[发明专利]半导体存储器件

说明书

本申请是申请日为2005年5月9日、申请号为200580015301.0(国际申请号为PCT/JP2005/008419)、发明名称为“半导体存储器件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种应用于具有用硫属化物等相变材料形成的相变存储单元的半导体集成电路器件有效的技术。

背景技术

在以移动电话为代表的移动设备中，广泛使用了DRAM、SRAM、FLASH存储器等半导体存储器。DRAM的容量大，但存取速度慢。而SRAM速度快，但由于平均1个单元需要多达4至6个晶体管而难以高度集成化，因此不适于做大容量存储器。另外，DRAM和SRAM为了保持数据，需要持续通电。也就是其为易失性。另一方面，FLASH存储器是非易失性的，因而不需要用于保持电存储的通电，但缺点是重写、擦除次数仅为有限的10⁵次左右，重写与其它存储器相比要慢几个数量级。这样，各种存储器有其优点和缺点，目前，要根据其特征灵活运用。

如果能实现兼具DRAM、SRAM、FLASH存储器各自的优点的通用存储器，就能够将多个存储器集成在1个芯片上，能谋求移动电话、各种移动设备的小型高性能化。另外，如果能够替换所有的半导体存储器，则影响是极大的。作为通用存储器所要求的，可列举出如下几项：(1)与DRAM同等程度的高度集成化(大容量化)；(2)与SRAM同等程度的高速存取(写入/读取)；(3)与FLASH存储器相同的非易失性；(4)可用小型电池驱动的低功耗。

在被称为通用存储器的新一代非易失性存储器中，现在最受瞩目的是相变存储器。相变存储器，使用在CD-RW、DVD中使用的硫属化物材料，同样地以晶态和非晶态的差别来存储数据。区别在于写入/读取的方法，CD-RW、DVD利用激光，而相变存储器用电流产生的焦耳热进行写入，根据由相变产生的电阻值的变化来读出值。

用图2说明相变存储器的动作原理。使硫属化物材料非晶化时，施加将硫属化物材料的温度加热到熔点以上后骤冷这样的复位脉冲。熔点例如是600℃。骤冷时间(t1)例如是2nsec。使硫属化物材料结晶时，施加将硫属化物材料的温度保持在结晶温度以上熔点以下这样的置位脉冲。结晶温度例如是400℃。结晶所需时间(t2)例如是50nsec。

相变存储器的优点是：硫属化物材料的电阻值根据结晶状态变化2～3个数量级，因为使用该阻值作为信号，所以读取信号大，读出动作容易，因而读取速度快。而且，具有能够重写10¹²次等的弥补FLASH存储器缺点的性能。另外，具有能以低电压、低功耗动作，易于与逻辑电路混装等优点，适于移动设备使用。

使用图3至图5简单说明相变存储单元的制造工序的一个例子。首先，用公知的制造方法在半导体衬底上形成选择晶体管(未图示)。选择晶体管，例如由MOS晶体管、双极晶体管构成。接着，使用公知的制造方法，淀积例如由硅氧化物膜构成的层间绝缘膜1，在层间绝缘膜1内形成例如由钨构成的插塞2。该插塞有电连接下部的选择晶体管和上部的相变材料层的作用。接着，依次淀积例如由GeSbTe构成的硫属化物材料层3、例如由钨构成的上部电极4、例如由硅氧化物膜构成的硬掩模5，此时如图3所示。

接着，用公知的光刻法和干蚀刻法，加工硬掩模5、上部电极4、硫属化物材料层3，此时如图4所示。

接着，淀积层间绝缘膜6，此时如图5所示。

然后，在层间绝缘膜6的上部形成与上部电极4电连接的布线层，进一步在其上部形成多个布线层，完成相变存储器(未图示)。

【专利文献1】日本特开2003-174144号公报

【专利文献2】日本特开2003-229537号公报

发明内容

制造相变存储器上的问题是硫属化物材料的接合性和热稳定性差。以下，依次说明由这2个问题产生的课题。

第1个课题，硫属化物材料的接合性差，因此在制造工序中容易剥离。如上所述，相变存储器的动作中，硫属化物材料被加热到熔点以上，因此需要对与硫属化物材料接触的插塞和上部电极使用高熔点金属。作为已在半导体集成电路器件中使用的高熔点金属，例如可列举出钨。但是，发明者们发现，因为硫属化物材料与钨等高熔点金属的接合性差，所以在其与插塞、上部电极的界面上容易剥离。并且，硫属化物材料因为与硅氧化物膜的接合性也差，所以在其与层间绝缘膜的界面上也容易剥离。

当使用由图3至图5所说明的制造工序时，发现硫属化物材料的上部界面和下部界面接合性低。因此，需要提高硫属化物材料的接合性的方法。