相变存储器的制作方法

相变存储器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年5月28日提交的法国专利申请号2105618的优先权，在法律允许的最大程度上通过引用将其全部内容结合于此。
技术领域
3.本公开总体上涉及电子器件，更具体地，涉及相变存储器及其制造方法。


背景技术：

4.相变材料是可以在热的作用下在结晶相和非晶相之间转换的材料。由于非晶材料的电阻显著高于结晶材料的电阻，所以此现象可用于限定由通过相变材料测量的电阻区分的两个存储器状态，诸如0和1。
5.存储器单元优选地布置在存储器内作为包括例如与字线相关的行和例如与位线相关的列的阵列。


技术实现要素：

6.一个实施例提供一种用于制造存储器单元的方法，其包括：a)形成包括相变材料的第一层和导电材料的第二层的堆叠；b)在所述堆叠上形成仅覆盖存储器单元位置的第一掩模；以及c)蚀刻堆叠的、未被第一掩模覆盖的部分。
7.根据一个实施例，步骤a)包括在第二层和第一掩模之间至少形成电绝缘材料的第三层。
8.根据一个实施例，步骤c)不同时蚀刻第一层和另一材料的另一层。
9.根据一个实施例，该方法包括形成与第一层接触的电阻元件。
10.根据一个实施例，步骤b)包括：在堆叠上沉积第一掩模的材料的第四层；形成在第一方向上延伸且覆盖存储器单元位置的第二掩模；蚀刻第四层的、未被第二掩模覆盖的部分；形成在第二方向上延伸且覆盖存储器单元位置的第三掩模；以及蚀刻第四层的、未被第三掩模覆盖的部分。
11.根据一个实施例，用于蚀刻第四层的蚀刻方法与蚀刻位于第四层下方的层的材料相比，以至少20倍的速度蚀刻第四层的材料。
12.根据一个实施例，第一掩模由氮化钛制成。
13.根据一个实施例，第一层由锗、锑和碲合金制成。
14.根据一个实施例，该方法包括制造存储器单元的阵列，每个单元通过根据上述方法的方法制造。
15.根据一个实施例，在每个存储器单元的位置上方形成第一掩模，并且其中对所有单元同时执行步骤c)。
16.根据一个实施例，每个第一掩模为阵列中的单元的行所共用，并且其中每个第二掩模为阵列中的单元的列所共用。
17.根据一个实施例，该方法包括在阵列的单元上沉积至少一个电绝缘层。
18.根据一个实施例，该方法包括沉积穿过绝缘层的导电通孔，以便到达第二层。
19.根据一个实施例，该方法包括形成在阵列的行或列中的单元的第二层上方延伸的导电带。
附图说明
20.前述特征和优点以及其他特征和优点将在以下具体实施例的描述中参考附图以说明而非限制的方式给出，在附图中：
21.图1至图8示出了用于制造相变存储器的方法的一个实施例的步骤，优选地是连续的步骤；
22.图9示出了图8的步骤的一个备选步骤；以及
23.图10示出了图8和9的步骤的一个备选步骤。
具体实施方式
24.在各个附图中，相同的特征由相同的附图标记表示。特别地，在各个实施例中共同的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。
25.为了清楚起见，仅对可用于理解本文所述实施例的操作和元件进行了详细说明和描述。
26.除非另有说明，当提及连接在一起的两个元件时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，并且当提及连接在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以被连接或者它们可以经由一个或多个其它元件被耦合。
27.在以下公开中，除非另有说明，当提及绝对位置限定词时，例如术语“前”，“后”，“顶”，“底”，“左”，“右”等，或提及相对位置限定词时，例如术语“上”，“下”，“较高”，“较低”等，或提及取向限定词时，例如“水平”，“垂直”等，是指图中所示的取向。
28.除非另有说明，表述“约”，“大约”，“基本上”和“以”表示在10％以内，优选在5％以内。
29.图1至图8图示了用于制造相变存储器的方法的一个实施例的步骤，优选地是连续步骤。
30.图1图示了用于制造相变存储器单元的方法的实施例的一个步骤。
31.该制造步骤包括形成导电通孔10。该步骤包括制造放置在导电通孔10上的电阻元件12。电阻元件12优选为l形，其水平部分位于通孔10上，并且竖直部分基本上垂直于水平部分延伸。通孔10和电阻元件12被电绝缘层14包围。电阻元件12的竖直部分的上表面与层14的上表面齐平。层14包括例如不同电绝缘材料的多个电绝缘层的堆叠。
32.层14和电阻元件的竖直部分的上表面被堆叠覆盖，该堆叠包括：由相变材料制成的层16；由导电材料制成的层18；以及硬掩模20。
33.层16是覆盖电阻元件12的竖直部分的上表面的平面层，并且优选地完全覆盖层14。因此，层16与层14接触。层16优选由锗－锑－碲(gst)合金制成。例如，层18是氮化钛。
34.掩模20是优选延伸穿过所有层18的层。掩模20由金属或金属合金例如氮化钛制
成。
35.掩模20和层18被堆叠中的一个或多个层(例如绝缘层)分离，诸如形成蚀刻掩模。在图1所示的示例中，掩模20和层18通过如下项分离：由诸如氮化硅的电绝缘材料制成的层22；例如，由诸如无定形碳的电绝缘材料制成的层24；以及由用于光刻的抗反射材料制成的层26，例如包括氧化硅的电绝缘材料。
36.图2图示了用于制造相变存储器单元的方法的一个实施例中的另一步骤。
37.在该步骤期间，在掩模20上形成带28。例如，带28对应于光刻掩模。
38.带28覆盖存储器单元位置。例如，带28在存储器单元阵列的行的方向上的第一方向上延伸。例如，带28覆盖多个单元的位置，诸如阵列的行(line)(即，排(row))中的所有单元。在与行方向正交的方向上，例如对应于阵列的列方向，带28覆盖仅一个存储器单元的位置。
39.图3图示了用于制造相变存储器单元的方法的一个实施例中的另一步骤。
40.在该步骤中，蚀刻掩模20的、未被带28覆盖的部分。蚀刻优选为对相对于掩模20下方的层材料(例如层26的材料)的掩模20的材料的选择性蚀刻。优选地，蚀刻方法与蚀刻层26的材料相比，以20倍的速度蚀刻层材料20。优选地，在该步骤中仅蚀刻掩模20。优选地，在该步骤期间不蚀刻层18、22、24和26。在该步骤期间不蚀刻层16。
41.然后移除带28。
42.图4图示了用于制造相变存储器单元的方法的一个实施例中的另一步骤。
43.在该步骤中，在掩模20上形成带30。例如，带30对应于光刻掩模。
44.带30覆盖存储器单元的位置。带30在与第一方向基本正交的第二方向上延伸，例如在存储器单元阵列的列的方向上。带30与若干单元的位置重叠，例如，诸如阵列的列中的所有单元。在与列方向正交的方向上，例如对应于阵列的行(排)的方向，带30覆盖仅一个存储器单元的位置。
45.带30覆盖位于存储器单元位置处的掩模部分20。优选地，带30仅覆盖位于存储器单元位置处的掩模部分20。例如，带30覆盖层26的一部分。
46.图5图示了用于制造相变存储器单元的方法的一个实施例中的另一步骤。
47.在该步骤中，蚀刻掩模20的、未被带30覆盖的部分。蚀刻优选为对相对于掩模20下方的层材料(例如层26的材料)的掩模20的材料的选择性蚀刻。优选地，在该步骤中仅蚀刻掩模20。优选地，在该步骤期间不蚀刻层18、22、24和26。在该步骤期间不蚀刻层16。
48.然后移除带30。
49.作为图5中的步骤的结果而获得的掩模20优选地为长方体。
50.图2到图5中的步骤使得有可能形成覆盖存储器单元位置的掩模20。掩模20因此面向存储器单元位置，优选地仅面向存储器单元位置。
51.在变体中，可通过形成代替掩模28和30且仅覆盖存储器单元位置的掩模并蚀刻掩模层20来代替图2到图5中的步骤。然后，掩模20的形成仅包括掩模层20的单次蚀刻。
52.图6图示了用于制造相变存储器单元的方法的一个实施例中的另一步骤。
53.该步骤包括掩模20周围的层26、18和16的蚀刻，以及分离层18和掩模20的层的蚀刻，在这种情况下为层22、24和26。该步骤还可以包括蚀刻存储器单元周围的层14的一部分。
54.堆叠的层(即，层16、18、22、24和26)是以平面方式围绕存储器单元(例如，贯穿存储器单元阵列位置)延伸的平面层。具体来说，相变材料的层16在阵列的单独的存储器单元之间连续延伸。因此，在堆叠蚀刻步骤(即，图6中的步骤)期间，单独层的材料不同时被蚀刻。特别地，层16的材料不与堆叠中的其它层的材料同时被蚀刻。
55.位于层18上方的层中的至少一些层也被移除。在图6所示的实例中，从存储器单元位置移除层24、26和20。
56.形成存储器单元可以选择一种方法，包括：对包括相变材料层16的堆叠进行第一蚀刻以使阵列行彼此分离；特别是在阵列行之间沉积一个或多个电绝缘层；以及对包括相变材料层16的堆叠进行第二蚀刻以使阵列列彼此分离。然后，层16将与形成在排之间的层16处的电绝缘材料一起被蚀刻。同时蚀刻相变材料和另一材料(尤其是电绝缘材料)可改变相变材料且降低存储器单元的效率。
57.图7图示了用于制造相变存储器的方法的一个实施例中的另一步骤。
58.该步骤包括钝化层31的顺应性(compliant)(即，保形)沉积。层31由电绝缘材料制成，例如诸如氮化硅。钝化层31覆盖通过图6中的步骤的蚀刻露出的层14、16、18和22的壁。钝化层31覆盖存储器单元的上表面，在这种情况下为层22的上表面。
59.该步骤还包括形成由虚线透明示出的层32。层32由诸如氧化硅的电绝缘材料制成。
60.图8至10示出了用于制造单元的上触点或电极的步骤的三个不同实施例。
61.图8示出了用于制造相变存储器的方法的一个实施例中的另一步骤。具体地，图8示出了导电通孔34的形成。该步骤优选在图7中的步骤之后执行。
62.该步骤包括形成从层32的上表面延伸到层18的腔，并用诸如金属的导电材料填充该腔。穿过层32、钝化层31和层22蚀刻腔，以便到达导电层18。在单元阵列的相同行或列中的单元的通孔34例如通过导电带(未示出)连接，该导电带例如放置在层32的上表面上。
63.图9示出了图8步骤的一个备选步骤。换句话说，这个步骤是在图7的步骤之后执行的，而不是在图8的步骤之后执行的。具体地，图9示出了连接同一行或列中的单元的导电带36的形成。
64.在该步骤期间，在层32中以及在由带36连接的单元的层31和22中蚀刻腔。腔因此从层32的上表面延伸到层18。因此，腔延伸穿过存储器单元中的层22和层31。在存储器单元之间，腔延伸到层31中。然后利用诸如金属的导电材料填充腔。
65.图10示出了图8和9中的步骤的备选步骤。即，在图7的步骤之后，执行该步骤而不是图8或9中的步骤。具体地，图10示出了连接存储器阵列的相同行或列中的单元的导电带38的形成。
66.在该步骤中，以平面方式蚀刻层32、31、层22，直到层18的上表面暴露。然后在蚀刻后获得的结构上形成诸如金属的导电材料的平面层。因此，该层覆盖层18的上表面以及存储器单元周围的层31和32的上表面。然后蚀刻导电层，从而保留沿第一方向在多个单元的层18上延伸的带。例如，在第二方向上，带38延伸跨过整个层18并部分地跨过层31的上表面。
67.描述用于制造单个存储器单元的实施例。方法可用于同时制造多个单元，诸如存储器单元的阵列。然后，该方法包括形成覆盖每个存储器单元位置的掩模20，并同时蚀刻存
储器单元位置周围的堆叠，即蚀刻堆叠的、未被掩模20覆盖的部分。
68.所描述的实施例的一个优点是相变材料层不与另一材料同时被蚀刻。
69.所描述的实施例的另一优点在于，所描述的方法相对于已知方法包括蚀刻步骤和层沉积步骤。
70.已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些实施例的某些特征可以组合，并且本领域技术人员将容易想到其它变型。
71.最后，基于上文提供的功能描述，本文描述的实施例和变体的实际实现在本领域技术人员的能力内。