环状电极及其制造方法技术

本发明专利技术揭露一种电极结构及一种制造一集成电路电极的方法，包括形成一包含管状构件的底电极，填充一例如是ｎ型掺杂硅的导电材料，且具有一环状上表面。一碟型绝缘构件由氧化导电填充材料形成在管状构件之上。一可程序电阻材料例如是相变化材料，被沉积与该管状构件的上表面连接。一顶电极与该可程序电阻材料连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于使用环状电极的根基于可程序化电阻材料，例如相变化存储材料 的高密度存储装置，及此种装置的制造方法。
技术介绍
硫属化物材料是被广泛地运用于读写光盘片中。而这些材料包括有至少两种固态 相，包括如一大部分为非晶态的固态相，以及一大体上为结晶态的固态相。激光脉冲是用于 读写光盘片中，以在二种相中切换，并读取此种材料于相变化之后的光学性质。硫属化物材料也可以由施加电流而导致相变化。此特性也造成使用可程序电阻材 料以形成非挥发存储电路。在相变化存储器中，资料可由相变化材料于施加电流时在非晶状态与结晶状态之 间的切换而储存。电流会加热此材料而导致在不同状态间切换。自非晶状态改变为结晶状 态的相变化通常是一较低电流的操作。而自结晶状态改变为结非晶状态的相变化，在此称 为重置，一般是为一高电流操作。在理想状态下，致使相变化材料从结晶态转变至非晶态的 重置电流强度应越低越好。欲降低重置所需的重置电流强度，可由减低在存储器中的主动 相变化材料元件的尺寸。相变化存储装置所遭遇的一个问题是因为重置操作所需的电流大 小是与必须改变相态的相变化材料的体积相关。因此，使用标准集成电路工艺所制造的存 储单元其必须受限于工艺设备的最小特征尺寸。因此，必须开发能够提供次光刻尺寸的技 术给存储单元，其或许会欠缺大型、高密度存储装置所需的均勻度与可靠性。此控制相变化存储单元主动区域尺寸领域发展的一种方法是致力于发展非常小 的电极以将电流流经相变化材料的主体。此非常小的电极结构可以诱发相变化于相变化 材料的一个小区域发生，如像是香菇头的接点区域。可参阅于2002年8月6日公告的美 国专利第 6，429，064 号"ReducedContact Areas of Sidewall Conductors”、专利技术人为 Wicker ；于 2002 年 10 月 8 日公告的美国专利第 6，462，353 号 “Method for Fabricating aSmall Area of Contact Between Electrodes”、专利技术人为 Gilgen ；于 2002 年 12 月 31 日 公告的美国专利第 6，501, 111 号"Three-Dimensional (3D)Programmable Device，，、专利技术 人为Lowrey ；于2003年7月1日公告的美国专利第6，563，156号“Memory Elements and Methods for MakingSame”、专利技术人为 Harshfield。一种可以提供小表面区域接点的底电极结构的型态是环状电极。可参阅于2005 年 4 月 19 日公告的美国专利第 6，881，603 号 “Phase ChangeMaterial Memory Device”、 专利技术人为Lai ；于2005年9月13日公告的美国专利第6，943，365号“Electrically Programmable Memory withReduced Area of Contact and Method for Making Same，，、 专利技术人为Lowrey等人；于2007年9月20日公开的美国专利公开第2007/0215852号 "Manufacturing Method for Pipe-Shaped Electrode Phase ChangeMemory"> 专利技术人 为Lung ；于2008年公开的美国专利公开第2008/0203375号“Memory Cell with Memory Element Contacting Ring-Shaped UpperEnd of Bottom Electrode，，、专利技术人为 Lung。使用环状电极的一个好处是来自此环状表面的几何形状。特别是，环状表面的直径变异及此 环状构件侧壁的厚度在此环状表面对此存储单元的操作特性具有相对小的影响，允许较其 它型态具有在一较大阵列之间所能提供的更均勻的存储单元特性。—个环状电极所产生的问题是因为电极于垂直电流方向上的小截面区域造成的 电阻增加。电阻增加会需要更高的电压通过此存储单元才能达成所需的电流，也会因此增 加此装置的功耗。此外，在形成一环状电极的工艺中，会形成薄膜侧壁。制造如此的侧壁结 构于电极长度方向上具有均勻的厚度是非常困难的，特别是在环状电极所使用的侧壁结构 厚度小于30纳米以下时。因此，在此薄膜侧壁中会产生较薄部分其会导致于此环状中的不 均勻电流，且甚至是会在此结构中产生不连续处而影响了工艺良率。因此需要提供一种方法与结构以构成存储单元，此结构具有可程序电阻材料的较 小主动区域而可以使用可靠及可再现的工艺技术。
技术实现思路
本专利技术包括装置及方法以形成如一存储单元的集成电路的一电极结构，包括一较 小的环状接触区域，而仍能维持低电阻和高制造良率。本专利技术的一目的为提供一种集成电路装置，包括一管状构件的电极材料而具有环 状上表面。此管状构件具有一轴、一第一端及一第二端。电极材料的侧壁构成管状构件，其 具有与管状构件轴向正交的一厚度。管状构件的第一端与下方的接触元件连接。最好是， 管状构件的第一端与电极材料很接近，其可以是与作为侧壁的材料相同或不同。管状构件 的第二端具有一环状表面做为电极的接触表面。一第一层的导电填充材料于该管状构件的 该内表面之内，且第一层的导电填充材料包含一导电材料。一第二层的绝缘填充材料于该 管状构件的该内表面的该第一层填充材料之上。该第二层的绝缘填充材料可以相对地薄所 以管状构件延伸于第一层导电填充材料之外的长度可以是短的。导电填充材料与绝缘填充 材料的组合结果是，电极结构的电阻可以被大幅地降低。此外，电极结构在工艺中的可靠性 也可以被改善。此导电填充材料可以是掺杂多晶硅，其它硅材料，或是其它材料可以易于被 氧化而形成绝缘的氧化物。此绝缘填充材料可以是形成第一导电填充材料的导电填充材料 的氧化物。因此，在第一导电填充材料包含硅的例子中，第二绝缘填充材料是包含氧化硅。 此完成结构具有一管状构件其因为第一层导电填充材料的导电性而具有相对较低的电阻， 同时提供了一个容易制造的管状接点表面。一存储装置包括一可程序电阻材料与底电极的环状上表面连接。一顶电极形成于 可程序电阻材料之上。本专利技术亦提供一种制造上述电极的方法。此工艺包含形成具有一管状构件的一电 极材料，其具有上述第一层和第二层的薄膜及材料。代表性的工艺包括以介层孔为基础的 工艺，其中管状构件是藉由顺形地沉积电极材料于一穿过一绝缘层的图案化介层孔中。第 一导电填充材料形成作为介层孔的衬垫而第二绝缘填充材料填入具有衬垫的介层孔中。替 代地，一柱状物为基础的工艺也被描述。此工艺包含形成一柱状物，其包含第一填充材料， 最好是有一层电极材料于其下。此管状构件藉由顺形地沉积电极材料于此柱状物之上。于 沉积一填充层环绕此具有衬垫的柱状物，及研磨此结构以裸露管状构件的环状上表面之 后，于管状构件内的第一绝缘填充材料被形成。在此处所描述的一个工艺中，第二绝缘填充材料是由将导电填充材料的上表面进 行氧化或氮化被形成。在一替代实施例中，第二绝缘填充材料是将第一导电填充材料凹陷 蚀刻而形成，然后用绝缘填充材料填入凹陷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路装置，包括：一电极，具有一管状构件的一电极材料，其具有一第一端、一第二端与一环状表面于该第二端，其中该管状构件具有一内表面及一外表面；一第一层的导电填充材料于该管状构件的该内表面之内；以及一第二层的绝缘填充材料于该第一层导电填充材料之上且延伸至该管状构件的该第二端。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：龙翔澜，陈士弘，史蒂芬罗森纳格，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，国际商用机器公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]