存储器元件及阵列、接触结构的制法及制得的装置与元件制造方法及图纸

本发明专利技术将Ｉ形及Ｌ形接触结构及其制造方法应用到半导体元件上，且在某些情形下应用到相变型非易失存储元件上。以这些方法制造的Ｉ形及Ｌ形接触结构只占相当小的主动面积，而此可控制接触结构尺寸的方法是应用传统的半导体沉积与蚀刻步骤来达成，故其再现性甚佳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体元件及其制造方法，且特别涉及用于相变型存储元件的接触结构的制造方法、含此种接触结构的存储器元件及存储单元阵列，以及使用该方法所制造的电子装置与半导体元件。
技术介绍
固态存储器元件广泛使用于电子学领域中。典型的存储器包括动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(E2PROM)及闪存等，其可区分为易失与非易失存储器两大类。E2PROM等非易失存储器的主要构件基本上为具浮置栅的场效应晶体管，而在程序化任一存储位时，电荷存入场效应晶体管的浮置栅中。然而，此类存储器的可再程序化次数有限，且其程序化速度也可能相当低。另外，虽然SRAM、ROM、EPROM、E2PROM及闪存的存储单元不须进行数据更新(refreshing)，但与易失性的DRAM元件相比之下，其尚有储存密度较低，尺寸较大及制造成本较高等缺点。公知技术已有由相变型存储单元所构成，可随机存取且具非易失性的存储装置，其特性与许多商业化存储装置中所使用的电荷储存型存储单元不同。本文中“存储材料”一词指可因外界刺激而产生结构相变的材料，例如是硫族(chalcogenide)材料等相变材料。众所周知，电子存储器领域可用的相变型存储材料，例如是可在通常为非晶相的第一结构状态与通常为结晶相的第二结构状态之间以电切换者。相变型存储材料也可能可在完全非晶态到完全结晶态间多个不同的局部有序状态之间切换，只要这些状态可以检测区别即可。这些材料亦具有真正的非易失性，因其一旦被设定成结晶相、半结晶相、非晶相或半非晶相，即具有固定的电阻值。此电阻值可一直维持到其被重设之前，而可代表此材料的物理状态，如结晶相或非晶相。由于相变型存储材料有很大的电阻变化范围，故理论上可容许多位的二进制数据储存在单一存储单元中。达此目的的可能做法，即是以模拟方式为二进制元信息编码，将一段被编码的二进制数据的多个位对应至多个不同电阻值中的一个，再据以程序化单一存储单元。如此，相变型存储器的操作即可如同传统的二进制存储器，或如同进位数大于2的存储器。适合用作相变存储材料的典型材料包括各种含硫族材料。用作相变存储材料的典型含硫族材料例如可含有碲(Te)、硒(Se)、锗(Ge)、锑(Sb)、铋(Bi)、铅(Pb)、锡(Sn)、砷(As)、硫(S)、硅(Si)及磷(P)中的至少一种与/或氧。此种非易失存储器元件例如可使用一整块的硫族材料来制作，且至少在理论上，制得的存储器结构可仅以很小的芯片面积来储存一位的数据，故可得本质上高密度的存储芯片。然而，相变型存储器元件等固态存储元件(solid-state memory device)的共同特性即是其高耗电量，特别是在(重)设定存储器元件时。即使在构件尺寸不断缩小的情形下，耗电量仍是不可忽视的重要课题，特别是在以电池等电力单元(power cell)供电的可携式装置中。因此，如何降低存储器元件的耗电量一直是须优先处理的问题。在操作硫族材料的存储单元时，必须使电流脉冲通过硫族存储材料的特定区域(即主动区)，以(重)设定存储单元的数据值。硫族存储器元件的切换电压、电流及电力的大小应能随元件大小及接触窗面积而改变，使得较小的接触窗可以相应较低的耗电量产生较小的主动区。以公知的半导体制造技术制作硫族存储器元件时，可达到的最小接触窗尺寸受限于光刻机台。对此种元件与许多尖端半导体技术的整合而言，如此尺寸可能会使切换电流、电压过大或切换时间过长，并使循环使用寿命过短。此外，公知的硫族存储器制造方法常无法有效率且可靠地制造大型存储元件所需的全体一致的存储器元件。因此，业界亟须尺寸缩减的存储器接触窗的结构，以及能够可靠地制造相变型存储器元件的接触窗的方法，使此种存储器元件程序化所需电力得以降低，并得其它优点。
技术实现思路
为因应前述需求，本专利技术提出I形及L形的接触结构，其与导体层的界面有相当小的截面积(或谓接触区)。此种I形及L形接触结构的材质可为导电材料或存储材料。本专利技术例如是在半导体元件领域上可有更进一步的应用，因其提供制造超小接触窗的方法，而可进一步缩小半导体元件的尺寸。此外，在本专利技术的制造方法中，每一个接触区仅位于支撑结构(稍后定义)的一侧，而可有较佳的设计规则及较宽的工艺裕度，且没有任何无用的结构。在说明实施例中，存储材料可能包括硫族材料之类的相变材料。本专利技术的方法使用半导体制造领域熟知的沉积与蚀刻工艺，其可容易地重复产生相当一致的工艺结果。本方法亦可得到自行对准于接触结构的顶电极，而形成自行对准的I形或L形接触结构阵列。此特性即可进一步增加光刻工艺的裕度。此外，由于支撑结构的间隔(pitch)为位线的两倍，不会过小，故支撑结构的蚀刻工艺容易控制。本专利技术的一实施例提出一种I形接触结构及其制造方法，其中接触结构形成在置于基底上的支撑结构的侧面，且材质可为导电材料或存储材料。接触结构的剖面呈窄长方形，其与英文字母“I”或“l”相似，且将在稍后“实施方式”部分中以附图辅助说明。本专利技术另一实施例提出一种L形接触结构及其制造方法，其中接触结构亦形成在置于基底上的支撑结构的侧面，且材质可为导电材料或存储材料。接触结构的剖面呈具足部的窄长方形，其与英文字母”L”相似，且亦将在稍后“实施方式”部分中以附图辅助说明。本专利技术再另一实施例包括一种存储器元件，其包括置于基底上的底导电构件。本实施例还包括至少有部分置于底导电构件上方的I形或L形接触结构，其设置方式是使此二者可操作性地连接。本实施例还包括例如是相变型材料的存储材料，其至少有部分设置于I形或L形接触结构上方，且与后者操作性地连接。另有顶导电构件与存储材料操作性地连接，而此存储器元件还可包括晶体管或二极管，以作为存取元件。本专利技术的一实例包括至少有部分形成在基底内的存储器元件阵列，其排列成行列状，而存储器元件则在行与列的交会处。其中，每一个存储器元件皆包括存取元件，其使存储器元件连接至列走向的一条底导电构件。此处须特别说明的是，虽然前述及下文的元件/装置及方法是藉功能性说明以便描述，但本专利技术的权利要求并不受方法/装置或步骤等用词的限制，而是依照均等论所容许的完整范围加以界定的。为让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1为上有许多晶方的晶片的俯视平面图。图2为在晶方的一部分上包含存储单元阵列的基底的示意方框图。图3为以本专利技术的方法所制造的存储单元所构成的存储单元阵列的一部分的电路简图。图4A为依本专利技术一实施例所制作的I形接触结构存储单元的立体图。图4B为依本专利技术另一实施例所制作的L形接触结构存储单元的立体图。图5为本专利技术实施例的存储单元制造方法的流程图。图6为本专利技术实施例的I形或L形接触结构存储单元的制造方法的前段步骤进行之后，半导体基底的部分剖面图。图7接续图6，其氧化层已有部分被移除。图8接续图7，其已形成第一层的导电材料。图9接续图8，其导电材料已有部分被移除，而形成底导电构件。图10接续图9，其已形成第一层掺杂硅材，此第一层掺杂硅材稍后将被定义成二极管存取元件的一部分。图11接续图10，其已形成第二层掺杂硅材，此第二层掺杂硅材稍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接触结构的制造方法，其特征是包括：在具有下导电结构的基底上方沉积垫材料；蚀刻该垫材料以形成具多个侧壁的至少一个支撑结构；于该至少一个支撑结构上方沉积一层第一材料；使该第一材料形成至少一个Ｉ形接触结构，其位 于上述这些侧壁中的至少一个上，且具有与该下导电结构电连接的下端及与该下端相对的上端；以及在该至少一个Ｉ形接触结构上方形成上导电结构，其与该至少一个Ｉ形接触结构的该上端电连接。

【技术特征摘要】
US 2004-11-10 10/985,4801.一种接触结构的制造方法，其特征是包括在具有下导电结构的基底上方沉积垫材料；蚀刻该垫材料以形成具多个侧壁的至少一个支撑结构；于该至少一个支撑结构上方沉积一层第一材料；使该第一材料形成至少一个I形接触结构，其位于上述这些侧壁中的至少一个上，且具有与该下导电结构电连接的下端及与该下端相对的上端；以及在该至少一个I形接触结构上方形成上导电结构，其与该至少一个I形接触结构的该上端电连接。2.根据权利要求1所述的接触结构的制造方法，其特征是该上导电结构包括至少一条字符线，且该下导电结构包括至少一条位线。3.根据权利要求2所述的接触结构的制造方法，其特征是有至少一个二极管设置于该至少一个I形接触结构与该至少一条位线之间。4.根据权利要求1所述的接触结构的制造方法，其特征是所形成的该至少一个I形接触结构在其下端有足部，而成为至少一个L形接触结构。5.根据权利要求4所述的接触结构的制造方法，其特征是该上导电结构包括至少一条字符线，且该下导电结构包括至少一条位线。6.根据权利要求5所述的接触结构的制造方法，其特征是有至少一个二极管设置于该至少一个L形接触结构与该至少一条位线之间。7.根据权利要求5所述的接触结构的制造方法，其特征是有至少一个晶体管设置于该至少一个L形接触结构与该至少一条位线之间。8.根据权利要求1所述的接触结构的制造方法，其特征是其使该第一材料形成至少一个I形接触结构的方法包括蚀刻该至少一个支撑结构上的该第一材料，以除去该第一材料的多个水平部分，并留下位于该至少一个支撑结构的上述这些侧壁中的至少一个上的该第一材料；在该第一材料、该至少一个支撑结构及该基底上设置一层第二材料；以及平坦化该第二材料以暴露出该至少一个支撑结构，并形成该至少一个I形接触结构。9.根据权利要求4所述的接触结构的制造方法，其特征是其使该第一材料形成至少一个L形接触结构的方法包括在该第一材料形成后，于该基底上方形成第二材料；蚀刻该第二材料，以除去该第二材料的多个水平部分，并留下位于该至少一个支撑结构的上述这些侧壁中的至少一个上的该第二材料；在该第一材料、该第二材料、该至少一个支撑结构及该基底上设置一层第三材料；以及平坦化该第三材料以暴露出该至少一个支撑结构，并形成该至少一个L形接触结构。10.根据权利要求1～9中任一项所述的接触结构的制造方法，其特征是该第一材料包括一层导电材料，且该上导电结构包括一层存储材料。11.根据权利要求10所述的接触结构的制造方法，其特征是该存储材料包括硫族材料。12.根据权利要求1～9中任一项所述的接触结构的制造方法，其特征是该第一材料包括存储材料。13.根据权利要求12所述的接触结构的制造方法，其特征是该存储材料包括硫族材料。14.一种半导体装置，其特征是包括具有下导电结构的基底；具有多个侧壁的至少一个支撑结构，位于该基底上；I形接触结构，位于上述这些侧壁中的至少一个上，且具有与该下导电结构电连接的下端及与该下端相对的上端；以及上导电结构，其位于该至少一个I形接触结构的上方，且与该至少一个I形接触结构的该上端电连接。15.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明修，刘瑞琛，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]