[发明专利]用于在集成电路上制造窄结构的方法

说明书

相关申请资料

本发明是美国专利申请No.11/155,067(2005年6月17日申请) 的部分继续申请，在此将其整体引入作为本申请案的参考。

联合研究合约的当事人

纽约国际商业机械公司、台湾旺宏国际股份有限公司及德国英飞 凌技术公司(Infineon Technologies A.G.)是联合研究合约的当事人。

技术领域

本发明涉及集成电路的制造方法，包括用于在衬底上制造窄结构 的方法，此窄结构为如相变材料的窄直线。

背景技术

以相变为基础的存储材料被广泛地应用于读写光盘中。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。激光脉冲被用于读写光盘中，以在二种相 中切换，并读取此种材料在相变之后的光学性质。

如硫属化物及类似材料的此种相变存储材料，可藉由施加其幅度 适用于集成电路的电流而致使晶相转换。一般而言，非晶态的特征在 于其电阻高于结晶态，此电阻值可轻易测量得到而用来作为指示。这 种特性则引发使用可编程电阻材料以形成非易失性存储器电路等关 注，此电路可用于随机存取读写。

从非晶态转变至结晶态一般为低电流步骤。从结晶态转变至非晶 态(以下称为重置(reset))一般为高电流步骤，其包括一短暂的高电流 密度脉冲以融化或破坏结晶结构，其后此相变材料会快速冷却，抑制 相变的过程，使得至少部份相变结构得以维持在非晶态。理想状态下， 致使相变材料从结晶态转变至非晶态的重置电流幅度应越低越好。欲 降低重置所需的重置电流幅度，可藉由减低在存储器中的相变材料组 件的尺寸、以及减少电极与此相变材料的接触面积而实现，因此可针 对此相变材料组件施加较小的绝对电流值而实现较高的电流密度。

此领域发展的一种方法致力于在一集成电路结构上形成微小孔 洞，并使用微量可编程电阻材料填充这些微小孔洞。致力于此种微小 孔洞的专利包括：于1997年11月11日公告的美国专利No.5,687,112 “Multibit Single Cell Memory Element Having Tapered Contact”、发明 人为Ovshinky；于1998年8月4日公告的美国专利No.5,789,277 “Method of Making Chalogenide[sic]Memory Device”、发明人为 Zahorik等；于2000年11月21日公告的美国专利No.6,150,253 “Controllable Ovonic Phase-Change Semiconductor Memory Device and Methods of Fabricating the Same”、发明人为Doan等。

因此，优选地是，提供一种具有小尺寸以及低重置电流的存储单 元结构，以及提供一种制造此种结构的方法而可满足在制造大尺寸存 储元件时严格的工艺变量规格。此外，优选地是，提供一种工艺与结 构，其兼容于制造同一集成电路的周边电路。同时，用于在集成电路 与其它衬底上制造奈米结构的制造技术也是必须的。

发明内容

在本发明中所述的技术包括一存储元件，其包括具有顶边的第一 电极、具有顶边的第二电极、以及在第一与第二电极之间的绝缘构件。 此绝缘构件的厚度介于第一电极的顶边与第二电极的顶边之间。一薄 膜桥横跨此绝缘构件，并定义一电极间路径于第一与第二电极之间横 跨此绝缘构件处。横跨此绝缘构件的电极间路径，其路径长度由绝缘 构件的宽度定义。

受到相变的存储材料体积可能相当小，由绝缘构件的宽度(路径 长度的X方向)、用以形成桥的薄膜宽度(Y方向)、以及正交至路 径长度的桥宽度(Z方向)三者决定。绝缘构件的厚度、以及用以形 成桥的薄膜存储材料的厚度，在实施例中由薄膜厚度决定，而此薄膜 厚度在用以制造此存储细胞的微影工艺中并不受限制。此桥的宽度亦 小于最小特征尺寸F，此最小特征尺寸由在本发明中用于图案化此材 料层时所使用的微影工艺界定。本发明描述了用以制造此桥、并定义 此存储材料桥的宽度的技术，此技术系根基于形成并使用一侧壁蚀刻 掩膜结构。

在此制造方法的一实施方式中，此存储材料桥由一包括有下列步 骤的工艺制造：

提供一衬底，其具有一上表面；

在衬底之上形成第一材料层，例如存储材料；