[發明專利]半導體器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201210407606.8
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN103137864A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 金珍赫;李根;權寧錫
• 申請（專利權）人: 愛思開海力士有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 周曉雨;俞波

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年11月22日向韓國專利局提交的申請號為10-2011-0122303的韓國專利申請的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及一種半導體器件，更具體而言，涉及一種半導體器件及其制造方法。

背景技術

在要求存儲器件具有低功耗的情況下，已經研究了具有非易失性和非刷新性的下一代存儲器件。作為這種下一代存儲器件的實例的相變隨機存取存儲器（PCRAM）利用施加到相變層（例如，硫族化物化合物）的電脈沖所產生的相變層的非晶態和晶態之間的電阻差異來儲存數據。

在現有的PCRAM中，使用MOS晶體管或PN二極管作為開關元件。當使用MOS晶體管作為開關元件時，在PCRAM的集成上的改進有所限制。當使用PN二極管作為開關元件時，多個PN二極管經由形成在有源區的表面中的N+區而彼此電連接。因而，由于N+區的大電阻的緣故，單元的驅動電流彼此不同。因此，需要一種具有改進設計的PCRAM以及制造這種改進的PCRAM的方法。

近年來，一般使用肖特基二極管作為現有PCRAM的開關元件。

現有的PCRAM使用半導體襯底上的金屬字線和形成在字線上的肖特基二極管。

肖特基二極管包括與字線接觸的阻擋金屬層（barrier?metal?layer）和形成在阻擋金屬層上的P+多晶硅層。

在使用肖特基二極管的現有PCRAM中，必須要增加阻擋金屬層的高度以控制關態電流，而為了增加阻擋金屬層的高度必須要降低阻擋金屬層的功函數。

在制造現有PCRAM時，用于字線或阻擋金屬層的金屬可以包括鋁（Al）、鎢（W）、氮化鈦（TiN）或銅（Cu）。然而，由于后續的熱處理要在700°C或更高的溫度執行，所以難以使用諸如Al或Cu的金屬材料。因而通常使用TiN作為用于字線或阻擋金屬層的金屬。

然而，TiN具有大的功函數，例如大約4.7eV，這降低了PCRAM的性能。

發明內容

本發明的一個或更多個示例性實施例提供了一種半導體器件及其制造方法，所述半導體器件能夠通過改善作為形成半導體器件的材料中的一種的金屬氮化物層的特性來增強其可靠性。

根據示例性實施例的一個方面，提供一種半導體器件。所述半導體器件可以包括：半導體襯底，其中形成有字線區；以及阻擋金屬層，所述阻擋金屬層由金屬氮化物形成、被布置在字線區上、并引起產生肖特基結，所述阻擋金屬層包括：由硝化的第一材料形成的第一氮化物材料；以及由硝化的第二材料形成的第二氮化物材料，其中所述阻擋金屬層由第一氮化物材料和第二氮化物材料的混合物形成，并且其中第一材料或第二材料中的任何一種富含用于形成金屬氮化物的金屬。

根據示例性實施例的另一個方面，提供一種半導體器件。所述半導體器件可以包括：半導體襯底，其中形成有字線區；以及阻擋金屬層，所述阻擋金屬層由金屬氮化物形成、被布置在字線區上、并引起產生肖特基結，所述字線區包括由硝化的第一材料形成的第一氮化物材料；以及由硝化的第二材料形成的第二氮化物材料，其中所述字線區由第一氮化物材料和第二氮化物材料的混合物形成，并且其中第一材料或第二材料中的至少一種富含用于形成金屬氮化物的金屬。

根據示例性實施例的另一個方面，提供一種制造半導體器件的方法。所述方法可以包括以下步驟：提供形成有字線區的半導體襯底；將第一材料沉積在字線區上；通過將第一材料硝化來形成第一氮化物材料；判定第一氮化物材料是否具有期望的厚度，其中如果第一氮化物材料具有期望的厚度，則將第二材料沉積在第一氮化物材料上、通過將第二材料硝化來形成第二氮化物材料、并判定第二氮化物材料是否被沉積到期望的厚度，其中如果第二氮化物材料具有期望的厚度，則將P+多晶硅層沉積在第二氮化物材料上，并且其中第一材料或第二材料富含用于形成第一氮化物材料或第二氮化物材料的材料。

根據示例性實施例的另一個方面，提供一種制造半導體器件的方法。所述方法可以包括以下步驟：提供半導體襯底；將第一材料沉積在半導體襯底上；將第一材料硝化以形成第一氮化物材料；判定第一氮化物材料是否具有期望的厚度，其中如果第一氮化物材料具有期望的厚度，則將第二材料沉積在第一氮化物材料上、將第二材料硝化以形成第二氮化物材料、并判定第二氮化物材料是否被沉積到期望的厚度，其中如果第二氮化物材料具有期望的厚度，則在第二氮化物材料上形成阻擋金屬層；以及將P+多晶硅層沉積在阻擋金屬層上，其中第一材料和第二材料中的至少一種富含用于形成第一氮化物材料或第二氮化物材料的金屬。