FR2879013A1 - Phase changeable memory cell comprises phase change material pattern disposed on lower interlayer dielectric layer to contact lower conductive plug - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne des dispositifs àThe present invention relates to devices
semiconducteur et des procédés de fabrication de ceux-ci, et elle concerne plus particulièrement des cellules de mémoire à changement de phase et des procédés de 5 fabrication de celles-ci Des dispositifs de mémoire non volatile conservent leurs données stockées même lorsque leurs alimentations sont mises hors fonction, et par conséquent des dispositifs de mémoire non volatile ont été largement utilisés conjointement à des ordinateurs, des systèmes de télécommunication mobiles, des cartes à mémoire, etc. Par exemple, le dispositif de mémoire flash est un type de dispositif de mémoire non volatile largement utilisé. De nombreux dispositifs de mémoire flash emploient des cellules de mémoire ayant une structure de grille empilée. La structure de grille empilée d'un dispositif de mémoire flash comprend de façon caractéristique une couche d'oxyde tunnel, une grille flottante, une couche diélectrique intergrille et une électrode de grille de commande, qui sont toutes empilées successivement sur une région de canal. En outre, pour améliorer la fiabilité et l'efficacité de programmation de cellules de mémoire flash, la qualité de pellicule de la couche d'oxyde tunnel doit être améliorée et le rapport de couplage de la cellule de mémoire flash doit être augmenté. and non-volatile memory devices retain their stored data even when their power supplies are turned on. off, and therefore non-volatile memory devices have been widely used in conjunction with computers, mobile telecommunication systems, smart cards, etc. For example, the flash memory device is a widely used type of nonvolatile memory device. Many flash memory devices employ memory cells having a stacked gate structure. The stacked gate structure of a flash memory device typically includes a tunnel oxide layer, a floating gate, an intergrid dielectric layer, and a control gate electrode, all of which are stacked successively on a channel region. In addition, to improve the reliability and programming efficiency of flash memory cells, the film quality of the tunnel oxide layer must be improved and the coupling ratio of the flash memory cell must be increased.
D'autres types de dispositifs de mémoire non volatile, par exemple des dispositifs de mémoire à changement de phase, sont utilisés depuis peu à la place de dispositifs de mémoire flash. Une cellule élémentaire d'un dispositif de mémoire à changement de phase comprend de façon caractéristique un dispositif de commutation et un élément de stockage de données connecté en série au dispositif de commutation. L'élément de stockage de données d'un dispositif de mémoire à changement de phase comprend une électrode inférieure connectée électriquement au dispositif de commutation, un motif de matériau à changement de phase disposé sur l'électrode inférieure, et une électrode supérieure disposée sur le motif de matériau à changement de phase. De façon générale, l'électrode inférieure remplit la fonction d'un élément chauffant. Par exemple, lorsqu'un courant d'écriture circule à travers le dispositif de commutation et l'électrode inférieure, de la chaleur, mesurée en unités d'énergie (joules), est générée à une interface entre le motif de matériau à changement de phase et l'électrode inférieure. La chaleur mesurée en unités d'énergie (joules) convertit le motif de matériau à changement de phase en un état amorphe ou un état cristallin. Other types of nonvolatile memory devices, such as phase change memory devices, have recently been used in place of flash memory devices. An elementary cell of a phase change memory device typically includes a switching device and a data storage element connected in series with the switching device. The data storage element of a phase change memory device comprises a lower electrode electrically connected to the switching device, a phase change material pattern disposed on the lower electrode, and an upper electrode disposed on the pattern of phase change material. In general, the lower electrode performs the function of a heating element. For example, when a write current flows through the switching device and the lower electrode, heat, measured in units of energy (joules), is generated at an interface between the pattern of change material. phase and the lower electrode. The heat measured in units of energy (joules) converts the pattern of phase change material into an amorphous state or a crystalline state.
La figure 1 est une coupe illustrant une partie d'une cellule de mémoire à changement de phase classique. Fig. 1 is a sectional view illustrating a portion of a conventional phase change memory cell.
En se référant à la figure 1, on note qu'une couche diélectrique intercouche inférieure 3 est établie sur un substrat semiconducteur 1. Le substrat semiconducteur 1 est connecté électriquement à une traversée de contact 5, qui traverse la couche diélectrique intercouche inférieure 3. With reference to FIG. 1, it will be noted that a lower interlayer dielectric layer 3 is established on a semiconductor substrate 1. The semiconductor substrate 1 is electrically connected to a contact crossing 5, which passes through the lower interlayer dielectric layer 3.
La traversée de contact 5 remplit la fonction d'une électrode inférieure. Un motif de matériau à changement de phase 7 est empilé sur la couche diélectrique intercouche inférieure 3 pour recouvrir l'électrode inférieure 5. De plus, une surface supérieure du motif de matériau à changement de phase 7 est en contact avec une électrode supérieure 9. L'électrode supérieure 9 est auto-alignée avec le motif de matériau à changement de phase 7 de façon à avoir la même largeur que le motif de matériau à changement de phase 7. The contact crossing 5 fulfills the function of a lower electrode. A phase change material pattern 7 is stacked on the lower interlayer dielectric layer 3 to cover the lower electrode 5. In addition, an upper surface of the phase change material pattern 7 is in contact with an upper electrode 9. The upper electrode 9 is self-aligned with the phase change material pattern 7 so as to have the same width as the phase change material pattern 7.
Le motif de matériau à changement de phase 7 peut être constitué d'une couche d'un matériau du type chalcogénure, comme une couche de GeSbTe (qu'on appelle ci-après une couche de GST). La couche de GST réagit aisément avec une couche de matériau conducteur, telle qu'une couche de silicium polycristallin (poly-Si). Par exemple, lorsque la couche de GST est en contact direct avec une couche de poly-Si, des atomes de silicium dans la couche de poly-Si s'infiltrent dans la couche de GST, ce qui a pour effet d'augmenter la résistance de la couche de GST. Il en résulte que les caractéristiques de la couche de GST sont dégradées. Par conséquent, les électrodes inférieure et supérieure 5 et 9 qui sont en contact direct avec le motif de matériau à changement de phase 7, sont formées par des couches conductrices stables qui ne réagissent pas avec le motif de matériau à changement de phase 7. Par exemple, une couche de nitrure de métal telle qu'une couche de nitrure de titane, est largement utilisée dans la formation des électrodes inférieure et supérieure 5 et 9. The phase change material pattern 7 may consist of a layer of a chalcogenide material, such as a layer of GeSbTe (hereinafter referred to as a layer of GST). The GST layer readily reacts with a layer of conductive material, such as a polycrystalline silicon (poly-Si) layer. For example, when the GST layer is in direct contact with a poly-Si layer, silicon atoms in the poly-Si layer infiltrate into the GST layer, which has the effect of increasing the resistance. of the GST layer. As a result, the characteristics of the GST layer are degraded. Therefore, the lower and upper electrodes 5 and 9 which are in direct contact with the phase change material pattern 7, are formed by stable conductive layers which do not react with the phase change material pattern 7. For example, a metal nitride layer such as a titanium nitride layer is widely used in the formation of the lower and upper electrodes 5 and 9.
En outre, la surface entière du substrat semiconducteur 1 ayant l'électrode supérieure 9 est recouverte avec une couche diélectrique intercouche supérieure 11. Une ligne de métallisation 13 est disposée sur la couche diélectrique intercouche supérieure ll et est connectée électriquement à l'électrode supérieure 9 à travers un trou de contact de ligne de métallisation lla qui traverse la couche diélectrique intercouche supérieure 11. Furthermore, the entire surface of the semiconductor substrate 1 having the upper electrode 9 is covered with an upper interlayer dielectric layer 11. A metallization line 13 is disposed on the upper interlayer dielectric layer 11 and is electrically connected to the upper electrode 9 through a metallization line contact hole 11a which passes through the upper interlayer dielectric layer 11.
Pour stocker des données désirées dans une cellule de mémoire à changement de phase ayant le motif de matériau à changement de phase 7, un courant d'écriture IW doit circuler à travers l'électrode supérieure 9, le motif de matériau à changement de phase 7 et l'électrode inférieure 5. Une partie 7a du motif de matériau à changement de phase 7, qui est en contact avec l'électrode inférieure 5, peut être changée en un état cristallin ou amorphe conformément à la valeur du courant d'écriture IW. De plus, le trou de contact de ligne de métallisation lla peut avoir de façon caractéristique une largeur inférieure à celle de l'électrode supérieure 9. Cependant, malgré les variations mentionnées ci-dessus qui peuvent être apportées à la cellule de mémoire à changement de phase classique, le courant d'écriture IW circulera toujours uniformément à travers la région entière de l'électrode supérieure 9, comme représenté sur la figure 1, du fait que l'électrode supérieure 9 a une résistivité inférieure à celle du motif de matériau à changement de phase 7. Par conséquent, la densité de courant d'écriture dans la région de volume du motif de matériau à changement de phase 7 de la cellule de mémoire à changement de phase classique envisagée ci-dessus, est plus faible qu'à l'interface entre l'électrode inférieure 5 et le motif de matériau à changement de phase 7, ce qui dégrade l'efficacité de transition de phase dans la région de volume du motif de matériau à changement de phase 7 de ces dispositifs classiques. To store desired data in a phase change memory cell having the phase change material pattern 7, a write current IW must flow through the upper electrode 9, the phase change material pattern 7 and the lower electrode 5. Part 7a of the phase change material pattern 7, which is in contact with the lower electrode 5, can be changed to a crystalline or amorphous state in accordance with the value of the write current IW. . In addition, the metallization line contact hole 11a may typically have a width smaller than that of the upper electrode 9. However, despite the variations mentioned above which can be made to the In the conventional phase, the write current IW will always flow uniformly through the entire region of the upper electrode 9, as shown in FIG. 1, because the upper electrode 9 has a lower resistivity than the material pattern. Therefore, the write current density in the volume region of the phase change material pattern 7 of the conventional phase change memory cell contemplated above is lower than that the interface between the lower electrode 5 and the phase change material pattern 7, which degrades the phase transition efficiency in the volume region of the tif of phase change material 7 of these conventional devices.
Une autre cellule de mémoire à changement de phase classique est exposée dans le brevet des E.U.A. n 6 545 903 délivré à wu, intitulé "Self-Aligned Resistive Plugs for Forming Memory Cell with Phase Change Material". La cellule de mémoire à changement de phase décrite dans le brevet de Wu comprend une première couche de matériau à résistivité élevée et une deuxième couche de matériau à résistivité élevée qui sont respectivement disposées au- dessous et au-dessus d'une couche de matériau à changement de phase. De plus, une première traversée à faible résistivité et une deuxième traversée à faible résistivité, qui sont mutuellement auto-alignées, sont respectivement disposées dans les première et deuxième couches de matériau à résistivité élevée. Les première et deuxième couches de matériau à résistivité élevée sont constituées de silicium polycristallin (poly-Si) ou de silicium amorphe (A-Si), et les traversées à faible résistivité auto-alignées sont formées en implantant des ions d'impuretés dans les couches de matériau à résistivité élevée, en utilisant un processus d'implantation ionique. Par conséquent, la couche de matériau à changement de phase de la cellule de mémoire à changement de phase décrite dans le brevet de Wu est en contact direct avec des couches de silicium, ce qui a pour effet de rendre instables les caractéristiques des interfaces entre la couche de matériau à changement de phase et les couches de silicium de cette cellule de mémoire classique. Another conventional phase change memory cell is set forth in U.S. No. 6,545,903 issued to Wu, entitled "Self-Aligned Resistive Plugs for Forming Memory Cell with Phase Change Material". The phase change memory cell described in the Wu patent comprises a first layer of high resistivity material and a second layer of high resistivity material which are respectively disposed below and above a layer of material having a high resistivity. phase change. In addition, a first low resistivity crossing and a second low resistivity crossing, which are mutually self-aligned, are respectively disposed in the first and second layers of high resistivity material. The first and second layers of high resistivity material consist of polycrystalline silicon (poly-Si) or amorphous silicon (A-Si), and self-aligned low resistivity crossings are formed by implanting impurity ions into the layers of high resistivity material, using an ion implantation process. Therefore, the phase change material layer of the phase change memory cell described in the Wu patent is in direct contact with silicon layers, which has the effect of rendering unstable the characteristics of the interfaces between the layer of phase change material and the silicon layers of this conventional memory cell.
Un exemple de mode de réalisation procure une cellule de mémoire à changement de phase. La cellule de mémoire à changement de phase comprend une couche diélectrique intercouche inférieure formée sur un substrat semiconducteur et une traversée conductrice inférieure traversant la couche diélectrique intercouche inférieure. An exemplary embodiment provides a phase change memory cell. The phase change memory cell comprises a lower interlayer dielectric layer formed on a semiconductor substrate and a lower conductive vias through the lower interlayer dielectric layer.
Un motif de matériau à changement de phase est disposé sur la couche diélectrique intercouche inférieure et en contact avec la traversée conductrice inférieure. Le motif de matériau à changement de phase et la couche diélectrique intercouche inférieure sont recouverts par une couche diélectrique intercouche supérieure. Le motif de matériau à changement de phase est en contact direct avec un motif de couche conductrice à travers un trou de contact de ligne de métallisation qui traverse la couche diélectrique intercouche supérieure. A phase change material pattern is disposed on the lower interlayer dielectric layer and in contact with the lower conductive bushing. The phase change material pattern and the lower interlayer dielectric layer are covered by an upper interlayer dielectric layer. The phase change material pattern is in direct contact with a conductive layer pattern through a metallization line contact hole that passes through the upper interlayer dielectric layer.
Un autre exemple de mode de réalisation de l'invention procure une cellule de mémoire à changement de phase. La cellule de mémoire à changement de phase comprend une couche de séparation formée dans une région prédéterminée d'un substrat semiconducteur pour définir une région active. Un dispositif de commutation est formé dans la région active. Une couche diélectrique intercouche inférieure est formée sur le substrat ayant le dispositif de commutation. Le dispositif de commutation est connecté électriquement à une traversée conductrice inférieure traversant la couche diélectrique intercouche inférieure. Un motif de matériau à changement de phase est disposé sur la couche diélectrique intercouche inférieure et en contact avec la traversée conductrice inférieure. Le motif de matériau à changement de phase et la couche diélectrique intercouche inférieure sont recouverts par une couche diélectrique intercouche supérieure. Une ligne de métallisation est disposée sur la couche diélectrique intercouche supérieure et en contact direct avec le motif de matériau à changement de phase, à travers un trou de contact de ligne de métallisation qui traverse la couche diélectrique intercouche supérieure. Another exemplary embodiment of the invention provides a phase change memory cell. The phase change memory cell includes a separation layer formed in a predetermined region of a semiconductor substrate to define an active region. A switching device is formed in the active region. A lower interlayer dielectric layer is formed on the substrate having the switching device. The switching device is electrically connected to a lower conductive bushing passing through the lower interlayer dielectric layer. A phase change material pattern is disposed on the lower interlayer dielectric layer and in contact with the lower conductive bushing. The phase change material pattern and the lower interlayer dielectric layer are covered by an upper interlayer dielectric layer. A metallization line is disposed on the upper interlayer dielectric layer and in direct contact with the phase change material pattern, through a metallization line contact hole that passes through the upper interlayer dielectric layer.
Un autre exemple de mode de réalisation procure une cellule de mémoire à changement de phase. La cellule de mémoire à changement de phase comprend une couche de séparation formée dans une région prédéterminée d'un substrat semiconducteur pour définir une région active. Un dispositif de commutation est formé dans la région active. Une couche diélectrique intercouche est formée sur le substrat ayant le dispositif de commutation. Le dispositif de commutation est connecté électriquement à une traversée conductrice inférieure traversant la couche diélectrique intercouche inférieure. Un motif de matériau à changement de phase est disposé sur la couche diélectrique intercouche inférieure et en contact avec la traversée conductrice inférieure. Le motif de matériau à changement de phase et la couche diélectrique intercouche inférieure sont recouverts par une couche diélectrique intercouche supérieure. Le motif de matériau à changement de phase est en contact direct avec une traversée conductrice supérieure qui remplit un trou de contact de ligne de métallisation traversant la couche diélectrique intercouche supérieure. Une ligne de métallisation est disposée sur la couche diélectrique intercouche supérieure et la ligne de métallisation est connectée électriquement à la traversée conductrice supérieure. Another exemplary embodiment provides a phase change memory cell. The phase change memory cell includes a separation layer formed in a predetermined region of a semiconductor substrate to define an active region. A switching device is formed in the active region. An interlayer dielectric layer is formed on the substrate having the switching device. The switching device is electrically connected to a lower conductive bushing passing through the lower interlayer dielectric layer. A phase change material pattern is disposed on the lower interlayer dielectric layer and in contact with the lower conductive bushing. The phase change material pattern and the lower interlayer dielectric layer are covered by an upper interlayer dielectric layer. The phase change material pattern is in direct contact with an upper conductive feedthrough which fills a metallization line contact hole through the upper interlayer dielectric layer. A metallization line is disposed on the upper interlayer dielectric layer and the metallization line is electrically connected to the upper conductive vias.
Un autre exemple de mode de réalisation procure une cellule de mémoire à changement de phase. La cellule de mémoire à changement de phase comprend une couche diélectrique intercouche inférieure formée sur un substrat semiconducteur et une traversée conductrice inférieure traversant la couche diélectrique intercouche inférieure. Une électrode inférieure est disposée sur la couche diélectrique intercouche inférieure et l'électrode inférieure est en contact avec la traversée conductrice inférieure. L'électrode inférieure et la couche diélectrique intercouche inférieure sont recouvertes par une couche de moulage. Un motif de matériau à changement de phase est disposé sur la couche de moulage et le motif de matériau à changement de phase est en contact avec l'électrode inférieure à travers un trou de contact de matériau à changement de phase qui traverse la couche de moulage. Une couche diélectrique intercouche supérieure est disposée sur le substrat ayant le motif de matériau à changement de phase. Le motif de matériau à changement de phase est en contact direct avec un motif de couche conductrice à travers un trou de contact de ligne de métallisation qui traverse la couche diélectrique intercouche supérieure. Another exemplary embodiment provides a phase change memory cell. The phase change memory cell comprises a lower interlayer dielectric layer formed on a semiconductor substrate and a lower conductive vias through the lower interlayer dielectric layer. A lower electrode is disposed on the lower interlayer dielectric layer and the lower electrode is in contact with the lower conductive vias. The lower electrode and the lower interlayer dielectric layer are covered by a molding layer. A phase change material pattern is disposed on the molding layer and the phase change material pattern is in contact with the lower electrode through a phase change material contact hole which passes through the molding layer. . An upper interlayer dielectric layer is disposed on the substrate having the phase change material pattern. The phase change material pattern is in direct contact with a conductive layer pattern through a metallization line contact hole that passes through the upper interlayer dielectric layer.
Un autre exemple de mode de réalisation de l'invention procure une cellule de mémoire à changement de phase. La cellule de mémoire à changement de phase comprend une couche de séparation formée dans une région prédéterminée d'un substrat semiconducteur pour définir une région active. Un dispositif de commutation est formé dans la région active. Une couche diélectrique intercouche inférieure est disposée sur le substrat ayant le dispositif de commutation. Le dispositif de commutation est connecté électriquement à une traversée conductrice inférieure traversant la couche diélectrique intercouche inférieure. Une électrode inférieure est disposée sur la couche diélectrique intercouche inférieure et l'électrode inférieure est en contact avec la traversée conductrice inférieure. L'électrode inférieure et la couche diélectrique intercouche inférieure sont recouvertes par une couche de moulage. Un motif de matériau à changement de phase est disposé sur la couche de moulage et le motif de matériau à changement de phase est en contact avec l'électrode inférieure à travers un trou de contact de matériau à changement de phase qui traverse la couche de moulage. Une couche diélectrique intercouche supérieure est disposée sur le substrat ayant le motif de matériau à changement de phase. Une ligne de métallisation est disposée sur la couche diélectrique intercouche supérieure et la ligne de métallisation est en contact direct avec le motif de matériau à changement de phase à travers un trou de contact de ligne de métallisation qui traverse la couche diélectrique intercouche supérieure. Another exemplary embodiment of the invention provides a phase change memory cell. The phase change memory cell includes a separation layer formed in a predetermined region of a semiconductor substrate to define an active region. A switching device is formed in the active region. A lower interlayer dielectric layer is disposed on the substrate having the switching device. The switching device is electrically connected to a lower conductive bushing passing through the lower interlayer dielectric layer. A lower electrode is disposed on the lower interlayer dielectric layer and the lower electrode is in contact with the lower conductive vias. The lower electrode and the lower interlayer dielectric layer are covered by a molding layer. A phase change material pattern is disposed on the molding layer and the phase change material pattern is in contact with the lower electrode through a phase change material contact hole which passes through the molding layer. . An upper interlayer dielectric layer is disposed on the substrate having the phase change material pattern. A metallization line is disposed on the upper interlayer dielectric layer and the metallization line is in direct contact with the phase change material pattern through a metallization line contact hole which passes through the upper interlayer dielectric layer.
Un autre exemple de mode de réalisation de l'invention procure une cellule de mémoire à changement de phase. La cellule de mémoire à changement de phase comprend une couche de séparation formée dans une région prédéterminée d'un substrat semiconducteur pour définir une région active. Un dispositif de commutation est formé dans la région active. Une couche diélectrique intercouche inférieure est disposée sur le substrat ayant le dispositif de commutation. Le dispositif de commutation est connecté électriquement à une traversée conductrice inférieure traversant la couche diélectrique intercouche inférieure. Une électrode inférieure est disposée sur la couche diélectrique intercouche inférieure et l'électrode inférieure est en contact avec la traversée conductrice inférieure. L'électrode inférieure et la couche diélectrique intercouche inférieure sont recouvertes par une couche de moulage. Un motif de matériau à changement de phase est disposé sur la couche de moulage et le motif de matériau à changement de phase est en contact avec l'électrode inférieure à travers un trou de contact de matériau à changement de phase qui traverse la couche de moulage. Une couche diélectrique intercouche supérieure est disposée sur le substrat ayant le motif de matériau à changement de phase. Le motif de matériau à changement de phase est en contact direct avec une traversée conductrice supérieure qui remplit un trou de contact de ligne de métallisation traversant la couche diélectrique intercouche supérieure. Une ligne de métallisation est disposée sur la couche diélectrique intercouche supérieure et la ligne de métallisation est connectée électriquement à la traversée conductrice supérieure. Another exemplary embodiment of the invention provides a phase change memory cell. The phase change memory cell includes a separation layer formed in a predetermined region of a semiconductor substrate to define an active region. A switching device is formed in the active region. A lower interlayer dielectric layer is disposed on the substrate having the switching device. The switching device is electrically connected to a lower conductive bushing passing through the lower interlayer dielectric layer. A lower electrode is disposed on the lower interlayer dielectric layer and the lower electrode is in contact with the lower conductive vias. The lower electrode and the lower interlayer dielectric layer are covered by a molding layer. A phase change material pattern is disposed on the molding layer and the phase change material pattern is in contact with the lower electrode through a phase change material contact hole which passes through the molding layer. . An upper interlayer dielectric layer is disposed on the substrate having the phase change material pattern. The phase change material pattern is in direct contact with an upper conductive feedthrough which fills a metallization line contact hole through the upper interlayer dielectric layer. A metallization line is disposed on the upper interlayer dielectric layer and the metallization line is electrically connected to the upper conductive vias.
Un autre exemple de mode de réalisation de l'invention procure un procédé de formation d'une cellule de mémoire à changement de phase. Le procédé comprend la formation d'une couche diélectrique intercouche inférieure sur un substrat semiconducteur et la formation d'une traversée conductrice inférieure traversant la couche diélectrique intercouche inférieure. On forme un motif de matériau à changement de phase sur la couche diélectrique intercouche inférieure. On forme le motif de matériau à changement de phase de façon qu'il soit en contact avec la traversée conductrice inférieure. On forme une couche diélectrique intercouche supérieure sur le motif de matériau à changement de phase et la couche diélectrique intercouche inférieure. On définit un motif dans la couche diélectrique intercouche supérieure pour former un trou de contact de ligne de métallisation qui met à nu une partie du motif de matériau à changement de phase. On forme un motif de couche conductrice de façon qu'il soit en contact direct avec la partie à nu du motif de matériau à changement de phase à travers le trou de contact de ligne de métallisation. Another exemplary embodiment of the invention provides a method of forming a phase change memory cell. The method includes forming a lower interlayer dielectric layer on a semiconductor substrate and forming a lower conductive vias through the lower interlayer dielectric layer. A pattern of phase change material is formed on the lower interlayer dielectric layer. The pattern of phase change material is formed so that it is in contact with the lower conductive bushing. An upper interlayer dielectric layer is formed on the phase change material pattern and the lower interlayer dielectric layer. A pattern is defined in the upper interlayer dielectric layer to form a metallization line contact hole that exposes a portion of the phase change material pattern. A conductive layer pattern is formed so that it is in direct contact with the exposed portion of the phase change material pattern through the metallization line contact hole.
Encore un autre exemple de mode de réalisation procure un procédé de formation d'une cellule de mémoire à changement de phase. Le procédé comprend la formation d'une couche diélectrique intercouche inférieure sur un substrat semiconducteur et la formation d'une traversée conductrice inférieure traversant la couche diélectrique intercouche inférieure. On forme une électrode inférieure sur la couche diélectrique intercouche inférieure de façon qu'elle soit en contact avec la traversée conductrice inférieure. On forme une couche de moulage sur l'électrode inférieure et la couche diélectrique intercouche inférieure. On forme un motif dans la couche de moulage pour former un trou de contact de matériau à changement de phase qui met à nu l'électrode inférieure. On forme un motif de matériau à changement de phase sur la couche de moulage. On forme le motif de matériau à changement de phase de façon qu'il soit en contact avec l'électrode inférieure à travers le trou de contact de matériau à changement de phase. On forme une couche diélectrique intercouche supérieure sur le substrat ayant le motif de matériau à changement de phase. On définit un motif dans la couche diélectrique intercouche supérieure pour former un trou de contact de ligne de métallisation qui met à nu une partie du motif de matériau à changement de phase. On forme un motif de couche conductrice de façon qu'il soit en contact direct avec la partie à nu du motif de matériau à changement de phase, à travers le trou de contact de ligne de métallisation. Yet another exemplary embodiment provides a method of forming a phase change memory cell. The method includes forming a lower interlayer dielectric layer on a semiconductor substrate and forming a lower conductive vias through the lower interlayer dielectric layer. A lower electrode is formed on the lower interlayer dielectric layer so that it is in contact with the lower conductive bushing. A molding layer is formed on the lower electrode and the lower interlayer dielectric layer. A pattern is formed in the molding layer to form a phase change material contact hole which exposes the lower electrode. A pattern of phase change material is formed on the molding layer. The pattern of phase change material is formed so that it is in contact with the lower electrode through the phase change material contact hole. An upper interlayer dielectric layer is formed on the substrate having the phase change material pattern. A pattern is defined in the upper interlayer dielectric layer to form a metallization line contact hole that exposes a portion of the phase change material pattern. A conductive layer pattern is formed so that it is in direct contact with the exposed portion of the phase change material pattern through the metallization line contact hole.
Dans les dessins.In the drawings.
la figure 1 est une coupe d'une cellule de mémoire à changement de phase classique. Figure 1 is a sectional view of a conventional phase change memory cell.
La figure 2A est une coupe illustrant une paire de cellules de mémoire à changement de phase conformes à un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Fig. 2A is a sectional view illustrating a pair of phase change memory cells according to an exemplary embodiment of the present invention.
La figure 2B est une coupe illustrant une paire de cellules de mémoire à changement de phase conformes à un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Fig. 2B is a sectional view illustrating a pair of phase change memory cells according to an exemplary embodiment of the present invention.
La figure 3A est une coupe illustrant une cellule de mémoire à changement de phase confinée conforme à un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Fig. 3A is a section illustrating a confined phase change memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
La figure 3B est une coupe illustrant une cellule de mémoire à changement de phase confinée conforme à un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Fig. 3B is a section illustrating a confined phase change memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
Les figures 4 à 8 sont des coupes pour illustrer des procédés de formation de cellules de mémoire à changement de phase conformes à un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Figures 4 to 8 are sections for illustrating methods of forming phase change memory cells in accordance with an exemplary embodiment of the present invention.
La figure 9 est une représentation graphique illustrant des caractéristiques de commutation d'une cellule de mémoire à changement de phase classique et d'une cellule de mémoire à changement de phase conforme à un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Fig. 9 is a graphical representation illustrating switching characteristics of a conventional phase change memory cell and a phase change memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
On va maintenant décrire plus complètement dans ce qui suit les exemples de modes de réalisation de la présente invention, en se référant aux dessins annexés, qui montrent des exemples de modes de réalisation de l'invention. L'invention peut cependant être mise en oeuvre sous différentes formes et on ne doit pas considérer qu'elle est limitée aux modes de réalisation présentés ici. Dans les dessins, les épaisseurs de couches et de régions sont exagérées pour la clarté. Les mêmes numéros de référence sont utilisés pour désigner les mêmes éléments dans l'ensemble de la description. The examples of embodiments of the present invention will now be described more fully in the following with reference to the accompanying drawings, which show examples of embodiments of the invention. The invention may, however, be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments presented herein. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. The same reference numbers are used to designate the same elements throughout the description.
La figure 2A est une coupe verticale de cellules de mémoire à changement de phase conformes à un exemple de mode de réalisation de la présente invention, et la figure 2B est une coupe verticale de cellules de mémoire à changement de phase conformes à d'autres exemples de modes de réalisation de la présente invention. Fig. 2A is a vertical section of phase change memory cells according to an exemplary embodiment of the present invention, and Fig. 2B is a vertical section of phase change memory cells according to other examples. embodiments of the present invention.
En se référant aux figures 2A et 2B, on note qu'une couche de séparation 23 est formée dans une région prédéterminée d'un substrat semiconducteur 21 pour définir une région active 23a. Une première ligne de mot 27a et une deuxième ligne de mot 27b sont disposées de façon à croiser la région active 23a, à un niveau supérieur. Les première et deuxième lignes de mot 27a et 27b sont électriquement isolées de la région active 23a par une couche diélectrique de grille 25. Une région de source commune 29s est formée dans la région active 23a entre les première et deuxième lignes de mot 27a et 27b. Une première région de drain 29d' est formée dans la région active 23a qui est adjacente à la première ligne de mot 27a et est placée en regard de la région de source commune 29s, et une deuxième région de drain 29d" est formée dans la région active 23a qui est adjacente à la deuxième ligne de mot 27b et est placée en regard de la région de source commune 29s. Il en résulte que la première ligne de mot 27a est disposée de façon à croiser, à un niveau supérieur, une région de canal entre la première région de drain 29d' et la région de source commune 29s, et la deuxième ligne de mot 27b est disposée de façon à croiser, à un niveau supérieur, une région de canal entre la deuxième région de drain 29d" et la région de source commune 29s. La première ligne de mot 27a, la région de source commune 29s et la première région de drain 29d constituent un premier dispositif de commutation, c'est-à-dire un premier transistor MOS d'accès, et la deuxième ligne de mot 27b, la région de source commune 29s et la deuxième région de drain 29d" constituent un deuxième dispositif de commutation, c'est-à-dire un deuxième transistor MOS d'accès. Referring to Figures 2A and 2B, it is noted that a separation layer 23 is formed in a predetermined region of a semiconductor substrate 21 to define an active region 23a. A first word line 27a and a second word line 27b are arranged to intersect the active region 23a at a higher level. The first and second word lines 27a and 27b are electrically isolated from the active region 23a by a gate dielectric layer 25. A common source region 29s is formed in the active region 23a between the first and second word lines 27a and 27b . A first drain region 29d 'is formed in the active region 23a which is adjacent to the first word line 27a and is placed opposite the common source region 29s, and a second drain region 29d' is formed in the region 23a, which is adjacent to the second word line 27b and is placed opposite the common source region 29s, with the result that the first word line 27a is arranged to intersect at a higher level a region of channel between the first drain region 29d 'and the common source region 29s, and the second word line 27b is arranged to intersect, at a higher level, a channel region between the second drain region 29d "and the common source region 29s. The first word line 27a, the common source region 29s and the first drain region 29d constitute a first switching device, i.e. a first access MOS transistor, and the second word line 27b, the common source region 29s and the second drain region 29d "constitute a second switching device, i.e. a second access MOS transistor.
Dans d'autres exemples de modes de réalisation de la présente invention, les premier et deuxième dispositifs de commutation peuvent être respectivement un premier transistor bipolaire et un deuxième transistor bipolaire. Dans ce cas, les première et deuxième lignes de mot 27a et 27b peuvent être respectivement connectées électriquement à des régions de base des premier et deuxième transistors bipolaires. In other exemplary embodiments of the present invention, the first and second switching devices may be respectively a first bipolar transistor and a second bipolar transistor. In this case, the first and second word lines 27a and 27b may respectively be electrically connected to base regions of the first and second bipolar transistors.
Une couche diélectrique intercouche inférieure 38 est formée sur le substrat ayant les premier et deuxième dispositifs de commutation. Une ligne de bit 35s est disposée dans la couche diélectrique intercouche inférieure 38. La ligne de bit 35s est connectée électriquement à la région de source commune 29s à travers une traversée de contact de source 33s. La ligne de bit 35s peut être disposée parallèlement aux lignes de mot 27a et 27b lorsqu'on considère une vue en plan. Selon une variante, la ligne de bit 35s peut être disposée perpendiculairement aux lignes de mot 27a et 27b lorsqu'on considère une vue en plan. D'autre part, lorsque les premier et deuxième dispositifs de commutation sont les premier et deuxième transistors bipolaires, comme décrit ci-dessus, la ligne de bit 35s peut être connectée électriquement à des régions d'émetteur des premier et deuxième transistors bipolaires. A lower interlayer dielectric layer 38 is formed on the substrate having the first and second switching devices. A bit line 35s is disposed in the lower interlayer dielectric layer 38. The bit line 35s is electrically connected to the common source region 29s through a source contact path 33s. The bit line 35s may be arranged parallel to the word lines 27a and 27b when considering a plan view. Alternatively, the bit line 35s may be disposed perpendicular to the word lines 27a and 27b when considering a plan view. On the other hand, when the first and second switching devices are the first and second bipolar transistors, as described above, the bit line 35s may be electrically connected to emitter regions of the first and second bipolar transistors.
La première région de drain 29d' peut être connectée électriquement à un première traversée de contact de drain 33d' dans la couche diélectrique intercouche inférieure 38, et la deuxième région de drain 29d" peut être connectée électriquement à une deuxième traversée de contact de drain 33d" dans la couche diélectrique intercouche inférieure 38. Une surface supérieure de la première traversée de contact de drain 33d' peut être en contact avec une surface inférieure d'un premier plot de drain 33d' dans la couche diélectrique intercouche inférieure 38, et une surface supérieure de la deuxième traversée de contact de drain 33d" peut être en contact avec une surface inférieure d'un deuxième plot de drain 35d" dans la couche diélectrique intercouche inférieure 38. The first drain region 29d 'may be electrically connected to a first drain contact passage 33d' in the lower interlayer dielectric layer 38, and the second drain region 29d 'may be electrically connected to a second drain contact passage 33d'. in the lower interlayer dielectric layer 38. An upper surface of the first drain contact passage 33d 'may be in contact with a lower surface of a first drain pad 33d' in the lower interlayer dielectric layer 38, and a surface upper of the second drain contact passage 33d "may be in contact with a lower surface of a second drain pad 35d" in the lower interlayer dielectric layer 38.
De plus, une surface supérieure du premier plot de drain 35d' peut être en contact avec une surface inférieure d'une première traversée conductrice inférieure 39a dans la couche diélectrique intercouche inférieure 38, et une surface supérieure du deuxième plot de drain 35d" peut être en contact avec une surface inférieure d'une deuxième traversée conductrice inférieure 39b dans la couche diélectrique intercouche inférieure 38. Les surfaces supérieures des première et deuxième traversées conductrices supérieures 39a et 39b peuvent avoir le même niveau que la surface supérieure de la couche diélectrique intercouche inférieure 38. In addition, an upper surface of the first drain pad 35d 'may be in contact with a lower surface of a first lower conductive passage 39a in the lower interlayer dielectric layer 38, and an upper surface of the second drain pad 35d "may be in contact with a lower surface of a second lower conductive passage 39b in the lower interlayer dielectric layer 38. The upper surfaces of the first and second upper conductive vias 39a and 39b may have the same level as the upper surface of the lower interlayer dielectric layer 38.
Lorsque les premier et deuxième dispositifs de commutation sont les premier et deuxième transistors bipolaires, comme décrit ci-dessus, les première et deuxième traversées conductrices inférieures 39a et 39b peuvent être connectées électriquement respectivement à une région de collecteur du premier transistor bipolaire et une région de collecteur du deuxième transistor bipolaire. When the first and second switching devices are the first and second bipolar transistors, as described above, the first and second lower conductive vias 39a and 39b can be electrically connected respectively to a collector region of the first bipolar transistor and a region of collector of the second bipolar transistor.
Un premier motif de matériau à changement de phase 41a et un deuxième motif de matériau à changement de phase 41b sont établis sur la couche diélectrique intercouche inférieure 38. Un premier motif de masque dur 43a et un deuxième motif de masque dur 43b peuvent être empilés en outre respectivement sur les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Dans ce cas, les premier et deuxième motifs de masque dur 43a et 43b sont respectivement auto-alignés avec les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Ainsi, le premier motif de masque dur 43a peut avoir la même largeur que le premier motif de matériau à changement de phase 41a, et le deuxième motif de masque dur 43b peut avoir la même largeur que le deuxième motif de matériau à changement de phase 41b. Les premier et deuxième motifs de masque dur 43a et 43b peuvent être une couche de matériau ayant une sélectivité de gravure vis-à-vis des premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Par exemple, les premier et deuxième motifs de masque dur 43a et 43b peuvent inclure au moins une couche sélectionnée dans le groupe consistant en une couche d'oxyde de silicium, une couche de nitrure de silicium et une couche d'oxyde métallique isolant. La couche d'oxyde métallique isolant peut être une couche d'oxyde d'aluminium ou une couche d'oxyde de titane. A first phase change material pattern 41a and a second phase change material pattern 41b are set on the lower interlayer dielectric layer 38. A first hard mask pattern 43a and a second hard mask pattern 43b may be stacked in in addition to the first and second phase change material patterns 41a and 41b, respectively. In this case, the first and second hard mask patterns 43a and 43b are respectively self-aligned with the first and second phase change material patterns 41a and 41b. Thus, the first hard mask pattern 43a may have the same width as the first phase change material pattern 41a, and the second hard mask pattern 43b may have the same width as the second phase change material pattern 41b . The first and second hard mask patterns 43a and 43b may be a layer of material having an etch selectivity to the first and second phase change material patterns 41a and 41b. For example, the first and second hard mask patterns 43a and 43b may include at least one layer selected from the group consisting of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and an insulating metal oxide layer. The insulating metal oxide layer may be an aluminum oxide layer or a titanium oxide layer.
Comme décrit ci-dessus, des électrodes supérieures, qui sont généralement employées dans des cellules de mémoire à changement de phase classiques, ne sont pas disposées sur les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b des cellules de mémoire à changement de phase des exemples de modes de réalisation de la présente invention. Les électrodes supérieuresutilisées dans la cellule de mémoire à changement de phase classique peuvent être constituées de façon caractéristique d'une couche de nitrure de métal, telle qu'une couche de nitrure de titane. Cependant, l'une des difficultés avec des cellules de mémoire à changement de phase classiques consiste en ce que les électrodes supérieures peuvent être soulevées au cours de processus ultérieurs, à cause d'une mauvaise adhérence entre les électrodes supérieures et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Pour tenter de remédier aux difficultés ci-dessus, on a conçu d'autres cellules de mémoire à changement de phase classiques dans lesquelles une couche d'adhérence, telle qu'une couche de titane, est interposée entre les électrodes supérieures et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. La couche d'adhérence est formée dans le but de renforcer l'adhérence entre les électrodes supérieures et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b Néanmoins, avec ces autres dispositifs classiques, des atomes de métal (par exemple des atomes de titane) dans la couche d'adhérence peuvent diffuser dans les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b, en dégradant les caractéristiques des motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Cependant, avec les cellules de mémoire à changement de phase des exemples de modes de réalisation, les difficultés précitées des dispositifs classiques sont évitées, du fait que des électrodes supérieures et des couches d'adhérence ne sont pas employées avec les dispositifs des exemples de modes de réalisation. As described above, upper electrodes, which are generally employed in conventional phase change memory cells, are not disposed on the phase change material patterns 41a and 41b of the phase change memory cells of the phase change memory cells. examples of embodiments of the present invention. The upper electrodes used in the conventional phase change memory cell may typically be a metal nitride layer, such as a titanium nitride layer. However, one of the difficulties with conventional phase-change memory cells is that the upper electrodes may be lifted during subsequent processes due to poor adhesion between the upper electrodes and the material patterns to be removed. phase change 41a and 41b. In an attempt to overcome the above difficulties, other conventional phase change memory cells have been designed in which an adhesion layer, such as a titanium layer, is interposed between the upper electrodes and the electrodes. phase change material 41a and 41b. The adhesion layer is formed in order to enhance the adhesion between the upper electrodes and the phase change material patterns 41a and 41b. Nevertheless, with these other conventional devices, metal atoms (eg titanium atoms) ) in the adhesion layer may diffuse into the phase change material patterns 41a and 41b, degrading the characteristics of the phase change material patterns 41a and 41b. However, with the phase change memory cells of the exemplary embodiments, the above-mentioned difficulties of conventional devices are avoided, because upper electrodes and adhesion layers are not used with the devices of the exemplary modes. of realization.
En retournant aux exemples de modes de réalisation de la présente invention, on note que les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b sont disposés de façon à être respectivement en contact avec les première et deuxième traversées conductrices inférieures 39a et 39b. Par conséquent, il est préférable que les première et deuxième traversées conductrices inférieures 39a et 39b soient constituées d'un matériau conducteur qui ne réagit pas avec les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Par exemple, les première et deuxième traversées conductrices inférieures 39a et 39b peuvent consister en une couche de métal, une couche de nitrure de métal, ou une couche de siliciure de métal. De façon plus détaillée, les première et deuxième traversées conductrices inférieures 39a et 39b peuvent comprendre, mais de façon non limitative, une couche de tungstène (W), une couche de nitrure de titane (TiN), une couche de nitrure de tantale (TaN), une couche de nitrure de tungstène (WN), une couche de nitrure de molybdène (MoN), une couche de nitrure de niobium (NbN), une couche de nitrure de titane - silicium (TiSiN), une couche de nitrure de titane aluminium (TiAlN), une couche de nitrure de titane - bore (TiBN), une couche de nitrure de zirconium - silicium (ZrSiN), une couche silicium (WSiN), une couche de (WBN), une couche de nitrure de zirconium (ZrAlN), une couche de nitrure de molybdène (MoSiN), une (MoAlN), une (TaSiN), une (TaAlN), une couche de titane (Ti), une couche (Mo), une couche de tantale (Ta), une couche de titane (TiSi), une couche de siliciure couche de nitrure de molybdène couche de nitrure couche de nitrure de tantale de tantale de nitrure de tungstène - nitrure de tungstène - bore - aluminium - silicium - aluminium - silicium -aluminium de molybdène de siliciure de tantale (TaSi), une couche de titane - couche d'oxynitrure de titane d'oxynitrure de titane - aluminium d'oxynitrure de tungstène (WON), une tungstène (TiW), une (TiON), une couche (TiAlON), une couche couche d'oxynitrure de tantale (TaON) ou une couche de cuivre (Cu). Referring back to the exemplary embodiments of the present invention, it is noted that the first and second phase change material patterns 41a and 41b are arranged to be respectively in contact with the first and second lower conductive leads 39a and 39b. . Therefore, it is preferable that the first and second lower conductive vias 39a and 39b consist of a conductive material that does not react with the phase change material patterns 41a and 41b. For example, the first and second lower conductive vias 39a and 39b may consist of a metal layer, a metal nitride layer, or a metal silicide layer. In more detail, the first and second lower conductive vias 39a and 39b may include, but are not limited to, a tungsten layer (W), a titanium nitride (TiN) layer, a tantalum nitride layer (TaN ), a layer of tungsten nitride (WN), a layer of molybdenum nitride (MoN), a layer of niobium nitride (NbN), a layer of titanium nitride-silicon (TiSiN), a layer of titanium nitride aluminum (TiAlN), a titanium nitride - boron (TiBN) layer, a zirconium - silicon nitride (ZrSiN) layer, a silicon (WSiN) layer, a (WBN) layer, a zirconium nitride layer ( ZrAlN), a layer of molybdenum nitride (MoSiN), a (MoAlN), a (TaSiN), a (TaAlN), a titanium (Ti) layer, a (Mo) layer, a tantalum (Ta) layer, a layer of titanium (TiSi), a layer of silicide layer of molybdenum nitride layer of nitride layer of tantalum nitride tantalum nitride tungsten - tungsten nitride - boron - aluminum - silicon - aluminum - silicon-aluminum tantalum silicide molybdenum (TaSi), a layer of titanium - titanium oxynitride titanium oxynitride layer - tungsten oxynitride aluminum (WON), a tungsten (TiW), a (TiON), a (TiAlON) layer, a tantalum oxynitride layer (TaON) or a copper (Cu) layer.
En outre, les première et deuxième traversées conductrices inférieures 39a et 39b peuvent avoir une largeur inférieure à celle des premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 4la et 41b. Ainsi, des aires de contact entre les traversées conductrices inférieures 39a et 39b et les motifs de matériau à changement de phase 4la et 4lb peuvent être inférieures aux aires planes des motifs de matériau à changement de phase respectifs 41a et 41b. Selon une variante, les traversées conductrices inférieures 39a et 39b peuvent avoir la même largeur que les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. In addition, the first and second lower conductive vias 39a and 39b may be smaller in width than the first and second phase change material patterns 41a and 41b. Thus, contact areas between the lower conductive vias 39a and 39b and the phase change material patterns 41a and 41b may be smaller than the planar areas of the respective phase change material patterns 41a and 41b. Alternatively, the lower conductive vias 39a and 39b may have the same width as the phase change material patterns 41a and 41b.
D'autre part, les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être une couche de matériau contenant au moins un d'éléments du type chalcogénure tels que le tellure (Te) ou le sélénium (Se). Par exemple, les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être une couche de chalcogénure telle qu'une couche de GeSbTe (qu'on appelle ci-après une couche de GST). On the other hand, the phase change material patterns 41a and 41b may be a layer of material containing at least one of chalcogenide elements such as tellurium (Te) or selenium (Se). For example, the phase change material patterns 41a and 41b may be a chalcogenide layer such as a GeSbTe layer (hereinafter referred to as a GST layer).
Une couche diélectrique intercouche supérieure 45 est formée sur le substrat ayant les motifs de masque dur 43a et 43b. La couche diélectrique intercouche supérieure 45 peut être une couche d'oxyde de silicium, qui est largement utilisée comme une couche diélectrique intercouche classique. Une partie du premier motif de matériau à changement de phase 41a est en contact direct avec un premier motif de couche conductrice à travers un premier trou de contact de ligne de métallisation 45a qui pénètre dans la couche diélectrique intercouche supérieure 45. En outre, une partie du deuxième motif de matériau à changement de phase 41b est en contact direct avec un deuxième motif de couche conductrice à travers un deuxième trou de contact de ligne de métallisation 45b qui pénètre dans la couche diélectrique intercouche supérieure 45. Par exemple, comme représenté sur la figure 2A, les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être respectivement en contact direct avec une première traversée conductrice supérieure 49a et une deuxième traversée conductrice supérieure 49b qui traversent la couche diélectrique intercouche supérieure 45. Les première et deuxième traversées conductrices supérieures 49a et 49b peuvent être connectées électriquement à une ligne de métallisation 51 disposée sur la couche diélectrique intercouche supérieure 45. Dans ce cas, la ligne de métallisation 51 peut être disposée de façon à croiser, à un niveau supérieur, les première et deuxième lignes de mot 27a et 27b, comme représenté sur la figure 2A. Selon une variante, les première et deuxième traversées conductrices supérieures 49a et 49b peuvent être respectivement connectées électriquement à des première et deuxième lignes de métallisation qui sont disposées sur la couche diélectrique intercouche supérieure 45. Dans ce cas, les première et deuxième lignes de métallisation peuvent être disposées parallèlement aux lignes de mot 27a et 27b, et la ligne de bit 35s peut être disposée de façon à croiser, à un niveau supérieur, les lignes de mot 27a et 27b. An upper interlayer dielectric layer 45 is formed on the substrate having hard mask patterns 43a and 43b. The upper interlayer dielectric layer 45 may be a silicon oxide layer, which is widely used as a conventional interlayer dielectric layer. Part of the first phase change material pattern 41a is in direct contact with a first conductive layer pattern through a first metallization line contact hole 45a which penetrates into the upper interlayer dielectric layer 45. In addition, a portion the second phase change material pattern 41b is in direct contact with a second conductive layer pattern through a second metallization line contact hole 45b which penetrates the upper interlayer dielectric layer 45. For example, as shown in FIG. 2A, the first and second phase change material patterns 41a and 41b may respectively be in direct contact with a first upper conductive passage 49a and a second upper conductive path 49b which pass through the upper interlayer dielectric layer 45. The first and second upper bushings 49a and 49b may be electrically connected to a metallization line 51 disposed on the upper interlayer dielectric layer 45. In this case, the metallization line 51 may be arranged to intersect, at a higher level, the first and second word lines 27a and 27a. 27b, as shown in Figure 2A. According to one variant, the first and second upper conductive feedthroughs 49a and 49b may respectively be electrically connected to first and second metallization lines which are arranged on the upper interlayer dielectric layer 45. In this case, the first and second metallization lines may be arranged parallel to the word lines 27a and 27b, and the bit line 35s can be arranged to intersect, at a higher level, the word lines 27a and 27b.
Dans d'autres exemples de modes de réalisation de la présente invention, les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être en contact direct avec un motif de couche conductrice disposé sur la couche diélectrique intercouche supérieure 45, c'est-à-dire une ligne de métallisation 51', comme représenté sur la figure 2B. Dans ce cas, la ligne de métallisation 51' s'étend de façon à traverser la couche diélectrique intercouche supérieure 45. Selon une variante, les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être en contact direct avec respectivement les première et deuxième lignes de métallisation qui sont disposées sur la couche diélectrique intercouche supérieure 45. Dans ce cas, les première et deuxième lignes de métallisation peuvent être disposées parallèlement aux lignes de mot 27a et 27b, et la ligne de bit 35s peut être disposée de façon à croiser, à un niveau supérieur, les lignes de mot 27a et 27b. In other exemplary embodiments of the present invention, the first and second phase change material patterns 41a and 41b may be in direct contact with a conductive layer pattern disposed on the upper interlayer dielectric layer 45; that is, a metallization line 51 ', as shown in FIG. 2B. In this case, the metallization line 51 'extends so as to pass through the upper interlayer dielectric layer 45. According to one variant, the first and second phase change material patterns 41a and 41b may be in direct contact with respectively the first and second metallization lines which are arranged on the upper interlayer dielectric layer 45. In this case, the first and second metallization lines may be arranged parallel to the word lines 27a and 27b, and the bit line 35s may be arranged way to cross, at a higher level, the word lines 27a and 27b.
Lorsque les premier et deuxième motifs de masque dur 43a et 43b sont empilés respectivement sur les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 4la et 41b, les traversées conductrices supérieures (49a et 49b de la figure 2A) ou la ligne de bit (51' de la figure 2B) peuvent traverser les motifs de masque dur 43a et 43b et la couche diélectrique intercouche supérieure 45 pour être en contact direct avec les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Les aires de contact entre les traversées conductrices supérieures 49a et 49b et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être inférieures aux aires en plan des motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. De façon similaire, les aires de contact entre la ligne de métallisation 51' et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être inférieures aux aires en plan des motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. When the first and second hard mask patterns 43a and 43b are stacked respectively on the first and second phase change material patterns 41a and 41b, the upper conductive leads (49a and 49b of Fig. 2A) or the bit line ( 51 'of FIG. 2B) can pass through the hard mask patterns 43a and 43b and the upper interlayer dielectric layer 45 to be in direct contact with the phase change material patterns 41a and 41b. The contact areas between the upper conductive bushings 49a and 49b and the phase change material patterns 41a and 41b may be smaller than the planar areas of the phase change material patterns 41a and 41b. Similarly, the contact areas between the metallization line 51 'and the phase change material patterns 41a and 41b may be smaller than the planar areas of the phase change material patterns 41a and 41b.
Comme représenté sur la figure 2A, des éléments d'espacement de contact isolants 47 peuvent être incorporés en supplément entre des parois latérales des traversées conductrices supérieures 49a et 49b et des parois latérales des trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b. Dans ce cas, les aires de contact entre les traversées conductrices supérieures 49a et 49b et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b sont réduites davantage. Les éléments d'espacement de contact isolants 47 peuvent consister en une couche de nitrure de silicium ou une couche d'oxynitrure de silicium. De façon similaire, les éléments d'espacement de contact isolants 47 peuvent être interposés entre la ligne de métallisation 51' et des parois latérales des trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b, comme représenté sur la figure 2b. As shown in Fig. 2A, insulative contact spacer members 47 may be additionally incorporated between side walls of the upper conductive vias 49a and 49b and side walls of the metallization line contact holes 45a and 45b. In this case, the contact areas between the upper conductive vias 49a and 49b and the phase change material patterns 41a and 41b are further reduced. The insulating contact spacing elements 47 may consist of a silicon nitride layer or a silicon oxynitride layer. Similarly, the insulative contact spacer members 47 may be interposed between the metallization line 51 'and side walls of the metallization line contact holes 45a and 45b, as shown in FIG. 2b.
Il est préférable que les traversées conductrices supérieures 49a et 49b soient composées d'une couche de matériau qui ne réagit pas avec les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b, du fait que les traversées conductrices supérieures 49a et 49b sont en contact direct avec les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Par exemple, les traversées conductrices supérieures 49a et 49b peuvent comprendre, mais de façon non 2879013 20 limitative, une couche de tungstène (W), une couche de nitrure de titane (TiN), une couche de nitrure de tantale (TaN), une couche de nitrure de tungstène (WN), une couche de nitrure de molybdène (MoN), une couche de nitrure de niobium (NbN), une couche de nitrure de titane - silicium (TiSiN), une couche de nitrure de titane - aluminium (TiAlN), une couche de nitrure de titane - bore (TiBN), une couche de nitrure de zirconium - silicium (ZrSiN), une couche de nitrure de tungstène - silicium (WSiN), une couche de nitrure de tungstène - bore (WBN), une couche de nitrure de zirconium - aluminium (ZrAlN), une couche de nitrure de molybdène - silicium (MoSiN), une couche de nitrure de molybdène - aluminium (MoAlN), une couche de nitrure de tantale -silicium (TaSiN), une couche de nitrure de tantale - aluminium (TaAlN), une couche de titane (Ti), une couche de molybdène (Mo), une couche de tantale (Ta), une couche de siliciure de titane (TiSi), une couche de siliciure de tantale (TaSi), une couche de titane - tungstène (TiW), une couche d'oxynitrure de titane (TiON), une couche d'oxynitrure de titane aluminium (TiAlON), une couche d'oxynitrure de tungstène (WON), une couche d'oxynitrure de tantale (TaON) ou une couche de cuivre (Cu). It is preferred that the upper conductive bushings 49a and 49b be composed of a layer of material that does not react with the phase change material patterns 41a and 41b, because the upper conductive bushings 49a and 49b are in direct contact with each other. with the phase change material patterns 41a and 41b. For example, the upper conductive bushings 49a and 49b may include, but are not limited to, a tungsten (W) layer, a titanium nitride (TiN) layer, a tantalum nitride (TaN) layer, a tungsten nitride (WN) layer, a molybdenum nitride (MoN) layer, a niobium nitride (NbN) layer, a titanium nitride - silicon (TiSiN) layer, a titanium - aluminum nitride layer ( TiAlN), a titanium boron nitride (TiBN) layer, a zirconium - silicon nitride (ZrSiN) layer, a tungsten - silicon nitride (WSiN) layer, a tungsten boron nitride (WBN) layer , a zirconium - aluminum nitride (ZrAlN) layer, a molybdenum - silicon nitride (MoSiN) layer, a molybdenum - aluminum nitride (MoAlN) layer, a tantalum - silicon nitride (TaSiN) layer, a tantalum nitride-aluminum layer (TaAlN), a titanium (Ti) layer, a molybdenum layer (Mo), a tantalum layer (Ta), a titanium silicide layer (TiSi), a tantalum silicide layer (TaSi), a titanium-tungsten (TiW) layer, a titanium oxynitride layer ( TiON), a layer of aluminum titanium oxynitride (TiAlON), a tungsten oxynitride (WON) layer, a tantalum oxynitride layer (TaON) or a copper (Cu) layer.
Comme décrit ci-dessus, les surfaces inférieures des motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b sont en contact direct avec les traversées conductrices inférieures 39a et 39b, et les surfaces supérieures des motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b sont en contact direct avec les traversées conductrices supérieures 49a et 49b ou avec la ligne de métallisation 51', sans l'insertion d'électrodes supérieures. En plus des aires de contact entre les traversées conductrices supérieures 49a et 49b (ou les traversées conductrices inférieures 39a et 39b) et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b, les aires de contact entre la ligne de métallisation 51' et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent également être inférieures aux aires en plan des motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Par conséquent, lorsqu'un courant d'écriture IW' circule à travers l'un sélectionné des motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b (par exemple le premier motif de matériau à changement de phase 41a), la densité du courant d'écriture IW' dans une région de volume du motif de matériau à changement de phase 41a sélectionné est notablement accrue en comparaison avec l'art antérieur. Il en résulte que l'efficacité de transition de phase (c'est-à-dire l'efficacité de génération thermique) du motif de matériau à changement de phase 41a sélectionné de la cellule de mémoire à changement de phase des exemples de modes de réalisation, est augmentée. En d'autres termes, avec la cellule de mémoire à changement de phase des exemples de modes de réalisation de la présente invention, l'efficacité d'écriture de la cellule de mémoire est notablement augmentée et la perte thermique du motif de matériau à changement de phase 41a sélectionné est notablement réduite en comparaison avec des cellules de mémoire à changement de phase classiques, du fait que des électrodes supérieures avec une conductivité thermique élevée ne sont pas employées avec les exemples de modes de réalisation. As described above, the lower surfaces of the phase change material patterns 41a and 41b are in direct contact with the lower conductive bushings 39a and 39b, and the upper surfaces of the phase change material patterns 41a and 41b are in contact with each other. direct contact with the upper conductive bushings 49a and 49b or with the metallization line 51 ', without the insertion of upper electrodes. In addition to the contact areas between the upper conductive bushings 49a and 49b (or the lower conductive bushings 39a and 39b) and the phase change material patterns 41a and 41b, the contact areas between the metallization line 51 'and the The phase change material patterns 41a and 41b may also be smaller than the planar areas of the phase change material patterns 41a and 41b. Therefore, when a write current IW 'flows through a selected one of the phase change material patterns 41a and 41b (e.g., the first phase change material pattern 41a), the current density d IW 'writing in a volume region of the selected phase change material pattern 41a is significantly increased in comparison with the prior art. As a result, the phase transition efficiency (i.e., thermal generation efficiency) of the selected phase change material pattern 41a of the phase change memory cell of the exemplary modes of realization, is increased. In other words, with the phase change memory cell of the exemplary embodiments of the present invention, the write efficiency of the memory cell is significantly increased and the thermal loss of the material pattern changes. The selected phase phase 41a is significantly reduced in comparison with conventional phase change memory cells, because upper electrodes with high thermal conductivity are not used with the exemplary embodiments.
Dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur la figure 2A, lorsque les éléments d'espacement de contact isolants 47 sont établis sur les parois latérales des trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b, les aires de contact entre les traversées conductrices supérieures 49a et 49b et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être inférieures aux aires de contact entre les traversées conductrices inférieures 39a et 39b et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Dans ce cas, si le courant d'écriture IW' circule à travers le premier motif de matériau à changement de phase 41a, une transition de phase 2879013 22 se produit à une interface entre la première traversée conductrice supérieure 49a et le premier motif de matériau à changement de phase 41a. De façon similaire, dans l'exemple de mode de réalisation représenté sur la figure 2B, lorsque les éléments d'espacement de contact isolants 47 sont établis sur les parois latérales des trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b, les aires de contact entre la ligne de métallisation 51' et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être inférieures aux aires de contact entre les traversées conductrices inférieures 39a et 39b et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Dans ce cas, si le courant d'écriture IW' circule à travers le premier motif de matériau à changement de phase 41a, une transition de phase se produit à une interface entre la ligne de métallisation 51' et le premier motif de matériau à changement de phase 41a. In the exemplary embodiment shown in Fig. 2A, when the insulating contact spacers 47 are set on the side walls of the metallization line contact holes 45a and 45b, the contact areas between the conductive bushings upper 49a and 49b and the phase change material patterns 41a and 41b may be smaller than the contact areas between the lower conductive vias 39a and 39b and the phase change material patterns 41a and 41b. In this case, if the write current IW 'flows through the first phase change material pattern 41a, a phase transition 2879013 22 occurs at an interface between the first lead conductor 49a and the first material pattern. with phase change 41a. Similarly, in the exemplary embodiment shown in Fig. 2B, when the insulating contact spacers 47 are set on the side walls of the metallization line contact holes 45a and 45b, the contact areas between the metallization line 51 'and the phase change material patterns 41a and 41b may be smaller than the contact areas between the lower conductive vias 39a and 39b and the phase change material patterns 41a and 41b. In this case, if the write current IW 'flows through the first phase change material pattern 41a, a phase transition occurs at an interface between the metallization line 51' and the first material change pattern. phase 41a.
Les exemples de modes de réalisation précédents sont applicables aussi bien à des cellules de mémoire à changement de phase à axes confondus qu'à des cellules de mémoire à changement de phase à axes décalés. Ainsi, un axe central vertical 45x' du premier trou de contact de ligne de métallisation 45a peut être en coïncidence ou espacé vis-à- vis d'un axe central vertical 39x' de la première traversée conductrice inférieure 39a. De façon similaire, un axe central vertical 45x" du deuxième trou de contact de ligne de métallisation 45b peut être en coïncidence ou espacé vis-à-vis d'un axe central vertical 39x" de la deuxième traversée conductrice inférieure 39b. The above exemplary embodiments are applicable to both axis-shift phase-shift memory cells and to offset-axis phase change memory cells. Thus, a vertical center axis 45x 'of the first metallization line contact hole 45a may be in coincidence or spaced from a vertical center axis 39x' of the first lower conductive passage 39a. Similarly, a vertical center axis 45x "of the second metallization line contact hole 45b may be in coincidence or spaced from a vertical center axis 39x" of the second lower conductive passage 39b.
En précédents changement 3A et 3B. En In previous changes 3A and 3B. In
dispositif 2A et 2B, outre, les exemples de modes de réalisation sont applicables à des cellules de mémoire à de phase confinées représentées sur les figures se référant aux figures 3A et 3B, on note que le de commutation décrit en référence aux figures c'est-à-dire le transistor MOS d'accès ou le transistor bipolaire d'accès, peut être formé dans un substrat semiconducteur 251. Une couche diélectrique intercouche inférieure 253 est disposée sur le substrat ayant le dispositif de commutation. Le dispositif de commutation est connecté électriquement à une traversée conductrice inférieure 259 qui traverse la couche diélectrique intercouche inférieure 253. La traversée conductrice inférieure 259 peut être constituée de la même couche de matériau que les traversées conductrices inférieures 39a et 39b décrites en référence aux figures 2A et 2B. Une électrode inférieure 261 est disposée sur la couche diélectrique intercouche inférieure 253. L'électrode inférieure 261 est disposée de façon à couvrir la traversée conductrice inférieure 259. Ainsi, l'électrode inférieure 261 est connectée électriquement à la traversée conductrice inférieure 259. L'électrode inférieure 261 peut être une couche de nitrure de métal telle qu'une couche de nitrure de titane. 2A and 2B, in addition, the exemplary embodiments are applicable to confined phase memory cells shown in the figures referring to FIGS. 3A and 3B, it will be noted that the switching device described with reference to FIGS. that is, the access MOS transistor or the bipolar access transistor may be formed in a semiconductor substrate 251. A lower interlayer dielectric layer 253 is provided on the substrate having the switching device. The switching device is electrically connected to a lower conductive vias 259 which passes through the lower interlayer dielectric layer 253. The lower conductive vias 259 may be made of the same material layer as the lower conductive vias 39a and 39b described with reference to Figs. 2A and 2B. A lower electrode 261 is disposed on the lower interlayer dielectric layer 253. The lower electrode 261 is arranged to cover the lower conductive bushing 259. Thus, the lower electrode 261 is electrically connected to the lower conductive bushing 259. Lower electrode 261 may be a metal nitride layer such as a titanium nitride layer.
L'électrode inférieure 261 et la couche diélectrique intercouche inférieure 253 sont recouvertes par une couche de moulage 263. La couche de moulage 263 peut être une couche isolante telle qu'une couche d'oxyde de silicium. Un motif de matériau à changement de phase 265 est disposé sur la couche de moulage 263, et le motif de matériau à changement de phase 265 est en contact direct avec une partie de l'électrode inférieure 261 à travers un trou de contact de matériau à changement de phase 263h qui pénètre dans la couche de moulage 263. Un axe central vertical 263x du trou de contact de matériau à changement de phase 263h peut être espacé d'un axe central vertical 259x de la traversée conductrice inférieure 259, comme représenté sur les figures 3A et 3B. Selon une variante, l'axe central vertical 263x du trou de contact de matériau à changement de phase 263h peut être identique à l'axe central vertical 259x de la traversée conductrice inférieure 259. The lower electrode 261 and the lower interlayer dielectric layer 253 are covered by a molding layer 263. The molding layer 263 may be an insulating layer such as a silicon oxide layer. A pattern of phase change material 265 is disposed on the molding layer 263, and the phase change material pattern 265 is in direct contact with a portion of the lower electrode 261 through a contact hole of phase change 263h which penetrates into the molding layer 263. A vertical central axis 263x of the phase change material contact hole 263h may be spaced from a vertical central axis 259x of the lower conductive bushing 259, as shown in FIGS. Figures 3A and 3B. Alternatively, the vertical central axis 263x of the phase change material contact hole 263h may be identical to the vertical center axis 259x of the lower conductive bushing 259.
Un couche diélectrique intercouche supérieure 267 est formée sur le substrat ayant le motif de matériau à changement de phase 265. Un motif de masque dur 266 peut être formé entre le motif de matériau à changement de phase 265 et la couche diélectrique intercouche supérieure 267. Le motif de masque dur 266 peut être constitué de la même couche de matériau que les motifs de masque dur 41a et 41b décrits en référence aux figures 2A et 2B. Une partie du motif de matériau à changement de phase 265 est en contact direct avec un motif de couche conductrice à travers un trou de contact de ligne de métallisation 267h qui pénètre dans la couche diélectrique intercouche supérieure 267 et le motif de masque dur 266. Par exemple, le motif de matériau à changement de phase 265 peut être en contact direct avec une traversée conductrice supérieure 271 qui traverse la couche diélectrique intercouche supérieure 267 et le motif de masque dur 266, comme représenté sur la figure 3A. La traversée conductrice supérieure 271 peut être connectée électriquement à une ligne de métallisation 273 qui est disposée sur la couche diélectrique intercouche supérieure 267. La traversée conductrice supérieure 271 peut être constituée de la même couche de matériau que les traversées conductrices supérieures 49a et 49b décrites en référence aux figures 2A et 2B. An upper interlayer dielectric layer 267 is formed on the substrate having the phase change material pattern 265. A hard mask pattern 266 may be formed between the phase change material pattern 265 and the upper interlayer dielectric layer 267. Hard mask pattern 266 may be made of the same material layer as the hard mask patterns 41a and 41b described with reference to Figures 2A and 2B. A portion of the phase change material pattern 265 is in direct contact with a conductive layer pattern through a metallization line contact hole 267h which penetrates the upper interlayer dielectric layer 267 and the hard mask pattern 266. By for example, the phase change material pattern 265 may be in direct contact with an upper conductive lead 271 which passes through the upper interlayer dielectric layer 267 and the hard mask pattern 266, as shown in FIG. 3A. The upper conductive bushing 271 may be electrically connected to a metallization line 273 which is disposed on the upper interlayer dielectric layer 267. The upper conductive vias 271 may be made of the same material layer as the upper conductive vias 49a and 49b described in FIG. reference to FIGS. 2A and 2B.
Dans d'autres exemples de modes de réalisation de la présente invention, le motif de matériau à changement de phase 265 peut être en contact direct avec un motif de couche conductrice disposé sur la couche diélectrique intercouche supérieure 267. En d'autres termes, le motif de matériau à changement de phase 265 peut être en contact direct avec une ligne de métallisation 273' disposée sur la couche diélectrique intercouche supérieure 267, comme représenté sur la figure 3B. Dans ce cas, la ligne de métallisation 273' s'étend de façon à pénétrer dans la couche diélectrique intercouche supérieure 267 et le motif de masque dur 266. In other exemplary embodiments of the present invention, the phase change material pattern 265 may be in direct contact with a conductive layer pattern disposed on the upper interlayer dielectric layer 267. In other words, the The phase change material pattern 265 may be in direct contact with a metallization line 273 'disposed on the upper interlayer dielectric layer 267, as shown in FIG. 3B. In this case, the metallization line 273 'extends to penetrate the upper interlayer dielectric layer 267 and the hard mask pattern 266.
Un axe central vertical 267x du trou de contact de ligne de métallisation 267h peut être espacé d'un axe central vertical 263x du trou de contact de matériau à changement de phase 263h. Selon une variante, l'axe central vertical 267x du trou de contact de ligne de métallisation 267h peut être identique à l'axe central vertical 263x du trou de contact de matériau à changement de phase 263h. A vertical centerline 267x of the metallization line contact hole 267h may be spaced from a vertical centerline 263x of the phase change material contact hole 263h. Alternatively, the vertical centerline 267x of the metallization line contact hole 267h may be identical to the vertical centerline 263x of the phase change material contact hole 263h.
Un élément d'espacement de contact isolant 269 peut être disposé en outre entre des parois latérales de la traversée conductrice supérieure 271 et des parois latérales du trou de contact de ligne de métallisation 267h. Dans ce cas, une aire de contact entre la traversée conductrice supérieure 271 et le motif de matériau à changement de phase 265 est réduite davantage. L'élément d'espacement de contact isolant 269 peut être composé d'une couche de nitrure de silicium ou d'une couche d'oxynitrure de silicium. De façon similaire, les éléments d'espacement de contact isolants 269 peuvent être interposés entre la ligne de métallisation 273' et les parois latérales du trou de contact de ligne de métallisation 267h, comme représenté sur la figure 3B. An insulative contact spacer 269 may be further disposed between side walls of the upper conductive passage 271 and side walls of the metallization line contact hole 267h. In this case, an area of contact between the upper conductive bushing 271 and the phase change material pattern 265 is further reduced. The insulating contact spacer 269 may be composed of a silicon nitride layer or a silicon oxynitride layer. Similarly, the insulative contact spacer members 269 may be interposed between the metallization line 273 'and the side walls of the metallization line contact hole 267h, as shown in FIG. 3B.
On va maintenant décrire des procédés de formation de cellules de mémoire à changement de phase conformes à des exemples de modes de réalisation de la présente invention. Methods of forming phase change memory cells in accordance with exemplary embodiments of the present invention will now be described.
Les figures 4 à 8 sont des coupes verticales illustrant des procédés de formation des cellules de mémoire à changement de phase représentées sur la figure 2A, conformes à des exemples de modes de réalisation de l'invention. Figures 4 to 8 are vertical sections illustrating methods of forming the phase change memory cells shown in Figure 2A, in accordance with exemplary embodiments of the invention.
En se référant à la figure 4, on note qu'une couche de séparation 23 est formée dans une région prédéterminée d'un substrat semiconducteur 21 pour définir une région active 23a. Une couche diélectrique de grille 25 est formée sur la région active 23a, et une couche conductrice de grille est formée sur le substrat ayant la couche diélectrique de grille 25. Un motif est défini dans la couche conductrice de grille pour former une première électrode de grille 27a et une deuxième électrode de grille 27b, qui sont parallèles l'une à l'autre et disposées de façon à croiser, à un niveau supérieur, la région active 23a. Les première et deuxième électrodes de grille 27a et 27b peuvent s'étendre de façon à remplir respectivement les fonctions des première et deuxième lignes de mot. Referring to Figure 4, it is noted that a separation layer 23 is formed in a predetermined region of a semiconductor substrate 21 to define an active region 23a. A gate dielectric layer 25 is formed on the active region 23a, and a gate conductive layer is formed on the substrate having the gate dielectric layer 25. A pattern is defined in the gate conductive layer to form a first gate electrode 27a and a second gate electrode 27b, which are parallel to each other and arranged to intersect, at a higher level, the active region 23a. The first and second gate electrodes 27a and 27b may extend so as to respectively fulfill the functions of the first and second word lines.
Des ions d'impuretés sont implantés dans la région active 23a en utilisant les lignes de mot 27a et 27b et la couche de séparation 23 comme des masques d'implantation ionique, pour former ainsi une région de source commune 29s et des première et deuxième régions de drain 29d' et 29d". La région de source commune 29s est formée dans la région active 23a entre les première et deuxième lignes de mot 27a et 27b. En outre, la première région de drain 29d' est formée dans la région active 23a qui est adjacente à la première ligne de mot 27a et située en regard de la région de source commune 29s. En outre, la deuxième région de drain 29d" est formée dans la région active 23a qui est adjacente à la deuxième ligne de mot 27b et située en regard de la région de source commune 29s. La première ligne de mot 27a, la région de source commune 29s et la première région de drain 29d' constituent un premier dispositif de commutation, c'est-à-dire un premier transistor MOS d'accès. De façon similaire, la deuxième ligne de mot 27b, la région de source commune 29s et la deuxième région de drain 29d" constituent un deuxième dispositif de commutation, c'est-à-dire un deuxième transistor MOS d'accès. Dans d'autres exemples de modes de réalisation, les premier et deuxième dispositifs de commutation peuvent être formés de façon à avoir des structures de transistors bipolaires. Une première couche diélectrique intercouche inférieure 31 est ensuite formée sur le substrat ayant les premier et deuxième dispositifs de commutation. Impurity ions are implanted in the active region 23a using the word lines 27a and 27b and the separation layer 23 as ion implantation masks, thereby forming a common source region 29s and first and second regions The common source region 29s is formed in the active region 23a between the first and second word lines 27a and 27b, and the first drain region 29d 'is formed in the active region 23a. which is adjacent to the first word line 27a and located opposite the common source region 29s In addition, the second drain region 29d "is formed in the active region 23a which is adjacent to the second word line 27b and located next to the 29s common source area. The first word line 27a, the common source region 29s and the first drain region 29d 'constitute a first switching device, i.e. a first access MOS transistor. Similarly, the second word line 27b, the common source region 29s and the second drain region 29d "constitute a second switching device, i.e. a second access MOS transistor. In other exemplary embodiments, the first and second switching devices may be formed to have bipolar transistor structures, and a first lower interlayer dielectric layer 31 is then formed on the substrate having the first and second switching devices.
En se référant à la figure 5, on note qu'un motif est formé dans la première couche diélectrique intercouche inférieure 31 pour former un trou de contact de source commune, un premier trou de contact de drain et un deuxième trou de contact de drain qui mettent à nu respectivement la région de source commune 29s, la première région de drain 29d' et la deuxième région de drain 29d". Une traversée de contact de source commune 33s, une première traversée de contact de drain 33d' et une deuxième traversée de contact de drain 33d" sont formées dans les trous de contact respectifs en utilisant un procédé classique. Referring to FIG. 5, a pattern is formed in the first lower interlayer dielectric layer 31 to form a common source contact hole, a first drain contact hole and a second drain contact hole which respectively expose the common source region 29s, the first drain region 29d 'and the second drain region 29d ". A common source contact crossing 33s, a first drain contact passage 33d' and a second bushing crossing. 33d "drain contact are formed in the respective contact holes using a conventional method.
Une couche conductrice est formée sur le substrat ayant les traversées de contact 33s, 33d' et 33d". Un motif est défini dans la couche conductrice pour former une ligne de bit 33s, un premier plot de drain 35d' et un second plot de drain 35d" qui couvrent respectivement la traversée de contact de source commune 33s, la première traversée de contact de drain 33d' et la deuxième traversée de contact de drain 33d". La ligne de bit 35s peut être formée parallèlement aux lignes de mot 27a et 27b. Selon une variante, la ligne de bit 35s peut être formée de façon à croiser, à un niveau supérieur, les lignes de mot 27a et 27b. Une seconde couche diélectrique intercouche inférieure 37 est formée sur le substrat ayant la ligne de bit 35s et les premier et deuxième plots de drain 35d' et 35d". Les première et deuxième couches diélectriques intercouches inférieures 31 et 37 constituent une couche diélectrique intercouche inférieure 38. A conductive layer is formed on the substrate having the contact vias 33s, 33d 'and 33d ". A pattern is defined in the conductive layer to form a bit line 33s, a first drain pad 35d' and a second drain pad 35d "which respectively cover the common source contact feedthrough 33s, the first drain contact bushing 33d 'and the second drain contact bushing 33d" .The bit line 35s can be formed parallel to the word lines 27a and 27b Alternatively, the bit line 35s may be formed to intersect, at a higher level, the word lines 27a and 27b.A second lower layer dielectric layer 37 is formed on the substrate having the bit line 35s and the first and second drain pads 35d 'and 35d ". The first and second lower interlayer dielectric layers 31 and 37 constitute a lower interlayer dielectric layer 38.
En se référant à la figure 6, on note qu'un motif est formé dans la deuxième couche diélectrique intercouche inférieure 37 pour former des premier et deuxième trous de contact de n ud de stockage qui mettent respectivement à nu les premier et deuxième plots de drain 35d' et 35d". Une première traversée conductrice inférieure 39a et une deuxième traversée conductrice inférieure 39b sont formées respectivement dans les premier et deuxième trous de contact de noeud de stockage. Une couche de matériau à changement de phase 41 est ensuite formée sur le substrat ayant les traversées conductrices inférieures 39a et 39b. La couche de matériau à changement de phase 41 peut être constituée d'une couche de matériau contenant au moins un d'éléments du type chalcogénure tels que le tellure (Te) ou le sélénium (Se). Par exemple, la couche de matériau à changement de phase 41 peut être constituée d'une couche de chalcogénure telle qu'une couche de GST. Dans ce cas, les traversées conductrices inférieures 39a et 39b sont en contact direct avec la couche de matériau à changement de phase 41. Par conséquent, les traversées conductrices inférieures 39a et 39b peuvent être constituées d'une couche conductrice qui ne réagit pas avec la couche de matériau à changement de phase 41. Par exemple, les traversées conductrices inférieures 39a et 39b peuvent comprendre, mais de façon non limitative, une couche de tungstène (W), une couche de nitrure de titane (TiN), une couche de nitrure de tantale (TaN), une couche de nitrure de tungstène (WN), une couche de nitrure de molybdène (MoN), une couche de nitrure de niobium (NbN), une couche de nitrure de titane silicium (TiSiN), une couche de nitrure de titane - aluminium (TiAlN), une couche de nitrure de titane - bore (TiBN), une couche de nitrure de zirconium - silicium (ZrSiN), une couche de nitrure de tungstène silicium (WSiN), une couche de nitrure de tungstène - bore (WBN), une couche de nitrure de zirconium - aluminium (ZrAlN), une couche de nitrure de molybdène - silicium (MoSiN), une couche de nitrure de molybdène aluminium (MoAlN), une couche de nitrure de tantale -silicium (TaSiN), une couche de nitrure de tantale - aluminium (TaAlN), une couche de titane(Ti), une couche de molybdène (Mo), une couche de tantale (Ta), une couche de siliciure de titane (TiSi), une couche de siliciure de tantale (TaSi), une couche de titane - tungstène (TiW), une couche d'oxynitrure de titane (TiON), une couche d'oxynitrure de titane - aluminium (TiAlON), une couche d'oxynitrure de tungstène (WON), une couche d'oxynitrure de tantale (TaON) ou une couche de cuivre (Cu). Referring to Figure 6, it is noted that a pattern is formed in the second lower interlayer dielectric layer 37 to form first and second storage node contact holes which respectively expose the first and second drain pads respectively. 35d 'and 35d', a first lower conductive passage 39a and a second lower conductive passage 39b are respectively formed in the first and second storage node contact holes, and a layer of phase change material 41 is then formed on the substrate having the lower conductive bushings 39a and 39b The layer of phase change material 41 may consist of a layer of material containing at least one of chalcogenide elements such as tellurium (Te) or selenium (Se) For example, the layer of phase change material 41 may consist of a chalcogenide layer such as a layer of GST. s, the lower conductive vias 39a and 39b are in direct contact with the layer of phase change material 41. Therefore, the lower conductive vias 39a and 39b may consist of a conductive layer which does not react with the layer of phase-change material 41. For example, the lower conductive vias 39a and 39b may include, but are not limited to, a tungsten layer (W), a titanium nitride (TiN) layer, a tantalum nitride layer (TaN), a layer of tungsten nitride (WN), a layer of molybdenum nitride (MoN), a layer of niobium nitride (NbN), a layer of titanium nitride silicon (TiSiN), a layer of nitride of titanium - aluminum (TiAlN), a titanium nitride - boron (TiBN) layer, a zirconium - silicon nitride (ZrSiN) layer, a tungsten silicon nitride (WSiN) layer, a boron - tungsten nitride layer (WBN), a layer of aluminum zirconium nitride (ZrAlN), a layer of molybdenum - silicon nitride (MoSiN), a layer of aluminum molybdenum nitride (MoAlN), a layer of tantalum - silicon nitride (TaSiN), a layer of nitride of tantalum - aluminum (TaAlN), a titanium (Ti) layer, a molybdenum (Mo) layer, a tantalum (Ta) layer, a titanium silicide (TiSi) layer, a tantalum silicide (TaSi) layer , a titanium - tungsten (TiW) layer, a titanium oxynitride (TiON) layer, a titanium - aluminum oxynitride (TiAlON) layer, a tungsten oxynitride (WON) layer, a tantalum oxynitride (TaON) or a layer of copper (Cu).
Une couche de masque dur peut être formée en outre sur la couche de matériau à changement de phase 41. La couche de masque dur peut être constituée d'une couche isolante ayant une sélectivité de gravure vis-àvis de la couche de matériau à changement de phase 41. Par exemple, la couche de masque dur peut être constituée d'une couche de matériau incluant au moins une couche sélectionnée dans le groupe consistant en une couche d'oxyde de silicium, une couche de nitrure de silicium et une couche d'oxyde de métal isolant. La couche d'oxyde de silicium peut être constituée d'une couche de tétraéthylorthosilicate (TEOS), et la couche d'oxyde de métal peut être constituée d'une couche d'oxyde d'aluminium ou d'une couche d'oxyde de titane. Un motif est défini dans la couche de masque dur pour former un premier motif de masque dur 43a et un deuxième motif de masque dur 43b respectivement sur les première et deuxième traversées conductrices inférieures 39a et 39b. A hard mask layer may be further formed on the layer of phase change material 41. The hard mask layer may be formed of an insulating layer having an etch selectivity to the layer of change material. For example, the hard mask layer may consist of a layer of material including at least one layer selected from the group consisting of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and a layer of silicon oxide. insulating metal oxide. The silicon oxide layer may be formed of a tetraethylorthosilicate (TEOS) layer, and the metal oxide layer may be formed of an aluminum oxide layer or an oxide layer of titanium. A pattern is defined in the hard mask layer to form a first hard mask pattern 43a and a second hard mask pattern 43b respectively on the first and second lower conductive leads 39a and 39b.
En se référant à la figure 7, on note que la couche de matériau à changement de phase 41 est gravée en utilisant les motifs de masque dur 43a et 43b comme des masques de gravure, pour former ainsi un premier motif de matériau à changement de phase 41a et un deuxième motif de matériau à changement de phase 41b qui sont en contact direct avec respectivement les première et deuxième traversées conductrices inférieures 39a et 39b. Selon une variante, les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être formés en utilisant un processus de photolithographie, sans utiliser les motifs de masque dur 43a et 43b. Referring to Fig. 7, it is noted that the phase change material layer 41 is etched using the hard mask patterns 43a and 43b as etch masks, thereby forming a first phase change material pattern. 41a and a second phase change material pattern 41b which are in direct contact with the first and second lower conductive leads 39a and 39b, respectively. Alternatively, the phase change material patterns 41a and 41b may be formed using a photolithography process, without using the hard mask patterns 43a and 43b.
Une couche diélectrique intercouche supérieure 45 est formée sur le substrat ayant les motifs de masque dur 43a et 43b. La couche diélectrique intercouche supérieure peut être constituée d'une couche d'oxyde de silicium. Un motif est formé dans la couche diélectrique intercouche supérieure 45 et les motifs de masque dur 43a et 43b, pour former un premier trou de contact de ligne de métallisation 45a et un deuxième trou de contact de ligne de métallisation 45b qui mettent respectivement à nu les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Le premier trou de contact de ligne de métallisation 45a peut être formé de façon à avoir un axe central vertical qui est espacé d'un axe central vertical de la première traversée conductrice inférieure 39a. De façon similaire, le deuxième trou de contact de ligne de métallisation 45b peut être formé de façon à avoir un axe central vertical espacé d'un axe central vertical de la deuxième traversée conductrice 39b. An upper interlayer dielectric layer 45 is formed on the substrate having hard mask patterns 43a and 43b. The upper interlayer dielectric layer may consist of a silicon oxide layer. A pattern is formed in the upper interlayer dielectric layer 45 and the hard mask patterns 43a and 43b, to form a first metallization line contact hole 45a and a second metallization line contact hole 45b that respectively expose the first and second phase change material patterns 41a and 41b. The first metallization line contact hole 45a may be formed to have a vertical central axis which is spaced from a vertical central axis of the first lower conductive passage 39a. Similarly, the second metallization line contact hole 45b may be formed to have a vertical central axis spaced from a vertical central axis of the second conductive passage 39b.
Les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent subir des dommages de gravure pendant un processus de gravure pour former les trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b. The first and second phase change material patterns 41a and 41b may suffer etch damage during an etching process to form the metallization line contact holes 45a and 45b.
Lorsque les dommages de gravure qui sont subis sont graves, des caractéristiques des motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b peuvent être dégradées. Par conséquent, le processus de gravure pour former les trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b est de préférence effectué en utilisant une technique de gravure qui est capable de minimiser les dommages de gravure occasionnés aux motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Pour minimiser les dommages de gravure, il est préférable que le processus de gravure pour former les trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b présente une sélectivité de gravure élevée, d'au moins 5. En d'autres termes, il est préférable que la vitesse de gravure de la couche diélectrique intercouche supérieure 45 et des motifs de masque dur 43a et 43b soit 5 fois plus élevée que celle des motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. When the etching damage that is suffered is severe, characteristics of the phase change material patterns 41a and 41b can be degraded. Therefore, the etching process for forming the metallization line contact holes 45a and 45b is preferably performed using an etching technique which is capable of minimizing the etch damage caused to the phase change material patterns 41a and 41b. To minimize the etching damage, it is preferable that the etching process to form the metallization line contact holes 45a and 45b has a high etch selectivity of at least 5. In other words, it is preferable to that the etching rate of the upper interlayer dielectric layer 45 and hard mask patterns 43a and 43b is 5 times higher than that of the phase change material patterns 41a and 41b.
Dans les exemples de modes de réalisation de la présente invention, lorsque la couche diélectrique intercouche supérieure 45 et les motifs de masque dur 43a et 43b sont constitués d'une couche d'oxyde de silicium et les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b sont constitués d'une couche de GST, le processus de gravure pour former les trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b peut être accompli en utilisant un premier gaz de gravure principal d'un système CXHYFZ et un deuxième gaz de gravure principal d'un système CvF,, sous une pression de 1,3 à 13 Pa. En outre, le processus de gravure peut être accompli en utilisant une puissance de plasma de 300 à 1000 W. Dans ces exemples de modes de réalisation, le premier gaz de gravure principal peut être un gaz consistant en CHF3, CH2F2 ou CH3F, et le deuxième gaz de gravure principal peut être un gaz consistant en CF4, C4F6, C4F8 ou C5F8. En outre, le processus de gravure peut être accompli avec au moins un d'un gaz consistant en argon (Ar), en azote (N2) et en oxygène (02), en plus des premier et deuxième gaz de gravure principaux. Dans ce cas, le débit total des premier et deuxième gaz de gravure principaux peut être d'au moins 10% du débit total de tous les gaz utilisés dans le processus de gravure. In the exemplary embodiments of the present invention, when the upper interlayer dielectric layer 45 and the hard mask patterns 43a and 43b are made of a silicon oxide layer and the phase change material patterns 41a and 41b consist of a GST layer, the etching process for forming the metallization line contact holes 45a and 45b can be accomplished using a first main etching gas of a CXHYFZ system and a second main etching gas of a CvF system, at a pressure of 1.3 to 13 Pa. In addition, the etching process can be accomplished using a plasma power of 300 to 1000 W. In these exemplary embodiments, the first main etching gas may be a gas consisting of CHF3, CH2F2 or CH3F, and the second main etching gas may be a gas consisting of CF4, C4F6, C4F8 or C5F8. In addition, the etching process may be accomplished with at least one of argon (Ar), nitrogen (N2) and oxygen (02) gas in addition to the first and second major etching gases. In this case, the total flow rate of the first and second main etching gases may be at least 10% of the total flow rate of all the gases used in the etching process.
En se référant à la figure 8, on note qu'une couche conductrice est formée sur le substrat ayant les trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b, et une gravure de réduction d'épaisseur est appliquée à la couche conductrice pour mettre à nu une surface supérieure de la couche diélectrique intercouche supérieure 45. Il en résulte qu'une première traversée conductrice supérieure 49a et une deuxième traversée conductrice supérieure 49b sont respectivement formées dans les premier et deuxième trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b. Referring to Figure 8, it is noted that a conductive layer is formed on the substrate having the metallization line contact holes 45a and 45b, and a thickness reduction etch is applied to the conductive layer to An upper surface of the upper interlayer dielectric layer 45 is shown. As a result, a first upper conductive passage 49a and a second upper conductive passage 49b are respectively formed in the first and second metallization line contact holes 45a and 45b.
Les première et deuxième traversées conductrices supérieures 49a et 49b sont formées de façon à être en contact direct avec respectivement les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Par conséquent, les traversées conductrices supérieures 49a et 49b peuvent également être constituées d'une couche conductrice qui ne réagit pas avec les motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b. Par exemple, les traversées conductrices supérieures 49a et 49b peuvent comprendre, mais de façon non limitative, une couche de tungstène (W), une couche de nitrure de titane (TiN), une couche de nitrure de tantale (TaN), une couche de nitrure de tungstène (WN), une couche de nitrure de molybdène (MoN), une couche de nitrure de niobium (NbN), une couche de nitrure de titane silicium (TiSiN), une couche de nitrure de titane - aluminium (TiAlN), une couche de nitrure de titane - bore (TiBN), une couche de nitrure de zirconium - silicium (ZrSiN), une couche de nitrure de tungstène silicium (WSiN), une couche de nitrure de tungstène - bore (WBN), une couche de nitrure de zirconium - aluminium (ZrAlN), une couche de nitrure de molybdène - silicium (MoSiN), une couche de nitrure de molybdène aluminium (MoAlN), une couche de nitrure de tantale -silicium (TaSiN), une couche de nitrure de tantale - aluminium (TaAlN), une couche de titane (Ti), une couche de molybdène (Mo), une couche de tantale (Ta), une couche de siliciure de titane (TiSi), une couche de siliciure de tantale (TaSi), une couche de titane - tungstène (TiW), une couche d'oxynitrure de titane (TiON), une couche d'oxynitrure de titane - aluminium (TiAlON), une couche d'oxynitrure de tungstène (WON), une couche d'oxynitrure de tantale (TaON) ou une couche de cuivre (Cu). The first and second upper conductor bushings 49a and 49b are formed to be in direct contact with the first and second phase change material patterns 41a and 41b, respectively. Therefore, the upper conductive bushings 49a and 49b may also consist of a conductive layer that does not react with the phase change material patterns 41a and 41b. For example, the upper conductive bushings 49a and 49b may include, but are not limited to, a tungsten (W) layer, a titanium nitride (TiN) layer, a tantalum nitride (TaN) layer, a tungsten nitride (WN), a layer of molybdenum nitride (MoN), a layer of niobium nitride (NbN), a layer of titanium nitride silicon (TiSiN), a layer of titanium-aluminum nitride (TiAlN), titanium - boron nitride (TiBN) layer, zirconium - silicon nitride (ZrSiN) layer, tungsten silicon nitride (WSiN) layer, tungsten boron nitride (WBN) layer, zirconium nitride-aluminum (ZrAlN), a layer of molybdenum-silicon nitride (MoSiN), a layer of aluminum molybdenum nitride (MoAlN), a tantalum-silicon nitride layer (TaSiN), a tantalum nitride layer - aluminum (TaAlN), a layer of titanium (Ti), a layer of molybdenum (Mo), a layer of tantalum (Ta), a titanium silicide layer (TiSi), a tantalum silicide layer (TaSi), a titanium - tungsten (TiW) layer, a titanium oxynitride layer (TiON), a titanium oxynitride (TiAlON), a tungsten oxynitride (WON) layer, a tantalum oxynitride (TaON) layer or a copper (Cu) layer.
Dans d'autres exemples de modes de réalisation de la présente invention, des éléments d'espacement de contact isolants 47 peuvent être formés sur des parois latérales des trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b avant de déposer la couche conductrice pour former les première et deuxième traversées conductrices supérieures 49a et 49b. Les éléments d'espacement de contact isolants 47 peuvent être constitués d'une couche de nitrure de silicium ou d'une couche d'oxynitrure de silicium. In other exemplary embodiments of the present invention, insulative contact spacer members 47 may be formed on side walls of the metallization line contact holes 45a and 45b prior to depositing the conductive layer to form the conductive layers. first and second upper conductive bushings 49a and 49b. The insulating contact spacing elements 47 may consist of a silicon nitride layer or a silicon oxynitride layer.
Ensuite, une couche de métallisation est formée sur le substrat ayant les traversées conductrices supérieures 49a et 49b, et un motif est défini dans la couche de métallisation pour former une ligne de métallisation 51 qui est connectée électriquement aux première et deuxième traversées conductrices supérieures 49a et 49b. Then, a metallization layer is formed on the substrate having the upper conductive vias 49a and 49b, and a pattern is defined in the metallization layer to form a metallization line 51 which is electrically connected to the first and second upper conductive vias 49a and 49b.
Dans encore d'autres exemples de modes de réalisation, le processus de formation des traversées conductrices supérieures 49a et 49b peut être omis. Dans ce cas, la ligne de métallisation 51 est formée de façon à être en contact direct avec les premier et deuxième motifs de matériau à changement de phase 41a et 41b à travers les trous de contact de ligne de métallisation 45a et 45b. In yet other exemplary embodiments, the process of forming the upper conductive vias 49a and 49b may be omitted. In this case, the metallization line 51 is shaped to be in direct contact with the first and second phase change material patterns 41a and 41b through the metallization line contact holes 45a and 45b.
On va maintenant décrire en référence aux figures 3A et 3B des procédés de formation de cellules de mémoire à changement de phase confinées conformes à des exemples de modes de réalisation de la présente invention. Reference will now be made to FIGS. 3A and 3B of methods for forming confined phase change memory cells in accordance with exemplary embodiments of the present invention.
En se référant à nouveau aux figures 3A et 3B, on note qu'un dispositif de commutation est formé dans un substrat semiconducteur 251. Le dispositif de commutation peut être formé en utilisant des processus identiques à ceux décrits en référence à la figure 4. Une couche diélectrique intercouche inférieure 253 est formée sur le substrat ayant le dispositif de commutation. Une traversée conductrice inférieure 259 est formée de façon à traverser la couche diélectrique intercouche inférieure 253. La traversée conductrice inférieure 259 est connectée électriquement au dispositif de commutation. Une électrode inférieure 261 est formée sur la couche diélectrique intercouche inférieure 253. L'électrode inférieure 261 est formée de façon à être en contact avec la traversée conductrice inférieure 259. Une couche de moulage 263 est formée sur le substrat ayant l'électrode inférieure 261. La couche de moulage 263 peut être constituée d'une couche isolante telle qu'une couche d'oxyde de silicium. Referring again to FIGS. 3A and 3B, it is noted that a switching device is formed in a semiconductor substrate 251. The switching device can be formed using processes identical to those described with reference to FIG. lower interlayer dielectric layer 253 is formed on the substrate having the switching device. A lower conductive bushing 259 is formed to pass through the lower interlayer dielectric layer 253. The lower conductive bushing 259 is electrically connected to the switching device. A lower electrode 261 is formed on the lower interlayer dielectric layer 253. The lower electrode 261 is formed to be in contact with the lower conductive bushing 259. A molding layer 263 is formed on the substrate having the lower electrode 261. The molding layer 263 may consist of an insulating layer such as a silicon oxide layer.
Un motif est défini dans la couche de moulage 263 pour former un trou de contact de matériau à changement de phase 263h qui met à nu une partie de l'électrode inférieure 261. Le trou de contact de matériau à changement de phase 263h peut être formé de façon à avoir un axe central vertical 263x espacé d'un axe central vertical 259x de la traversée conductrice inférieure 259. Un motif de matériau à changement de phase 265 est formé sur la couche de moulage 263 de façon à remplir le trou de contact de matériau à changement de phase 263h. De plus, un motif de masque dur 266 peut également être formé sur le motif de matériau à changement de phase 265. Le motif de masque dur 266 et le motif de matériau à changement de phase 265 peuvent être formés d'une manière identique à celle décrite ci-dessus en référence aux figures 6 et 7. De plus, une couche diélectrique intercouche supérieure 267 est formée sur le substrat ayant le motif de masque dur 266. A pattern is defined in the molding layer 263 to form a phase change material contact hole 263h that exposes a portion of the lower electrode 261. The phase change material contact hole 263h can be formed so as to have a vertical central axis 263x spaced from a vertical central axis 259x of the lower conductive bushing 259. A phase change material pattern 265 is formed on the molding layer 263 so as to fill the contact hole with phase change material 263h. In addition, a hard mask pattern 266 may also be formed on the phase change material pattern 265. The hard mask pattern 266 and the phase change material pattern 265 may be formed in a manner identical to that described above with reference to FIGS. 6 and 7. In addition, an upper interlayer dielectric layer 267 is formed on the substrate having the hard mask pattern 266.
Un motif est défini dans la couche diélectrique intercouche supérieure 267 et le motif de masque dur 265 pour former un trou de contact de ligne de métallisation 267h qui met à nu une partie du motif de matériau à changement de phase 265. Un processus de gravure pour former le trou de contact de ligne de métallisation 267h peut être accompli en utilisant la technique de gravure décrite en référence à la figure 7. Le trou de contact de ligne de métallisation 267h peut être formé de façon à avoir un axe central vertical 267x espacé d'un axe central vertical 263x du trou de contact de matériau à changement de phase 263h. Un élément d'espacement de contact isolant 269 peut être formé sur une paroi latérale du trou de contact de ligne de métallisation 267h. L'élément d'espacement de contact isolant 269 peut être constitué d'une couche isolante telle qu'une couche d'oxyde de silicium ou une couche d'oxynitrure de silicium. Une traversée conductrice supérieure 271 est ensuite formée de façon à remplir le trou de contact de ligne de métallisation 267h. La traversée conductrice supérieure 271 peut être formée en utilisant le procédé de formation des traversées conductrices supérieures 49a et 49b représenté sur la figure 8. Il en résulte qu'un motif de matériau à changement de phase 265 est formé de façon à être en contact direct avec la traversée conductrice supérieure 271 qui traverse la couche diélectrique intercouche supérieure 267 et le motif de masque dur 266. Une ligne de métallisation 273 est ensuite formée sur la couche diélectrique intercouche supérieure 267. La ligne de métallisation 273 peut être formée de façon à couvrir la traversée conductrice supérieure 271. A pattern is defined in the upper interlayer dielectric layer 267 and the hard mask pattern 265 to form a metallization line contact hole 267h that exposes a portion of the phase change material pattern 265. An etching process for forming the metallization line contact hole 267h can be accomplished using the etching technique described with reference to FIG. 7. The metallization line contact hole 267h can be formed to have a vertical central axis 267x spaced apart from each other. 263x vertical central axis of the phase change material contact hole 263h. An insulative contact spacer 269 may be formed on a side wall of the metallization line contact hole 267h. The insulating contact spacer 269 may be an insulating layer such as a silicon oxide layer or a silicon oxynitride layer. An upper conductive bushing 271 is then formed to fill the metallization line contact hole 267h. The upper conductive bushing 271 may be formed using the method of forming the upper conductive bushings 49a and 49b shown in Fig. 8. As a result, a phase change material pattern 265 is formed to be in direct contact with each other. with the upper conductive bushing 271 passing through the upper interlayer dielectric layer 267 and the hard mask pattern 266. A metallization line 273 is then formed on the upper interlayer dielectric layer 267. The metallization line 273 may be formed to cover the upper conductive bushing 271.
Dans d'autres exemples de modes de réalisation de la présente invention, le processus de formation de la traversée conductrice supérieure 271 peut être omis. Dans ce cas, une ligne de métallisation 273', qui est en contact direct avec le motif de matériau à changement de phase 265, est formée sur la couche diélectrique intercouche supérieure 267, comme représenté sur la figure 3B. In other exemplary embodiments of the present invention, the formation process of the upper conductive bushing 271 may be omitted. In this case, a metallization line 273 ', which is in direct contact with the phase change material pattern 265, is formed on the upper interlayer dielectric layer 267, as shown in FIG. 3B.
<Exemples><Examples>
La figure 9 est une représentation graphique montrant les caractéristiques d'écriture (caractéristiques de programmation) d'éléments de stockage de données conformes à l'art antérieur et à un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 9, un axe horizontal désigne une tension d'écriture Vw qui est appliquée entre une traversée conductrice supérieure et une traversée conductrice inférieure de chacun des éléments de stockage de données, et un axe vertical désigne une résistance électrique R de chacun des éléments de stockage de données. De plus, sur la figure 9, des données indiquées par un numéro de référence 101 correspondent aux caractéristiques de programmation de l'élément de stockage de données classique, et des données indiquées par un numéro de référence 103 correspondent aux caractéristiques de programmation de l'élément de stockage de données d'un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Fig. 9 is a graphical representation showing the writing characteristics (programming characteristics) of data storage elements according to the prior art and an exemplary embodiment of the present invention. In Fig. 9, a horizontal axis designates a write voltage Vw which is applied between an upper conductive bushing and a lower conductive bushing of each of the data storage elements, and a vertical axis denotes an electrical resistance R of each of the elements. data storage. In addition, in Fig. 9, data indicated by a reference numeral 101 corresponds to the programming characteristics of the conventional data storage element, and data indicated by a reference numeral 103 correspond to the programming characteristics of the data storage element. data storage element of an exemplary embodiment of the present invention.
Les éléments de stockage de données présentant les résultats de mesure de la figure 9 ont été fabriqués en utilisant les conditions de processus décrites dans le Tableau suivant. The data storage elements presenting the measurement results of Figure 9 were fabricated using the process conditions described in the following Table.
[Tableau][Board]
Art antérieur Présente invention Traversée conductrice Matériau Couche de TiN Couche de TiN inférieure Diamètre 55 nm 55 nm Motif de matériau à Matériau Couche de GST Couche de GST changement de phase Diamètre 680 nm 680 nm Epaisseur 100 nm 100 nm Electrode supérieure Couche de TiN - Motif de masque dur Couche de SiO Couche de SiO Couche diélectrique Couche de SiO Couche de SiO intercouche supérieure Traversée conductrice Matériau Couche de W Couche de W supérieure Diamètre 240 nm 240 nm Avec l'élément de stockage de données classique envisagé ci-dessus, l'électrode supérieure était formée de façon à avoir la même largeur (diamètre) que le motif de matériau à changement de phase. Ainsi, l'électrode supérieure était auto-alignée avec le motif de matériau à changement de phase. Dans ce cas, la traversée conductrice supérieure était formée de façon à venir en contact avec l'électrode supérieure. PRIOR ART Present Invention Conductive Crossing Material TiN layer Lower TiN layer Diameter 55 nm 55 nm Pattern of material to material GST layer GST layer phase change Diameter 680 nm 680 nm Thickness 100 nm 100 nm Upper electrode TiN layer - Pattern hard mask SiO layer SiO layer Dielectric layer SiO layer Upper interlayer SiO layer Conductive feedthrough Material W layer Top W layer Diameter 240 nm 240 nm With the conventional data storage element envisioned above, the Upper electrode was formed to have the same width (diameter) as the phase change material pattern. Thus, the upper electrode was self-aligned with the phase change material pattern. In this case, the upper conductive bushing was formed to contact the upper electrode.
Cependant, avec l'élément de stockage de données conforme aux exemples de modes de réalisation de la présente invention, le motif de masque dur était constitué d'une couche d'oxyde de silicium (SiO) et le motif de masque dur était auto-aligné avec le motif de matériau à 2879013 37 changement de phase. Ainsi, le motif de masque dur était formé de façon à avoir la même largeur (diamètre) que le motif de matériau à changement de phase. Dans ce cas, la traversée conductrice supérieure était formée de façon à traverser le motif de masque dur. En d'autres termes, la traversée conductrice supérieure était formée de façon à être en contact direct avec le motif de matériau à changement de phase. However, with the data storage element according to the exemplary embodiments of the present invention, the hard mask pattern consisted of a silicon oxide (SiO) layer and the hard mask pattern was self-contained. aligned with the material pattern at 2879013 change of phase. Thus, the hard mask pattern was formed to have the same width (diameter) as the phase change material pattern. In this case, the upper conductive bushing was formed to pass through the hard mask pattern. In other words, the upper conductive bushing was formed to be in direct contact with the phase change material pattern.
En outre, dans la fabrication de l'élément de stockage de données conforme aux exemples de modes de réalisation de la présente invention, un trou de contact de ligne de métallisation mettant à nu une partie du motif de matériau à changement de phase était formé en définissant successivement des motifs dans la couche diélectrique intercouche supérieure et dans le motif de masque dur, en utilisant un processus de gravure d'oxyde. Le processus de gravure d'oxyde était accompli en utilisant un appareil de gravure ionique réactive avec assistance magnétique (MERIE pour "Magnetic Enhanced Reactive Ion Etch") sous une pression de 1,3 Pa et une puissance de plasma de 500 W. Dans ce cas, un gaz CHF3 et un gaz CF4 étaient utilisés en tant que gaz de gravure principaux, et des débits du gaz CHF3 et du gaz CF4 étaient respectivement de 40 cm3/min et 10 cm3/min, en valeurs normalisées. Further, in the manufacture of the data storage element according to the exemplary embodiments of the present invention, a metallization line contact hole exposing a portion of the phase change material pattern was formed by successively defining patterns in the upper interlayer dielectric layer and in the hard mask pattern, using an oxide etching process. The oxide etching process was accomplished using a Magnetic Enhanced Reactive Ion Etch (MERIE) device at a pressure of 1.3 Pa and a plasma power of 500 W. In this case, a CHF3 gas and a CF4 gas were used as the main etching gas, and the flow rates of the CHF3 gas and CF4 gas were respectively 40 cm3 / min and 10 cm3 / min, in normalized values.
Sur la figure 9, la tension d'écriture VW à chaque point de données était appliquée à l'élément de stockage de données pendant environ 50 ns (nanosecondes). In Fig. 9, the write voltage VW at each data point was applied to the data storage element for about 50 ns (nanoseconds).
En se référant à la figure 9, on note que l'élément de stockage de données classique présentait une résistance à l'état instauré d'environ 1 x 104 ohms après l'application d'une tension d'écriture Vw d'environ 0,5 V pendant 500 ns, et l'élément de stockage de données classique présentait une résistance à l'état restauré d'environ 1 x 106 ohms après l'application d'une tension d'écriture VW d'environ 1,2 V pendant 500 ns. Referring to FIG. 9, it should be noted that the conventional data storage element exhibited an inset state resistance of about 1 x 104 ohms after applying a write voltage Vw of about 0 , 5 V for 500 ns, and the conventional data storage element exhibited a resistance in the restored state of about 1 x 106 ohms after applying a write voltage VW of about 1.2 V during 500 ns.
D'autre part, l'élément de stockage de données des exemples de modes de réalisation de la présente invention présentait une résistance à l'état instauré d'environ 1 x 104 ohms après l'application d'une tension d'écriture basse Vw d'environ 0,3 V pendant 500 ns, et l'élément de stockage de données de la présente invention présentait une résistance à l'état restauré élevée d'environ 4 x 106 ohms, après l'application d'une tension d'écriture basse Vw d'environ 1,1 V pendant 500 ns. On the other hand, the data storage element of the exemplary embodiments of the present invention had a resistance in the set state of about 1 x 104 ohms after applying a low write voltage Vw of about 0.3 V for 500 ns, and the data storage element of the present invention exhibited a high restored resistance of about 4 x 106 ohms, after applying a voltage of low write Vw of about 1.1 V for 500 ns.
En conclusion, l'élément de stockage de données conforme aux exemples de modes de réalisation de la présente invention présentait des tensions d'instauration / restauration relativement inférieures et une résistance à l'état restauré relativement supérieure en comparaison avec l'élément de stockage de données classique. In conclusion, the data storage element according to the exemplary embodiments of the present invention had relatively lower start-up / restore voltages and relatively higher resistance in the restored state compared to the storage element of the present invention. classical data.
Conformément aux exemples de modes de réalisation de la présente invention décrits ci-dessus, un motif de matériau à changement de phase est en contact direct avec une traversée conductrice supérieure ou une ligne de métallisation qui pénètre dans une couche diélectrique intercouche supérieure, sans l'insertion d'une électrode supérieure. Par conséquent, la densité d'un courant d'écriture qui circule à travers la région de volume du motif de matériau à changement de phase de la cellule de mémoire à changement de phase des exemples de modes de réalisation est augmentée, ce qui a également pour effet de renforcer l'efficacité d'écriture de la cellule de mémoire à changement de phase. In accordance with the exemplary embodiments of the present invention described above, a phase change material pattern is in direct contact with an upper conductive feedthrough or a metallization line that penetrates into an upper interlayer dielectric layer without the insertion of an upper electrode. Therefore, the density of a write current flowing through the volume region of the phase change material pattern of the phase change memory cell of the exemplary embodiments is increased, which also to enhance the write efficiency of the phase change memory cell.
Il va de soi que de nombreuses modifications 30 peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. It goes without saying that many modifications can be made to the device and method described and shown, without departing from the scope of the invention.
Claims (43)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR0512355A FR2879013A1 (en) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Phase changeable memory cell comprises phase change material pattern disposed on lower interlayer dielectric layer to contact lower conductive plug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR0512355A FR2879013A1 (en) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Phase changeable memory cell comprises phase change material pattern disposed on lower interlayer dielectric layer to contact lower conductive plug |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2879013A1 true FR2879013A1 (en) | 2006-06-09 |
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ID=36481203
Family Applications (1)
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FR0512355A Pending FR2879013A1 (en) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Phase changeable memory cell comprises phase change material pattern disposed on lower interlayer dielectric layer to contact lower conductive plug |
Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1914806A1 (en) * | 2005-08-05 | 2008-04-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Variable resistor element and production method therefor and storage device provided with it |
-
2005
- 2005-12-06 FR FR0512355A patent/FR2879013A1/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1914806A1 (en) * | 2005-08-05 | 2008-04-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Variable resistor element and production method therefor and storage device provided with it |
EP1914806A4 (en) * | 2005-08-05 | 2012-06-20 | Sharp Kk | Variable resistor element and production method therefor and storage device provided with it |
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