相变存储器单元的制作方法

1.本发明总体上涉及相变存储器单元，并且更具体地涉及用于形成具有环绕和环形类型的电极触点和投射衬垫的相变存储器单元的方法和结构。


背景技术：

2.相变存储器单元可以用于数据存储。相变存储器单元是非易失性随机存取存储器。相变存储器单元的典型配置可包括布置在至少两个电极之间并耦合到至少两个电极的相变材料。当相变存储器单元在使用中时，相变材料可以在至少两个可逆地可转变的相(无定形相和结晶相)中的一个中操作。无定形相和结晶相彼此不同。与结晶相相比，在无定形相中相变材料具有明显更高的电阻。为了促进相变，将能量供应至相变材料，能量例如是可实现期望的相变的电能、热能、任何其他合适形式的能量或它们的组合。
3.为了促进从结晶相到无定形相的变化，可以向电极之一(例如底部电极)施加电能(诸如电压脉冲)，使得电极处或者基本上在电极附近的相变材料加热到其熔化温度以上。然后将相变材料迅速冷却至低于其玻璃温度。以这种方式处理的相变材料从结晶相转变成无定形相。在已经发生这样的相变的相变材料中创建无定形化区域。


技术实现要素：

4.根据本发明的一个方面，一种半导体结构包括由电介质层围绕的加热器、在加热器顶部上的投射衬垫、投射衬垫上方的相变材料层以及围绕相变材料层的顶部部分的顶部电极触点。投射衬垫覆盖加热器的顶表面。投射衬垫将相变材料层与第二电介质层和加热器隔开。顶部电极触点通过金属衬垫与相变材料层分隔开。投射衬垫可以在相变材料层的结晶相和无定形相中提供平行的传导路径。顶部电极触点可以是可沿着相变材料层的侧壁竖直延伸的环绕环形类型的顶部电极触点。半导体结构可包括在加热器下方并与加热器电接触的底部电极以及在相变材料层上方并且与相变材料层电接触的顶部电极。半导体结构可包括在顶部电极上方并与顶部电极直接接触的掩模层和在底部电极下方并与底部电极电接触的底部电极触点。相变材料层可以包括结晶相和无定形相。无定形相可以在加热器的正上方。半导体结构还可包括在底部电极触点下方并与底部电极触点电接触的第一金属层、在顶部电极触点上方并与顶部电极触点电接触的第二金属层以及在第一金属层与第二金属层之间并与第一金属层与第二金属层电接触的过孔触点。
5.根据本发明的另一实施例，半导体结构可以包括由电介质层分隔开的两个或更多个相变存储器单元。两个或更多个相变存储器单元中的每可包括相变材料层和加热器。半导体结构可以包括在两个或更多个相变存储器单元的顶部上的两个或更多个顶部电极触点。两个或更多个顶部电极触点可以通过金属衬垫与相变存储器单元分隔开。两个或更多个顶部电极触点可以是可沿着相变材料层的侧壁竖直延伸的环绕环形类型的顶部电极触点。两个或更多个顶部电极触点可以沿着相变材料层的侧壁部分竖直延伸。相变材料层可以包括结晶相和无定形相。无定形相可以在加热器的正上方。两个或更多个相变存储器单
元可以包括：加热器被第二电介质层包围的加热器；在加热器的顶部上的投射衬垫；在投射衬垫上方的相变材料层；在加热器下方并与加热器电接触的底部电极；以及在相变材料层上方并与相变材料层电接触的顶部电极。投射衬垫可覆盖加热器的顶表面。投射衬垫可以将相变材料层与第二电介质层和加热器分隔开。投射衬垫可以在相变材料层的结晶相和无定形相中提供平行的传导路径。半导体结构可包括在顶部电极上方并与顶部电极直接接触的掩模层和在底部电极下方并与底部电极电接触的底部电极触点。半导体结构还可包括在底部电极触点下方并与底部电极触点电接触的第一金属层、在顶部电极触点上方并与顶部电极触点电接触的第二金属层、以及在第一金属层与第二金属层之间并与第一金属层与第二金属层电接触的过孔触点。
6.根据本发明的另实施例，一种方法包括：形成被第二电介质层包围的加热器；在加热器的顶部上沉积投射衬垫；在投射衬垫上方沉积相变材料层；以及形成围绕相变材料层的顶部部分的顶部电极触点。相变材料层可以包括结晶相和无定形相。无定形相可以在加热器的正上方。投射衬垫可覆盖加热器的顶表面。投射衬垫可以将相变材料层与第二电介质层和加热器分隔开。投射衬垫可以在相变材料层的结晶相和无定形相中提供平行的传导路径。顶部电极触点可以通过金属衬垫与相变材料层分隔开。顶部电极触点可以是可沿着相变材料层的侧壁竖直延伸的环绕环形类型的顶部电极触点。该方法可以包括在加热器下方形成与加热器电接触的底部电极以及在相变材料层上方沉积与相变材料层电接触的顶部电极。该方法可包括在顶部电极上方并与顶部电极直接接触地沉积掩模层以及在底部电极下方并与底部电极电接触地形成底部电极触点。
附图说明
7.结合附图，将最好地理解通过实例给出并且不旨在将本发明仅限于此的以下详细描述，在附图中：
8.图1是示出根据示例性实施方式的在第二电介质层内的加热器的截面图；
9.图2是示出了根据示例性实施方式的在加热器上方的投射衬垫的截面图；
10.图3是示出了根据示例性实施方式的加热器上方的相变材料层、顶部电极和掩模层的截面图；
11.图4是沿着截面x-x和y-y的截面图，示出了根据示例性实施方式的具有金属衬垫的顶部电极触点和过孔触点；
12.图5是示出根据示范性实施例的在加热器上方的投射衬垫的横截面视图；
13.图6是示出了根据示例性实施方式的加热器上方的相变材料层、顶部电极和掩模层的截面图；以及
14.图7是沿着截面x-x和y-y的截面图，示出了根据示例性实施方式的具有金属衬垫的顶部电极触点和过孔触点。
15.附图不一定按比例绘制。附图仅是示意性表示，并不旨在描述本发明的具体参数。附图仅旨在描述本发明的典型实施例。在附图中，相同的标号表示相同的元件。
具体实施方式
16.在此披露了所要求保护的结构和方法的详细实施例；然而，应当理解的是，所披露
的实施例仅仅是对所要求保护的结构和方法的说明，它们可以以不同的形式来实施。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为局限于在此阐述的示范性实施例。相反，提供这些示例性实施方式是为了使本公开全面且完整，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在描述中，可省略众所周知的特征和技术的细节，以避免不必要地使所呈现的实施例模糊。
17.出于下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其派生词将涉及如在附图中定向的所披露的结构和方法。术语“覆盖”、“顶部”、“在顶部”、“定位在
…
上”或“定位在
…
顶部”是指第一元件(如第一结构)存在于第二元件(如第二结构)上，其中插入元件(如界面结构)可以存在于第一元件与第二元件之间。术语“直接接触”是指诸如第一结构的第一元件和诸如第二结构的第二元件在两个元件的界面处没有任何中间导电、绝缘或半导体层的情况下连接。
18.为了不模糊本发明的实施例的呈现，在以下详细描述中，本领域已知的一些处理步骤或操作可能已经被组合在一起用于呈现和用于说明的目的，并且在一些情况下可能尚未被详细描述。在其他情况下，可能根本不描述本领域已知的一些处理步骤或操作。应当理解，以下描述更注重本发明的各个实施例的区别特征或元件。
19.当相变存储器单元在使用中时，相变材料可以在至少两个可逆地可转变的相(无定形相和结晶相)中的一个中操作。无定形相和结晶相也可被称为无定形状态和结晶状态。相变材料的无定形态具有高电阻和低电导，而相变材料的结晶状态具有低电阻和高电导。无定形状态和结晶状态可以用于在相变存储器单元内编程不同数据值。
20.可以通过使用电极(例如，底部电极和顶部电极)向相变材料提供适当的电压来在相变存储器单元内编程不同数据值。取决于所施加的电压，相变材料从结晶状态变成无定形状态，反之亦然。进一步，相变存储器单元可以具有不同的编程级。每个编程级可以对应于施加到相变材料以对其进行编程的不同电压。一旦相变存储器单元被编程，就可以使用电极施加读取电压以检索存储在该相变材料级的信息。读取电压可以足够低以确保读取电压的施加不会干扰被编程的单元状态。
21.然而，一旦相变存储器单元被编程，相变存储器单元的电阻就可能展现出或经历电阻漂移。更具体地，无定形态状态可能表现出电阻漂移。即，处于无定形状态的相变存储器单元的电阻可以随时间增加。由于电阻漂移，相变存储器单元的电阻是不可预测的。因此，减轻电阻漂移从而使得相变材料的电阻可预测且可重复将是有利的。进一步，减轻电阻漂移允许相变存储器单元具有可随所施加的编程脉冲线性改变的电阻。
22.为了在不损害相变存储器单元的任何属性的情况下减轻电阻漂移，本发明的实施例提供了具有环绕和环形类型电极触点以及投射衬垫的相变存储器单元结构以及形成该结构的方法。
23.图1-图4示出根据实施例的形成具有环绕式、环形电极触点和投射衬垫的相变存储器单元的示范性方法步骤。图1至图3是沿着截面线x-x截取的截面图。图4是沿着截面线x-x和截面y-y截取的截面图。
24.现在参见图1，示出了根据实施例的结构100。结构100可以包括金属层102、nblok 104、第一电介质层106、阻挡层108、底部电极110、底部电极触点112、第二电介质层114和加热器116。金属层102可以由金属制成，例如铜。金属层102可被称为第一金属层。nblok 104
是用于铜芯片的阻挡膜。nblok 104可由氮掺杂的碳化硅或碳掺杂的氮化硅制成。可使用标准沉积方法在金属层102上形成nblok 104。nblok 104可被称为第一nblok。
25.可使用已知的沉积技术(例如，原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)或物理气相沉积(pvd))在nblok 104的顶表面上沉积第一电介质层106。第一电介质层106可以由任何合适的低k电介质材料teos或teos和nblok的双层制成。底部电极110可形成于第一电介质层106中的沟槽内。一旦形成沟槽(未示出)，可以使用已知的沉积技术(例如，ald)保形地沉积阻挡层108。阻挡层108可由氮化钽(tan)、氮化钛(tin)或其任何组合制成。阻挡层108防止形成底部电极110的材料迁移到第一电介质层106中。然后用导电材料(例如，铜、钨、钴或铝)填充沟槽，从而形成底部电极110。进行平坦化工艺(例如，化学机械抛光(cmp))以从结构100的顶表面去除过量的材料。
26.除了底部电极110之外，结构包括底部电极触点112。可以使用标准的沉积和光刻方法形成底部电极触点112。底部电极触点112可以由诸如铜、钨、钴或铝的导电金属制成，以允许电流穿过底部电极110和底部电极触点112。底部电极触点112在底部电极110之下并与底部电极110电接触。底部电极触点112在金属层102上方并与金属层102电接触。尽管示出了两个底部电极110和两个底部电极触点112，但是应当理解，本发明的实施例可以包括任何数量的底部电极110和两个底部电极触点112。
27.一旦形成底部电极110，就使用已知的沉积技术(例如，ald、cvd或pvd)将第二电介质层114沉积在结构100的顶表面上。第二电介质层114可由诸如氮化硅的电介质材料制成至约50nm的厚度。
28.继续参考图1，加热器116在底部电极110上方形成第二电介质层114内，使得底部电极110在加热器116下方并且与加热器116电接触。加热器116被第二电介质层114包围。尽管示出了两个加热器116，但应当理解，本发明的实施例可以包括任何数量的加热器116。在实施例中，每个加热器116包括外层118、中间层120和内层122。在替代实施例中，加热器116可由单一材料制成，例如构成中间层120的材料。
29.加热器116延伸穿过第二电介质层114至底部电极110并且形成在沟槽内。为了去除第二电介质层114且形成加热器116，可沉积且图案化抗蚀剂(例如光刻胶)。可使用经图案化的抗蚀剂作为蚀刻掩模来执行蚀刻工艺(例如反应离子蚀刻(rie))以去除第二电介质层114，直到暴露底部电极110。外层118可使用例如ald的沉积工艺共形地沉积在沟槽内至约5nm的厚度。外层118可以由诸如例如tan的材料制成。中间层120可使用例如ald的沉积工艺共形地沉积在沟槽内的外层118的顶部上至约6nm的厚度。中间层120可由诸如tin的材料制成。可使用例如ald等沉积工艺将内层122共形地沉积在中间层120的顶部上以填充沟槽至约20nm的厚度。中间层120在外层118与内层122之间。内层122可由例如tan等材料制成。内层122被中间层120包围。一旦形成加热器116，cmp工艺就可以用于去除在结构100的顶表面上剩余的外层118、中间层120和内层122的多余部分。
30.现在参见图2，示出了根据实施例的具有投射衬垫124的结构100。使用诸如例如ald的沉积工艺将投射衬垫124沉积到结构100的顶表面上，从而覆盖加热器116和第二电介质层114的顶表面。投射衬垫124可以由半导体材料制成，例如无定形碳或无定形硅。投射衬垫124亦可由金属或金属氮化物制成，其中金属组分可为耐火材料，例如钼、钨、钛、钽等。例如，投射衬垫124可由tan制成。投射衬垫124使电流能够从底部电极110通过相变材料层到
达顶部电极，从而绕过相变材料层的无定形部分。
31.在将投射衬垫124沉积到结构100的顶表面上从而覆盖加热器116的顶表面以及第二电介质层114之后，接着图案化投射衬垫124(未示出)。可以通过光刻和蚀刻来执行图案化。可执行蚀刻工艺(例如，rie工艺)以去除投射衬垫124的特定部分。所得的结构100包括投射衬垫124的保留在加热器116正上方的部分。投射衬垫124横向延伸超过加热器116的顶表面；然而，投射衬垫124不在第二电介质层114的整个顶表面上横向延伸。
32.现在参见图3，示出了根据实施例的具有相变材料层126、顶部电极128和掩模层130的结构100。相变材料层126可以使用诸如ald的已知沉积方法沉积到结构100的顶部表面上。相变材料层126可以包括结晶相126a和无定形相126b两者。无定形相126b可位于加热器116正上方。相变材料层126可以由一类材料形成，优选地包括基于硫族化合物的材料。硫属元素包括构成元素周期表的vi族的一部分的四种元素氧(o)、硫(s)、硒(se)和碲(te)中的任一种。硫族化物包括硫族元素与更正电的元素或自由基的化合物。硫属元素化物合金包括硫属元素化物与其他材料如过渡金属的组合。硫属元素化物合金通常包含来自元素周期表的第六列的一种或多种元素，例如锗(ge)和锡(sn)。通常，硫属元素化物合金包括包含锑(sb)、镓(ga)、铟(in)和银(ag)中的一种或多种的组合。
33.技术文献中已经描述了许多基于相变的记忆材料，包括ga/sb、in/sb、in/se、sb/te、ge/te、ge/sb/te、in/sb/te、ga/se/te、sn/sb/te、in/sb/ge。ag/in/sb/te、ge/sn/sb/te、ge/sb/se/te和te/ge/sb/s的合金。。在ge/sb/t合金族中，宽范围的合金成分可以是可行的。组合物可以表征为tege.sb
100-(a+b)
。更一般地，诸如铬(cr)、铁(fe)、镍(ni)、铌(nb)、钯(pd)、铂(pt)的过渡金属及其混合物或合金可以与ge/sb/te组合以形成具有可编程电阻特性的相变合金。
34.顶部电极128沉积在相变材料层126的顶部上以允许电流从底部电极110通过相变材料层126传递到顶部电极128。顶部电极128在相变材料层126上方并且与相变材料层126电接触。已知的合适沉积技术(例如，ald、cvd或pvd)可用以形成顶部电极128。顶部电极128与相变材料层126直接接触。顶部电极128可由与底部电极110基本上相同的导电材料(例如，tin)制成。
35.使用已知的沉积技术将掩模层130沉积在顶部电极128的顶部上。掩模层130与顶部电极128直接接触。掩模层130可以由诸如二氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅的电介质材料制成。在一些实施例中，掩模层130可以利用诸如cvd或pvd的常规沉积工艺来形成。然后图案化掩模层130(未示出)。可以通过光刻和蚀刻来执行图案化。可以执行蚀刻工艺(例如，rie工艺)以去除掩模层130、顶部电极128和相变材料层126的部分。所得的结构100包括第一投射衬垫124、相变材料层126、顶部电极128和掩模层130的保留在加热器116正上方的部分。
36.现在参见图4，示出了根据实施例的具有第三电介质层132、顶部电极触点136、过孔触点138、第二nblok 140和第二金属层142的结构100。在图案化掩模层130之后，将第三电介质层132沉积到结构100的顶表面上，使得第三电介质层132覆盖掩模层130的顶表面和第二电介质层114。第三电介质层132可由任何合适的电介质材料制成，诸如例如氮化硅、硅基低k电介质或teos。已知的适当沉积技术(例如，ald、cvd或pvd)可用以形成第三电介质层132。第三电介质层132由具有低热导率的材料制成。因此，第三电介质层132用作绝缘体。进
行平坦化工艺(例如，cmp)以从结构100的顶表面去除形成第三电介质层132的过量材料。
37.结构100被图案化以产生过孔触点开口和顶部电极触点开口(未示出)。顶部电极触点开口从第三电介质层132的顶表面延伸穿过掩模层130到顶部电极128。顶部电极触点开口在相变材料层126的顶表面下方竖直延伸。过孔开口从第三电层132的顶部表面延伸穿过第二电介质层114和第一电介质层106、穿过nblok 104到达金属层102。
38.一旦形成开口，然后使用已知的沉积技术将金属衬垫134保形地沉积在顶部电极开口内。金属衬垫134可以由tan、tin或其任何组合制成。然后用导电材料(例如，铜钨、钴或铝)填充开口，从而形成顶部电极触点136。在顶部电极开口内具有金属衬垫134允许在所述开口内良好地形成导电材料。
39.顶部电极触点136竖直向下延伸穿过掩模层130和顶部电极128到相变材料层126中。结果，顶部电极触点136的各部分环绕相变材料层126的顶部部分。顶部电极触点136与顶部电极128电接触。顶部电极触点136的底部部分形成围绕掩模层130、顶部电极128和相变材料层126的顶部部分的环。
40.具有投射衬垫124结合环绕和环形类型顶部电极触点136改善了电阻漂移系数并减少了所需的编程电流。进一步，使掩模层130在顶部电极128的顶部上允许热量通过顶部电极128和相变材料层126消散。这进而产生更绝缘的更长的热路径并且减少所需的编程电流。例如，在读取期间，可向底部电极110施加电压，并且电流可从底部电极流到顶部电极128。选择第一投射衬垫124的电阻，使得投射衬垫124对写入操作(在此期间发生相变)具有临界影响，但对读取操作具有显著影响。这确实是可能的，因为在无定形相126b中的电传输是高度非线性的。在高场下，无定形材料经历所谓的电子阈值切换，从而导致低电阻状态(on状态)。由此，如果在高场写入处理期间，投射衬垫124的电阻显著高于无定形相126b的开态电阻，则大部分电流将流经相变材料层126。
41.然而，在低场读取处理期间，电流绕过高电阻无定形相126b并且流过第一投射衬垫124的平行于其的部分。所以，器件的电阻由投射衬垫124的该部分的电阻支配，并且因此是无定形/结晶相配置的良好量度。通常存储在无定形相126b的长度中的信息在某种意义上被投射(project)到投射衬垫124上。注意，即使在读和写操作期间都存在投射衬垫124，
‘
投射’被设计成仅在读处理期间发生。照此，投射衬垫124在相变材料层126的晶相126a和无定形相126b中提供平行传导路径。投射衬垫124充当旁路无定形相126b周围的电流的并联电阻器。
42.继续参照图4，为了形成过孔触点138，阻挡层108首先被沉积在过孔开口内。然后用导电材料(例如，铜钨、钴或铝)填充过孔开口。然后可以执行cmp以从结构100的顶表面去除过量的材料。过孔触点138位于第一金属层102和第二金属层142之间并且与第一金属层102和第二金属层142电接触。
43.在形成顶部电极触点136和过孔触点138之后，结构100可以经历进一步的处理以形成第二nblok 140和第二金属层142。第二nblok 140可使用已知的沉积技术沉积到结构100的顶表面上。第二nblok 140可以由与nblok 104基本相同的材料制成。在第二nblok 140的顶部上，可使用已知沉积技术来沉积第二金属层142。第二金属层142由与第一金属层102基本相同的材料制成。第二金属层142的底表面与顶部电极触点136的顶表面和过孔触点138的顶表面直接接触。第二金属层142然后被图案化，并且第四电介质层144被沉积。第
四电介质层144由与第一电介质层106基本相同的材料制成。
44.图1-图4提供了制造具有第一投射衬垫124、金属衬垫134和环绕式顶部电极触点136的相变存储器单元的方法。具有环绕环形类型的顶部电极触点136结合在顶部电极128的顶部部分上的掩模层130有助于更好地绝缘相变存储器单元。这又可减小编程电流。
45.由于相变材料层126的无定形相126b的形状，该相变存储器单元可以被称为蘑菇型相变存储器单元。如图4所示，所得的结构100包括第一投射衬垫124和第二投射衬垫134以及环绕环形类型的顶部电极触点136。投射衬垫124将第二电介质层114与相变材料层126分隔开。金属衬垫134用于在顶部电极触点开口被填充以创建顶部电极触点136之前内衬顶部电极触点开口。因此，金属衬垫134围绕顶部电极触点136。具有环绕环形类型的顶部电极触点136允许调整读取电流运行路径。调节可以在顶部电极触点开口的图案化期间发生。例如，顶部电极触点开口可以被图案化，使得其沿着相变材料层126的侧壁进一步竖直延伸，由此减小投射衬垫124与金属衬垫134之间的间隙。
46.投射衬垫124在相变材料层126的晶相126a和无定形相126b中提供平行传导路径，从而减轻电流读取期间的电阻漂移系数。投射衬垫124充当旁路围绕无定形相126b的电流的平行电阻器。因为相变材料层126的无定形相126b经历电阻漂移，所以无定形相126b是主要电阻器。投射衬垫124在无定形相126b下提供替代的电流路径。来自沿着投射衬垫124流动的电流的电阻提供相变存储器单元的读reset(复位)电阻。进一步，投射衬垫124和环绕环形顶部电极触点136的组合允许电流更容易地行进通过投射衬垫124、通过结晶相126a到达顶部电极触点136。
47.下面参见图5-图7详细描述制造具有第一投射衬垫124和环绕环形顶部电极触点136的相变存储器单元的另一实施例。图5-图6是沿截面线x-x截取的截面图。图7是沿着截面线x-x和截面y-y截取的截面图。在本实施例中，相变材料层126在加热器116上方分隔开。
48.现在参考图5，示出了根据本发明实施例的在加热器形成之后处于中间制造状态的结构200(如上文相对于图1所述)。结构200可以在所有方面基本上类似于以上关于图1详细描述的结构100；然而，在本实施例中，结构200包括突起衬垫124的两个分开的部分。
49.从图1的结构100开始，使用诸如例如ald的沉积工艺将投射衬垫124沉积到结构100的顶表面上，从而覆盖加热器116和第二电介质层114的顶表面。然后，投射衬垫124被图案化(未示出)。可以通过光刻和蚀刻来执行图案化。可执行蚀刻工艺(例如，rie工艺)以从不具有位于其正下方的加热器116的第二电介质层114的顶表面去除投射衬垫124的特定部分。此外，投射衬垫124的部分也从位于加热器116之间的第二电介质层114的顶表面去除。结果，投射衬垫124的部分在加热器116的顶表面之上及围绕加热器116的第二电介质层114的顶表面上延伸。
50.现在参考图6，示出了根据实施例的具有相变材料层126、顶部电极128和掩模层130的结构200。相变材料层126首先被沉积到结构200的顶表面上。然后在相变材料层126的顶部上沉积顶部电极128，接着在顶部电极128的顶部上沉积掩模层130。相变材料层126、顶部电极128和掩模层130可以使用诸如例如cvd、pvd或ald的已知沉积技术来沉积。
51.在沉积之后，掩模层130被图案化(未示出)。可以通过光刻和蚀刻来执行图案化。可执行诸如rie工艺的蚀刻工艺以去除掩模层130、顶部电极128和相变材料层126的部分，从而暴露加热器116之间的第二电介质层114的顶部表面。
52.去除掩模层130、顶部电极128与在加热器116之间的相变材料层126的部分产生开口，该开口从掩模层130的顶表面延伸穿过顶部电极128与相变材料层126到第二电介质层114的暴露顶表面。掩模层130、顶部电极128和相变材料层126的部分也从结构200的在第二电介质层114内不包括加热器116的部分去除。图6所示的所得的结构200包括具有两个相变存储器单元的两个加热器116。因此，一个加热器116(例如，左侧的加热器116)的加热可能对第二加热器116(例如，右侧的加热器116)上方的相变存储层126没有影响。
53.现在参考图7，结构200经历参考图4详细描述的附加处理。图7所示的所得的结构与图4所示的所得的结构100基本相同，因为这两种结构都包括突起衬垫124。突起衬垫12是自对准的。两个结构100、200中的投射衬垫124在加热器116上方横向延伸，从而将加热器116的顶部表面和周围的第二电介质层114的顶部表面与相变材料层126的底部表面分隔开。两个结构100、200中的金属衬垫134围绕顶部电极触点136，从而将顶部电极触点136与相变材料层126、顶部电极128和掩模层130分隔开。
54.图7所示的结构200包括由第三电介质层132分开的两个相变存储器单元。两个相变存储器单元中的每个包括底部电极110、加热器116、相变材料层126和顶部电极128。结构200还包括两个顶部电极触点136。每个顶部电极触点136是环形电极触点，其环绕掩模层130、顶部电极128和相变材料层126的顶部部分。顶部电极触点136沿着掩模层130、顶部电极128和相变材料层126的侧壁部分竖直延伸。
55.上述本发明的实施例示出了形成相变存储器单元的方法和结构，该相变存储器单元包括投射衬垫124和环绕和环形类型顶部电极触点136投射衬垫。通过提供从底部电极110到顶部电极128的电流路径从而绕过相变材料层126的无定形相126b，投射衬垫124与环绕和环形类型的顶部电极触点136的组合减轻电阻漂移。这可以将电阻漂移系数从约0.005-0.01的范围改进至约0.001-0.005的范围。进一步，具有环绕和环形类型的顶部电极触点136为相变存储器单元提供热益处，并且可以降低相变存储器单元的编程电流。
56.已经出于说明的目的呈现了本发明的各种实施方式的描述，但并不旨在是详尽的或者限于所公开的实施方式。在不脱离所描述的实施例的范围的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。在此所使用的术语被选择来最好地解释实施例的原理、实际应用、或优于市场中所发现的技术的技术改进、或使得本领域普通技术人员能够理解在此所披露的实施例。

技术特征：
1.一种半导体结构，包括：被电介质层包围的加热器；在所述加热器的顶部部分上的投射衬垫，所述投射衬垫覆盖所述加热器的顶表面；位于所述投射衬垫上方的相变材料层，所述投射衬垫将所述相变材料层与所述电介质层和所述加热器分隔开；以及围绕所述相变材料层的顶部部分的顶部电极触点，所述顶部电极触点通过金属衬垫与所述相变材料层分隔开。2.根据权利要求1所述的结构，进一步包括：在所述加热器下方并与所述加热器电接触的底部电极；以及在所述相变材料层上方并且与所述相变材料层电接触的顶部电极。3.根据权利要求2所述的结构，进一步包括：在所述顶部电极上方并与所述顶部电极直接接触的掩模层；以及在所述底部电极下方并与所述底部电极电接触的底部电极触点。4.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述相变材料层包括结晶相和无定形相，其中所述无定形相在所述加热器的正上方。5.根据权利要求4所述的结构，其中所述投射衬垫在所述相变材料层的所述结晶相和所述无定形相中提供平行传导路径。6.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中所述顶部电极触点是环绕环形类型的顶部电极触点。7.根据权利要求1所述的结构，其中所述顶部电极触点沿着所述相变材料层的侧壁竖直延伸。8.一种半导体结构，包括：由电介质层分隔开的两个或更多个相变存储器单元，所述两个或更多个相变存储器单元中的每个包括相变材料层和加热器；以及在所述两个或更多个相变存储器单元的顶部部分上的两个或更多个顶部电极触点，所述两个或更多个顶部电极触点通过金属衬垫与所述相变存储器单元分隔开，所述两个或更多个顶部电极触点沿着所述相变材料层的侧壁部分竖直延伸。9.根据权利要求8所述的结构，其中所述相变材料层包括结晶相和无定形相，其中所述无定形相在所述加热器的正上方。10.根据权利要求8所述的结构，其中所述两个或更多个相变存储器单元中的每个包括：被第二电介质层包围的所述加热器；在所述加热器的顶部部分上的投射衬垫，所述投射衬垫覆盖所述加热器的顶表面；位于所述投射衬垫上方的相变材料层，所述投射衬垫将所述相变材料层与所述第二电介质层及所述加热器分隔开；在所述加热器下方并与所述加热器电接触的底部电极；以及在所述相变材料层上方并且与所述相变材料层电接触的顶部电极。11.根据权利要求9所述的结构，进一步包括：在所述顶部电极上方并与所述顶部电极直接接触的掩模层；以及
在所述底部电极下方并与所述底部电极电接触的底部电极触点。12.根据权利要求10所述的结构，进一步包括：在所述底部电极触点下方并与所述底部电极触点电接触的第一金属层；在所述顶部电极触点上方并与所述顶部电极触点电接触的第二金属层；以及位于所述第一金属层与所述第二金属层之间并且与所述第一金属层和所述第二金属层电接触的过孔触点。13.根据权利要求10所述的结构，其中所述投射衬垫在所述相变材料层的所述结晶相和所述无定形相中提供平行传导路径。14.根据权利要求9至13中任一项所述的结构，其中所述两个或更多个顶部电极触点是环绕环形类型的顶部电极触点。15.一种方法，包括：形成被第二电介质层包围的加热器；在所述加热器的顶部上沉积投射衬垫，所述投射衬垫覆盖所述加热器的顶表面；在所述投射衬垫上方沉积相变材料层，所述投射衬垫将所述相变材料层与所述第二电介质层和所述加热器分隔开；以及形成围绕所述相变材料层的顶部部分的顶部电极触点，所述顶部电极触点通过金属衬垫与所述相变材料层分隔开。16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：在所述加热器下方并与所述加热器电接触地形成底部电极；以及在所述相变材料层上方并且与所述相变材料层电接触地沉积顶部电极。17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：在所述顶部电极上方并且与所述顶部电极直接接触地沉积掩模层；以及在所述底部电极下方并与所述底部电极电接触地形成底部电极触点。18.根据权利要求15所述的方法，其中所述相变材料层包括结晶相和无定形相，其中所述无定形相在所述加热器的正上方。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述投射衬垫在所述相变材料层的所述结晶相和所述无定形相中提供平行传导路径。20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中所述顶部电极触点是沿着所述相变材料层的侧壁竖直延伸的环绕环形类型的顶部电极触点。

技术总结
一种半导体结构(100)，包括：由电介质层(114)包围的加热器(116)；在加热器(116)的顶部部分上的投射衬垫(124)；在投射衬垫(124)上方的相变材料层(126)；以及包围相变材料层(126)的顶部的顶部电极触点(136)。投射衬垫可覆盖加热器(116)的顶表面。投射衬垫(124)可以将相变材料层(126)与第二电介质层和加热器(116)分隔开。投射衬垫(124)可以在相变材料层(126)的结晶相(126a)和无定形相(126b)中提供平行的传导路径。顶部电极触点(136)可以通过金属衬垫(134)与相变材料层(126)分隔开。半导体结构(100)可包括在加热器(116)下方并与加热器(116)电接触的底部电极(110)和在相变材料层(126)上方并与相变材料层(126)电接触的顶部电极(128)。顶部电极(128)。顶部电极(128)。


技术研发人员：玉仁祚 鲍如强 A
受保护的技术使用者：国际商业机器公司
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2023/8/24