[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201110459129.5
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103187523A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 徐佳;吳關平;劉燕;任佳棟
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;G11C11/56
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 屠長存

技術領域

本發明涉及半導體領域，特別涉及半導體器件及其制造方法。

背景技術

隨著信息產業的高速發展，對存儲器的要求也越來越高。相變隨機存取存儲器(PCRAM)以其高效讀取、高可擦寫次數、非易失性、單元面積小、低功耗、低成本、可多級存儲、抗震性能強和抗輻射等優點成為目前存儲技術的研究熱點。

相變隨機存取存儲器利用相變材料在不同狀態下具有不同電阻值的特性來記錄數據。當相變材料處于結晶狀態時具有較低的電阻，而當相變材料層處于非晶狀態時，其電阻較高。因此，可通過使相變材料在結晶相和非晶相之間轉換來記錄數據，也可以通過測量相變材料的電阻值來讀取數據。

圖1示意性地示出了傳統相變隨機存儲器中一個存儲單元的結構圖。

如圖1所示，一個存儲單元主要包括：位于絕緣材料層150中的上電極160、位于絕緣材料層110中的下電極120和位于上電極160和下電極120之間的相變材料層130。在上述結構的相變存儲單元中，在電流脈沖的驅動作用下，相變材料層130的晶態可以發生改變。相變材料層130與插塞的接觸面積越小，則發生相變所需的驅動電流就會越小。

隨著半導體器件集成度的不斷提高，對驅動電流的低值化要求越來越高，但現有器件的驅動電流難以滿足這一要求。這是由于，在現有的相變單元中采用上電極/相變材料/下電極的連接方式，利用現有的光刻蝕刻工藝難以得到較小的下電極接觸面積。例如，對于上電極/相變材料/下電極結構，利用現有的光刻蝕刻工藝所制備的下電極與相變材料的接觸尺寸(BEC)大于70nm。

發明內容

本發明的發明人發現了現有技術中存在的下電極與相變材料接觸面積過大的問題。本發明的一個目的是提供一種新的技術方案，使得下電極與相變材料的接觸面積較小，從而降低驅動電流。

根據本發明的第一方面，提供一種半導體器件，包括：

相變單元，該相變單元包括上部絕緣材料層、下部絕緣材料層以及夾在所述上部絕緣材料層和所述下部絕緣材料層之間的相變材料層；第一側壁電極和第二側壁電極，該第一側壁電極和第二側壁電極分別位于相變單元相反的兩個側壁上，并與相變材料層的端面接觸。

優選地，相變材料層的材料為GeSbTe硫族化合物，上部絕緣材料層和下部絕緣材料層的材料為絕緣氧化物。

優選地，第一側壁電極和第二側壁電極的材料為氮化鈦。

優選地，半導體器件還包括第一絕緣材料層，該第一絕緣材料層位于相變單元之下；第一導電插塞，該第一導電插塞貫穿第一絕緣材料層，并與第一側壁電極電連接；第二絕緣材料層，該第二絕緣材料層位于第一絕緣材料層之上，并與相變單元齊平。

可選地，第一側壁電極包括豎直延伸部。該豎直延伸部的下端與第一導電插塞的上端電連接。

可選地，第一側壁電極包括豎直延伸部和水平延伸部。其中，該豎直延伸部的下端與水平延伸部的一端相連接，并且水平延伸部與第一導電插塞的上端電連接。

優選地，半導體器件還包括埋置N+層(BNP，Buried?N?Plus?Layer)和位于BNP之上的選通二極管。該選通二極管的上端與第一導電插塞的下端電連接。

優選地，半導體器件還包括：第三絕緣材料層，該第三絕緣材料層位于第二絕緣材料層之上；第二導電插塞，該第二導電插塞貫穿第三絕緣材料層，并且第二導電插塞的下端與第二側壁電極的上端電連接，第二導電插塞的上端與位線電連接。

半導體器件還包括貫穿第一絕緣材料層、第二絕緣材料層和第三絕緣材料層的第三導電插塞。第三導電插塞的下端與BNP上的摻雜區電連接，第三導電插塞的上端與位線電連接。

根據本發明的第二方面，提供一種制造半導體器件的方法。該方法包括：形成相變單元，該相變單元包括上部絕緣材料層、下部絕緣材料層以及夾在上部絕緣材料層和下部絕緣材料層之間的相變材料層；形成第一側壁電極和第二側壁電極，該第一側壁電極和第二側壁電極分別位于相變單元相反的兩個側壁上，并與相變材料層的端面接觸。

優選地，形成相變單元的步驟包括：依次形成下部絕緣材料層、相變材料層和上部絕緣材料層；對所述下部絕緣材料層、相變材料層和上部絕緣材料層進行刻蝕以形成相變單元。

優選地，相變材料層的材料為GeSbTe硫族化合物。上部絕緣材料層和下部絕緣材料層的材料為絕緣氧化物。

優選地，形成第一側壁電極和第二側壁電極的步驟包括：沉積電極層以覆蓋相變單元的上部絕緣材料層和側壁；對電極層進行刻蝕，以形成第一側壁電極和第二側壁電極。

優選地，電極層的材料為氮化鈦。