JP2006287222A - 相変化材料に適した接続電極、該接続電極を備えた相変化メモリー素子、および該相変化メモリー素子の製造方法 - Google Patents

相変化材料に適した接続電極、該接続電極を備えた相変化メモリー素子、および該相変化メモリー素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】相変化材料に適した接続電極、該接続電極を備えた相変化メモリー素子、および、該相変化メモリー素子の製造方法を提供する。
【解決手段】電極材料Eでは、互いに離れた複数の絶縁領域Iが、少なくとも接続面に形成されている。これにより、接触面の面積が全体的に小さくなる。その結果、集積密度が高い場合でも、必要なジュールの加熱を実現し、したがって、電流が非常に少ない場合のプログラミングを実現できる。
【選択図】図2F

Description

発明の詳細な説明
本発明は、相変化材料に適した接続電極、該接続電極を備えた相変化メモリー素子、および該相変化メモリー素子の製造方法に関するものである。また、本発明は、特に、上記のようなメモリー回路において特に高い集積密度を実現できる接続電極に関するものである。
いわゆる相変化メモリー素子(phase change memory elements)は、その電気的な特性を一方の相から他方の相へと反転できるように切り替え可能な材料を使用している。例えば、このような材料は、非結晶に配列された相と、単結晶または多結晶に配列された相との間で切り替わる。特に、このような材料の抵抗または伝導性は、これらの異なる2つの相状態において非常に異なっている。
したがって、相変化メモリー素子では、通常、例えば周期表のVI族の成分の合金であり、いわゆるカルコゲニド(chalcogenides) またはカルコゲニド材料として知られている相変化材料が使用される。したがって、以下では、このような相変化材料を、異なる電気的特性(抵抗)をもつ互いに異なる2つの相状態の間を切り替えられる材料として解釈することとする。
現在最も普及しているカルコゲニドまたは相変化材料は、GeとSbとTe(GeSbTe)との合金からなる。GeSbTeは、多数の相変化メモリー素子において既に使用されており、再書き込み可能な光学的記憶媒体(例えば、CD、DVDなど)のための材料としても知られている。
相変化材料の抵抗の変化は、例えば不揮発性メモリー素子(NVM, Non Volatile Memory)を生成するため、および、情報を蓄積するために使用される。したがって、このような材料の抵抗は、相が非結晶である場合、相が単結晶または多結晶である場合よりも高い。それゆえ、相変化材料を、抵抗量を相変化材料の相状態に応じて反転変更できる、プログラム可能な抵抗として使用できる。
このような相変化材料の概要は、例えば、S.Hatkins 他の文献「Overview of phase-change chalcogenide nonvolatile memory technology 」MRS Bulletin/November 2004, 829ページ〜832ページに記載されている。
このような材料における相の変化は、温度が局部的に上昇することによって引き起こされることがある。150℃未満では、通常、2つの相状態は安定している。300℃を上回る場合、急速な粒子生成が生じる。それゆえ、このような温度が十分に長く続けば、相状態が単結晶または多結晶の状態へ変化する。相状態を再び非結晶の状態にするために、温度を、約600℃の融点を上回る温度にし、非常に迅速に冷却する。2つの結晶温度は、結晶化のためにも融解のためにも、電流を用いて生成できる。該電流は、所定の抵抗を有する導電性の接続電極を流れ、相変化材料に接するか、または、相変化材料の付近にある。この場合、加熱は、いわゆるジュール加熱によって行われる。
図1に、従来技術の相変化メモリー素子の簡単な断面図を示す。この場合、半導体基板10に、ソース領域Sと、ドレイン領域Dと、ゲート誘電体GD上に配置されているゲートGとを有する電解効果トランジスタなどの半導体スイッチング素子が備えられている。ソース領域Sは、例えば、接続素子30を介して、接続電極40と接続されている。接続電極40は、上記で説明した特性を有する相変化材料50と接触する。相変化材料50の対向して配置されている主表面に、更なる接続逆電極60が備えられている。この接続逆電極60は、接続素子70を介して、相互連結部80と接続されている。さらに、ドレイン領域Dも同様に、接続素子90を介して、相互接続部100と接続できる。
部材番号20は、絶縁性の中間層誘電体を示している。接続電極40・60と直接接触している相変化材料50の部分は、カルコゲニド材料の有効な相変化領域を規定している。
さて、十分に高い値の電流を、接続電極40を介して送る場合は、相変化材料50の相変化部分が相当する結晶化加熱または溶解加熱されてもよい。その結果、相変化が生じる。この場合、相変化材料を非結晶化するには、ほんの短い時間(短い電流パルス)が必要であるが、高い温度(高い値の電流)が必要である。一方、結晶化には、低い電流を長い期間印加する必要がある。
設定された相状態は、危険な加熱を引き起こさない、十分に少ない読み込み電圧を印加することによって、読み出せる。測定された電流は、相変化材料の伝導性、または、抵抗に比例しているので、このようにして設定された相状態を確実に記録できる。さらに、相変化材料は、ほぼ任意の頻度で電気的に切り替えることができ、非常に簡単に不揮発性メモリー素子を生成できる。
隣接するメモリー素子の間の妨害を回避するため、図1では、相変化メモリー素子が、通常、記載されている電解効果トランジスタなどの選択素子を有するように実現されている。しかしながら、この選択素子は、同じくバイポーラトランジスタ(図示せず)、ダイオードまたはその他の切り替え素子であってもよい。
しかしながら、このようなメモリー素子の欠点は、相状態を変更するために必要なプログラム電流が非常に高い点である。しかし、特に集積密度の高い半導体回路では、このような電流は非常に強く制限されており、例えば、ゲート長が約100nmであり、使用されるゲート誘電体が3Vの電圧に耐えるものである場合に使える最大の電流は100〜200μAである。それゆえ、相変化材料に対する接触面は、最大で20nm×20nmとなる。これらの接触面は、リソグラフィーによって実現可能なパターンよりもかなり小さい。
このように電流密度を高めるため、または、接触面を小さくするために、例えば、US6746892B2には、尖がった形を有する接続電極を使用することが記載されている。
さらに、US2003/0209746A1には、リソグラフィーによってパターン形成された相変化材料用の接触面がスペーサーによって小型化されている、接続電極が記載されている。この構成により、接続電極と、相変化材料との間において、非常に小さな接触面、特にサブリソグラフィック的(sublithographic) な接触面が実現される。
しかしながら、これでは接続電極と相変化材料との間の実際に作用する接触面を正確に設定できない。
したがって、本発明の目的は、効果的な接触面と電流経路の空間的な制限を高精度で調整可能な、相変化材料に適した接続電極、該接続電極を備えた相変化メモリー素子、およびその製造方法を提供することである。
本発明では、接続電極に関する上記目的は、特許請求項1の特徴によって達成され、上記相変化メモリー素子に関する目的は、特許請求項7に記載の特徴によって達成され、上記製造方法に関する目的は、特許請求項10に記載の方法によって達成される。
したがって、本発明によると、接続電極の電極材料は、相変化材料に対する少なくとも接続面に形成されている複数の絶縁領域を備えている。
この場合、電極材料が、リソグラフィーによってパターン化されていることが好ましい一方、絶縁領域はサブリソグラフィーによって形成される。
ここでは、絶縁領域の表面断面は粒子形であることが好ましく、この場合、絶縁領域は、SiOからなる一方、電極材料はTiNを有していることが好ましい。
相変化メモリー素子に関して、接続電極は、誘電体のコンタクトホールに形成されていることが好ましい。この場合、相変化材料は、コンタクトホールの外側の誘電体の表面、または、コンタクトホールの内側の接続電極の表面のみに形成されている。
相変化メモリー素子の製造方法に関して、補助誘電体の表面に多数のマスク素子を形成することが好ましい。この場合、後の工程において、マスク素子によって被覆されていない、補助誘電体の領域を、多数の絶縁領域を形成するために異方性エッチバックし、これによって生じた露出領域に、電極材料を充填して接続電極を形成する。
マスク素子を、サブリソグラフィーによって形成することが有利である。この場合、特に、いわゆるLPCVD方法を半導体ナノ結晶を製造するために使用するか、HSG方法をHSG(Hemispherical Silicon Grains) 粒子を製造するために使用する。
電極材料として、特にTiNをALD方法によって均一(conformally) 全面に堆積し、誘電体と絶縁領域との共通の表面から除去する。
あるいは、接続電極を、コンタクトホールにおいて所定の深さまでエッチバックし、相変化材料をこの深さで形成してもよい。このことにより、最大の集積密度を有する自己整合方法となる。
さらに従属請求項に、本発明のさらに好ましい発展形態が記載されている。
以下で、添付の図を参照して実施例により本発明を詳しく説明する。
図1は、従来技術に係る相変化メモリー素子を示す簡略化した断面図である。
図2A〜図2Gは、本発明の第1実施形態に係る接続電極を備えた相変化メモリー素子を実現するための、有効な製造工程を示す簡単な断面図および平面図である。
図3は、本発明の第2実施形態に係る接続電極を備えた相変化メモリー素子を示す簡単な断面図である。
図2A〜図2Gは、例えば図1の相変化メモリーセルに用いられるような、相変化材料および特に相変化メモリー素子の接続電極を製造するための方法を示す簡単な断面図および平面図である。
図2Aでは、初めに、キャリア層1に誘電体2を形成する。ここで、キャリア層1が単結晶Si半導体基板を含んでいることが好ましく、誘電体2は多層構造をしている。より具体的には、例えばSiO層を第1絶縁層2Aとしてキャリア1またはSi半導体基板の表面に堆積(蒸着)または熱によって形成し、次に、第1絶縁層2Aの全表面に、例えばSiからなる第2絶縁層2Bを堆積する。この二重層の利点は、第2絶縁層2Bを後の工程においてエッチストップ層として用いることができるという点である。
基本的に、他の絶縁層および特にそれに代わる中間誘電層を誘電体2として用いてもよい。また、キャリア層1についても、金属配線面またはそれ以外の好ましくは導電性の層であってもよい。
半導体材料によって形成された(例えば図1のソース領域Sのような)選択素子と電気的に接続できるように、次に、従来のリソグラフィー方法によって、誘電体2または第1絶縁層2Aおよび第2絶縁層2Bにコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールの大きさはFであることが好ましい。ここで、Fとは、リソグラフィーによって実現可能な最小加工寸法のことである。コンタクトホールの形状は、例えば、長方形、正方形、円形、または、楕円形であってもよい。このコンタクトホールの形成には、標準的なエッチング方法が用いられるので、以下ではこれに関する詳細な説明を省略する。
図2Aでは、このコンタクトホール内または誘電体2の開口部に、接続素子3を形成する。例えば、コンタクトホールの表面、または、該開口部(つまり、絶縁層2A・2Bの側面、および、底面)に、薄層(liner layer) を堆積した後、該薄層を焼きなます。層厚が10nm/10nmであるTi/TiN二重層を同じ層厚で(つまり、均一に)堆積し、所定の温度で焼きなますことが好ましい。これにより、不純物の半導体材料またはキャリア層1への拡散を防止する信頼できる遮断層を得ることができる。
この薄層を堆積した後、開口部またはコンタクトホールを導電性の充填層3Bによって充填する。ここで、タングステンを全面に堆積し、所定の深さまで(例えば10nm)開口部またはコンタクトホールにエッチバックすることが好ましい。このようなエッチバックを、例えば、ドライエッチング方法を用いて、特に反応性イオンエッチング(RIE、Reactive Ion Etch) を用いて、行ってもよい。さらに、この工程では、コンタクトホールの側壁に位置する薄層3Aを除去してもよい。これにより、コンタクトホールまたは開口部に図2Aに示した窪みRが得られる。ライナー層3Aを除去するためには、異方性エッチング方法、特にウェット化学エッチング方法を用いることが好ましい。しかし基本的に、ドライ化学エッチング方法および/または方向性エッチング方法を行ってもよい。また、基本的に、窪みRの寸法(容積)はコンタクトホールのそれと異なっていてもよく、該窪みが、所要電流密度を上げるために、リソグラフィー方法によって実現可能な最小加工寸法Fを有していることが好ましい。
そして、図2Bに示すように、窪みRに補助誘電層HIを充填する。ここでは、CVD方法(化学気相成長)によってSiOを全面に堆積し、次に、誘電層2または第2絶縁層2Bの表面まで平坦化することが好ましい。したがって、約10nmという典型的な深さの場合、窪みRに10nm以上の厚さのSiO層を堆積し、平坦化する。現在のリソグラフィーによって製造できる最小加工寸法Fが100nmである場合、窪みRのアスペクト比は、したがって1:10となる。
そして、図2Cに示すように、複数のマスク素子Kを、少なくとも補助誘電層HIの表面に形成する。複数のマスク素子Kは、互いに間隔をあけて位置しており、これらのマスク素子Kは、サブリソグラフィーによって形成するか、または、該マスク素子の加工寸法がサブリソグラフィーの寸法を有するように形成されることが好ましい。したがって、該マスク素子の加工寸法は、1〜15nmとなる。このようなマスク素子Kの製造には、例えば、大きさが5〜15nmのシリコン粒子を誘電体2及び補助誘電体HIの表面全体に形成することが可能な、HSG方法(Hemispherical Silicon Grain) として知られている方法を用いることができる。特にDRAM製造時から知られているように、メモリーキャパシタの表面を拡大するためのこの方法によって、すでに非常に有用なマスク素子Kを製造できるのだが、続いて、Siナノ結晶を製造するためのいわゆるLPCVD法を使用することが好ましい。このような方法は、例えば、De Salvo他の文献「How far will Silicon nanocrystals push the scaling limits of NVMs technologies ?」(IEDM 2003)において知られている。
この方法によって、ナノ結晶またはいわゆるナノドットを、加工寸法が1〜10nmであるマスク素子Kとして生成できる。ここで、このナノドットまたはマスク素子Kの大きさと共に、面密度も非常によく設定または変更できる。このことは、最終的に、効果的な接続電極面を正確に調整するために重要である。ナノドットまたはマスク素子Kの大きさは、開口部またはコンタクトホールの加工寸法よりも少なくとも一桁小さいことが好ましい。つまり、粒子状のマスク素子Kの加工寸法は、1/10Fよりも小さいことが好ましい。
そして、図2Dに示すように、マスク素子Kによって被覆されていない補助誘電体HIの領域を、充填層3Bおよび薄層3Aからなる接続素子3まで異方性エッチバックする。このように、互いに離れた複数の絶縁領域Iを、いわゆる「島状に」形成する。Si絶縁層2Bを用いているので、マスク素子Kの材料に対して選択的に、つまり、シリコンおよび第2絶縁層2Bの材料に対して選択的に、標準的なエッチング方法によって、SiOからなることが好ましい補助誘電体HIを方向性を有するエッチバック(targeted etchback) できる。基本的に、無方向性または部分的にのみ方向性を有するエッチングを行うこともできる。これにより、絶縁領域の形状を変えることができる。
図2Eでは、次の工程において、表面に位置するマスク素子K(ナノドットまたはHSG粒子)を、補助誘電体HIに対して、接続素子3に対して、および、第2絶縁層2Bまたは誘電体2に対して選択的に除去する。基本的に、上記ウェット化学エッチング方法とともに、CMP方法(化学的機械研磨)を行ってもよい。
さらに、図2Eでは、例えば異方性エッチバックによって露出した、絶縁領域I間の隙間を、接続電極4を形成するための電極材料Eによって充填する。TiNを、電極材料Eとして均一に、特にALD方法(Atomic Layer Deposition) によって全面に堆積し、次に、誘電体2と絶縁領域Iとに共通の表面から除去することが好ましい。この除去は、好ましくは平坦化方法および例えばCMP方法によって生じる。ここでも、第2絶縁層2Bと絶縁領域Iの材料とに対する選択性のみが必要である。
図2Fは、図2Eの製造工程後の接続電極4の簡単な平面図を示している。電極材料Eを含んだ接続電極4は、その基本の形状をコンタクトホールによって好ましくはリソグラフィー的に規定されている。また、該形状においては、複数の絶縁領域Iが、相変化材料との接続面に少なくとも形成されているか、あるいは該相変化材料と一体になっている。したがって、好ましくはサブリソグラフィーによって形成された絶縁領域Iは、電極材料Eの「海」に位置する好ましくは互いに離れた複数の島である。ここで用いたサブリソグラフィー方法により、および特にHSG方法およびLPCVD‐Si‐ナノ結晶方法により、絶縁領域Iは、接続面でのこの製造方法の特徴である粒子状の構造を有している。これに対して、図2Eの、接続面で切断した断面図では、絶縁領域は、大体は方向性のエッチングプロセスにより生じるシリンダーの形状をした構造を有している。
図2Eおよび図2Fによれば、絶縁領域Iは、接続面01からその反対側の主表面02まで延びていて「島状に」形成されているにもかかわらず、接続面01に沿ってのみ形成されて、電極材料E上で「浮遊する」ことができる。このような形態は、例えば、絶縁材料がマスク粒子Kの直下にのみ留まるけれども除去される、等方性または部分的に等方性のエッチング方法を用いて、生じうる。また、全ての、または、単一の絶縁領域I同士が接触することによって絶縁領域Iの「網状の」構造が生じてもよい。
図2Gでは、相変化材料5を少なくとも接続電極4の表面に形成する。第1実施形態では、GeSbTeを、例えばPVD方法またはCVD方法によって全面に堆積することが好ましい。ここではしかし、ALD方法(Atomic layer Deposition) を用いてもよい。最後に、相変化材料5における接続電極4とは反対側の主表面に、接続逆電極(connection counterelectrode) 6を形成する。TiNを、ここでもPVD方法、CVD方法、または、ALD方法によって全面に堆積することが好ましい。
そして、図1に示したような従来技術と同様の、不揮発性メモリーセルが完成する。
このようにして、接続電極4、および、電流経路を空間的に制限することにより所要回路電流を非常に正確に低減・設定できる、該接続電極の相変化メモリー素子および該接続電極の製造方法が得られる。このために、集積密度が高い場合でも、著しく弱い電流強度で必要なジュール加熱を実現できる。
接続電極の様々な断面を、特にLPCVD‐Si‐ナノ結晶方法を用いて、ナノドットの大きさおよび密度を変えることにより非常に正確に設定できる。ナノドットのランダム分布(random distribution) により、接続電極の接触面の電流の流れが非常に均等に分配される。これにより、ここで用いたリソグラフィーおよびここで用いたナノドットの大きさとは関係なく、プロセスの拡張性が非常に高くなる。
図3は、第2実施形態に係る相変化メモリー素子の簡単な断面図を示している。ここで、図2A〜図2Gと同じまたはそれらと類似した層および素子には、同じ参照符号を付し、以下では、記載を省略する。
第2実施形態では、図2Eの工程後、接続電極4の上部部分を除去するか、または、SiO絶縁領域IおよびTiN電極材料Eを、元々の接続電極の半分の高さに相当する所定の深さまで、コンタクトホールにエッチバックする。次に、ここでも、ALD方法、CVD方法、PVD方法によって、相変化材料5、特にGeSbTeを、全面に堆積し、誘電体2または第2絶縁層2Bの表面まで平坦化する。
最後に、図2Gの第1実施形態と同様に、好ましくはTiNからなる接続逆電極6を全面に堆積する。図3の相変化材料5の厚さは、通常、10nm以上である。ここで、接続電極4の厚さは、同様に、約10nmである。ここでも、例えば図1に示したような相変化メモリーセルを、標準的な方法により完成させることができる。
本発明を、相変化材料であるGeSbTeに基づいて記載してきた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、同様に他の相変化材料であってもよい。
同様に、他の材料も上記材料に限定されず、代替的な材料であってもよい。特に、誘電体2は多層構造でなくてもよい。
さらに、本発明は、キャリア層1として、Si半導体基板に限定しておらず、同様にそれ以外のキャリア層の上に形成してもよいし、特に該キャリア層上に位置する複数の配線層の中に形成してもよい。
従来技術に係る相変化メモリー素子を示す簡略化した断面図である。 第1実施形態に係る本発明の接続電極を備えた相変化メモリー素子を実現するための、有効な製造工程を示す簡単な断面図および平面図である。 第1実施形態に係る本発明の接続電極を備えた相変化メモリー素子を実現するための、有効な製造工程を示す簡単な断面図および平面図である。 第1実施形態に係る本発明の接続電極を備えた相変化メモリー素子を実現するための、有効な製造工程を示す簡単な断面図および平面図である。 第1実施形態に係る本発明の接続電極を備えた相変化メモリー素子を実現するための、有効な製造工程を示す簡単な断面図および平面図である。 第1実施形態に係る本発明の接続電極を備えた相変化メモリー素子を実現するための、有効な製造工程を示す簡単な断面図および平面図である。 第1実施形態に係る本発明の接続電極を備えた相変化メモリー素子を実現するための、有効な製造工程を示す簡単な断面図および平面図である。 第1実施形態に係る本発明の接続電極を備えた相変化メモリー素子を実現するための、有効な製造工程を示す簡単な断面図および平面図である。 第2実施形態に係る本発明の接続電極を備えた相変化メモリー素子を示す簡単な断面図である。
符号の説明
1、10 キャリア層
2、20 誘電体
2A 第1絶縁層
2B 第2絶縁層
3,30 接続素子
3A 薄層
3B 充填層
4、40 接続電極
5、50 相変化材料
6、60 接続逆電極
70、90 更なる接続素子
80、100 相互接続部
S ソース領域
D ドレイン領域
G ゲート
GD ゲート誘電体
E 電極材料
I 絶縁領域
HI 補助誘電体
K マスク素子
F リソグラフィー方法によって最も小さく実現できる加工寸法

Claims (22)

  1. 相変化材料用の接続電極であって、
    上記相変化材料としての少なくとも1つの接続面(O1)を有した導電性電極材料(E)を備えており、
    複数の絶縁領域(I)を、上記電極材料(E)内と、少なくとも該接続面(O1)とに形成させることによって、接触面の表面積を低減させた構成となっていることを特徴とするを特徴とする接続電極。
  2. 上記絶縁領域(I)は、サブリソグラフィーによってパターン化されており、
    上記電極材料(E)は、上記複数の絶縁領域(I)の間に凝集して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の接続電極。
  3. 上記絶縁領域(I)は、上記接続面(O1)から、該接続面とは反対側の主表面(O2)まで延びていることを特徴とする請求項1または2に記載の接続電極。
  4. 上記絶縁領域(I)は、上記接続面(O1)では、粒子形の構造であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の接続電極。
  5. 上記接続面(O1)に対する上記絶縁領域(I)の断面が、シリンダー形の構造であることを特徴とする請求項3または4に記載の接続電極。
  6. 上記絶縁領域(I)は、SiOを含有しており、
    上記電極材料(E)は、TiNを含有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の接続電極。
  7. キャリア層(1)と、
    上記キャリア層(1)と電気的に接続されている接続素子(3)と、
    接続面(O1)、および、接続面(O1)の反対側にあり、上記接続素子(3)と電気的に接続されている主表面(O2)を有する接続電極(4)と、
    上記接続面(O1)に形成されている相変化材料(5)と、
    上記接続電極(4)とは反対側の上記相変化材料(5)上に形成されている接続逆電極(6)とを備えている相変化メモリー素子であって、
    上記接続電極(4)および/または上記接続逆電極(6)が、請求項1〜6のいずれか1項に記載の接続電極として構成されていることを特徴とする相変化メモリー素子。
  8. 上記接続素子(3)及び上記接続電極(4)が、誘電体(2)のコンタクトホール中に形成されており、
    上記相変化材料(5)が、上記誘電体(2)と上記接続電極(4)とに共通の上記表面上に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の相変化メモリー素子。
  9. 上記接続素子(3)、上記接続電極(4)および上記相変化材料(5)が、誘電体(2)のコンタクトホール中に形成されており、
    上記接続逆電極(6)が、上記誘電体(2)と上記相変化材料(5)とに共通の上記表面上に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の相変化メモリー素子。
  10. キャリア層(1)上に誘電体(2)を形成する工程aと、
    上記誘電体(2)に、キャリア層(1)に達する開口部を形成する工程bと、
    上記開口部に接続素子(3)を形成する工程cと、
    上記接続素子(3)の領域に窪み(R)を形成する工程dと、
    上記窪み(R)に補助誘電体(HI)を充填する工程eと、
    上記補助誘電体(HI)の少なくとも表面に、複数のマスク素子(K)を形成する工程fと、
    上記マスク素子(K)によって被覆されていない、上記補助誘電体(HI)の領域を、上記接続素子(3)まで異方性エッチバックし、複数の絶縁領域(I)を形成する工程gと、
    上記絶縁領域(I)と絶縁領域(I)との間に、電極材料(E)を充填して接続電極(4)を形成する工程hと、
    上記接続電極(4)の少なくとも上記表面に相変化材料(5)を形成する工程iと、
    上記相変化材料(5)における接続電極(4)が配設されている側とは反対側の主表面に、接続電極(6)を形成する工程jとを含む相変化メモリー素子の製造方法。
  11. 工程aでは、第1絶縁層(2A)、特にSiOを、上記キャリア層(1)、特にSi基板上に形成し、第2絶縁層(2B)、特にSiを、上記第1絶縁層(2A)上に形成することを特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. 工程bでは、上記開口部として、リソグラフィー方法によってコンタクトホールを形成することを特徴とする請求項10または11に記載の方法。
  13. 工程cでは、導電性の薄層(3A)、特にTi/TiNを、上記開口部の上記表面に堆積させて焼きなまし、その上に、導電性の充填層(3B)、特にWを堆積させることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 請求項dでは、上記開口部において、上記接続素子(3)をエッチバックすることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 工程eでは、SiOを、窪みRに堆積させた後、平坦化することを特徴とする請求項10〜14のいずれか1項に記載の方法。
  16. 工程fでは、上記マスク素子(K)をサブリソグラフィーによって形成することを特徴とする請求項10〜15のいずれか1項に記載の方法。
  17. さらに、LPCVD法によって、ナノ結晶、特にSiナノ結晶を全面に堆積させることを特徴とする請求項16に記載の方法。
  18. さらに、HSG粒子を全面に堆積することを特徴とする請求項16に記載の方法。
  19. 工程hでは、上記電極材料(E)、特にTiNを、特にALD法によって、全面に堆積させた後、上記誘電体(2)と上記絶縁領域(I)とに共通の上記表面から該電極材料(E)を除去することを特徴とする請求項10〜18のいずれか1項に記載の方法。
  20. 工程iでは、上記相変化材料(5)、特にGeSbTeを、PVD法またはCVD法によって全面に堆積させることを特徴とする請求項10〜19のいずれか1項に記載の方法。
  21. 工程iでは、上記接続電極(4)を、所定の深さまでエッチバックし、
    上記相変化材料(5)、特にGeSbTeを、PVD法またはCVD法によって、該エッチバックされた全面に堆積させた後、平坦化を行うことを特徴とする請求項10〜19のいずれか1項に記載の方法。
  22. 工程jでは、上記接続逆電極(6)、特にTiNを、上記主表面の全面に堆積することを特徴とする請求項10〜21のいずれか1項に記載の方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100789045B1 (ko) 2005-03-31 2007-12-26 인피니언 테크놀로지스 아게 상 변화 물질용 접속 전극, 관련 상 변화 메모리 소자, 및관련 제조 방법
JP2008172218A (ja) * 2006-12-15 2008-07-24 Qimonda Ag メモリデバイス、特に、トランジスタを備えた相変化ランダムアクセスメモリデバイス、およびメモリデバイスを形成する方法
WO2009122582A1 (ja) * 2008-04-03 2009-10-08 株式会社 東芝 不揮発性記憶装置及びその製造方法
WO2009122583A1 (ja) * 2008-04-03 2009-10-08 株式会社 東芝 不揮発性記憶装置及びその製造方法
US7902539B2 (en) 2007-11-29 2011-03-08 Renesas Technology Corp. Semiconductor device and method of manufacturing the same

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7649242B2 (en) 2006-05-19 2010-01-19 Infineon Technologies Ag Programmable resistive memory cell with a programmable resistance layer
DE102006023608B4 (de) * 2006-05-19 2009-09-03 Qimonda Ag Programmierbare resistive Speicherzelle mit einer programmierbaren Widerstandsschicht und Verfahren zur Herstellung
TW200849488A (en) * 2007-06-08 2008-12-16 Nanya Technology Corp Deep trench and fabricating method thereof, trench capacitor and fabricating method thereof
US7906368B2 (en) 2007-06-29 2011-03-15 International Business Machines Corporation Phase change memory with tapered heater
KR100956773B1 (ko) * 2007-12-26 2010-05-12 주식회사 하이닉스반도체 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법
KR100968448B1 (ko) * 2007-12-27 2010-07-07 주식회사 하이닉스반도체 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법
KR20100041139A (ko) * 2008-10-13 2010-04-22 삼성전자주식회사 상변화 물질이 3개 이상의 병렬 구조를 가짐으로써, 하나의메모리 셀에 2비트 이상의 데이터를 저장하는 멀티 레벨 셀 형성방법
KR101035155B1 (ko) 2008-11-07 2011-05-17 주식회사 하이닉스반도체 상변화 기억 소자 및 그 제조방법
US8030130B2 (en) * 2009-08-14 2011-10-04 International Business Machines Corporation Phase change memory device with plated phase change material
US20110057161A1 (en) * 2009-09-10 2011-03-10 Gurtej Sandhu Thermally shielded resistive memory element for low programming current
US20110108792A1 (en) * 2009-11-11 2011-05-12 International Business Machines Corporation Single Crystal Phase Change Material
JP2011211101A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Sony Corp 記憶素子及びその製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0887867B1 (en) * 1993-11-02 2004-04-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Semiconductor device comprising an aggregate of semiconductor micro-needles
US6147395A (en) * 1996-10-02 2000-11-14 Micron Technology, Inc. Method for fabricating a small area of contact between electrodes
JP3603188B2 (ja) * 2001-12-12 2004-12-22 松下電器産業株式会社 不揮発性メモリ及びその製造方法
US6512241B1 (en) * 2001-12-31 2003-01-28 Intel Corporation Phase change material memory device
US6670628B2 (en) * 2002-04-04 2003-12-30 Hewlett-Packard Company, L.P. Low heat loss and small contact area composite electrode for a phase change media memory device
KR100437458B1 (ko) * 2002-05-07 2004-06-23 삼성전자주식회사 상변화 기억 셀들 및 그 제조방법들
KR100448893B1 (ko) * 2002-08-23 2004-09-16 삼성전자주식회사 상전이 기억 소자 구조 및 그 제조 방법
EP1554763B1 (en) 2002-10-11 2006-08-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electric device comprising phase change material
DE60328960D1 (de) * 2003-04-16 2009-10-08 St Microelectronics Srl Selbstausrichtendes Verfahren zur Herstellung einer Phasenwechsel-Speicherzelle und dadurch hergestellte Phasenwechsel-Speicherzelle
KR100504701B1 (ko) * 2003-06-11 2005-08-02 삼성전자주식회사 상변화 기억 소자 및 그 형성 방법
KR20050001169A (ko) * 2003-06-27 2005-01-06 삼성전자주식회사 상변화 기억소자 형성방법
US20050018526A1 (en) * 2003-07-21 2005-01-27 Heon Lee Phase-change memory device and manufacturing method thereof
KR100615586B1 (ko) * 2003-07-23 2006-08-25 삼성전자주식회사 다공성 유전막 내에 국부적인 상전이 영역을 구비하는상전이 메모리 소자 및 그 제조 방법
DE10356285A1 (de) * 2003-11-28 2005-06-30 Infineon Technologies Ag Integrierter Halbleiterspeicher und Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterspeichers
DE102005014645B4 (de) 2005-03-31 2007-07-26 Infineon Technologies Ag Anschlusselektrode für Phasen-Wechsel-Material, zugehöriges Phasen-Wechsel-Speicherelement sowie zugehöriges Herstellungsverfahren

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100789045B1 (ko) 2005-03-31 2007-12-26 인피니언 테크놀로지스 아게 상 변화 물질용 접속 전극, 관련 상 변화 메모리 소자, 및관련 제조 방법
JP2008172218A (ja) * 2006-12-15 2008-07-24 Qimonda Ag メモリデバイス、特に、トランジスタを備えた相変化ランダムアクセスメモリデバイス、およびメモリデバイスを形成する方法
US7902539B2 (en) 2007-11-29 2011-03-08 Renesas Technology Corp. Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8071456B2 (en) 2007-11-29 2011-12-06 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8338817B2 (en) 2007-11-29 2012-12-25 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same
WO2009122582A1 (ja) * 2008-04-03 2009-10-08 株式会社 東芝 不揮発性記憶装置及びその製造方法
WO2009122583A1 (ja) * 2008-04-03 2009-10-08 株式会社 東芝 不揮発性記憶装置及びその製造方法
US8410540B2 (en) 2008-04-03 2013-04-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Non-volatile memory device including a stacked structure and voltage application portion
JP5361864B2 (ja) * 2008-04-03 2013-12-04 株式会社東芝 不揮発性記憶装置及びその製造方法
JP5356368B2 (ja) * 2008-04-03 2013-12-04 株式会社東芝 不揮発性記憶装置及びその製造方法
US8698228B2 (en) 2008-04-03 2014-04-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Non-volatile memory device and method for manufacturing the same

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