相變隨機存取存儲器件及其製造方法
2023-06-01 10:30:11 1
專利名稱：相變隨機存取存儲器件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體存儲器件，更具體而言，涉及一種相變隨機存取存儲(PCRAM)器件及其製造方法。
背景技術：
一般地，由於硫族化合物的相轉變，PCRAM器件利用非晶態與晶態之間的電阻差來 儲存數據。更具體而言，根據施加到相變材料的脈衝的寬度和長度，PCRAM器件利用包括硫族化合物鍺(Ge)-銻(Sb)-碲(Te)的相變材料層的可逆的相轉變來將數據儲存為邏輯「O」和邏輯「I」。圖I是說明現有的PCRAM器件的截面圖。參見圖1，在現有的PCRAM器件中，在半導體襯底110上形成有用作字線的結區120，並且在結區120上形成有開關器件130。在開關器件130上形成有下電極140，在下電極140上形成有相變層150以及在相變層150上形成有上電極160。這裡，附圖標記135、145和155分別表示第一至第三層間絕緣層。另外，形成字線接觸170和金屬字線180以與指定數目個單元串結區120連接。圖2是現有的PCRAM器件的布局圖。如圖2所示，在現有的PCRAM器件中，在金屬字線180的延伸方向上為每指定數目個單元串(例如，8個)形成字線接觸170。這裡，在現有的PCRAM器件中，形成金屬字線接觸170以減小結區120的電阻。隨著PCRAM器件被高度集成，因為結區120的電阻被增大，所以要形成這種減小結區120的電阻的結構。然而，由於在指定數目個單元串之間形成字線接觸170，所以不能增加單元串的數目，且晶片尺寸增大。
發明內容
本發明的示例性實施例涉及一種能增加單元串的數目並減小晶片尺寸的相變隨機存取存儲(PCRAM)器件及其製造方法。根據示例性實施例的一個方面，提供了一種PCRAM器件。所述PCRAM可以包括半導體襯底；結字線，所述結字線被形成在所述半導體襯底上；外延字線，所述外延字線被形成在所述結字線上；以及開關器件，所述開關器件被形成在所述外延字線上。根據示例性實施例的另一個方面，提供了一種製造PCRAM器件的方法。所述方法包括以下步驟提供半導體襯底；在所述半導體襯底上形成結字線；在所述結字線上生長外延層以形成外延字線；在所述外延字線上形成層間絕緣層；刻蝕所述層間絕緣層以形成接觸孔；以及在所述接觸孔中形成開關器件。
從以下結合附圖的詳細描述中將更加清楚地理解本發明的主題的以上和其它的方面、特徵以及其它的優點，其中圖I是說明現有的相變隨機存取存儲(PCRAM)器件的截面圖；圖2是說明現有的PCRAM器件的布局圖；圖3是說明根據本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件的截面圖；圖4是說明根據本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件的布局圖；以及·圖5A至是說明根據本發明的一個示例性實施例的製造PCRAM器件的方法的過程的圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖來更詳細地描述示例性實施例。本發明參照截面圖來描述示例性實施例,截面圖是示例性實施例(以及中間結構)的示意性說明。如此，可以預見說明的形狀的變化是例如製造技術和/或公差的結果。因而，示例性實施例不應解釋為限於本發明所說明的區域的具體形狀，而是可以包括例如源自製造的形狀差異。在附圖中，為了清晰起見，可以誇大層和區域的長度和尺寸。相同的附圖標記在附圖中表示相同的元件。也可以理解當提及一層在另一層或襯底「上」時，其可以直接在另一層或襯底上，或也可以存在中間層。圖3是說明根據本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件的截面圖。參見圖3，在本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件300中，在半導體襯底310上形成有包含η型雜質的結字線(junction word line) 321。這裡，使用η型雜質來形成結字線321，但是示例性實施例不限制於此。可以使用相反類型的雜質或金屬材料來形成結字線 321。在結字線321上形成有外延字線322以減小隨高集成度而增大的電阻。可以通過在結字線321上生長矽(Si)材料來形成外延字線322。這裡，可以根據外延字線322的高度和雜質濃度來控制根據本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件300的電阻。因此，如同在相關的技術中那樣，在本發明中可以不形成為減小結字線的電阻而形成的字線接觸。可以通過與在相關的技術中形成開關二極體(具體地，PN 二極體)的方法相同的方法來形成外延字線322。在外延字線322上形成有開關器件330。在開關器件330上形成有下電極340，並且在下電極340上形成有相變層350。在相變層350上形成有上電極360和位線370。附圖標記335、355、365以及375分別表示第
一至第四層間絕緣層。將參照圖4來描述根據一個示例性實施例的PCRAM器件300的布局圖。圖4是說明根據本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件的布局圖。
參見圖4，在根據本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件300中，將位線370和字線320形成為在垂直的延伸方向上排列。在這個實施例中，根據本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件300可以不包括相關技術中的被提供用來減小結字線321的電阻的字線接觸。因而，根據本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件300被配置成包括結字線321和外延字線322作為字線320使得單元串的數目可以增加並且晶片尺寸可以減小。這裡，本發明的示例性實施例示出PCRAM器件300不包括字線接觸，但是示例性實施例不限於此。可以在PCRAM器件300中形成字線接觸。然而，結字線321的電阻因外延字線322而減小，且因而，與相關的技術相比，可以減少字線接觸的數目。圖5A至是順序說明根據本發明的一個示例性實施例的製造PCRAM器件的方法的過程的圖。首先，如圖5A所示，提供半導體襯底310。在半導體襯底310上形成包含η型雜質(或相反類型的雜質或金屬材料)的結字線321。 如圖5Β所示，在結字線321上生長包括矽(Si)材料的外延字線到恆定的高度以減小結字線321的電阻，由此形成外延字線322。在此實施例中，外延字線322的高度取決於結字線321的電阻，或更具體而言，取決於結字線321的雜質濃度。如圖5C所示，在外延字線322上形成層間絕緣層335，並隨後經由幹法刻蝕工藝來刻蝕層間絕緣層335的一部分以形成接觸孔330a。如圖所示，在形成接觸孔330a之後，離子注入η型雜質以在接觸孔330a中形成η型二極體區域。隨後，將P型雜質離子注入到η型二極體區域的上部以形成P型二極體區域。因此，形成PN 二極體型的開關器件330。示例性實施例已經說明了開關器件330包括PN 二極體,但是示例性實施例不限於此。另外，示例性實施例已經說明了在形成外延字線322之後，形成層間絕緣層335並隨後刻蝕層間絕緣層335以形成接觸孔330a，並且在接觸孔330a中形成開關器件330，但是示例性實施例不限於此。可以通過同時形成用於外延字線322和開關器件330的外延層，然後將P型雜質離子和η型雜質離子注入到外延層中以形成開關器件330，來形成開關器件330。隨後，如圖3所示，在開關器件330上形成下電極340、相變層350、上電極360以及位線370。在根據本發明的一個示例性實施例的PCRAM器件300中，在不形成字線接觸的情況下，在結字線321上形成外延字線322以減小字線320的電阻。因而，根據本發明的一個不例性實施例的PCRAM器件300可以不包括相關技術的字線接觸，使得單元串的數目可以增加且單元尺寸可以減小。儘管以上已經描述了某些實施例，但是可以理解的是描述的實施例僅僅是示例性的。因此，本發明描述的器件和方法不應基於所描述的實施例受限制。更確切地說，應當僅根據結合以上描述和附圖的下述權利要求來限定本文描述的系統和方法。
權利要求
1.一種相變隨機存取存儲器件即PCRAM器件，包括 半導體襯底； 結字線，所述結字線被形成在所述半導體襯底上； 外延字線，所述外延字線被形成在所述結字線上；以及 開關器件，所述開關器件被形成在所述外延字線上。
2.如權利要求I所述的PCRAM器件，其中，所述結字線包括含有η型雜質和金屬材料中的任何一種的材料。
3.如權利要求2所述的PCRAM器件，其中，所述外延字線包括生長的矽材料。
4.如權利要求I所述的PCRAM器件，其中，所述PCRAM器件不包括字線接觸。
5.一種製造相變隨機存取存儲器件即PCRAM器件的方法，包括以下步驟 提供半導體襯底； 在所述半導體襯底上形成結字線； 在所述結字線上生長外延層以形成外延字線； 在所述外延字線上形成層間絕緣層； 刻蝕所述層間絕緣層以形成接觸孔；以及 在所述接觸孔中形成開關器件。
6.如權利要求5所述的方法，其中，形成所述結字線的步驟包括使用η型雜質和金屬材料中的任何一種來形成所述結字線。
7.如權利要求6所述的方法，其中，形成所述外延字線的步驟包括生長矽材料。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述外延字線的高度取決於所述結字線的雜質濃度。
全文摘要
本發明公開了一種相變隨機存取存儲(PCRAM)器件及其製造方法。所述PCRAM器件包括半導體襯底；結字線，所述結字線被形成在所述半導體襯底上；外延字線，所述外延字線被形成在所述結字線上；以及開關器件，所述開關器件被形成在所述外延字線上。
文檔編號H01L45/00GK102842673SQ20121018582
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月7日 優先權日2011年6月21日
發明者李章旭 申請人:愛思開海力士有限公司