DE112021005680T5

DE112021005680T5 - Phasenwechselspeicherzelle

Info

Publication number: DE112021005680T5
Application number: DE112021005680.8T
Authority: DE
Inventors: Injo OK; Ruqiang Bao; Andrew Herbert Simon; Kevin Brew; Nicole Saulnier; Iqbal Rashid Saraf; Muthumanickam Sankarapandian; Sanjay Mehta
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-09-07
Also published as: GB202310209D0; US11456415B2; WO2022123366A1; CN116635937A; US20220181546A1; GB2617734A; JP2023551634A

Abstract

Eine Halbleiterstruktur (100) enthält ein Heizelement (116), das von einer dielektrischen Schicht (114) umgeben ist, einen Projektions-Liner (124) auf dem Heizelement (116), eine Phasenwechselmaterialschicht (126) über dem Projektions-Liner (124) und einen oberen Elektrodenkontakt (136), der einen oberen Teil der Phasenwechselmaterialschicht (126) umgibt. Der Projektions-Liner (124) kann eine obere Oberfläche des Heizelements (116) bedecken. Der Projektions-Liner (124) kann die Phasenwechselmaterialschicht (126) von der zweiten dielektrischen Schicht (114) und dem Heizelement (124) trennen. Der Projektions-Liner (124) kann einen parallelen Leitungsweg in der kristallinen Phase (126a) und der amorphen Phase (126b) der Phasenwechselmaterialschicht (126) bereitstellen. Der obere Elektrodenkontakt (136) kann durch einen Metall-Liner (134) von der Phasenwechselmaterialschicht (126) getrennt werden. Die Halbleiterstruktur (100) kann eine untere Elektrode (110) unter und in elektrischem Kontakt mit dem Heizelement (116) und eine obere Elektrode (128) über und in elektrischem Kontakt mit der Phasenwechselmaterialschicht (126) enthalten.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Phasenwechselspeicherzelle, insbesondere ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung einer Phasenwechselspeicherzelle mit einem Elektrodenkontakt vom umschließenden Ringtyp und einem Projektions-Liner.
Eine Phasenwechselspeicherzelle kann zum Speichern von Daten verwendet werden. Die Phasenwechselspeicherzelle ist ein nichtflüchtiger Arbeitsspeicher. Eine typische Konfiguration einer Phasenwechselspeicherzelle kann ein Phasenwechselmaterial enthalten, das zwischen wenigstens zwei Elektroden angeordnet und daran gekoppelt ist. Wenn die Phasenwechselspeicherzelle in Verwendung ist, kann das Phasenwechselmaterial in einer von wenigstens zwei reversibel umwandelbaren Phasen betrieben werden, einer amorphen Phase und einer kristallinen Phase. Die amorphe Phase und die kristalline Phase sind voneinander verschieden. In der amorphen Phase weist das Phasenwechselmaterial einen wahrnehmbar höheren Widerstand als in der kristallinen Phase auf. Zum Erzielen eines Phasenübergangs wird dem Phasenwechselmaterial Energie zugeführt, wie z.B. elektrische Energie, Wärmeenergie, jede andere geeignete Form von Energie oder eine Kombination davon, die einen gewünschten Phasenübergang bewirken kann.
Zum Erzielen eines Übergangs von der kristallinen Phase in die amorphe Phase kann eine elektrische Energie, wie z.B. ein Spannungsimpuls, an eine der Elektroden angelegt werden, beispielsweise an eine untere Elektrode, um zu bewirken, dass sich das Phasenwechselmaterial an der Elektrode oder im Wesentlichen in deren Umgebung über seine Schmelztemperatur erwärmt. Anschließend wird das Phasenwechselmaterial schnell unter seine Glastemperatur abgekühlt. Das auf diese Weise behandelte Phasenwechselmaterial wandelt sich von der kristallinen Phase in die amorphe Phase um. In dem Phasenwechselmaterial, in dem ein derartiger Phasenübergang stattgefunden hat, wird ein amorphisierter Bereich erzeugt.
KURZDARSTELLUNG
Bei einer Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Halbleiterstruktur ein Heizelement, das von einer dielektrischen Schicht umgeben ist, einen Projektions-Liner auf dem Heizelement, eine Phasenwechselmaterialschicht über dem Projektions-Liner und einen oberen Elektrodenkontakt, der einen oberen Teil der Phasenwechselmaterialschicht umgibt, auf. Der Projektions-Liner bedeckt eine obere Oberfläche des Heizelements. Der Projektions-Liner trennt die Phasenwechselmaterialschicht von der zweiten dielektrischen Schicht und dem Heizelement. Der obere Elektrodenkontakt wird durch einen Metall-Liner von der Phasenwechselmaterialschicht getrennt. Der Projektions-Liner kann einen parallelen Leitungsweg in der kristallinen Phase und der amorphen Phase der Phasenwechselmaterialschicht bereitstellen. Der obere Elektrodenkontakt kann ein oberer Elektrodenkontakt vom umschließenden Ringtyp sein, der vertikal entlang der Seitenwände der Phasenwechselmaterialschicht verlaufen kann. Die Halbleiterstruktur kann eine untere Elektrode unter und in elektrischem Kontakt mit dem Heizelement und eine obere Elektrode über und in elektrischem Kontakt mit der Phasenwechselmaterialschicht enthalten. Die Halbleiterstruktur kann eine Maskenschicht über und in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode und einen unteren Elektrodenkontakt unter und in elektrischem Kontakt mit der unteren Elektrode enthalten. Die Phasenwechselmaterialschicht kann eine kristalline Phase und eine amorphe Phase enthalten. Die amorphe Phase kann sich direkt über dem Heizelement befinden. Die Halbleiterstruktur kann ferner eine erste Metallschicht unter und in elektrischem Kontakt mit dem unteren Elektrodenkontakt, eine zweite Metallschicht über und in elektrischem Kontakt mit dem oberen Elektrodenkontakt und einen Durchgangskontakt zwischen und in elektrischem Kontakt mit der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht enthalten.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleiterstruktur zwei oder mehr Phasenwechselspeicherzellen enthalten, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind. Jede der zwei oder mehr Phasenwechselspeicherzellen kann eine Phasenwechselmaterialschicht und ein Heizelement enthalten. Die Halbleiterstruktur kann zwei oder mehr obere Elektrodenkontakte auf den zwei oder mehr Phasenwechselspeicherzellen enthalten. Die zwei oder mehr oberen Elektrodenkontakte können durch einen Metall-Liner von den Phasenwechselspeicherzellen getrennt sein. Die zwei oder mehr oberen Elektrodenkontakte können obere Elektrodenkontakte vom umschließenden Ringtyp sein, die vertikal entlang der Seitenwände der Phasenwechselmaterialschicht verlaufen können. Die zwei oder mehr oberen Elektrodenkontakte können vertikal entlang Seitenwandteilen der Phasenwechselmaterialschicht verlaufen. Die Phasenwechselmaterialschicht kann eine kristalline Phase und eine amorphe Phase enthalten. Die amorphe Phase kann sich direkt über dem Heizelement befinden. Die zwei oder mehr Phasenwechselspeicherzellen können das Heizelement, das von einer zweiten dielektrische Schicht umgeben ist, einen Projektions-Liner auf dem Heizelement, die Phasenwechselmaterialschicht über dem Projektions-Liner, eine untere Elektrode unter und in elektrischem Kontakt mit dem Heizelement und eine obere Elektrode über und in elektrischem Kontakt mit der Phasenwechselmaterialschicht enthalten. Der Projektions-Liner kann eine obere Oberfläche des Heizelements bedecken. Der Projektions-Liner kann die Phasenwechselmaterialschicht von der zweiten dielektrischen Schicht und dem Heizelement trennen. Der Projektions-Liner kann einen parallelen Leitungsweg in der kristallinen Phase und der amorphen Phase der Phasenwechselmaterialschicht bereitstellen. Die Halbleiterstruktur kann eine Maskenschicht über und in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode und einen unteren Elektrodenkontakt unter und in elektrischem Kontakt mit der unteren Elektrode enthalten. Die Halbleiterstruktur kann ferner eine erste Metallschicht unter und in elektrischem Kontakt mit dem unteren Elektrodenkontakt, eine zweite Metallschicht über und in elektrischem Kontakt mit dem oberen Elektrodenkontakt und einen Durchgangskontakt zwischen und in elektrischem Kontakt mit der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht enthalten.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren Bilden eines Heizelements, das von einer zweiten dielektrischen Schicht umgeben ist, Abscheiden eines Projektions-Liners auf dem Heizelement, Abscheiden einer Phasenwechselmaterialschicht über dem Projektions-Liner und Bilden eines oberen Elektrodenkontakts, der einen oberen Teil der Phasenwechselmaterialschicht umgibt. Die Phasenwechselmaterialschicht kann eine kristalline Phase und eine amorphe Phase enthalten. Die amorphe Phase kann sich direkt über dem Heizelement befinden. Der Projektions-Liner kann eine obere Oberfläche des Heizelements bedecken. Der Projektions-Liner kann die Phasenwechselmaterialschicht von der zweiten dielektrischen Schicht und dem Heizelement trennen. Der Projektions-Liner kann einen parallelen Leitungsweg in der kristallinen Phase und der amorphen Phase der Phasenwechselmaterialschicht bereitstellen. Der obere Elektrodenkontakt kann durch einen Metall-Liner von der Phasenwechselmaterialschicht getrennt sein. Der obere Elektrodenkontakt kann ein oberer Elektrodenkontakt vom umschließenden Ringtyp sein, der vertikal entlang der Seitenwände der Phasenwechselmaterialschicht verlaufen kann. Das Verfahren kann Bilden einer unteren Elektrode unter und in elektrischem Kontakt mit dem Heizelement und Abscheiden einer oberen Elektrode über und in elektrischem Kontakt mit der Phasenwechselmaterialschicht enthalten. Das Verfahren kann Abscheiden einer Maskenschicht über und in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode und Bilden eines unteren Elektrodenkontakts unter und in elektrischem Kontakt mit der unteren Elektrode enthalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die nachstehende ausführliche Beschreibung, die beispielhaft gegeben wird und die Erfindung nicht allein darauf beschränken soll, wird am besten in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden, wobei:

1 eine Schnittansicht ist, die Heizelemente innerhalb einer zweiten dielektrischen Schicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
2 eine Schnittansicht ist, die einen Projektions-Liner über den Heizelementen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
3 eine Schnittansicht ist, die eine Phasenwechselmaterialschicht, eine obere Elektrode und eine Maskenschicht über den Heizelementen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
4 eine Schnittansicht entlang von Schnitten X-X und Y-Y ist, die obere Elektrodenkontakte mit einem Metall-Liner und einem Durchgangskontakt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
5 eine Schnittansicht ist, die den Projektions-Liner über den Heizelementen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
6 eine Schnittansicht ist, die die Phasenwechselmaterialschicht, die obere Elektrode und die Maskenschicht über den Heizelementen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt; und
7 eine Schnittansicht entlang von Schnitten X-X und Y-Y ist, die obere Elektrodenkontakte mit dem Metall-Liner und dem Durchgangskontakt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt.

Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabgetreu. Die Zeichnungen sind lediglich schematische Darstellungen und sind nicht zum Abbilden spezifischer Parameter der Erfindung vorgesehen. Die Zeichnungen sollen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen. In den Zeichnungen stellt gleiche Benummerung gleiche Elemente dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin werden detaillierte Ausführungsformen der beanspruchten Strukturen und Verfahren offenbart; es ist jedoch zu beachten, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich veranschaulichend für die beanspruchten Strukturen und Verfahren sind, die in verschiedenen Formen ausgeführt werden können. Die vorliegende Erfindung kann aber in zahlreichen verschiedenen Formen ausgeführt werden und darf nicht auf die hierin dargelegten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr werden diese beispielhaften Ausführungsformen bereitgestellt, damit die vorliegende Offenbarung gründlich und vollständig ist und dem Fachmann den Umfang der vorliegenden Erfindung vollständig vermittelt. In der Beschreibung können Einzelheiten von gut bekannten Merkmalen und Verfahren weggelassen sein, um unnötige Komplizierung der vorgestellten Ausführungsformen zu vermeiden.
Für die Zwecke der nachstehenden Beschreibung sollen sich die Begriffe „oberes“, „unteres“, „rechts“, „links“, „vertikal“, „horizontal“, „oben“, „unten“ und Ableitungen davon auf die offenbarten Strukturen und Verfahren, wie sie in den Zeichnungsfiguren orientiert sind, beziehen. Die Begriffe „darüber liegend“, „darauf“, „auf“, „darauf angeordnet“ oder „oben angeordnet“ 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.
Um die Darstellung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht zu komplizieren, können in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung manche Verarbeitungsschritte oder Arbeitsschritte, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, zur Darstellung und aus Veranschaulichungsgründen kombiniert worden sein und können in manchen Fällen nicht ausführlich beschrieben worden sein. In anderen Fällen können manche Verarbeitungsschritte oder Arbeitsschritte, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, gar nicht beschrieben worden sein. Es ist zu beachten, dass die nachstehende Beschreibung vielmehr auf die charakteristischen Merkmale oder Elemente von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet ist.
Wenn die Phasenwechselspeicherzelle in Verwendung ist, kann das Phasenwechselmaterial in einer von wenigstens zwei reversibel umwandelbaren Phasen betrieben werden, einer amorphen Phase und einer kristallinen Phase. Die amorphe und die kristalline Phase können auch als der amorphe und der kristalline Zustand bezeichnet werden. Der amorphe Zustand des Phasenwechselmaterials weist einen hohen Widerstand und eine niedrige Leitfähigkeit auf, während der kristalline Zustand des Phasenwechselmaterials einen niedrigen Widerstand und eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Der amorphe und der kristalline Zustand können zum Programmieren verschiedener Datenwerte in einer Phasenwechselspeicherzelle verwendet werden.
Das Programmieren verschiedener Datenwerte in einer Phasenwechselspeicherzelle kann unter Verwendung von Elektroden, wie z.B. einer unteren Elektrode und einer oberen Elektrode, durchgeführt werden, um dem Phasenwechselmaterial geeignete Spannungen zuzuführen. Abhängig von der angelegten Spannung geht das Phasenwechselmaterial entweder von dem kristallinen Zustand in den amorphen Zustand über, oder umgekehrt. Ferner kann eine Phasenwechselspeicherzelle verschiedene Programmierebenen aufweisen. Jede Programmierebene kann einer anderen Spannung entsprechen, die an das Phasenwechselmaterial angelegt worden ist, um es zu programmieren. Nachdem die Phasenwechselspeicherzelle programmiert ist, kann unter Verwendung der Elektroden eine Lesespannung angelegt werden, um in dieser Phasenwechselmaterialebene gespeicherte Informationen auszulesen. Die Lesespannung kann ausreichend niedrig sein, um zu gewährleisten, dass das Anlegen der Lesespannung die programmierten Zellenzustände nicht stört.
Nachdem die Phasenwechselspeicherzelle programmiert ist, kann der Widerstand der Phasenwechselspeicherzelle aber eine Widerstandsdrift zeigen oder erfahren. Insbesondere ist es der amorphe Zustand, der die Widerstandsdrift zeigen kann. Das bedeutet, dass der Widerstand einer Phasenwechselspeicherzelle in einem amorphen Zustand mit der Zeit zunehmen kann. Der Widerstand der Phasenwechselspeicherzelle ist aufgrund der Widerstandsdrift unvorhersehbar. Daher wäre es von Vorteil, die Widerstandsdrift zu mildern, um den Widerstand des Phasenwechselmaterials vorhersehbar und wiederholbar zu machen. Ferner ermöglicht Mildern der Widerstandsdrift, dass die Phasenwechselspeicherzelle einen Widerstand aufweist, der sich linear mit den angelegten Programmierimpulsen verändern kann.
Zum Mildern von Widerstandsdrift ohne Beeinträchtigung anderer Eigenschaften der Phasenwechselspeicherzelle stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Phasenwechselspeicherzellenstruktur mit einem Elektrodenkontakt vom umschließenden Ringtyp und einem Projektions-Liner sowie ein Verfahren zur Herstellung der Struktur bereit.
1 bis 4 stellen beispielhafte Verfahrensschritte zur Herstellung einer Phasenwechselspeicherzelle mit einem Elektrodenkontakt vom umschließenden Ringtyp und einem Projektions-Liner gemäß einer Ausführungsform dar. 1 bis 3 sind Schnittansichten entlang der Schnittlinie X-X. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie X-X und des Schnitts Y-Y.
1 zeigt eine Struktur 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Struktur 100 kann eine Metallschicht 102, ein NBLOK 104, eine erste dielektrische Schicht 106, eine Sperrschicht 108, untere Elektroden 110, untere Elektrodenkontakte 112, eine zweite dielektrische Schicht 114 und ein Heizelement 116 enthalten. Die Metallschicht 102 kann aus Metall, wie z.B. Kupfer, hergestellt sein. Die Metallschicht 102 kann als die erste Metallschicht bezeichnet werden. Das NBLOK 104 ist ein in Kupferchips verwendeter Sperrfilm. Das NBLOK 104 kann aus stickstoffdotiertem Siliciumcarbid oder kohlenstoffdotiertem Siliciumnitrid hergestellt sein. Das NBLOK 104 kann unter Verwendung von Standard-Abscheidungsverfahren auf der Metallschicht 102 gebildet werden. Das NBLOK 104 kann als das erste NBLOK bezeichnet werden.
Die erste dielektrische Schicht 106 kann unter Verwendung bekannter Abscheidungsverfahren, wie z.B. Atomlagenabscheidung (ALD), chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), auf eine obere Oberfläche des NBLOK 104 abgeschieden werden. Die erste dielektrische Schicht 106 kann aus jedem geeigneten dielektrischen Material mit niedrigem k-Wert, TEOS, oder einer Doppelschicht von TEOS und NBLOK hergestellt werden. Die unteren Elektroden 110 können innerhalb eines Grabens in der ersten dielektrischen Schicht 106 gebildet werden. Nachdem der Graben (nicht gezeigt) gebildet ist, kann die Sperrschicht 108 unter Verwendung bekannter Abscheidungsverfahren, wie z.B. ALD, konform abgeschieden werden. Die Sperrschicht 108 kann aus Tantalnitrid (TaN), Titannitrid (TiN) oder einer beliebigen Kombination davon hergestellt werden. Die Sperrschicht 108 verhindert, dass Material, das die untere Elektrode 110 bildet, in die erste dielektrische Schicht 106 wandert. Anschließend wird der Graben mit einem leitfähigen Material, wie z.B. Kupfer, Wolfram, Cobalt oder Aluminium, das die untere Elektrode 110 bildet, gefüllt. Ein Planarisierungsverfahren, wie z.B. chemisch-mechanisches Polieren (CMP), wird durchgeführt, um überschüssiges Material von einer oberen Oberfläche der Struktur 100 zu entfernen.
Zusätzlich zu den unteren Elektroden 110 enthält die Struktur die unteren Elektrodenkontakte 112. Die unteren Elektrodenkontakte 112 können unter Verwendung von Standard-Abscheidungs- und Lithographieverfahren gebildet werden. Die unteren Elektrodenkontakte 112 können aus leitfähigen Metallen hergestellt werden, wie z.B. Kupfer, Wolfram, Cobalt oder Aluminium, um Fließen von Strom durch die unteren Elektroden 110 und die unteren Elektrodenkontakte 112 zu ermöglichen. Die unteren Elektrodenkontakte 112 sind unter und in elektrischem Kontakt mit den unteren Elektroden 110 angeordnet. Die unteren Elektrodenkontakte 112 sind über und in elektrischem Kontakt mit der Metallschicht 102 angeordnet. Auch wenn zwei untere Elektroden 110 und zwei untere Elektrodenkontakte 112 gezeigt werden, ist zu beachten, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Anzahl von unteren Elektroden 110 und zwei unteren Elektrodenkontakten 112 aufweisen können.
Nachdem die unteren Elektroden 110 gebildet sind, wird die zweite dielektrische Schicht 114 unter Verwendung bekannter Abscheidungsverfahren, wie z.B. ALD, CVD oder PVD, auf einer oberen Oberfläche der Struktur 100 abgeschieden. Die zweite dielektrische Schicht 114 kann aus dielektrischem Material, wie z.B. Siliciumnitrid, auf eine Dicke von etwa 50 nm hergestellt werden.
Ferner zeigt 1, dass das Heizelement 116 so innerhalb der zweiten dielektrischen Schicht 114 über der unteren Elektrode 110 gebildet wird, dass die untere Elektrode 110 unter und in elektrischem Kontakt mit dem Heizelement 116 angeordnet ist. Die Heizelemente 116 sind von der zweiten dielektrischen Schicht 114 umgeben. Auch wenn zwei Heizelemente 116 gezeigt werden, ist zu beachten, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Anzahl von Heizelementen 116 enthalten können. Bei einer Ausführungsform enthält jedes Heizelement 116 eine äußere Schicht 118, eine mittlere Schicht 120 und eine innere Schicht 122. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Heizelement 116 aus einem einzigen Material hergestellt werden, wie z.B. dem Material, das die mittlere Schicht 120 bildet.
Das Heizelement 116 verläuft durch die zweite dielektrische Schicht 114 zu der unteren Elektrode 110 und wird innerhalb eines Grabens gebildet. Zum Entfernen der zweiten dielektrischen Schicht 114 und Bilden des Heizelements 116 kann ein Resist, wie z.B. ein Photoresist, abgeschieden und strukturiert werden. Zum Entfernen der zweiten dielektrischen Schicht 114 kann ein Ätzverfahren, wie z.B. eine reaktive lonenätzung (RIE), unter Verwendung des strukturierten Resists als Ätzmaske durchgeführt werden, bis die untere Elektrode 110 freiliegt. Die äußere Schicht 118 kann unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie z.B. ALD, innerhalb des Grabens konform auf eine Dicke von etwa 5 nm abgeschieden werden. Die äußere Schicht 118 kann aus Material wie z.B. TaN hergestellt werden. Die mittlere Schicht 120 kann unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie z.B. ALD, innerhalb des Grabens auf eine Dicke von etwa 6 nm konform auf die äußere Schicht 118 abgeschieden werden. Die mittlere Schicht 120 kann aus Material wie z.B. TiN hergestellt werden. Die innere Schicht 122 kann unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie z.B. ALD, auf eine Dicke von etwa 20 nm konform auf die mittlere Schicht 120 abgeschieden werden, um den Graben zu füllen. Die mittlere Schicht 120 ist zwischen der äußeren Schicht 118 und der inneren Schicht 122 angeordnet. Die innere Schicht 122 kann aus Material wie z.B. TaN hergestellt werden. Die innere Schicht 122 ist von der mittleren Schicht 120 umgeben. Wenn das Heizelement 116 gebildet ist, kann ein CMP-Verfahren verwendet werden, um überschüssige Teile der äußeren Schicht 118, der mittleren Schicht 120 und der inneren Schicht 122 zu entfernen, die auf oberen Oberflächen der Struktur 100 zurückgeblieben sind.
2 zeigt die Struktur 100 mit einem Projektions-Liner 124 gemäß einer Ausführungsform. Der Projektions-Liner 124 wird unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens, wie z.B. ALD, auf die obere Oberfläche der Struktur 100 aufgebracht, um die obere Oberfläche der Heizelemente 116 und die zweite dielektrische Schicht 114 zu bedecken. Der Projektions-Liner 124 kann aus halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie z.B. amorphem Kohlenstoff oder amorphem Silicium. Der Projektions-Liner 124 kann auch aus einem Metall oder einem Metallnitrid hergestellt werden, wobei die Metallkomponente ein hitzebeständiges Material, wie z.B. Molybdän, Wolfram, Titan, Tantal oder dergleichen, sein kann. Beispielsweise kann der Projektions-Liner 124 aus TaN hergestellt werden. Der Projektions-Liner 124 ermöglicht, dass Strom unter Umgehung eines amorphen Teils der Phasenwechselmaterialschicht von der unteren Elektrode 110 durch eine Phasenwechselmaterialschicht zu einer oberen Elektrode fließt.
Nachdem der Projektions-Liner 124 auf die obere Oberfläche der Struktur 100 abgeschieden worden ist, um die obere Oberfläche der Heizelemente 116 und die zweite dielektrische Schicht 114 zu bedecken, wird der Projektions-Liner 124 strukturiert (nicht gezeigt). Strukturieren kann durch Lithographie und Ätzen durchgeführt werden. Ein Ätzverfahren, wie z.B. ein RIE-Verfahren, kann durchgeführt werden, um bestimmte Teile des Projektions-Liners 124 zu entfernen. Die erhaltene Struktur 100 enthält Teile des Projektions-Liners 124, die direkt über den Heizelementen 116 zurückbleiben. Der Projektions-Liner 124 ragt seitlich über die obere Oberfläche der Heizelemente 116 hinaus; der Projektions-Liner 124 verläuft jedoch nicht seitlich über die gesamte obere Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 114.
3 zeigt die Struktur 100 mit einer Phasenwechselmaterialschicht 126, einer oberen Elektrode 128 und einer Maskenschicht 130 gemäß einer Ausführungsform. Die Phasenwechselmaterialschicht 126 kann unter Verwendung bekannter Abscheidungsverfahren, wie z.B. ALD, auf die obere Oberfläche der Struktur 100 abgeschieden werden. Die Phasenwechselmaterialschicht 126 kann sowohl eine kristalline Phase 126a als auch eine amorphe Phase 126b enthalten. Die amorphe Phase 126b kann sich direkt über dem Heizelement 116 befinden. Die Phasenwechselmaterialschicht 126 kann aus einer Klasse von Materialien hergestellt werden, die vorzugsweise Materialien auf Chalcogenidgrundlage enthalten. Zu Chalcogenen gehören die vier Elemente Sauerstoff (O), Schwefel (S), Selen (Se) und Tellur (Te), die einen Teil der Gruppe VI des Periodensystems bilden. Zu Chalcogeniden gehören Verbindungen eines Chalcogens mit einem stärker elektropositiven Element oder Rest. Zu Chalcogenidlegierungen gehören Kombinationen von Chalcogeniden mit anderen Materialien, wie z.B. Übergangsmetallen. Eine Chalcogenidlegierung enthält gewöhnlich ein oder mehrere Elemente aus der Spalte sechs des Periodensystems, wie z.B. Germanium (Ge) und Zinn (Sn). Oft enthalten Chalcogenidlegierungen Kombinationen, die eines oder mehrere von Antimon (Sb), Gallium (Ga), Indium (In) und Silber (Ag) enthalten.
In der technischen Literatur sind zahlreiche Speichermaterialien auf Phasenwechselgrundlage beschrieben worden, einschließlich Legierungen von Ga/Sb, In/Sb, In/Se, Sb/Te, Ge/Te, Ge/Sb/Te, In/Sb/Te, Ga/Se/Te, Sn/Sb/Te, In/Sb/Ge, Ag/In/Sb/Te, Ge/Sn/Sb/Te, Ge/Sb/Se/Te und Te/Ge/Sb/S. In der Familie der Ge/Sb/T-Legierungen kann ein weiter Bereich von Legierungszusammensetzungen funktionsfähig sein. Die Zusammensetzungen können als TeGe.Sb_100-(a+b) charakterisiert werden. Insbesondere kann ein Übergangsmetall, wie z.B. Chrom (Cr), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Niob (Nb), Palladium (Pd), Platin (Pt) und Gemische und Legierungen davon, mit Ge/Sb/Te kombiniert werden, um eine Phasenwechsellegierung zu bilden, die programmierbare resistive Eigenschaften aufweist.
Die obere Elektrode 128 wird auf der Phasenwechselmaterialschicht 126 abgeschieden, um zu ermöglichen, dass der Strom von den unteren Elektroden 110 durch die Phasenwechselmaterialschicht 126 zu der oberen Elektrode 128 fließt. Die obere Elektrode 128 ist über und in elektrischem Kontakt mit der Phasenwechselmaterialschicht 126 angeordnet. Zum Bilden der oberen Elektrode 128 können bekannte geeignete Abscheidungsverfahren, wie z.B. ALD, CVD oder PVD, verwendet werden. Die obere Elektrode 128 steht in direktem Kontakt mit der Phasenwechselmaterialschicht 126. Die obere Elektrode 128 kann aus im Wesentlichen dem gleichen leitfähigen Material wie die unteren Elektroden 110, wie z.B. TiN, hergestellt werden.
Die Maskenschicht 130 wird unter Verwendung bekannter Abscheidungsverfahren auf der oberen Elektrode 128 abgeschieden. Die Maskenschicht 130 steht in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode 128. Die Maskenschicht 130 kann aus einem dielektrischen Material, wie z.B. Siliciumdioxid, Siliciumnitrid und/oder Siliciumoxynitrid, hergestellt werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die Maskenschicht 130 unter Verwendung eines herkömmlichen Abscheidungsverfahrens, wie z.B. CVD oder PVD, gebildet werden. Anschließend wird die Maskenschicht 130 strukturiert (nicht gezeigt). Das Strukturieren kann durch Lithographie und Ätzen durchgeführt werden. Ein Ätzverfahren, wie z.B. ein RIE-Verfahren, kann durchgeführt werden, um Teile der Maskenschicht 130, der oberen Elektrode 128 und der Phasenwechselmaterialschicht 126 zu entfernen. Die erhaltene Struktur 100 enthält Teile des ersten Projektions-Liners 124, der Phasenwechselmaterialschicht 126, der oberen Elektrode 128 und der Maskenschicht 130, die direkt über dem Heizelement 116 zurückbleiben.
4 zeigt die Struktur 100 mit einer dritten dielektrischen Schicht 132, oberen Elektrodenkontakten 36, einem Durchgangskontakt 138, einem zweiten NBLOK 140 und einer zweiten Metallschicht 142 gemäß einer Ausführungsform. Nach dem Strukturieren der Maskenschicht 130 wird die dritte dielektrische Schicht 132 auf die obere Oberfläche der Struktur 100 abgeschieden, so dass die dritte dielektrische Schicht 132 eine obere Oberfläche der Maskenschicht 130 und der zweiten dielektrischen Schicht 114 bedeckt. Die dritte dielektrische Schicht 132 kann aus einem beliebigen geeigneten dielektrischen Material, wie z.B. Siliciumnitrid, Dielektrika mit niedrigem k-Wert auf Siliciumgrundlage oder TEOS, hergestellt werden. Zum Bilden der dritten dielektrischen Schicht 132 können bekannte geeignete Abscheidungsverfahren verwendet werden, wie z.B. ALD, CVD oder PVD. Die dritte dielektrische Schicht 132 wird aus Materialien hergestellt, die eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweisen. Als Ergebnis wirkt die dritte dielektrische Schicht 132 als Isolator. Ein Planarisierungsverfahren, wie z.B. CMP, wird durchgeführt, um überschüssiges Material, das die dritte dielektrische Schicht 132 bildet, von der oberen Oberfläche der Struktur 100 zu entfernen.
Die Struktur 100 wird strukturiert, um eine Durchgangskontaktöffnung und obere Elektrodenkontaktöffnungen (nicht gezeigt) zu erzeugen. Die oberen Elektrodenkontaktöffnungen verlaufen von der oberen Oberfläche der dritten dielektrischen Schicht 132 durch die Maskenschicht 130 zu der oberen Elektrode 128. Die oberen Elektrodenkontaktöffnungen verlaufen vertikal unter die obere Oberfläche der Phasenwechselmaterialschicht 126. Die Durchgangskontaktöffnung verläuft von der oberen Oberfläche der dritten elektrischen Schicht 132, durch die zweite und die erste dielektrische Schicht 114, 106, durch das NBLOK 104 zu der Metallschicht 102.
Nachdem die Öffnungen gebildet sind, wird ein Metall-Liner 134 unter Verwendung bekannter Abscheidungsverfahren innerhalb der oberen Elektrodenöffnungen konform abgeschieden. Der Metall-Liner 134 kann aus TaN, TiN oder einer beliebigen Kombination davon hergestellt werden. Anschließend werden die Öffnungen mit einem leitfähigen Material, wie z.B. Kupfer, Wolfram, Cobalt oder Aluminium, gefüllt, um die oberen Elektrodenkontakte 136 zu bilden. Der Metall-Liner 134 innerhalb der oberen Elektrodenöffnungen ermöglicht, dass das leitfähige Material gut innerhalb der Öffnungen gebildet wird.
Die oberen Elektrodenkontakte 136 verlaufen vertikal durch die Maskenschicht 130 und die obere Elektrode 128 hinunter in die Phasenwechselmaterialschicht 126. Als Ergebnis umschließen Teile der oberen Elektrodenkontakte 136 die oberen Teile der Phasenwechselmaterialschicht 126. Die oberen Elektrodenkontakte 136 stehen in elektrischem Kontakt mit der oberen Elektrode 128. Die unteren Teile der oberen Elektrodenkontakte 136 bilden einen Ring um die Maskenschicht 130, die obere Elektrode 128 und den oberen Teil der Phasenwechselmaterialschicht 126.
Der Projektions-Liner 124 verbessert in Kombination mit den oberen Elektrodenkontakten 136 vom umschließenden Ringtyp den Widerstandsdriftkoeffizienten und verringert den erforderlichen Programmierstrom. Ferner ermöglicht die Maskenschicht 130 auf der oberen Elektrode 128 Abführen von Wärme durch die obere Elektrode 128 und die Phasenwechselmaterialschicht 126. Dies wiederum ergibt einen längeren Wärmeweg, der stärker isolierend ist und die erforderlichen Programmierströme verringert. Beispielsweise kann während des Lesens eine Spannung an die untere Elektrode 110 angelegt werden und der Strom kann von der unteren Elektrode zu der oberen Elektrode 128 fließen. Der Widerstand des ersten Projektions-Liners 124 wird so ausgewählt, dass der Projektions-Liner 124 nur einen geringen Einfluss auf den Schreibvorgang (während dessen der Phasenübergang erfolgt) aber einen wesentlichen Einfluss auf den Lesevorgang zeigt. Dies ist tatsächlich möglich, da der elektrische Transport in der amorphen Phase 126b stark nichtlinear ist. Bei hohen Feldstärken durchläuft das amorphe Material das so genannte „elektronische Schwellenwertschalten“, das zu einem Zustand mit niedrigem Widerstand führt (ON-Zustand). Wenn also während des Schreibvorgangs mit hoher Feldstärke der Widerstand des Projektions-Liners 124 wesentlich höher als der Widerstand der amorphen Phase 126b in dem ON-Zustand ist, wird der größte Teil des Stroms durch die Phasenwechselmaterialschicht 126 fließen.
Während des Lesevorgangs mit niedriger Feldstärke umgeht der Strom jedoch die amorphe Phase 126b mit hohem Widerstand und fließt durch den Teil des Projektions-Liners 124, der parallel dazu angeordnet ist. Somit wird der Widerstand der Einheit von dem Widerstand dieses Teils des Projektions-Liners 124 dominiert und ist daher ein gutes Maß für die Konfiguration der amorphen/kristallinen Phase. Die Informationen, die gewöhnlich in den Abschnitt der amorphen Phase 126b gespeichert werden, werden sinngemäß auf den Projektions-Liner 124 projiziert. Es ist zu beachten, dass, obwohl der Projektions-Liner 124 während sowohl des Lese- als auch des Schreibvorgangs vorhanden ist, die „Projektion“ dafür ausgelegt ist, nur während des Lesevorgangs zu erfolgen. Somit stellt der Projektions-Liner 124 einen parallelen Leitungsweg in der kristallinen Phase 126a und der amorphen Phase 126b der Phasenwechselmaterialschicht 126 bereit. Der Projektions-Liner 124 wirkt als parallele Widerstände, die Strom um die amorphe Phase 126b umleiten.
Ferner zeigt 4, dass zum Bilden des Durchgangskontakts 138 zuerst die Sperrschicht 108 innerhalb der Durchgangskontaktöffnung abgeschieden wird. Anschließend werden die Durchgangskontaktöffnungen mit einem leitfähigen Material, wie z.B. Kupfer, Wolfram, Cobalt oder Aluminium, gefüllt. Anschließend kann eine CMP durchgeführt werden, um überschüssiges Material von einer oberen Oberfläche der Struktur 100 zu entfernen. Der Durchgangskontakt 138 ist zwischen und in elektrischem Kontakt mit der ersten Metallschicht 102 und der zweiten Metallschicht 142 angeordnet.
Nachdem die oberen Elektrodenkontakte 136 und der Durchgangskontakt 138 gebildet sind, kann die Struktur 100 weitere Verarbeitung durchlaufen, um ein zweites NBLOK 140 und eine zweite Metallschicht 142 zu bilden. Das zweite NBLOK 140 kann unter Verwendung bekannter Abscheidungsverfahren auf die obere Oberfläche der Struktur 100 abgeschieden werden. Das zweite NBLOK 140 kann aus im Wesentlichen dem gleichen Material wie das NBLOK 104 hergestellt werden. Auf dem zweiten NBLOK 140 kann die zweite Metallschicht 142 unter Verwendung bekannter Abscheidungsverfahren abgeschieden werden. Die zweite Metallschicht 142 wird aus im Wesentlichen dem gleichen Material wie die erste Metallschicht 102 hergestellt. Eine untere Oberfläche der zweiten Metallschicht 142 befindet sich in direktem Kontakt mit der oberen Oberfläche der oberen Elektrodenkontakte 136 und der oberen Oberfläche des Durchgangskontakts 138. Anschließend wird die zweite Metallschicht 142 strukturiert und eine vierte dielektrische Schicht 144 wird abgeschieden. Die vierte dielektrische Schicht 144 wird aus im Wesentlichen dem gleichen Material wie die erste dielektrische Schicht 106 hergestellt.
1 bis 4 zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer Phasenwechselspeicherzelle mit dem ersten Projektions-Liner 124, dem Metall-Liner 134 und den oberen Elektrodenkontakten 136 vom umschließenden Ringtyp. Der obere Elektrodenkontakt 136 vom umschließenden Ringtyp hilft in Kombination mit der Maskenschicht 130 auf der oberen Elektrode 128, die Phasenwechselspeicherzelle besser zu isolieren. Dies wiederum kann den Programmierstrom verringern.
Die Phasenwechselspeicherzelle kann aufgrund der Form der amorphen Phase 126b der Phasenwechselmaterialschicht 126 als „Phasenwechselspeicherzelle vom Pilztyp“ bezeichnet werden. Die erhaltene Struktur 100 enthält, wie in 4 gezeigt, den ersten und den zweiten Projektions-Liner 124, 134 und die oberen Elektrodenkontakte 136 vom umschließenden Ringtyp. Der Projektions-Liner 124 trennt die zweite dielektrische Schicht 114 von der Phasenwechselmaterialschicht 126. Der Metall-Liner 134 wird verwendet, um die oberen Elektrodenkontaktöffnungen zu verkleiden, bevor die oberen Elektrodenkontaktöffnungen gefüllt werden, um die oberen Elektrodenkontakte 136 zu erzeugen. Als Ergebnis umgibt der Metall-Liner 134 die oberen Elektrodenkontakte 136. Die oberen Elektrodenkontakte 136 vom umschließenden Ringtyp ermöglichen Einstellen des Wegs zum Fließen des Lesestroms. Das Einstellen kann während des Strukturierens der oberen Elektrodenkontaktöffnungen erfolgen. Beispielsweise kann die obere Elektrodenkontaktöffnung so strukturiert werden, dass sie vertikal weiter entlang der Seitenwände der Phasenwechselmaterialschicht 126 verläuft, um dadurch die Lücke zwischen dem Projektions-Liner 124 und dem Metall-Liner 134 zu verringern.
Der Projektions-Liner 124 stellt einen parallelen Leitungsweg in der kristallinen Phase 126a und der amorphen Phase 126b der Phasenwechselmaterialschicht 126 bereit, um den Widerstandsdriftkoeffizienten bei der Stromauslesung zu mildern. Der Projektions-Liner 124 wirkt als parallele Widerstände, die Strom um die amorphe Phase 126b umleiten. Da die amorphe Phase 126b der Phasenwechselmaterialschicht 126 Widerstandsdrift erfährt, ist die amorphe Phase 126b der dominierende Widerstand. Der Projektions-Liner 124 stellt einen alternativen Stromweg unter der amorphen Phase 126b bereit. Der Widerstand für den Strom, der entlang des Projektions-Liners 124 fließt, stellt den Lese-RESET-Widerstand der Phasenwechselspeicherzelle bereit. Ferner ermöglicht die Kombination des Projektions-Liners 124 und des oberen Elektrodenkontakts 136 vom umschließenden Ringtyp, dass der Strom leichter durch den Projektions-Liner 124, durch die kristalline Phase 126a zu dem oberen Elektrodenkontakt 136 fließt.
Eine weitere Ausführungsform zur Herstellung einer Phasenwechselspeicherzelle mit dem ersten Projektions-Liner 124 und den oberen Elektrodenkontakten 136 vom umschließenden Ringtyp wird nachstehend mit Bezug auf die begleitenden 5 bis 7 ausführlich beschrieben. 5 bis 6 sind Schnittansichten entlang der Schnittlinie X-X. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie X-X und des Schnitts Y-Y. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Phasenwechselmaterialschicht 126 über den Heizelementen 116 getrennt.
5 zeigt eine Struktur 200 bei einer Zwischenstufe der Herstellung nach dem Bilden des Heizelements (wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben) bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Struktur 200 kann der Struktur 100, die vorstehend mit Bezug auf 1 ausführlich beschrieben worden ist, in jeder Hinsicht wesentlich ähnlich sein; bei der vorliegenden Ausführungsform enthält die Struktur 200 jedoch zwei getrennte Teile des Projektions-Liners 124.
Ausgehend von der Struktur 100 von 1 wird der Projektions-Liner 124 unter Verwendung von Abscheidungsverfahren, wie z.B. ALD, auf die obere Oberfläche der Struktur 100 abgeschieden, um die obere Oberfläche der Heizelemente 116 und die zweite dielektrische Schicht 114 zu bedecken. Anschließend wird der Projektions-Liner 124 strukturiert (nicht gezeigt). Strukturieren kann durch Lithographie und Ätzen durchgeführt werden. Ein Ätzverfahren, wie z.B. ein RIE-Verfahren, kann durchgeführt werden, um bestimmte Teile des Projektions-Liners 124 von der oberen Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 114 zu entfernen, die keine Heizelemente 116 direkt darunter liegend aufweist. Ferner werden Teile des Projektions-Liners 124 von der oberen Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 114 entfernt, die zwischen den Heizelementen 116 angeordnet sind. Als Ergebnis verlaufen Teile des Projektions-Liners 124 über die obere Oberfläche der Heizelemente 116 und die obere Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 114, die die Heizelemente 116 umgibt.
6 zeigt die Struktur 200 mit den Phasenwechselmaterialschichten 126, den oberen Elektroden 128 und den Maskenschichten 130 gemäß einer Ausführungsform. Zuerst wird die Phasenwechselmaterialschicht 126 auf die obere Oberfläche der Struktur 200 abgeschieden. Anschließend wird die obere Elektrode 128 auf die Phasenwechselmaterialschicht 126 abgeschieden, gefolgt von der Abscheidung der Maskenschicht 130 auf die obere Elektrode 128. Die Phasenwechselmaterialschicht 126, die obere Elektrode 128 und die Maskenschicht 130 können unter Verwendung von bekannten Abscheidungsverfahren, wie z.B. CVD, PVD oder ALD, abgeschieden werden.
Nachdem sie abgeschieden ist, wird die Maskenschicht 130 strukturiert (nicht gezeigt). Strukturieren kann durch Lithographie und Ätzen durchgeführt werden. Ein Ätzverfahren, wie z.B. ein RIE-Verfahren, kann durchgeführt werden, um Teile der Maskenschicht 130, der oberen Elektrode 128 und der Phasenwechselmaterialschicht 126 zu entfernen, um die obere Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 114 zwischen den Heizelementen 116 freizulegen.
Entfernen von Teilen der Maskenschicht 130, der oberen Elektrode 128 und der Phasenwechselmaterialschicht 126 zwischen den Heizelementen 116 erzeugt eine Öffnung, die von der oberen Oberfläche der Maskenschicht 130 durch die obere Elektrode 128 und die Phasenwechselmaterialschicht 126 zu der freigelegten oberen Oberfläche der zweiten dielektrischen Schicht 114 verläuft. Teile der Maskenschicht 130, der oberen Elektrode 128 und der Phasenwechselmaterialschicht 126 werden auch von Abschnitten der Struktur 200 entfernt, die die Heizelemente 116 innerhalb der zweiten dielektrischen Schicht 114 nicht enthalten. Die in 6 gezeigte erhaltene Struktur 200 enthält zwei Heizelemente 116 mit zwei Phasenwechselspeicherzellen. Als Ergebnis kann das Heizen eines Heizelements 116, beispielsweise des linken Heizelements 116, keine Wirkung auf die Phasenwechselspeicherschicht 126 über dem zweiten Heizelement 116, beispielsweise dem rechten Heizelement 116, zeigen.
Wie in 7 gezeigt, durchläuft die Struktur 200 weitere Verarbeitung, die mit Bezug auf 4 ausführlich beschrieben wird. Die in 7 gezeigte erhaltene Struktur ist im Wesentlichen die gleiche wie die in 4 gezeigte erhaltene Struktur 100, da beide Strukturen den Projektions-Liner 124 enthalten. Der Projektions-Liner 12 ist selbstausgerichtet. Der Projektions-Liner 124 verläuft in beiden Strukturen 100, 200 seitlich über den Heizelementen 116, um die obere Oberfläche der Heizelemente 116 und die obere Oberfläche der umgebenden zweiten dielektrischen Schicht 114 von der unteren Oberfläche der Phasenwechselmaterialschicht 126 zu trennen. Der Metall-Liner 134 umgibt in beiden Strukturen 100, 200 den oberen Elektrodenkontakt 136, um den oberen Elektrodenkontakt 136 von der Phasenwechselmaterialschicht 126, der oberen Elektrode 128 und der Maskenschicht 130 zu trennen.
Die in 7 gezeigte Struktur 200 enthält zwei Phasenwechselspeicherzellen, die von der dritten dielektrischen Schicht 132 getrennt werden. Jede der beiden Phasenwechselspeicherzellen enthält die untere Elektrode 110, das Heizelement 116, die Phasenwechselmaterialschicht 126 und die obere Elektrode 128. Ferner enthält die Struktur 200 zwei obere Elektrodenkontakte 136. Jeder obere Elektrodenkontakt 136 ist ein Elektrodenkontakt vom Ringtyp, der die Maskenschicht 130, die obere Elektrode 128 und obere Teile der Phasenwechselmaterialschicht 126 umschließt. Die oberen Elektrodenkontakte 136 verlaufen vertikal entlang von Seitenwandteilen der Maskenschicht 130, der oberen Elektrode 128 und der Phasenwechselmaterialschicht 126.
Vorstehend beschriebene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen ein Verfahren und eine Struktur zur Herstellung einer Phasenwechselspeicherzelle, die den Projektions-Liner 124 mit einem oberen Elektrodenkontakt 136 vom umschließenden Ringtyp enthält. Die Kombination des Projektions-Liners 124 mit dem oberen Elektrodenkontakt 136 vom umschließenden Ringtyp mildert die Widerstandsdrift durch Bereitstellen eines Stromwegs von der unteren Elektrode 110 zu der oberen Elektrode 128, der die amorphe Phase 126b der Phasenwechselmaterialschicht 126 umgeht. Dies kann den Widerstandsdriftkoeffizienten von einem Bereich von etwa 0,005 bis 0,01 auf einen Bereich von etwa 0,001 bis 0,005 verbessern. Ferner stellt der obere Elektrodenkontakt 136 vom umschließenden Ringtyp einen thermischen Vorteil für die Phasenwechselspeicherzelle bereit und kann den Programmierstrom der Phasenwechselspeicherzelle verringern.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zu Zwecken der Veranschaulichung gegeben worden, sind aber nicht als erschöpfend oder auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt vorgesehen. Dem Fachmann werden zahlreiche Modifikationen und Variationen nahe liegen, ohne von dem Umfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Die hierin verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Grundgedanken der Ausführungsform, die praktische Anwendung oder die technische Verbesserung gegenüber Technologien auf dem Markt am besten zu erklären oder um anderen Fachleuten das Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen zu ermöglichen.

Claims

Halbleiterstruktur; aufweisend: ein Heizelement, das von einer dielektrischen Schicht umgeben ist; einen Projektions-Liner auf dem Heizelement; wobei der Projektions-Liner eine obere Oberfläche des Heizelements bedeckt; eine Phasenwechselmaterialschicht über dem Projektions-Liner, wobei der Projektions-Liner die Phasenwechselmaterialschicht von der dielektrischen Schicht und dem Heizelement trennt; und einen oberen Elektrodenkontakt, der einen oberen Teil der Phasenwechselmaterialschicht umschließt, wobei der obere Elektrodenkontakt durch einen Metall-Liner von der Phasenwechselmaterialschicht getrennt wird.
Struktur nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine untere Elektrode unter und in elektrischem Kontakt mit dem Heizelement; und eine obere Elektrode über und in elektrischem Kontakt mit der Phasenwechselmaterialschicht.
Struktur nach Anspruch 2, ferner aufweisend: eine Maskenschicht über und in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode; und einen unteren Elektrodenkontakt unter und in elektrischem Kontakt mit der unteren Elektrode.
Struktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Phasenwechselmaterialschicht eine kristalline Phase und eine amorphe Phase enthält, wobei sich die amorphe Phase direkt über dem Heizelement befindet.
Struktur nach Anspruch 4, wobei der Projektions-Liner einen parallelen Leitungsweg in der kristallinen Phase und der amorphen Phase der Phasenwechselmaterialschicht bereitstellt.
Struktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der obere Elektrodenkontakt ein oberer Elektrodenkontakt vom umschließenden Ringtyp ist.
Struktur nach Anspruch 1, wobei der obere Elektrodenkontakt vertikal entlang der Seitenwände der Phasenwechselmaterialschicht verläuft.
Halbleiterstruktur, aufweisend: zwei oder mehr Phasenwechselspeicherzellen, die von einer dielektrischen Schicht getrennt werden, wobei jede der zwei oder mehr Phasenwechselspeicherzellen eine Phasenwechselmaterialschicht und ein Heizelement aufweist; und zwei oder mehr obere Elektrodenkontakte auf den zwei oder mehr Phasenwechselspeicherzellen, wobei die zwei oder mehr oberen Elektrodenkontakte durch einen Metall-Liner von den Phasenwechselspeicherzellen getrennt werden, wobei die zwei oder mehr oberen Elektrodenkontakte vertikal entlang von Seitenwandteilen der Phasenwechselmaterialschicht verlaufen.
Struktur nach Anspruch 8, wobei die Phasenwechselmaterialschicht eine kristalline Phase und eine amorphe Phase enthält, wobei sich die amorphe Phase direkt über dem Heizelement befindet.
Struktur nach Anspruch 8, wobei jede der zwei oder mehr Phasenwechselspeicherzellen aufweist: das Heizelement von einer zweiten dielektrischen Schicht umgeben; einen Projektions-Liner auf dem Heizelement, wobei der Projektions-Liner eine obere Oberfläche des Heizelements bedeckt; die Phasenwechselmaterialschicht über dem Projektions-Liner, wobei der Projektions-Liner die Phasenwechselmaterialschicht von der zweiten dielektrischen Schicht und dem Heizelement trennt; eine untere Elektrode unter und in elektrischem Kontakt mit dem Heizelement; und eine obere Elektrode über und in elektrischem Kontakt mit der Phasenwechselmaterialschicht.
Struktur nach Anspruch 9, ferner aufweisend: eine Maskenschicht über und in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode; und einen unteren Elektrodenkontakt unter und in elektrischem Kontakt mit der unteren Elektrode.
Struktur nach Anspruch 10, ferner aufweisend: eine erste Metallschicht unter und in elektrischem Kontakt mit dem unteren Elektrodenkontakt; eine zweite Metallschicht über und in elektrischem Kontakt mit dem oberen Elektrodenkontakt; und einen Durchgangskontakt zwischen und in elektrischem Kontakt mit der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht.
Struktur nach Anspruch 10, wobei der Projektions-Liner einen parallelen Leitungsweg in der kristallinen Phase und der amorphen Phase der Phasenwechselmaterialschicht bereitstellt.
Struktur nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die zwei oder mehr oberen Elektrodenkontakte obere Elektrodenkontakte vom umschließenden Ringtyp sind.
Verfahren, aufweisend: Bilden eines Heizelements, das von einer zweiten dielektrischen Schicht umgeben ist; Abscheiden eines Projektions-Liners auf dem Heizelement, wobei der Projektions-Liner eine obere Oberfläche des Heizelements bedeckt; Abscheiden einer Phasenwechselmaterialschicht über dem Projektions-Liner, wobei der Projektions-Liner die Phasenwechselmaterialschicht von der zweiten dielektrischen Schicht und dem Heizelement trennt; und Bilden eines oberen Elektrodenkontakts, der einen oberen Teil der Phasenwechselmaterialschicht umgibt, wobei der obere Elektrodenkontakt durch einen Metall-Liner von der Phasenwechselmaterialschicht getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner aufweisend: Bilden einer unteren Elektrode unter und in elektrischem Kontakt mit dem Heizelement; und Abscheiden einer oberen Elektrode über und in elektrischem Kontakt mit der Phasenwechselmaterialschicht.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner aufweisend: Abscheiden einer Maskenschicht über und in direktem Kontakt mit der oberen Elektrode; und Bilden eines unteren Elektrodenkontakts unter und in elektrischem Kontakt mit der unteren Elektrode.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Phasenwechselmaterialschicht eine kristalline Phase und eine amorphe Phase enthält, wobei sich die amorphe Phase direkt über dem Heizelement befindet.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Projektions-Liner einen parallelen Leitungsweg in der kristallinen Phase und der amorphen Phase der Phasenwechselmaterialschicht bereitstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der obere Elektrodenkontakt ein oberer Elektrodenkontakt vom umschließenden Ringtyp ist, der vertikal entlang der Seitenwände der Phasenwechselmaterialschicht verläuft.