用于半导体器件制造的相变材料在高纵横比电介质孔中的选择性生长

摘要

一种衬垫，其保形地沉积到半导体器件的第一电介质材料内的孔。所述孔延伸穿过所述第一电介质材料至第一金属电极的顶表面。蚀刻衬垫，使得金属衬垫基本上仅保留在孔的侧壁上。在第一电介质层的孔内选择性沉积相变材料，以用相变材料基本上填充孔。相变材料的选择性沉积产生以基本上大于相变材料在第一电介质材料的暴露表面上的生长速率的相变材料在衬垫上的生长速率。

权利要求

1.一种用于制造相变存储器(PCM)器件的方法，包括：沉积第一电介质材料；

在第一电介质材料中形成开口；

在开口内沉积底部金属电极并抛光底部金属电极；

在所述底部金属电极和所述第一电介质材料上的表面上沉积第二电介质材料；

将金属氮化物保形地沉积到所述相变存储器(PCM)器件的所述第二电介质材料内的孔，所述孔延伸穿过所述第二电介质材料并且暴露所述底部金属电极的顶表面的一部分；

蚀刻金属氮化物，使得金属氮化物仅并且直接保留在孔的整个侧壁上，在蚀刻金属氮化物之后暴露底部金属电极的顶表面的部分；以及仅在所述第二电介质层的所述孔内选择性沉积相变材料以用所述相变材料实质上填充所述孔，所述相变材料的所述选择性沉积产生以基本上大于所述相变材料在所述第二电介质材料的暴露表面上的生长速率的相变材料在所述金属氮化物上的生长；

在金属氮化物的沉积、金属氮化物的蚀刻和相变材料的选择性沉积期间施加真空；

沉积与所述相变材料的顶表面及第二电介质材料的顶表面的若干部分接触的顶部金属电极及围绕所述顶部金属电极的若干侧沉积第三电介质材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中保形所述金属氮化物是使用保形原子层沉积生长工艺沉积的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氮化物包括钽(Ta)、钛(Ti)和铝(Al)中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氮化物是使用等离子体蚀刻工艺蚀刻的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述相变材料包含锗-锑-碲(GST)化合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述相变材料的所述选择性沉积包含在预定温度下锗-锑-碲(GST)生长的选择性沉积。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择性沉积包括化学气相沉积(CVD)、脉冲CVD和原子层沉积(ALD)中的一者或多者。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述相变材料的选择性沉积期间以特定流速施加气体混合物流。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述气体混合物包括氨(NH3)和氩(Ar)的混合物。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二金属电极是使用沉积工艺形成的。

11.一种装置，包括：

第一电介质材料；

在所述第一电介质材料中的开口；

沉积在所述开口内并被抛光的底部金属电极；

第二电介质材料，沉积在所述底部金属电极和所述第一电介质材料的表面上；

金属氮化物，所述金属氮化物保形地沉积到所述相变存储器(PCM)器件的所述第二电介质材料内的孔内，所述孔延伸穿过所述第二电介质材料并且暴露所述底部金属电极的顶表面的一部分，其中所述金属氮化物被蚀刻，使得所述金属氮化物仅并且直接保留在所述孔的整个侧壁上，在蚀刻所述金属氮化物之后暴露所述底部金属电极的所述顶表面的所述部分；以及相变材料，所述相变材料仅选择性沉积在所述第二电介质层的所述孔内以用所述相变材料实质上填充所述孔，所述相变材料的所述选择性沉积产生以基本上大于所述相变材料在所述第二电介质材料的暴露表面上的生长速率的相变材料在所述金属氮化物上的生长速率，其中在沉积金属氮化物、蚀刻金属氮化物和选择性沉积相变材料期间施加真空；

顶部金属电极，其经沉积以与所述相变材料的顶表面及第二电介质材料的顶表面的若干部分接触；以及第三电介质材料，所述第三电介质材料沉积在所述顶部金属电极的侧面周围。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述金属氮化物包含钽(Ta)、钛(Ti)及铝(Al)中的一或多者。

13.根据权利要求11所述的装置，其中所述相变材料包含锗-锑-碲(GST)化合物。

14.根据权利要求113所述的装置，还包括：

与所述相变材料接触的第二金属电极。

15.一种计算机可用程序产品，包括一个或多个计算机可读存储设备，以及存储在所述一个或多个存储设备中的至少一个上的程序指令，所存储的程序指令包括：用于沉积第一电介质材料的程序指令；

用于在所述第一电介质材料中形成开口的程序指令；

用于在所述开口内沉积底部金属电极并抛光所述底部金属电极的程序指令；

用于在所述底部金属电极及所述第一电介质材料的表面上沉积第二电介质材料的程序指令；

用于将金属氮化物保形地沉积到所述相变存储器(PCM)装置的所述第二电介质材料内的孔的程序指令，所述孔延伸穿过所述第二电介质材料且暴露所述底部金属电极的顶表面的一部分；

用于蚀刻所述金属氮化物以使得所述金属氮化物仅并且直接保留在所述孔的整个侧壁上，从而在所述金属氮化物的所述蚀刻之后暴露所述底部金属电极的所述顶表面的所述部分的程序指令；以及用于仅在所述第二电介质层的所述孔内选择性沉积相变材料以用所述相变材料实质上填充所述孔的程序指令，所述相变材料的所述选择性沉积产生以基本上大于所述相变材料在所述第二电介质材料的暴露表面上的生长速率的相变材料在所述金属氮化物上的生长速率；

用于在所述金属氮化物的所述沉积、所述金属氮化物的所述蚀刻及所述相变材料的所述选择性沉积期间施加真空的程序指令；

用于沉积与所述相变材料的顶表面及第二电介质材料的顶表面的若干部分接触的顶部金属电极及在所述顶部金属电极的若干侧周围沉积第三电介质材料的程序指令。

说明书

用于半导体器件制造的相变材料在高纵横比电介质孔中的选

择性生长

技术领域

[0001] 本发明一般涉及一种用于在半导体器件制造中的相变材料的生长方法和由该方法形成的装置。更具体地说，本发明涉及一种用于半导体器件制造的相变材料在高纵横比电介质孔中的选择性生长的方法以及由该方法形成的装置。

背景技术

[0002] 集成电路(IC)是一种电子电路，其使用半导体材料例如硅作为衬底，并通过添加杂质形成固态电子器件例如晶体管、二极管、电容器和电阻器而形成。通常称为"芯片"或"封装"，集成电路通常被封装在硬质塑料中，从而形成"封装"。现代电子设备中的部件通常表现为矩形黑色塑料封装，其具有从塑料外壳突出的连接器引脚。通常，许多这样的封装被电耦合，使得其中的芯片形成电子电路以执行某些功能。

[0003] 用于设计IC的软件工具以非常小的规模生产、操作或以其它方式与电路布局和电路组件一起工作。当形成在硅中时，这种工具可以操纵的一些部件可能仅测量到数十纳米的跨度。使用这些软件工具产生和操作的设计是复杂的，通常包括数十万个互连的这种组件以形成预期的电子电路。

[0004] 布局包括设计者选择和定位以实现设计目标的形状。目的是使形状(目标形状)如设计的那样出现在晶片上。然而，当通过光刻在晶片上制造时，形状可能看起来不是与设计的完全一样。例如，具有尖锐角部的矩形形状可以表现为晶片上具有圆角的矩形形状。

[0005] 一旦已经为IC完成设计布局，也简称为布局，则将该设计转换为一组掩模或标线(reticles)。一组掩模或标线是一个或多个掩模或标线。在制造期间，半导体晶片通过掩模暴露于光或辐射以形成IC的微观部件。这种工艺被称为光刻。

[0006] 制造掩模是一种可用于成功地将掩模的内容制造或印刷到晶片上的掩模。在光刻印刷工艺期间，辐射通过掩模聚焦并且以辐射的特定期望强度被聚焦。这种辐射强度通常被称为"剂量"。控制辐射的聚焦和剂量以在晶片上获得期望的形状和电特性。

[0007] 许多半导体器件是平面的，即其中半导体结构在一个平面上制造。非平面器件是三维(3D)器件，其中一些结构形成在给定的制造平面之上或之下。

[0008] 目前，需要高密度、高性能、还具有低功耗的存储器件。新兴存储器装置技术是相变存储器技术。相变存储器(PCM)是非易失性随机存取存储器(RAM)的一种类型。PCM利用相变材料的这一行为，其中相变材料能够响应于电流通过相变材料而在结晶相和非晶相之间转变。通常，在PCM制造中，相变材料包括硫族化合物，例如锗-锑-碲(GST)。

[0009] PCM包含安置于底部电极触点与顶部电极触点之间的相变材料的区。相变材料在处于晶相时具有低电阻率，而在处于非晶相时具有高电阻率。为了将PCM设置在非晶相，相变材料首先熔化，然后通过施加大电流脉冲短时间快速淬火，而在PCM单元中留下非晶、高电阻材料区域。为了将PCM设置在结晶相中，施加中等电流脉冲以在结晶温度与熔化温度之间的温度下对相变材料退火足够长的时间段以使相变材料结晶从而具有相对低电阻率。为了读取PCM的状态，通过使不干扰相变材料的状态的低电流电信号通过单元来测量单元的电阻率。此外，PCM技术具有实现多个不同中间状态的能力，从而为PCM提供在单个单元中保持多个位的能力，从而提供增加的存储器密度。

[0010] 相变存储器装置元件可以若干方式构造。在一个实现方式中，沉积平面相变材料膜，且通过等离子体蚀刻将柱光刻界定并图案化到相变材料中。这些实现方式的缺点包括相变材料对例如蚀刻、清洁和囊封等处理敏感，且可在装置制造期间被损坏。在另一实现方式中，在电介质材料中形成经图案化孔，且在所述孔内生长相变材料。此实现方式提供相变存储器柱的良好替代方案以避免柱被后处理损坏。然而，这种实现方式的缺点是，完全填充高密度存储元件所需的纳米尺寸、高纵横比的孔是一个很大的挑战。

[0011] 相变材料可以以多种方式沉积，例如通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和金属有机化学气相沉积(MOCVD)。然而，在所有情况下，填充纳米尺寸的高纵横比的孔都是一个挑战。原子层沉积(ALD)是另一种可用于填充纳米尺寸、高纵横比的孔的技术。然而，ALD的缺点在于，逐层生长缓慢，并且前体在沉积之后可能残留在膜中。CVD工艺通常较快，但遇到了不完全填充的问题。此外，即使逐层生长也不能完全填充凹腔的孔轮廓。已经发现，与电介质籽晶层相比，相变材料的ALD在金属籽晶层上进行得更快且更均匀，因此在电介质中衬着金属层的孔(即，金属衬垫)上生长相变材料是有益的。具有金属衬垫还显示出对PCM器件操作中的电阻漂移减轻的益处。

[0012] 用于在金属衬垫上CVD沉积相变材料(例如GST)的现有解决方案呈现许多缺点。在金属衬垫上CVD沉积非晶GST可在沉积之后提供完全填充的孔，但经历在相变材料中引入空隙的体积收缩。在金属衬垫上CVD沉积结晶GST提供了从成核位置定向的晶粒生长，从而允许在相变材料内形成阻塞和空隙。纳米晶GST在金属衬垫上的CVD沉积提供了小晶粒的生长，这允许可能完全填充孔。然而，由于阻塞仍然会出现空隙，并且纳米晶粒生长的工艺窗口非常小。

[0013] 说明性实施例认识到，用于在高纵横比电介质孔中生长相变材料以制造半导体装置(例如PCM装置)的方法及技术呈现上述问题。本文描述的说明性实施例提供了用于半导体器件制造的相变材料在高纵横比电介质孔中的选择性生长，从而提供了小(例如，20nm临界尺寸及更小)、具有低复位电流、具有电阻漂移减轻且在整个晶片产量上无空隙的相变存储器件。

发明内容

[0014] 说明性实施例提供了一种方法和装置。一种用于制造半导体器件的方法的实施例包括在半导体器件的第一电介质材料内的孔内保形地沉积衬垫。在该实施例中，该孔延伸穿过该第一电介质材料至第一金属电极的顶表面。该实施例还包括蚀刻衬垫，使得衬垫基本上仅保留在孔的侧壁上。该实施例还包括在第一电介质层的孔内选择性沉积相变材料，以用相变材料基本上填充该孔。在实施例中，相变材料的选择性沉积产生以基本上大于相变材料在第一电介质材料的暴露表面上的生长速率的相变材料在衬垫上的生长速率。至少一个实施例提供的优点包括制造半导体器件，该半导体器件中具有相变材料的基本无空隙填充，从而提供低复位电流和电阻漂移减轻中的一个或多个。

[0015] 实施例进一步包括在衬垫的、衬垫的蚀刻和相变材料的选择性沉积期间施加真空。在实施例中，衬垫是使用保形原子层沉积生长工艺沉积的。在一个实施例中，所述材料包括金属氮化物。在一个实施例中，金属氮化物包括钽(Ta)、钛(Ti)和铝(Al)中的一种或多种。在一个实施例中，衬垫是使用等离子体蚀刻工艺蚀刻的。

[0016] 在一实施例中，相变材料包含锗-锑-碲(GST)化合物。在实施例中，相变材料的选择性沉积包括在预定温度下锗-锑-碲(GST)生长的选择性沉积。在一个实施例中，选择性沉积包括化学气相沉积(CVD)、脉冲CVD和原子层沉积(ALD)中的一种或多种。

[0017] 实施例进一步包括在相变材料的选择性沉积期间以特定流速施加气体混合物流。在该实施例中，气体混合物包括氨(NH3)和氩(Ar)的混合物。

[0018] 实施例进一步包括形成与相变材料接触的第二金属电极。在一个实施例中，第二金属电极是使用沉积工艺形成的。在一个实施例中，半导体器件包括相变存储器件。

[0019] 装置的实施例包括半导体器件的第一金属电极和其中包括孔的第一电介质材料。在实施例中，孔延伸穿过第一电介质材料至第一金属电极的顶表面。该实施例还包括在第一电介质材料的孔的侧壁上的衬垫。在该实施例中，衬垫保形地沉积到第一电介质材料并被蚀刻，使得衬垫仅基本上保留在孔的侧壁上。该实施例还包括相变材料，该相变材料选择性沉积在第一电介质层的孔内，以用相变材料基本上填充该孔。在实施例中，相变材料的选择性沉积产生以基本上大于相变材料在第一电介质材料的暴露表面上的生长速率的相变材料在衬垫上的生长速率。至少一个实施例提供的优点包括半导体器件，在该半导体器件中具有相变材料的基本无空隙填充，从而提供低复位电流和电阻漂移减轻中的一个或多个。

[0020] 在实施例中，衬垫包括金属氮化物。在一个实施例中，金属氮化物包括钽(Ta)、钛(Ti)和铝(Al)中的一种或多种。在一实施例中，相变材料包含锗-锑-碲(GST)化合物。

[0021] 另一实施例进一步包括与所述相变材料接触的第二金属电极。在另一实施例中，半导体器件包括相变存储器件。

[0022] 实施例包括计算机可用程序产品。计算机可用程序产品包括一个或多个计算机可读存储设备，以及存储在一个或多个存储设备中的至少一个上的程序指令。

附图说明

[0023] 在所附权利要求中阐述了被认为是本发明的特性的新颖特征。然而，通过参考以下结合附图对说明性实施例的详细描述，将最好地理解本发明本身及其优选使用模式、进一步的目的和优点，其中：

[0024] 图1描述了可以实现说明性实施例的数据处理系统的网络的框图；

[0025] 图2描绘了可以实现说明性实施例的数据处理系统的框图；

[0026] 图3描绘通过根据实施例的工艺而产生的相变存储器装置的实施例的横截面图。

[0027] 图4描述了根据说明性实施例的过程的一部分；

[0028] 图5描述了根据说明性实施例的过程的另一部分；

[0029] 图6描述了根据说明性实施例的过程的另一部分；

[0030] 图7描绘了根据说明性实施例的过程的另一部分；

[0031] 图8描绘了根据说明性实施例的过程的另一部分；

[0032] 图9描绘了根据说明性实施例的过程的另一部分；以及

[0033] 图10示出了根据示例性实施例的用于制造相变存储器件的示例工艺的流程图。

具体实施方式

[0034] 用于描述本发明的示例性实施例一般地解决和解决了上述问题和与半导体器件制造中的相变材料生长有关的其它问题。在各种说明性实施例中，提供了相变材料的在电介质孔图案内部的受控选择性沉积生长，以促进相变存储器装置或其它合适半导体装置的制造。在实施例中，执行保形原子层沉积生长工艺以在电介质材料的一个或多个孔上沉积薄金属衬垫，并且执行金属衬垫的等离子体蚀刻工艺，使得金属衬垫仅被包含在孔侧壁上。在该实施例中，执行NH3限制的结晶GexSbyTez(GST)生长工艺的脉冲化学气相沉积，使得GST在金属衬垫上优先生长得比其它暴露的电介质表面快。在一个或多个实施例中，在工艺之间无真空中断的情况下执行所述工艺，使得金属衬垫维持其性质且在衬垫与GST之间不存在经氧化界面，因此改进相变存储器装置的电及/或性能性质，例如低复位电流、电阻漂移减轻及相变存储器(PCM)装置内的无空隙相变材料生长。

[0035] 实施例可以被实现为软件应用。实现实施例的应用可以被配置为现有制造系统的修改、作为结合现有制造系统操作的单独应用、独立应用或其某种组合。例如，本申请使得制造系统执行本文所述的步骤，以制造相变存储器件。

[0036] 为了描述的清楚且不暗示对其的任何限制，使用单个PCM装置来描述说明性实施例。在说明性实施例的范围内，可以用不同数目的PCM器件、不同的存储器件或任何其它适当的半导体器件来实现实施例。此外，电介质孔可以具有不同于在此描述的示例性实施例中发现的形状和几何取向。PCM存储器装置可接线到若干有用电路中，例如CMOS逻辑电路(例如，NAND及NOR)、存储器单元(例如，SRAM)、模拟电路(例如，PLL)及输入/输出(I/O)电路。

[0037] 此外，在附图和说明性实施例中使用示例PCM设备的简化图。在PCM器件的实际制造中，可以存在未在此示出或描述的附加结构，而不脱离示例性实施例的范围。类似地，在说明性实施例的范围内，可不同地制造实例PCM装置中的所展示或所描述的结构以产生如本文所描述的类似操作或结果。

[0038] 在示例性PCM器件的二维图中的不同阴影部分旨在表示如本文所述的示例性PCM器件中的不同结构。可以使用本领域普通技术人员已知的合适材料来制造不同的结构。

[0039] 在此描述的特定形状或形状尺寸不是要限制示例性实施例。选择形状和尺寸仅是为了附图和描述的清楚，并且可能已经被夸大、最小化或以其他方式从实际上可以用于制造根据示例性实施例的PCM器件的实际形状和尺寸改变。

[0040] 此外，仅作为示例关于PCM设备描述了说明性实施例。由各种说明性实施例描述的步骤可适于制造其它平面和非平面装置，且此些调适涵盖在说明性实施例的范围内。

[0041] 当实施于软件应用程序中时，实施例使制造系统执行如本文所述的某些步骤。在几个附图中描述了制造过程的步骤。在特定的制造过程中，并非所有的步骤都是必需的。一些制造工艺可以以不同的顺序实现步骤、组合某些步骤、移除或替换某些步骤、或执行这些和其它步骤操作的某种组合，而不脱离说明性实施例的范围。

[0042] 本文描述的实施例的方法，当被实现为在制造设备、工具或数据处理系统上执行时，包括制造设备、工具或数据处理系统在制造如本文描述的PCM设备中的功能的实质进步。

[0043] 本公开中的示例仅用于清楚描述，而不是限制于说明性实施例。从本公开可以想到附加的数据、操作、动作、任务、活动和操纵，并且在说明性实施例的范围内可以设想这些附加的数据、操作、动作、任务、活动和操纵。

[0044] 本文列出的任何优点仅是示例，并且不旨在限制说明性实施例。通过特定的说明性实施例可以实现附加的或不同的优点。

[0045] 此外，特定说明性实施例可具有上文所列优点中的一些、全部或不具有上文所列优点。

[0046] 参考附图并且具体参考图1和2，这些附图是可以实现说明性实施例的数据处理环境的示例图。图1和2仅仅是示例，并且不旨在断言或暗示关于其中可以实现不同实施例的环境的任何限制。特定实现可以基于以下描述对所描绘的环境进行许多修改。

[0047] 图1描述了可以实现说明性实施例的数据处理系统的网络的框图。数据处理环境100是其中可以实现说明性实施例的计算机网络。数据处理环境100包括网络102。网络102是用于在数据处理环境100内连接在一起的各种设备和计算机之间提供通信链路的介质。
网络102可以包括诸如有线、无线通信链路或光纤电缆的连接。

[0048] 客户端或服务器仅是连接到网络102的某些数据处理系统的示例角色，并且不旨在排除这些数据处理系统的其他配置或角色。服务器104和服务器106连同包括数据库109的存储单元108一起耦合到网络102。软件应用可以在数据处理环境100中的任何计算机上执行。客户端110、112和114也耦合到网络102。诸如服务器104或106或客户端110、112或114的数据处理系统可以包含数据，并且可以具有在其上执行的软件应用或软件工具。

[0049] 仅作为示例而不暗示对这样的体系结构的任何限制，图1描绘了可在实施例的示例实现中使用的某些组件。例如，服务器104和106以及客户端110、112、114被描绘为服务器和客户端，仅作为示例，而不是暗示对客户端-服务器架构的限制。作为另一个例子，一个实施例可以分布在如图所示的几个数据处理系统和数据网络上，而另一个实施例可以在说明性实施例的范围内的单个数据处理系统上实现。数据处理系统104、106、110、112和114还表示适于实现实施例的集群、分区和其它配置中的示例节点。

[0050] 设备132是本文描述的设备的示例。例如，设备132可以采取智能电话、平板计算机、膝上型计算机、固定或便携式形式的客户端110、可穿戴计算设备或任何其他合适的设备的形式。被描述为在图1中的另一数据处理系统中执行的任何软件应用程序可以被配置为以类似的方式在设备132中执行。在图1中的另一数据处理系统中存储或产生的任何数据或信息可以被配置为以类似的方式在设备132中存储或产生。

[0051] 应用105实现这里描述的实施例。制造控制系统107是用于在半导体器件的制造期间控制制造设备和排序工艺步骤的任何适当的控制系统。制造控制系统107也实施本文所述的实施例。在非限制性示例中，应用105表示特定制造设备或工具内的配方程序。在单个制造工具内的半导体衬底处理期间，该制法程序控制工具物理工艺参数(例如，工艺温度、环境、压力、前驱气体流量、工艺步骤持续时间、离子束能量、离子束剂量等)。在一个或多个实施例中，制造控制系统107控制半导体衬底处理流程，即制造控制系统107负责选择制造设备或工具的序列以及用于序列中的每个工具的适当的配方程序或应用105。因此，应用105和制造控制系统107提供用于以本文所述的方式制造PCM装置的指令。

[0052] 参考图2，该图描述了可以实现说明性实施例的数据处理系统的框图。数据处理系统200是计算机的示例，例如图1中的服务器104和106、或客户端110、112和114、或另一类型的设备，为示例性实施例设置实现处理的计算机可用程序代码或指令可以位于其中。

[0053] 在所描述的例子中，数据处理系统200采用集线器体系结构，包括北桥和存储器控制器集线器(NB/MCH)202以及南桥和输入/输出(I/O)控制器集线器(SB/ICH)204。处理单元206、主存储器208和图形处理器210耦合到北桥和存储器控制器集线器(NB/MCH)202。

[0054] 在所描述的例子中，局域网(LAN)适配器212耦合到南桥和I/O控制器集线器(SB/ICH)204。音频适配器216、键盘和鼠标适配器220、调制解调器222、只读存储器(ROM)224、通用串行总线(USB)以及其它端口232、以及PCI/PCIe设备234通过总线238耦合到南桥和I/O控制器集线器204。硬盘驱动器(HDD)或固态驱动器(SSD)226和CD-ROM 230通过总线240耦合到南桥和I/O控制器集线器204。PCI/PCIe设备234可以包括例如以太网适配器、附加卡和用于笔记本计算机的PC卡。PCI使用卡总线控制器，而PCIe不使用。ROM 224可以是例如闪存二进制输入/输出系统(BIOS)。硬盘驱动器226和CD-ROM 230可使用例如集成驱动电子(IDE)、串行高级技术附件(SATA)接口或诸如外部SATA(eSATA)和微SATA(mSATA)的变体。超级I/O(SIO)设备236可以通过总线238耦合到南桥和I/O控制器集线器(SB/ICH)204。

[0055] 存储器，例如主存储器208、ROM 224或闪存(未示出)，是计算机可用存储设备的一些示例。硬盘驱动器或固态驱动器226、CD-ROM 230和其它类似可用的设备是包括计算机可用存储介质的计算机可用存储设备的一些示例。

[0056] 操作系统在处理单元206上运行。操作系统协调并提供对图2中的数据处理系统200内的各种组件的控制。用于操作系统、面向对象的编程系统以及应用或程序(例如图1中的应用105和制造控制系统107)的指令位于存储设备上，例如以硬盘驱动器226上的代码
226A的形式，并且可以被加载到一个或多个存储器(例如主存储器208)中的至少一个中，以便由处理单元206执行。说明性实施例的过程可以由处理单元206使用计算机实现的指令来执行，所述指令可以位于存储器中，例如主存储器208、只读存储器224，或者位于一个或多个外围设备中。

[0057] 此外，在一种情况下，代码226A可以通过网络201A从远程系统201B下载，其中类似的代码201C存储在存储设备201D上。在另一种情况下，代码226A可以通过网络201A下载到远程系统201B，其中下载的代码201C存储在存储设备201D上。

[0058] 图1-图2中的硬件可以根据实现方式而变化。除了图1-图2中描述的硬件之外，或者代替这些硬件，可以使用其它内部硬件或外围设备，例如闪存、等效的非易失性存储器或光盘驱动器等。此外，示例性实施例的处理可以应用于多处理器数据处理系统。

[0059] 参考图3，图3示出了通过根据本发明实施例的工艺制造的相变存储器(PCM)器件300的实施例的横截面图。PCM器件300包括底部金属电极302和设置在底部金属电极302的一个或多个侧面周围的第一电介质材料304。PCM器件300还包括衬垫310，其衬在穿过第二电介质材料306的孔内，以及相变材料312，其设置在孔内并与衬垫310和底部金属电极302接触。在特定实施例中，相变材料312包括GST化合物。PCM器件300还包括与金属线310和相变材料312接触的顶部金属电极314，以及设置在顶部金属电极314的侧面周围的第三电介质材料316。因此，相变材料312安置于底部金属电极302与顶部金属电极314之间。

[0060] 参考图4-图9，这些图描绘了根据一个或多个说明性实施例的用于制造PCM器件300的示例工艺。在图4-图9中说明的特定实施例中，制造单个PCM装置300。应当理解，在其他实施例中，可以以类似的方式在晶片上制造任何PCM器件和其他半导体器件。

[0061] 参考图4，图4描述了根据示例性实施例形成结构400的工艺的一部分。在所示的实施例中，由应用105和制造系统107控制的制造系统沉积第一电介质材料304，在电介质材料304中形成开口，并且在开口内沉积底部金属电极304。在该实施例中，制造系统107向下抛光底部金属电极304。在该实施例中，制造系统107在底部金属电极302和第一电介质材料
304的上表面上沉积第二电介质材料306。

[0062] 在特定实施例中，第一电介质材料304和第二电介质材料306可通过合适的沉积工艺形成，例如CVD、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、ALD、蒸发、PVD、化学溶液沉积或其它类似工艺。电介质材料的厚度可以根据沉积工艺以及所使用的电介质材料的成分和数量而变化。

[0063] 参考图5，图5描述了根据示例性实施例形成结构500的工艺的一部分。在该说明性实施例中，制造系统107形成穿过第二电介质材料306到底部金属电极302的顶表面的孔306。在特定实施例中，制造系统107使用蚀刻工艺形成孔306，例如反应离子蚀刻(RIE)、化学蚀刻、等离子体蚀刻或其它合适的蚀刻工艺。

[0064] 参考图6，图6描述了根据示例性实施例形成结构600的工艺的一部分。在一个或多个实施例中，制造系统107对图5的结构500施加真空，并且使用保形金属沉积工艺在包括孔308的侧壁的第二电介质层306的暴露表面上沉积衬垫310。在特定实施例中，制造系统107使用保形原子层沉积生长工艺在第二电介质材料308的暴露表面上沉积金属衬垫310。在特定实施例中，衬垫310具有3-6纳米(nm)之间的厚度。在一个或多个实施例中，衬垫310的材料包括金属氮化物。在特定实施例中，金属氮化物包括钽(Ta)、钛(Ti)、铝(Al)、它们的氮化物和它们的组合(例如TaN、TaTiN和TiAlN)中的一种或多种。

[0065] 参考图7，图7描述了根据示例性实施例形成结构700的工艺的一部分。在一个或多个实施例中，制造系统107保持图6的真空，这意味着在图6的过程和图7的过程之间没有真空中断。在该实施例中，制造系统107使用蚀刻工艺蚀刻衬垫310，使得衬垫310仅保留在孔308的侧壁上。在特定实施例中，制造系统107使用等离子体蚀刻工艺来蚀刻衬垫310。

[0066] 参考图8，图8描绘了根据说明性实施例的其中形成结构800的工艺的一部分。在一个或多个实施例中，制造系统107保持图7的真空，这意味着在图7的过程和图8的过程之间没有真空中断。在该实施例中，制造系统107在第二电介质层306的孔308内选择性沉积相变材料312，以用相变材料312基本上填充孔308。在特定实施例中，相变材料的选择性沉积包括化学气相沉积(CVD)、脉冲CVD和原子层沉积(ALD)中的一个或多个。相变材料312的选择性沉积导致相变材料312在衬垫310上的生长速率基本上大于相变材料312在第二电介质材料306的暴露表面上的生长速率。因此，孔308基本上被相变材料312填充，而相变材料312在结构800的其它表面上的沉积最少。在特定实施例中，相变材料312包括GST化合物。在特定实施例中，在预定温度下使用NH3限制结晶GexSbyTez(GST)生长的原子层沉积，使得GST在衬垫310上比在其它暴露的电介质表面上优先生长得快。在一个或多个实施例中，在相变材料312的沉积期间将氨(NH3)/氩(Ar)的混合物的特定流率的流暴露于结构800，以导致GST沉积的改进的选择性和生长以及用相变材料312对孔308的更完全填充。

[0067] 参考图9，图9描绘了根据说明性实施例的形成PCM器件300的工艺的一部分。在一个或多个实施例中，制造系统107可释放先前施加的真空。在一个或多个实施例中，制造系统107将顶部金属电极314沉积在相变材料312的顶表面和第二电介质材料306的顶表面的部分上。在该实施例中，制造系统107还在顶部金属电极314的侧面周围沉积第三电介质材料316。作为图4到图9中所描述的工艺的结果，根据一个或多个实施例制造图3中所说明的PCM装置300。

[0068] 参考图10，图10示出了根据示例性实施例的用于制造相变存储器件的示例工艺1000的流程图。在方框1002中，由应用105和制造系统107控制的制造系统沉积第一电介质材料304并且在第一电介质材料304中形成开口。在方框1004中，制造系统107在第一电介质材料304的开口内沉积底部金属电极304。

[0069] 在方框1006中，制造系统107在第一电介质材料304和底部金属电极302上沉积第二电介质材料306。在方框1008中，制造系统107形成穿过第二电介质材料306到底部金属电极302的顶表面的孔306。在一个或多个实施例中，制造系统107在制造期间向结构施加真空。在方框1010中，制造系统107使用保形金属沉积工艺在包括孔308的侧壁的第二电介质层306的暴露表面上沉积衬垫310。在方框1012中，制造系统107使用蚀刻工艺蚀刻衬垫310，使得衬垫310基本上仅保留在孔308的侧壁上。

[0070] 在方框1014中，制造系统107将相变材料312选择性沉积在第二电介质层306的孔308内，以用相变材料312基本上填充孔308。相变材料312的选择性沉积导致相变材料312在衬垫310上的生长速率基本上大于相变材料312在第二电介质材料306的暴露表面上的生长速率。因此，孔308基本上被相变材料312填充，而相变材料312在结构800的其它表面上的沉积最少。在一个或多个实施例中，制造系统107在相变材料312的沉积期间以特定流速向该结构施加氨(NH3)/氩(Ar)的气体混合物的流，以导致相材料沉积的改善的选择性和生长，以及用相变材料312更完全地填充孔308。在其它特定实施例中，其它气体混合物可用于改进相材料沉积的选择性和生长。在一个或多个实施例中，制造系统107可释放先前施加的真空。

[0071] 在块1016中，制造系统107形成与相变材料312的顶表面接触的顶部金属电极314。在特定实施例中，制造系统107使用沉积形成顶部金属电极314。在方框1018中，制造系统
107在顶部金属电极314的侧面周围沉积第三电介质材料316。在方框1020中，制造系统107将所得结构封装到半导体电路中以形成图3的PCM装置300。

[0072] 因此，在说明性实施例中提供一种计算机实施的方法、系统或设备以及计算机程序产品，用于使用选择性相变材料生长和其它相关特征、功能或操作来制造PCM装置。在关于一种类型的设备描述实施例或其一部分的情况下，计算机实现的方法、系统或装置、计算机程序产品或其一部分被适配或配置成与该类型的设备的适当且可比较的表现一起使用。

[0073] 在实施例被描述为在应用中实现的情况下，在说明性实施例的范围内，可以设想在软件即服务(SaaS)模型中的应用的递送。在SaaS模型中，通过在云基础设施中执行应用，向用户提供实现实施例的应用的能力。用户可以通过诸如web浏览器(例如，基于web的电子邮件)或其他轻量客户端应用之类的瘦客户端接口使用各种客户端设备来访问应用。用户不管理或控制底层云基础设施，包括网络、服务器、操作系统或云基础设施的存储。在一些情况下，用户甚至可能不管理或控制SaaS应用的能力。在一些其它情况下，应用程序的SaaS实现方式可允许有限的用户特定应用程序配置设定的可能例外。

[0074] 在任何可能的技术细节结合层面，本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

[0075] 计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

[0076] 这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

[0077] 用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、集成电路配置数据或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

[0078] 这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

[0079] 这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

[0080] 也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

[0081] 附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。