半导体存储器制造技术

在半导体存储器中，所述的半导体存储器包含存储单元的矩阵，每个存储单元由一个晶体管和作为存储元件的一个硫属元素化物层组成，在连接到硫属元素化物层的上电极线和另一配线层之间的接头处没有安置硫属元素化物层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体存储器，并且更具体而言，涉及一种使用相变材料的半导体存储器。
技术介绍
常规地，使用相变材料的相变存储器是已知的。相变存储器的存储器元件是由硫属元素化物材料形成的。硫属元素化物材料的电阻表示存储信息。图1图示了存储单元的电路图。存储单元包括硫属元素化物层的可变电阻器和存取晶体管。在图1A图示的存储单元中，将电阻器的一端连接到位线。将电阻器的另一端连接到晶体管的漏极。将晶体管的源极连接到不变电位。将晶体管的栅极连接到字线。在图1B图示的存储单元中，将位线和不变电位之间的电阻器和晶体管反向安置。该存储单元可以以与图1A中图示的存储单元相同的方式运行。在这些存储单元中的读出是在使连接至所选字线的存取晶体管开始导电时，通过读出通过位线的电流而进行的。由通过位线并且随硫属元素化物层的电阻而变化的电流确定“1”或“0”。在连接至所选字线的存取晶体管开始导电，并且得到的通过硫属元素化物层的电流的焦耳热改变硫属元素化物层的晶态时，进行存储信息写入。通过下面的两种操作进行向硫属元素化物层上的存储信息写入。在称作“置零”的一个操作中，只要硫属元素化物层通过供给足够的焦耳热而被熔化，则急冷以保持高电阻率层的无定形态。在称作“置一”的另一操作中，供给稍少一些的焦耳热，以慢慢地冷却硫属元素化物层，由此形成具有低电阻面心立方结构的晶态。由施加给硫属元素化物层的脉冲的电流值和长度(时间)来控制供给的热量和冷却速率。因此，硫属元素化物层的不同晶体结构和电阻的改变可以进行存储器的读出和写入。下面的现有文件公开了这些相变存储器。在日本未审查专利申请公开No.04-045585中，由上电极对在下加热器电极上形成的硫属元素化物层形成图案，以形成直径小的硫属元素化物层。日本未审查专利申请公开No.2004-031953公开了一种迭层相变存储器。日本未审查专利申请公开No.2004-153047公开了一种存储器元件，其包括在都形成在相同平面上的下加热器电极和上电极之间的硫属元素化物层。这些文件公开了这样一种结构，其中将来自电极的电流汇集于存储器元件中，以改善写入过程中的电流效率。日本未审查专利申请公开No.2004-289029公开了一种相变存储器，其包括具有不同组成的硫属元素化物层的存储器元件，因此可以在高温下操作。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人在相变存储器的研究中面临到另一个问题。该问题将参考图2A和2B中图示的相变存储单元的横截面图进行描述。在第二夹层绝缘膜17中形成开口，以形成接触插塞19，其将起下加热器电极的作用。将硫属元素化物层20和上电极21形成在接触插塞19上并且形成图案。上电极21的实例包括可以由溅射形成的膜，并且含有选自高熔点金属及其氮化物，以及高熔点金属硅化物的氮化物中的一种，所述的高熔点金属及其氮化物如钨(W)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化钨(WN)或氮化铝钛(TiAlN)，并且所述的高熔点金属硅化物的氮化物如硅化钛氮化物(TiSiN)或硅化钨氮化物(WSiN)。然后，在硫属元素化物层20和上电极21上形成等离子体TEOS膜的第三夹层绝缘膜24。在上电极21上形成导向配线层的通孔(连接孔)25，其起着位线的作用。由VCD方法在通孔25中形成氮化钛(TiN)膜和钨(W)膜，作为插塞。如图2A中所示，部分硫属元素化物层20在形成该插塞的早期阶段升华。尽管将硫属元素化物层20形成在上电极21的下面，但是部分硫属元素化物层20在形成插塞的加工温度通过上电极21升华。如图2B中所示，这在硫属元素化物层20中产生空隙。硫属元素化物层20中的该空隙降低了形成通孔25的部分的机械强度，并且增加了硫属元素化物层20和上电极21之间的接触电阻。这导致相变存储器可靠性更低和操作余地更小。硫属元素化物材料具有低至约400℃的升华温度，这接近于典型半导体存储器加工温度的下限。可以通过在300℃或更低温度溅射来形成上电极21。也可以低于升华温度形成等离子体TEOS膜。但是，将要连接到上层线的插塞是在高达550℃至650℃的温度形成的。这限制了加工温度，在该温度下，将金属埋入或嵌入孔中，所述的孔与在相变存储器件上使用硫属元素化物材料形成的上配线层连接。在将金属在比硫属元素化物材料升华温度高的温度嵌入接触孔中时，并且在该过程的早期阶段不完全形成金属时，之下的硫属元素化物层可以升华。当将金属在比硫属元素化物材料升华温度低的温度嵌入通孔中时，金属显示出在通孔上的不良阶式覆盖，使得可能在通孔的内部产生空隙26。在通孔中的空隙可以提高通孔的导线电阻，并且降低相变存储器的操作余地。本专利技术的专利技术人发现，在将金属嵌入相变存储器中的过程中，硫属元素化物可以在更高的加工温度升华，并且不能在更低的加工温度将金属适宜地嵌入通孔中。换言之，基本问题在于，由于在半导体存储器中，起着存储器元件作用的硫属元素化物层的升华温度低于将金属嵌入连接孔中的加工温度，所以部分硫属元素化物层在嵌入金属的过程中可能升华。通过使用目前的半导体制造装置和目前的制造方法，本专利技术已经达到了解决该问题的目的。在如上所述的现有文件中，没有发现此处所述的问题，自然也没有描述解决该问题的方案。如上所述，因为在半导体存储器中，起着存储器元件作用的硫属元素化物层的升华温度低于将金属嵌入通孔中的加工温度，所以部分硫属元素化物层在嵌入金属的过程中可能不适宜地升华。因此，考虑到上述问题，本专利技术的一个目的在于提供一种存储单元结构和一种半导体存储器，其中通过使用目前的半导体制造装置和目前的制造方法，可以将金属嵌入与上配线层连接的通孔中，而没有硫属元素化物层的升华。本专利技术基本上采用下面的技术以解决上述的问题。当然，本申请也包括没有离开所述技术要旨的任何改进技术。根据本专利技术的半导体存储器包含存储单元的矩阵，每个存储单元由一个晶体管和作为存储元件的一个硫属元素化物层组成。在连接到硫属元素化物层的上电极线和另一配线层之间的接头处没有安置硫属元素化物层。在根据本专利技术的半导体存储器中，所述的接头可以用含金属材料的插塞将所述的上电极线连接到所述的另一配线层，所述的插塞形成在夹层绝缘膜中钻孔的开口中。在根据本专利技术的半导体存储器中，所述的接头可以被安置在包括所述存储单元矩阵的单元阵列的末端或在其周围区域中。在根据本专利技术的半导体存储器中，所述的上电极线还可以起着所述存储单元的位线作用。在根据本专利技术的半导体存储器中，可以将所述的硫属元素化物层在它们对应的存储单元中形成图案，并且彼此分开。在根据本专利技术的半导体存储器中，所述的硫属元素化物层在相邻的存储单元中在垂直于存储单元的字线的方向上可以具有连续图案，并且在相邻的存储单元中在平行于字线的方向上可以彼此分开。根据本专利技术的半导体存储器还可以包括在所述的硫属元素化物层和上电极线之间安置的上电极。在根据本专利技术的半导体存储器中，所述的上电极具有与所述硫属元素化物层相同的图案，并且所述上电极的整个上表面可以与上电极线直接接触。在根据本专利技术的半导体存储器中，所述的上电极线可以通过插塞与上配线层或下配线层相连。在根据本专利技术的半导体存储器中，所述的硫属元素化物层可以含有选自锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、硒(Se)、镓(Ga)和铟(In)中的至少两种元素。在根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体存储器，所述的半导体存储器包含存储单元的矩阵，每个存储单元由一个晶体管和作为存储元件的一个硫属元素化物层组成，其中：在连接到硫属元素化物层的上电极线和另一配线层之间的接头处没有安置硫属元素化物层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：浅野勇，川越刚，
申请(专利权)人：尔必达存储器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]