DE112020005252T5 - Phasenwechselspeicher ohne drift - Google Patents

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Stephen Bedell
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Abstract

Eine untere Elektrode (110) wird auf ein Substrat (105) abgeschieden. Eine Schicht aus dielektrischem Material (115) wird auf die untere Elektrode (110) abgeschieden. In der Schicht aus dielektrischem Material (115) wird ein Loch erzeugt. Eine ablösbare Schicht (116) wird auf die Schicht aus dielektrischem Material (115) aufgeschleudert und gebrannt. Eine Photoresistschicht (117) wird auf die ablösbare Schicht (116) aufgeschleudert und gebrannt. UV-Lithographie wird durchgeführt, um eine Öffnung über dem Loch in der Schicht aus dielektrischem Material (115) zu bilden. Eine Ag-Schicht (120) wird auf der verbleibenden strukturierten Schicht aus dielektrischem Material und der Photoresistschicht (117) abgeschieden. Eine Germanium-Antimon-Tellurid(GST)-Schicht (130) wird auf die Ag-Schicht (120) abgeschieden. Eine obere Elektrode (140) wird auf die GST-Schicht (130) abgeschieden. Die Ag-Schicht (120), die GST-Schicht (130) und die obere Elektrode (140), die auf der Photoresistschicht (117) angeordnet sind, werden zusammen mit der Photoresistschicht (117) und der ablösbaren Schicht (116) entfernt.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Phasenwechselspeicher, insbesondere die Herstellung von Phasenwechselspeichern ohne Drift.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Phasenwechselspeicher („phase-change memory“, PCM) sind ein Typ von nichtflüchtigem Arbeitsspeicher („non-volatile random-access memory“, NVRAM). Phasenwechselspeicher können als PCM oder PCRAM bezeichnet werden. PCM verwenden die besonderen Eigenschaften von Phasenwechselmaterialien, um Informationen in amorphen und kristallinen Phasen zu speichern. Die Materialien können schnell und wiederholt zwischen den Phasen umschalten. Dieses Umschalten wird oft durch Erhitzen durch optischen Impuls oder elektrisches Erhitzen durchgeführt.
  • Informationen oder Daten werden in der Phase des Materials gespeichert. Diese Daten können durch Messen des Widerstands der PCM-Zelle ausgelesen werden. PCM können schnellere RAM-Geschwindigkeiten bieten, während die Daten mit geringerem Strombedarf gespeichert werden.
  • PCM verwenden spezielle Legierungen, einschließlich Germanium-Antimon-Tellur (GST). GST kann durch Wärme umgewandelt werden, um zwei verschiedene Zustände oder „Phasen“ (kristallin und amorph) aufzuweisen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehört ein Verfahren zur Herstellung eines Phasenwechselspeichers (PCM). Bei einer Ausführungsform wird eine untere Elektrode auf ein Substrat abgeschieden. Eine Schicht aus dielektrischem Material wird auf die untere Elektrode abgeschieden. In der Schicht aus dielektrischem Material wird ein Loch erzeugt. Eine ablösbare Schicht wird auf die Schicht aus dielektrischem Material aufgeschleudert und gebrannt. Eine Photoresistschicht wird auf die ablösbare Schicht aufgeschleudert und gebrannt. UV-Lithographie wird durchgeführt, um eine Öffnung über dem Loch in der Schicht aus dielektrischem Material zu erzeugen. Auf die verbleibende strukturierte Schicht aus dielektrischem Material und die Photoresistschicht wird eine Ag-Schicht abgeschieden. Auf die Ag-Schicht wird eine Germanium-Antimon-Tellurid(GST)-Schicht abgeschieden. Auf die GST-Schicht wird eine obere Elektrode abgeschieden. Die Ag-Schicht, die GST-Schicht und die obere Elektrode, die auf der Photoresistschicht angeordnet sind, werden zusammen mit der Photoresistschicht und der ablösbaren Schicht entfernt.
  • Figurenliste
    • 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F und 1G sind bildliche Darstellungen (in einer Schnittansicht), die eine Struktur mit einer Ag- und einer GST-Schicht gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
    • 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G und 2H sind bildliche Darstellungen (in einer Schnittansicht), die eine Struktur mit zwei Ag-Schichten und einer GST-Schicht gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
    • 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F und 3G sind bildliche Darstellungen (in einer Schnittansicht), die eine Struktur mit einer Ag- und einer GST-Schicht gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen; und
    • 4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F sind bildliche Darstellungen (in einer Schnittansicht), die eine Struktur mit einer Ag-dotierten GST-Schicht gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines Phasenwechselspeichers (PCM) bereit. Insbesondere stehen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen mehrschichtigen Stapel von Ag und Germanium-Antimon-Tellurid (GST) durch physikalische Abscheidungsverfahren, einschließlich Verdampfen und Sputtern, bereit, um die Resetwiderstandsdrift in der Phasenwechselspeicherstruktur zu minimieren.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berücksichtigen, dass Phasenwechselmaterialien eine nachteilige Widerstandsdrift zeigen. Im Allgemeinen sollte der Widerstand der Phasenwechselmaterialien über die Zeit konstant bleiben. Leider beeinträchtigt diese Widerstandsdrift die Stabilität des Phasenwechselspeichers und beschränkt seine Entwicklung. Insbesondere verringern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Widerstandsdrift in Phasenwechselmaterialien durch Abscheiden verschiedener Schichten von Ag und GST zwischen oberen und unteren Elektroden.
  • Die Anmelder der vorliegenden Anmeldung haben unerwartet ermittelt, dass das Vorliegen einer mehrschichtigen Struktur von Silber (Ag) und Ge2Sb2Te5 (GST) als PCM-Material die Resetzustand-Widerstandsdrift einer PCM-Zelle im Vergleich zu einer äquivalenten PCM-Zelle, in der eine nicht mit Ag dotierte GST-Legierungsschicht verwendet wird, verringern kann. Der Begriff „mehrschichtige Struktur von Ag und Ge2Sb2Te5 (GST)“ wird in der gesamten vorliegenden Anmeldung verwendet, um eine GST-Legierung zu bezeichnen, in der Ag als bewusst zugesetzte Verunreinigung vorhanden ist. Das Wandern von Ag in GST während der Abscheidung und während des Set- und Reset-Vorgangs minimiert die Widerstandsdrift in dem Resetzustand.
  • Hierin wird eine ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der beanspruchten Strukturen und Verfahren offenbart; es ist aber zu beachten, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich veranschaulichend für die beanspruchten Strukturen und Verfahren sind, die in verschiedenen Formen ausgeführt werden können. Ferner soll jedes der in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen gegebenen Beispiele veranschaulichend und nicht beschränkend sein. Ferner sind die Figuren nicht notwendigerweise maßstabgetreu, wobei manche Elemente überzeichnet sein können, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu verdeutlichen. Daher dürfen spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten, die hierin offenbart werden, nicht als beschränkend ausgelegt werden, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einem Fachmann zu lehren, die Verfahren und Strukturen der vorliegenden Erfindung verschiedenartig einzusetzen.
  • In der Beschreibung bedeutet ein Verweis auf „eine Ausführungsform“, „Ausführungsform“, „beispielhafte Ausführungsform“ usw., dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Element, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal enthalten kann, aber nicht jede Ausführungsform notwendigerweise das/die bestimmte Element, Struktur oder Merkmal enthalten muss. Ferner beziehen sich derartige Ausdrücke nicht notwendigerweise auf die gleiche Ausführungsform. Wenn ferner ein bestimmtes Element, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, wird davon ausgegangen, dass es zum Können eines Fachmanns gehört, das Element, die Struktur oder das Merkmal in Verbindung mit anderen Ausführungsformen, ob ausdrücklich beschrieben oder auch nicht, auszuführen.
  • Für Zwecke der nachstehenden Beschreibung sollen sich die Begriffe „obere“, „untere“, „rechts“, „links“, „vertikal“, „horizontal“, „oben“, „unten“ und Ableitungen davon auf die offenbarten Strukturen und Verfahren wie in den Zeichnungen der Figuren orientiert beziehen. Die Begriffe „darüber liegend“, „auf“, „angeordnet auf“ und „angeordnet über“ bedeuten, dass ein erstes Element, wie z.B. eine erste Struktur, auf einem zweiten Element, wie z.B. einer zweiten Struktur, vorhanden ist, wobei dazwischenliegende Elemente, wie z.B. eine Grenzflächenstruktur, zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element vorhanden sein können. Der Begriff „direkter Kontakt“ bedeutet, dass ein erstes Element, wie z.B. eine erste Struktur, und ein zweites Element, wie z.B. eine zweite Struktur, ohne dazwischenliegende leitfähige, isolierende oder halbleitende Schichten an der Grenzfläche der beiden Elemente verbunden sind. Der Begriff „nichtkristallin“ bezeichnet amorph, nanokristallin oder mikrokristallin. Der Begriff „kristallin“ bezeichnet einkristallin (d.h. monokristallin) oder polykristallin (d.h. multikristallin).
  • Eine typische PCM-Zelle enthält einen Materialstapel aus einer ersten Elektrode, einem PCM-Material, das eine Umwandlung der atomaren Ordnung (von kristallin zu amorph oder umgekehrt) zeigt, und einer zweiten Elektrode. Beispielsweise zeigt ein PCM-Material, das aus einer Germanium-Antimon-Tellur-Legierung (Ge2Sb2Te5- oder GST-Legierung) besteht, in dem kristallinen Zustand einen niedrigen Widerstand (d.h. den Set-Zustand), während eine GST-Legierung in dem amorphen Zustand einen hohen Widerstand (d.h. Resetzustand) aufweist. In typischen PCM-Zellen bestehen die erste und zweite Elektrode aus einem leitfähigen Material, wie z.B. Titannitrid (TiN) oder Wolfram (W), während das PCM-Material aus einem Chalkogenid (d.h. einem Material, das ein Element der Gruppe 16 des Periodensystems der Elemente und ein elektropositiveres Element enthält) besteht. Typischerweise ist ein Chalkogenid, das das PCM-Material bereitstellt, GST.
  • Es wird nun auf 1A bis 1G verwiesen, die ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Phasenwechselspeichers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Bei dem ersten Verfahren wird zuerst eine Ag-Schicht abgeschieden, gefolgt von einer GST-Schicht in einer strukturierten Schicht aus dielektrischem Material zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode. 1A bis 1F zeigen eine bildliche Darstellung (in einer Schnittansicht), die eine Speicherstruktur darstellt, die ein Substrat 105, eine untere Elektrode 110, eine strukturierte dielektrische Schicht 115, eine Ag-Schicht 120, eine GST-Schicht 130 und eine obere Elektrode 140 enthält.
  • Für die erste Ausführungsform zeigt 1A die erste Schicht der Speicherstruktur, das Substrat 105, mit einer unteren Elektrode 110, die auf dem Substrat 105 angeordnet ist. Bei der ersten Ausführungsform besteht das Substrat 105 aus leitfähigem, nichtleitendem oder halbleitendem Material (wie z.B. Silicium). Die untere Elektrode 110 besteht aus einem ersten leitfähigen Material. Das erste leitfähige Material, das die untere Elektrode 110 bereitstellt, kann ein leitfähiges Metall oder ein leitfähiges Metallnitrid sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die untere Elektrode 110 aus Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Wolfram (W) bestehen. Die untere Elektrode 110 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; es werden aber auch andere Dicken für die untere Elektrode 110 in Betracht gezogen und können bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden. Die untere Elektrode 110 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), Sputtern, chemischer Lösungsabscheidung oder Plattieren.
  • Für die erste Ausführungsform zeigt 1B eine Deckschicht aus dielektrischem Material 115, wie z.B. Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid. Die Deckschicht aus dielektrischem Material 115 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; es werden aber auch andere Dicken für die Deckschicht aus dielektrischem Material 115 in Betracht gezogen und können bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden. Die Deckschicht aus dielektrischem Material 115 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern.
  • Für die erste Ausführungsform stellt 1C die Schicht aus dielektrischem Material 115 von 1B dar, die ein Loch mit einer seitlichen Abmessung von 1 Mikrometer oder weniger aufweist und die nun als die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 bezeichnet wird, die erlaubt, dass eine Schicht auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 platziert wird, wobei diese oben platzierte Schicht in Kontakt mit der unteren Elektrode 110 stehen kann. Bei einer Ausführungsform kann ein einziges Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 115 vorhanden sein. Bei einer alternativen Ausführungsform kann mehr als ein Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 115 vorhanden sein. Bei noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann jedes der Löcher an beliebiger Stelle in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 115 angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform werden die Löcher durch optische oder Elektronenstrahllithographie erzeugt und durch reaktives Plasmaätzen oder Ionenstrahlsputtern geätzt.
  • Bei der ersten Ausführungsform, 1D, wird zuerst eine ablösbare Struktur (Schichten 116 und 117) durch lithographische Exposition und Entwicklung erzeugt. Die Struktur von 1D weist eine Ag-Schicht 120 auf, die auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 und die freiliegende Schicht der unteren Elektrode 110 abgeschieden ist und in direktem Kontakt mit der unteren Elektrode 110 steht. Bei einer Ausführungsform weist die Ag-Schicht 120 eine Dicke von weniger als 20 Nanometer (nm) auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Ag-Schicht 120 eine Dicke zwischen 5 nm und 10 nm auf. Bei einer Ausführungsform wird die Ag-Schicht 120 durch thermische Verdampfung auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 abgeschieden. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 116 und eine Photoresistschicht 117 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 115 für die Ag-Schicht 120 freizulegen, ohne zu erlauben, dass die gesamte verbleibende strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 von der Ag-Schicht 120 bedeckt wird. Bei einer Ausführungsform werden die ablösbare Schicht 116 und die Photoresistschicht 117 aufgeschleudert und gebrannt. Bei einer Ausführungsform wird das Loch oder werden die Löcher durch Exponieren gegenüber UV-Licht durch eine Maske, deren Struktur gegenüber dem Loch oder den Löchern in der strukturierten dielektrischen Schicht ausgerichtet ist, hergestellt und die ablösbare Schicht 116 wird durch den Entwickler hinterschnitten.
  • Bei der ersten Ausführungsform, 1E, wird eine GST-Schicht 130 auf die Ag-Schicht 120 abgeschieden und steht in direktem Kontakt. Bei einer Ausführungsform weist die GST-Schicht 130 eine Dicke von weniger als 200 nm auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die GST-Schicht 130 eine Dicke zwischen 20 nm und 50 nm auf. Bei einer Ausführungsform wird die GST-Schicht 130 unter Verwendung von physikalischem Sputtern, insbesondere Hochfrequenz(HF)-Sputtern, auf die Ag-Schicht 120 abgeschieden. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 116 und eine Photoresistschicht 117 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 115 für die Ag-Schicht 120 freizulegen, ohne zu erlauben, dass die gesamte verbleibende strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 von der GST-Schicht 130 bedeckt wird. Bei einer Ausführungsform bedeckt die GST-Schicht 130 die Ag-Schicht 120, bedeckt aber keine anderen Schichten. Bei einer Ausführungsform mischt sich die GST-Schicht 130 während des Abscheidens der GST-Schicht 130 mit der Ag-Schicht 120, um während des Abscheidens der verschiedenen Schichten und durch thermisches Mischen eine einzige Schicht (nicht gezeigt) zu bilden,
  • Bei der ersten Ausführungsform, 1F, wird eine obere Elektrode 140 auf die GST-Schicht 130 abgeschieden und steht in direktem Kontakt. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 116 und eine Photoresistschicht 117 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch zu der oberen Elektrode 140 freizulegen. Die obere Elektrode 140 besteht aus einem zweiten leitfähigen Material. Das zweite leitfähige Material, das die obere Elektrode 140 bereitstellt, kann ein leitfähiges Metall oder ein leitfähiges Metallnitrid sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die obere Elektrode 140 aus Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Wolfram (W) bestehen. Bei manchen Ausführungsformen ist das zweite leitfähige Material ein in seiner Zusammensetzung gleiches leitfähiges Material wie das erste leitfähige Material. Bei einem Beispiel bestehen sowohl die untere Elektrode 110 als auch die obere Elektrode 140 aus Titannitrid (TiN). Bei anderen Ausführungsformen ist das zweite leitfähige Material ein in seiner Zusammensetzung von dem ersten leitfähigen Material verschiedenes leitfähiges Material. Bei einem Beispiel besteht die untere Elektrode 110 aus Titannitrid (TiN) und besteht die obere Elektrode 140 aus Tantalnitrid (TaN). Die obere Elektrode 140 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; obwohl auch andere Dicken für die obere Elektrode 140 in Betracht gezogen werden und bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können. Die obere Elektrode 140 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern.
  • Bei der ersten Ausführungsform, 1G, werden nach Abschluss der Abscheidung der Ag-Schicht 120, der GST-Schicht 130 und der oberen Elektrode 140 die ablösbare Schicht 116 und die Photoresistschicht 117 durch einen chemischen Entferner gelöst, um überschüssige Ag-Schicht 120, GST-Schicht 130 und obere Elektrode 140 zu entfernen.
  • Es wird nun auf 2A bis 2E verwiesen, die ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Phasenwechselspeichers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Bei dem Verfahren werden zwei Ag-Schichten benachbart zu einer oberen bzw. einer unteren Elektrode abgeschieden, wobei eine dotierte Germanium-Antimon-Tellurid(GST)-Schicht zwischen den beiden und eine strukturierte Schicht aus dielektrischem Material zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode zwischen der unteren Ag-Schicht und der ersten Elektrode angeordnet ist. 2A bis 2E zeigen eine bildliche Darstellung (in einer Schnittansicht), die eine Speicherstruktur darstellt, die eine untere Elektrode 210, eine strukturierte dielektrische Schicht 215, eine Ag-Schicht 220, eine GST-Schicht 230, eine Ag-Schicht 240 und eine obere Elektrode 250 enthält.
  • Für eine zweite Ausführungsform zeigt 2A die erste Schicht der Speicherstruktur, das Substrat 205, mit einer unteren Elektrode 210, die auf dem Substrat 205 angeordnet ist. Bei der zweiten Ausführungsform besteht das Substrat 205 aus leitfähigem, nichtleitendem oder halbleitendem Material (wie z.B. Silicium). Die untere Elektrode 210 besteht aus einem ersten leitfähigen Material. Das erste leitfähige Material, das die untere Elektrode 210 bereitstellt, kann ein leitfähiges Metall oder ein leitfähiges Metallnitrid sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die untere Elektrode 210 aus Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Wolfram (W) bestehen. Die untere Elektrode 210 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; es werden aber auch andere Dicken für die untere Elektrode 210 in Betracht gezogen und können bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden. Die untere Elektrode 210 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern, chemischer Lösung oder Plattieren.
  • Für eine zweite Ausführungsform zeigt 2B eine Deckschicht aus dielektrischem Material 215, wie z.B. Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid. Die Deckschicht aus dielektrischem Material 215 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; obwohl auch andere Dicken für die Deckschicht aus dielektrischem Material 215 in Betracht gezogen werden und bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können. Die Deckschicht aus dielektrischem Material 215 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern.
  • Für eine zweite Ausführungsform zeigt 2C die Schicht aus dielektrischem Material 215 von 2B, die ein Loch mit einer seitlichen Abmessung von 1 Mikrometer oder weniger aufweist und die nun als die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 215 bezeichnet wird, die erlaubt, dass eine Schicht auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 215 platziert wird, wobei diese oben platzierte Schicht in Kontakt mit der unteren Elektrode 210 stehen kann. Bei einer Ausführungsform kann ein einziges Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 215 vorhanden sein. Bei einer alternativen Ausführungsform kann mehr als ein Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 215 vorhanden sein. Bei noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann jedes der Löcher an beliebiger Stelle in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 215 angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform werden die Löcher durch optische oder Elektronenstrahllithographie und/oder reaktive Plasmaätzung erzeugt.
  • Für eine zweite Ausführungsform zeigt 2D eine Ag-Schicht 220, die auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 215 und die freiliegende Schicht der unteren Elektrode 210 abgeschieden ist und in direktem Kontakt mit der unteren Elektrode steht. Bei einer Ausführungsform weist die Ag-Schicht 220 eine Dicke von weniger als 20 nm auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Ag-Schicht 220 eine Dicke zwischen 5 nm und 10 nm auf. Bei einer Ausführungsform wird die Ag-Schicht 220 durch thermische Verdampfung auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 215 abgeschieden. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 216 und eine Photoresistschicht 217 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 215 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 215 für die Ag-Schicht 120 freizulegen, ohne zu erlauben, dass die gesamte verbleibende strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 215 von der Ag-Schicht 220 bedeckt wird. Bei einer Ausführungsform werden die ablösbare Schicht 216 und die Photoresistschicht 217 aufgeschleudert und gebrannt. Bei einer Ausführungsform wird das Loch oder werden die Löcher durch Exponieren gegenüber UV-Licht durch eine Maske, deren lithographische Struktur gegenüber dem Loch oder den Löchern in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material ausgerichtet ist, hergestellt und die ablösbare Schicht 216 wird durch den Entwickler hinterschnitten.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform, 2E, wird eine GST-Schicht 230 auf die Ag-Schicht 220 abgeschieden und steht in direktem Kontakt. Bei einer Ausführungsform weist die GST-Schicht 230 eine Dicke von weniger als 200 nm auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die GST-Schicht 230 eine Dicke zwischen 20 nm und 50 nm auf. Bei einer Ausführungsform wird die GST-Schicht 230 unter Verwendung von physikalischem Sputtern, insbesondere Hochfrequenz(HF)-Sputtern, auf die Ag-Schicht 220 abgeschieden. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 216 und eine Photoresistschicht 217 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 215 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 215 für die Ag-Schicht 220 freizulegen, ohne zu erlauben, dass die gesamte verbleibende strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 215 von der GST-Schicht 230 bedeckt wird. Bei einer Ausführungsform bedeckt die GST-Schicht 230 die Ag-Schicht 220, bedeckt aber keine anderen Schichten. Bei einer Ausführungsform mischt sich die GST-Schicht 230 während des Abscheidens der GST-Schicht 230 mit der Ag-Schicht 220, um während des Abscheidens der verschiedenen Schichten und durch thermisches Mischen eine einzige Schicht (nicht gezeigt) zu bilden,
  • Bei einer zweiten Ausführungsform, 2F, wird eine Ag-Schicht 240 auf die GST-Schicht 230 abgeschieden und steht in direktem Kontakt. Bei einer Ausführungsform weist die Ag-Schicht 240 eine Dicke von weniger als 20 nm auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Ag-Schicht 240 eine Dicke zwischen 5 nm und 10 nm auf. Bei einer Ausführungsform wird die Ag-Schicht 240 durch thermische Verdampfung auf die GST-Schicht 230 abgeschieden. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 216 und eine Photoresistschicht 217 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 115 zu bedecken, aber die GST-Schicht 230 freizulegen. Bei einer Ausführungsform mischt sich die Ag-Schicht 240 während des Abscheidens der Ag-Schicht 240 mit der GST-Schicht 230, um während des Abscheidens der verschiedenen Schichten und durch thermisches Mischen eine einzige Schicht (nicht gezeigt) zu bilden.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform, 2G, wird eine obere Elektrode 250 auf die Schichtstruktur abgeschieden, die aus Ag- 220, GST- 230 und Ag-Schicht 240 besteht und die direkt über der unteren Elektrode angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 216 und eine Photoresistschicht 217 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 215 zu bedecken. Die obere Elektrode 250 besteht aus einem zweiten leitfähigen Material. Das zweite leitfähige Material, das die obere Elektrode 250 bereitstellt, kann ein leitfähiges Metall oder ein leitfähiges Metallnitrid sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die obere Elektrode 250 aus Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Wolfram (W) bestehen. Bei manchen Ausführungsformen ist das zweite leitfähige Material ein in seiner Zusammensetzung gleiches leitfähiges Material wie das erste leitfähige Material. Bei einem Beispiel bestehen sowohl die untere Elektrode 210 als auch die obere Elektrode 250 aus Titannitrid (TiN). Bei anderen Ausführungsformen ist das zweite leitfähige Material ein in seiner Zusammensetzung von dem ersten leitfähigen Material verschiedenes leitfähiges Material. Bei einem Beispiel besteht die untere Elektrode 210 aus Titannitrid (TiN) und besteht die obere Elektrode 250 aus Tantalnitrid (TaN). Die obere Elektrode 250 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; obwohl auch andere Dicken für die obere Elektrode 250 in Betracht gezogen werden und bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können. Die obere Elektrode 250 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern.
  • Bei der zweiten Ausführungsform, 2E, werden nach Abschluss der Abscheidung der Ag-Schicht 220, der GST-Schicht 230, der Ag-Schicht 240 und der oberen Elektrode 250 die ablösbare Schicht 216 und die Photoresistschicht 217 durch einen chemischen Entferner gelöst, um überschüssige Ag-Schicht 220, GST-Schicht 230, Ag-Schicht 240 und obere Elektrode 250 zu entfernen.
  • Es wird nun auf 3A bis 3G verwiesen, die ein drittes Verfahren zur Herstellung eines Phasenwechselspeichers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Bei dem dritten Verfahren wird zuerst eine Germanium-Antimon-Tellurid(GST)-Schicht abgeschieden, gefolgt von einer Ag-Schicht und einer oberen Elektrodenschicht. 3A bis 3F zeigen eine bildliche Darstellung (in einer Schnittansicht), die eine Speicherstruktur darstellt, die eine untere Elektrode 310, eine strukturierte dielektrische Schicht 315, eine GST-Schicht 320, eine Ag-Schicht 330 und eine obere Elektrode 340 enthält.
  • Für die dritte Ausführungsform zeigt 3A die erste Schicht der Speicherstruktur, das Substrat 305, mit einer unteren Elektrode 310, die auf dem Substrat 305 angeordnet ist. Bei der ersten Ausführungsform besteht das Substrat 305 aus leitfähigem, nichtleitendem oder halbleitendem Material (wie z.B. Silicium). Die untere Elektrode 310 besteht aus einem ersten leitfähigen Material. Das erste leitfähige Material, das die untere Elektrode 310 bereitstellt, kann ein leitfähiges Metall oder ein leitfähiges Metallnitrid sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die untere Elektrode 310 aus Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Wolfram (W) bestehen. Die untere Elektrode 310 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; es werden aber auch andere Dicken für die untere Elektrode 310 in Betracht gezogen und können bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden. Die untere Elektrode 110 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern, chemischer Lösung oder Plattieren.
  • Für die dritte Ausführungsform zeigt 3B eine Deckschicht aus dielektrischem Material 315, wie z.B. Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid. Die Deckschicht aus dielektrischem Material 315 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; obwohl auch andere Dicken für die Deckschicht aus dielektrischem Material 315 in Betracht gezogen werden und bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können. Die Deckschicht aus dielektrischem Material 315 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern.
  • Für die dritte Ausführungsform zeigt 3C die Schicht aus dielektrischem Material 315 von 3B, die ein Loch mit einer seitlichen Abmessung von 1 Mikrometer oder weniger aufweist und die nun als die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 315 bezeichnet wird, die erlaubt, dass eine Schicht auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 315 platziert wird, wobei diese oben platzierte Schicht in Kontakt mit der unteren Elektrode 310 stehen kann. Bei einer Ausführungsform kann ein einziges Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 315 vorhanden sein. Bei einer alternativen Ausführungsform kann mehr als ein Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 315 vorhanden sein. Bei noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann jedes der Löcher an beliebiger Stelle in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 315 angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform werden die Löcher durch optische oder Elektronenstrahllithographie und reaktive Plasmaätzung oder lonenstrahl-Sputtern erzeugt.
  • Bei der dritten Ausführungsform, 3D, wird eine GST-Schicht 330 auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 315 und die freiliegende Schicht der unteren Elektrode 310 abgeschieden und steht in direktem Kontakt. Bei einer Ausführungsform weist die GST-Schicht 330 eine Dicke von weniger als 200 nm auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die GST-Schicht 330 eine Dicke zwischen 20 nm und 50 nm auf. Bei einer Ausführungsform wird die GST-Schicht 330 unter Verwendung von physikalischem Sputtern, insbesondere Hochfrequenz(HF)-Sputtern, auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 315 und die freiliegende Schicht der unteren Elektrode 310 abgeschieden. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 316 und eine Photoresistschicht 317 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 315 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 315 für die GST-Schicht 330 freizulegen, ohne zu erlauben, dass die gesamte verbleibende strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 315 von der GST-Schicht 330 bedeckt wird. Bei einer Ausführungsform werden die ablösbare Schicht 316 und die Photoresistschicht 317 aufgeschleudert und gebrannt. Bei einer Ausführungsform wird das Loch oder werden die Löcher durch Exponieren gegenüber UV-Licht durch eine Maske, deren lithographische Struktur gegenüber dem Loch oder den Löchern in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material ausgerichtet ist, hergestellt und die ablösbare Schicht 316 wird durch den Entwickler hinterschnitten.
  • Bei der dritten Ausführungsform, 3E, wird eine Ag-Schicht 320 auf die GST-Schicht 330 abgeschieden und steht in direktem Kontakt. Bei einer Ausführungsform weist die Ag-Schicht 320 eine Dicke von weniger als 20 nm auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Ag-Schicht 320 eine Dicke zwischen 5 nm und 10 nm auf. Bei einer Ausführungsform wird die Ag-Schicht 320 durch thermische Verdampfung auf die GST-Schicht 330 abgeschieden. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 316 und eine Photoresistschicht 317 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 315 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 315 für die GST-Schicht 330 freizulegen, ohne zu erlauben, dass die gesamte verbleibende strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 315 von der Ag-Schicht 320 bedeckt wird. Bei einer Ausführungsform bedeckt die Ag-Schicht 320 die GST-Schicht 330, bedeckt aber keine anderen Schichten. Bei einer Ausführungsform mischt sich die GST-Schicht 130 während des Abscheidens der GST-Schicht 330 mit der Ag-Schicht 320, um während des Abscheidens der verschiedenen Schichten und durch thermisches Mischen eine einzige Schicht (nicht gezeigt) zu bilden,
  • Bei der dritten Ausführungsform, 3F, wird eine obere Elektrode 340 direkt auf die Ag-Schicht 320 abgeschieden. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 316 und eine Photoresistschicht 317 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 315 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch für die obere Elektrode 340 freizulegen. Die obere Elektrode 340 besteht aus einem zweiten leitfähigen Material. Das zweite leitfähige Material, das die obere Elektrode 340 bereitstellt, kann ein leitfähiges Metall oder ein leitfähiges Metallnitrid sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die obere Elektrode 340 aus Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Wolfram (W) bestehen. Bei manchen Ausführungsformen ist das zweite leitfähige Material ein in seiner Zusammensetzung gleiches leitfähiges Material wie das erste leitfähige Material. Bei einem Beispiel bestehen sowohl die untere Elektrode 310 als auch die obere Elektrode 340 aus Titannitrid (TiN). Bei anderen Ausführungsformen ist das zweite leitfähige Material ein in seiner Zusammensetzung von dem ersten leitfähigen Material verschiedenes leitfähiges Material. Bei einem Beispiel besteht die untere Elektrode 310 aus Titannitrid (TiN) und besteht die obere Elektrode 340 aus Tantalnitrid (TaN). Die obere Elektrode 340 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; obwohl auch andere Dicken für die obere Elektrode 340 in Betracht gezogen werden und bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können. Die obere Elektrode 340 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern.
  • Bei der dritten Ausführungsform, 3G, werden nach Abschluss der Abscheidung der GST-Schicht 330, der Ag-Schicht 320 und der oberen Elektrode 340 die ablösbare Schicht 316 und die Photoresistschicht 317 durch einen chemischen Entferner gelöst, um überschüssige GST-Schicht 330, Ag-Schicht 320 und obere Elektrode 340 zu entfernen.
  • Es wird nun auf 4A bis 4F verwiesen, die ein viertes Verfahren zur Herstellung eines Phasenwechselspeichers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Bei dem Verfahren wird eine Ag-dotierte Germanium-Antimon-Tellurid(GST)-Schicht zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode abgeschieden. 4A bis 4E zeigen eine bildliche Darstellung (in einer Schnittansicht), die eine Speicherstruktur darstellt, die eine untere Elektrode 410, eine strukturierte dielektrische Schicht 415, eine Ag-dotierte GST-Schicht 420 und eine obere Elektrode 440 enthält.
  • Auch wenn hier nicht praktiziert, zieht die Erfindung eine vierte Ausführungsform in Betracht, bei der anstelle einer wie vorstehend beschriebenen mehrschichtigen Struktur von Ag und GST ein Ag-dotiertes GST als das PCM-Material verwendet wird, um die Resetwiderstandsdrift zu beheben. 4A zeigt die erste Schicht der Speicherstruktur, das Substrat 405, mit einer unteren Elektrode 410, die auf dem Substrat 405 angeordnet ist. Bei der vierten Ausführungsform besteht das Substrat 405 aus leitfähigem, nichtleitendem oder halbleitendem Material (wie z.B. Silicium). Die untere Elektrode 410 besteht aus einem ersten leitfähigen Material. Das erste leitfähige Material, das die untere Elektrode 410 bereitstellt, kann ein leitfähiges Metall oder ein leitfähiges Metallnitrid sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die untere Elektrode 410 aus Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Wolfram (W) bestehen. Die untere Elektrode 410 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; es werden aber auch andere Dicken für die untere Elektrode 410 in Betracht gezogen und können bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden. Die untere Elektrode 410 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern, chemischer Lösung oder Plattieren.
  • Für die vierte Ausführungsform zeigt 4B eine Deckschicht aus dielektrischem Material 415, wie z.B. Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid. Die Deckschicht aus dielektrischem Material 415 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; obwohl auch andere Dicken für die Deckschicht aus dielektrischem Material 415 in Betracht gezogen werden und bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können. Die Deckschicht aus dielektrischem Material 415 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern.
  • Für die vierte Ausführungsform zeigt 4C die Schicht aus dielektrischem Material 415 von 4B, die ein Loch mit einer seitlichen Abmessung von 1 Mikrometer oder weniger aufweist und die nun als die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 415 bezeichnet wird, die erlaubt, dass eine Schicht auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 415 platziert wird, wobei diese oben platzierte Schicht in Kontakt mit der unteren Elektrode 410 stehen kann. Bei einer Ausführungsform kann ein einziges Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 415 vorhanden sein. Bei einer alternativen Ausführungsform kann mehr als ein Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 415 vorhanden sein. Bei noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann jedes der Löcher an beliebiger Stelle in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 415 angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform werden die Löcher durch optische oder Elektronenstrahllithographie und/oder reaktives Plasmaätzen erzeugt.
  • Bei der vierten Ausführungsform, 4D, wird eine Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 auf die untere Elektrode 410 aufgebracht und steht in direktem Kontakt. Bei einer Ausführungsform weist die Ag-dotierte GST-Schicht 420 eine Dicke von weniger als 200 nm auf. Die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 besteht aus GST-Legierung, die (Ag) als ein Verunreinigungs(d.h. Dotierstoff)-Element enthält. Die Verunreinigung ist in der GST-Legierung in einer Menge vorhanden, die ausreicht, um eine Verringerung der Resetzustand-Widerstandsdrift der PCM-Zelle zu bewirken. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung weist die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 eine Dotierstoffkonzentration von 5 Atomprozent bis 15 Atomprozent auf. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung weist die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 eine Dotierstoffkonzentration von 10 Atomprozent bis 45 Atomprozent auf. Eine Ag-Dotierstoffkonzentration von 5 Atomprozent bis 45 Atomprozent in einer GST-Legierung bewirkt eine Verringerung der Resetzustand-Widerstandsdrift einer PCM-Zelle.
  • Bei manchen Ausführungsformen weist die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 eine gleichmäßige Dotierstoffkonzentration von einer Oberfläche der Ag-dotierten GST-Legierungsschicht 420 bis zu einer gegenüberliegenden Oberfläche der Ag-dotierten GST-Legierungsschicht 420 auf. Bei anderen Ausführungsformen weist die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 eine abgestufte Dotierstoffkonzentration auf. Bei manchen Ausführungsformen nimmt die abgestufte Dotierstoffkonzentration sowohl von einer Grenzfläche, die zwischen der unteren Elektrode 410 und der Ag-dotierten GST-Legierungsschicht 420 gebildet ist, als auch von einer Grenzfläche, die zwischen der oberen Elektrode 440 und der Ag-dotierten GST-Legierungsschicht 420 gebildet ist, nach innen ab.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 gebildet werden, indem zuerst eine nicht-Ag-dotierte GST-Legierungsschicht gebildet wird. Die nicht-Ag-dotierte GST-Legierungsschicht kann unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie z.B. chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), gebildet werden. Anschließend können unter Verwendung von Ionenimplantation, Gasphasendotierung oder Dotierstoffdiffusion aus einer Opfermaterialschicht Ag-Ionen in die nicht-Ag-dotierte GST-Legierungsschicht eingeführt werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, bei dem Ag-Ionen während des Abscheidungsverfahrens selbst eingeführt werden, gebildet werden.
  • Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 gebildet werden, indem zuerst einer erste Schicht aus Ag abgeschieden wird, dann eine nicht-Ag-dotierte GST-Legierungsschicht abgeschieden wird und anschließend eine zweite Schicht aus Ag abgeschieden wird. Die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht wird während der Abscheidung der verschiedenen Schichten und durch thermisches Mischen gebildet; wie vorstehend gezeigt und erläutert bleibt keine getrennte Ag-Schicht zurück. Bei manchen Ausführungsformen kann die erste Schicht aus Ag weggelassen werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die zweite Schicht aus Ag weggelassen werden. Die erste Schicht aus Ag und/oder die zweite Schicht aus Ag können unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), Sputtern, chemischer Lösungsabscheidung oder Plattieren, gebildet werden. Die nicht-Ag-dotierte GST-Legierungsschicht kann unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie z.B. chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), gebildet werden. Bei einer Ausführungsform, und wenn die erste und die zweite Schicht aus Ag eingesetzt werden, kann die Dicke der ersten Schicht aus Ag und der zweiten Schicht aus Ag von 3 nm bis 15 nm betragen, während die Dicke der nicht-Ag-dotierten GST-Legierungsschicht von 20 nm bis 150 nm betragen kann.
  • Bei der vierten Ausführungsform, 4D, wird eine Ag-dotierte GST-Schicht 420 auf die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 415 und die freiliegende Schicht der unteren Elektrode 410 abgeschieden und steht in direktem Kontakt. Bei einer Ausführungsform weist die Ag-dotierte GST-Schicht 420 eine Dicke von weniger als 200 nm auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist die GST-Schicht 420 eine Dicke zwischen 20 nm und 50 nm auf. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 416 und eine Photoresistschicht 417 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 415 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material 415 für die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 freizulegen, ohne zu erlauben, dass die gesamte verbleibende strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 415 von der Ag-dotierten GST-Legierungsschicht 420 bedeckt wird. Bei einer Ausführungsform werden die ablösbare Schicht 416 und die Photoresistschicht 417 aufgeschleudert und gebrannt. Bei einer Ausführungsform wird das Loch oder werden die Löcher durch Exponieren gegenüber UV-Licht durch eine Maske, deren lithographische Struktur gegenüber dem Loch oder den Löchern in der strukturierten Schicht aus dielektrischem Material ausgerichtet ist, hergestellt und die ablösbare Schicht 416 wird durch den Entwickler hinterschnitten.
  • Bei der vierten Ausführungsform, 4E, wird eine obere Elektrode 440 auf die Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 abgeschieden. Bei einer Ausführungsform werden eine ablösbare Schicht 416 und eine Photoresistschicht 417 verwendet, um die strukturierte Schicht aus dielektrischem Material 415 zu bedecken, aber das Loch und einen Bereich um das Loch für die obere Elektrode 440 freizulegen. Die obere Elektrode 440 besteht aus einem zweiten leitfähigen Material. Das zweite leitfähige Material, das die obere Elektrode 440 bereitstellt, kann ein leitfähiges Metall oder ein leitfähiges Metallnitrid sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die obere Elektrode 440 aus Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN) oder Wolfram (W) bestehen. Bei manchen Ausführungsformen ist das zweite leitfähige Material ein in seiner Zusammensetzung gleiches leitfähiges Material wie das erste leitfähige Material. Bei einem Beispiel bestehen sowohl die untere Elektrode 410 als auch die obere Elektrode 440 aus Titannitrid (TiN). Bei anderen Ausführungsformen ist das zweite leitfähige Material ein in seiner Zusammensetzung von dem ersten leitfähigen Material verschiedenes leitfähiges Material. Bei einem Beispiel besteht die untere Elektrode 410 aus Titannitrid (TiN) und besteht die obere Elektrode 440 aus Tantalnitrid (TaN). Die obere Elektrode 440 kann eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweisen; obwohl auch andere Dicken für die obere Elektrode 440 in Betracht gezogen werden und bei der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden können. Die obere Elektrode 440 kann durch ein Abscheidungsverfahren gebildet werden, einschließlich beispielsweise chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Sputtern.
  • Bei der vierten Ausführungsform, 4F, werden nach Abschluss der Abscheidung der Ag-dotierten GST-Legierungsschicht 420 und der oberen Elektrode 440 die ablösbare Schicht 416 und die Photoresistschicht 417 durch einen chemischen Entferner gelöst, um überschüssige Ag-dotierte GST-Legierungsschicht 420 und obere Elektrode 440 zu entfernen.
  • Bei jeder der vorstehend beschriebenen vier Ausführungsformen können die PCM-Strukturen zu einer Anordnung von PCM-Materialstapeln gestaltet werden, die zwischen einer ersten und einer zweiten Struktur, die elektrisch leitfähiges Metall enthalten, angeordnet sind, um eine fertige Struktur zu bilden. Dabei kann die erste Struktur, die elektrisch leitfähiges Metall enthält, auf einem Substrat angeordnet sein, das eine Front-Endof-the-Line(FEOL)-Ebene enthalten kann, die eine oder mehrere Halbleitereinheiten auf oder in einem Halbleitersubstrat angeordnet aufweist. Alternativ kann das Substrat eine Back-End-of-the-Line(BEOL)-Ebene aufweisen, die auf einer FEOL-Ebene angeordnet ist. Die BEOL-Ebene enthält eine oder mehrere Anschlussebenen, die ein Anschluss-Dielektrikummaterial mit einer oder mehreren elektrisch leitfähigen Strukturen darin eingebettet aufweist.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die fertige Struktur auch eine Selektor-enthaltende Schicht enthalten, die zwischen jeder ersten Struktur, die elektrisch leitfähiges Metall enthält, und jedem PCM-Stapel angeordnet ist. Jede Selektor-enthaltende Schicht enthält beispielsweise eine Diode oder eine Schwellenwertschalteinheit. Alternativ kann die Selektor-enthaltende Schicht aus der Struktur weggelassen werden. Die fertige Struktur kann durch Verwenden von Verarbeitungsverfahren, die dem Fachmann gut bekannt sind, gebildet werden, mit der Ausnahme der PCM-Materialstrukturen, die wie vorstehend für die vier Ausführungsformen beschrieben unter Verwendung von Ag, GST und/oder Ag-dotiertem GST als das PCM-Material gebildet werden. Obwohl nicht gezeigt, kann die fertige Struktur in eine oder mehrere Anschlussschichten aus dielektrischem Material, die auf einem Substrat gebildet sind, eingebettet sein.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Phasenwechselspeichers (PCM), wobei das Verfahren aufweist: Abscheiden einer unteren Elektrode auf ein Substrat; Abscheiden einer Schicht aus dielektrischem Material auf die untere Elektrode; Erzeugen eines Lochs in der Schicht aus dielektrischem Material; Aufschleudern und Brennen einer ablösbaren Schicht auf die verbleibende Schicht aus dielektrischem Material; Aufschleudern und Brennen einer Photoresistschicht auf die ablösbare Schicht; Durchführen von UV-Lithographie, um eine Öffnung über dem Loch in der Schicht aus dielektrischem Material zu erzeugen; Abscheiden einer von einer Ag-Schicht und einer Germanium-Antimon-Tellurid(GST)-Schicht auf die untere Elektrode und auf die verbleibende Schicht aus dielektrischem Material und die Photoresistschicht; Abscheiden der anderen von der Ag-Schicht und der GST-Schicht auf die eine von der Ag-Schicht und der GST-Schicht; Abscheiden einer oberen Elektrode auf die andere von der Ag-Schicht und der GST-Schicht; und Entfernen der Ag-Schicht, der GST-Schicht und des oberen Elektrodenstapels, die auf der Photoresistschicht angeordnet sind, zusammen mit der Photoresistschicht und der ablösbaren Schicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend: Abscheiden der Ag-Schicht auf die untere Elektrode und auf die verbleibende Schicht aus dielektrischem Material und die Photoresistschicht; Abscheiden der GST-Schicht auf die Ag-Schicht; und Abscheiden einer oberen Elektrode auf die GST-Schicht;
  3. Verfahren nach Anspruch 2, aufweisend: Abscheiden einer ersten Ag-Schicht auf die untere Elektrode und auf die verbleibende Schicht aus dielektrischem Material und die Photoresistschicht; Abscheiden einer Germanium-Antimon-Tellurid(GST)-Schicht auf die erste Ag-Schicht; Abscheiden einer zweiten Ag-Schicht auf die GST-Schicht; Abscheiden einer oberen Elektrode auf die zweite Ag-Schicht; und Entfernen der ersten Ag-Schicht, der GST-Schicht, der zweiten Ag-Schicht und der oberen Elektrode, die auf der Photoresistschicht angeordnet sind, zusammen mit der Photoresistschicht und der ablösbaren Schicht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei während des Abscheidens der ersten Ag-Schicht, der GST-Schicht und der zweiten Ag-Schicht alle drei Schichten durch thermisches Mischen eine Ag-dotierte GST-Legierungsschicht erzeugen können.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Ag-Schicht und die zweite Ag-Schicht eine Dicke von weniger als 20 nm aufweisen.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Ag-Schicht und die zweite Ag-Schicht eine Dicke zwischen 5 nm und 10 nm aufweisen.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 aufweisend: Abscheiden der GST-Schicht auf die untere Elektrode und auf die verbleibende Schicht aus dielektrischem Material und die Photoresistschicht; Abscheiden der Ag-Schicht auf die GST-Schicht; Abscheiden einer oberen Elektrode auf die Ag-Schicht; und Entfernen der GST-Schicht, der Ag-Schicht und der oberen Elektrode, die auf der Photoresistschicht angeordnet sind, zusammen mit der Photoresistschicht und der ablösbaren Schicht.
  8. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 7, wobei während des Abscheidens der GST-Schicht und der Ag-Schicht beide Schichten durch thermisches Mischen eine Ag-dotierte GST-Legierungsschicht erzeugen können.
  9. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 7, wobei die Ag-Schicht eine Dicke von weniger als 20 nm aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 7, wobei die Ag-Schicht eine Dicke zwischen 5 nm und 10 nm aufweist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 und 7, wobei die GST-Schicht eine Dicke von weniger als 200 nm aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 und 7, wobei die GST-Schicht eine Dicke zwischen 20 nm und 50 nm aufweist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 und 7, wobei das Loch eine seitliche Abmessung von 1 Mikrometer oder weniger aufweist.
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