113.8
• 申請(qǐng)日: 2010-10-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102667946A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M·J·布賴特維施;C·H·拉姆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號(hào): G11C13/00
• 分類號(hào): G11C13/00;H01L27/24;H01L45/00;G11C16/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更具體地說(shuō)，涉及具有嵌入單掩模增加（adder）相變存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其使用鎖孔轉(zhuǎn)移（keyhole-transfer）方法的制造方法。

背景技術(shù)

典型地，相變存儲(chǔ)器要求的編程電流要求結(jié)構(gòu)的一些方面具有亞光刻限定的特征尺寸，以便為相變存儲(chǔ)元件和存取電路保持小的單元尺寸。一些應(yīng)用，如熔斷器件，具有更低的面積要求。在這些應(yīng)用中，例如，重要的是最小化將嵌入存儲(chǔ)元件制造到已有互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)中的附加工藝成本。

圖1示出了典型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。如圖1所示，CMOS結(jié)構(gòu)10包括其上形成有硼磷硅酸鹽玻璃（BPSG）介質(zhì)層12的襯底11。使用例如，在BPSG介質(zhì)層12中形成多個(gè)導(dǎo)電接觸14（例如，鎢）并且被氮化鈦襯里15（鎢填充沉積之前使用）環(huán)繞，以形成導(dǎo)電接觸14。還提供存取晶體管，其具有柵極16和與柵極16的側(cè)壁鄰接的隔離物17以及源極/漏極區(qū)域18。在襯底11中形成淺溝槽隔離（STI）區(qū)域19以在存取晶體管和其它器件之間提供電隔離。導(dǎo)電接觸14連接源極/漏極區(qū)域18。第一金屬區(qū)域21（M1）在第一介質(zhì)層20內(nèi)的每個(gè)導(dǎo)電接觸的頂上形成并用第一帽蓋層22帽蓋。然后，形成第二介質(zhì)層23以容納過(guò)孔24并且用第二帽蓋層25帽蓋。在第三介質(zhì)層28中在每個(gè)過(guò)孔24上形成第二金屬區(qū)域26（M2），過(guò)孔24連接第一金屬區(qū)域21和第二金屬區(qū)域26。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明試圖通過(guò)最小化在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中使用的附加光刻掩模層的數(shù)量來(lái)最小化上述工藝的成本。因此，本發(fā)明提供一種用于在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中制造嵌入相變存儲(chǔ)元件的方法，僅增加利用半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的縮放（scaled）尺寸和鎖孔轉(zhuǎn)移方法的單個(gè)光刻掩蔽操作。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中制造相變存儲(chǔ)元件的方法。該方法包括：蝕刻到底電極的上表面的開(kāi)口，所述第一開(kāi)口被形成為具有的這樣的高度，所述高度等于在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的同一層處的介質(zhì)層中形成的金屬區(qū)域的高度；并且在所述開(kāi)口內(nèi)形成保形（conformal）膜并凹陷所述保形膜以暴露所述底電極的所述上表面。該方法還包括在所述開(kāi)口中沉積相變材料；凹陷所述開(kāi)口中的所述相變材料；以及在凹陷的相變材料上形成頂電極。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種具有嵌入其中的單掩模增加相變存儲(chǔ)元件半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。該方法包括：凹陷多個(gè)導(dǎo)電接觸以在襯底中的每個(gè)導(dǎo)電接觸的上表面形成多個(gè)過(guò)孔，所述襯底包括要與所述導(dǎo)電接觸連接的存取電路和在其上形成的第一介質(zhì)層；在形成的每個(gè)過(guò)孔中形成底電極；在各個(gè)底電極上形成的第二介質(zhì)層中形成第一金屬區(qū)域。在第二介質(zhì)層中蝕刻到鄰近所述第一金屬區(qū)域的各底電極的上表面的開(kāi)口，在所述開(kāi)口內(nèi)沉積保形膜并凹陷所述保形膜以暴露所述各底電極的上表面。所述方法還包括在開(kāi)口中沉積相變材料，凹陷在所述開(kāi)口中的所述相變材料，在凹陷的相變材料上形成頂電極，以及形成第二金屬區(qū)域以及在所述第一和第二金屬區(qū)域之間的過(guò)孔以將所述第一金屬區(qū)域連接到所述第二金屬區(qū)域。

仍根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)元件。所述相變存儲(chǔ)元件包括：底電極，在具有存取電路的襯底中的導(dǎo)電接觸的接觸表面上形成，以及開(kāi)口，在底電極的上表面上形成。形成的開(kāi)口的高度等于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的同一層處形成的金屬區(qū)域的高度，并且所述開(kāi)口包括通過(guò)鎖孔轉(zhuǎn)移操作或軸環(huán)（collar）操作蝕刻的保形膜并具有在其中形成的凹陷相變材料和在開(kāi)口中形成頂電極的頂電極材料。

仍根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種具有嵌入其中的單掩模增加相變存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：多個(gè)導(dǎo)電接觸，被凹陷以在襯底內(nèi)的每個(gè)導(dǎo)電接觸的上表面形成多個(gè)過(guò)孔，所述襯底包括要與所述導(dǎo)電接觸連接的存取電路并且具有在其上形成的第一介質(zhì)層；在每個(gè)過(guò)孔中形成的底電極；在各個(gè)底電極處的第一介質(zhì)層上形成的第二介質(zhì)層中形成的第一金屬區(qū)域；以及在所述第二介質(zhì)層中形成的到各底電極的上表面的開(kāi)口，所述開(kāi)口包括通過(guò)鎖孔轉(zhuǎn)移操作或軸環(huán)操作蝕刻的保形膜并具有在其中形成的凹陷相變材料。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括在所述開(kāi)口中的所述凹陷相變材料上形成的頂電極，在所述第二介質(zhì)層上形成的第三介質(zhì)層中形成的過(guò)孔，以及在所述第三介質(zhì)層之上的第四介質(zhì)層中形成第二金屬區(qū)域。在所述第一和第二金屬區(qū)域之間形成在所述第三介質(zhì)層中的過(guò)孔以連接所述第一金屬區(qū)域和所述第二金屬區(qū)域。

通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)將認(rèn)識(shí)到另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。這里將詳細(xì)描述本發(fā)明的其它實(shí)施例和方面并且被認(rèn)為是要求保護(hù)的本發(fā)明的一部分。參考說(shuō)明和附圖是為了更好的理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征。