包括绝热层的半导体器件及其制造方法与流程

包括绝热层的半导体器件及其制造方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2022年3月21日提交至韩国知识产权局的第10-2022-0035022号韩国申请的优先权，其整体通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及包括绝热层的半导体器件及其制造方法。


背景技术：

4.相变存储器件是利用相变层的物理特性(例如，在所施加的热的情况下晶体状态的变化)来存储信号信息的非易失性存储器件。具体地，在相变存储器件中，当施加外部电压时，相变层的晶体状态可以通过在相变层中生成的热而在非晶态和晶态之间可逆地改变。由于在非晶态和晶态中的相变层的电阻彼此不同，因此相变层的晶态信息可以用作信号信息。
5.如本文所述，由于改变相变层的晶体状态的操作与相变存储器件的写入操作相对应，因此是否有效地控制相变层的热可以与相变存储器件的操作可靠性有关。


技术实现要素：

6.根据本公开的实施例的半导体器件可以包括衬底、设置在衬底之上的器件图案结构、以及设置在器件图案结构上的绝热层，绝热层包括金属有机框架。
7.根据本公开的另一个实施例的半导体器件可以包括衬底，以及设置在衬底之上以彼此间隔开的多个单位单元。多个单位单元中的每一个可以包括器件图案结构和设置在器件图案结构上的绝热层，器件图案结构在与衬底表面垂直的方向上延伸并且包括相变层。绝热层可以包括金属有机框架。
8.在根据本公开的又一个实施例的制造半导体器件的方法中，可以提供衬底。可以在衬底之上顺序地堆叠第一电极材料层、相变材料层以及第二电极材料层以形成堆叠结构。可以选择性地刻蚀堆叠结构以形成包括第一电极层、相变层以及第二电极层的器件图案结构。可以在衬底之上的器件图案结构上形成包括金属有机框架的绝热层。
附图说明
9.图1是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体器件的平面图。
10.图2是沿图1的半导体器件的i-i'线截取的剖视图。
11.图3是沿图1的半导体器件的ii-ii'线截取的剖视图。
12.图4a是示意性地示出根据本公开的实施例的绝热层的金属有机框架的视图。
13.图4b是示意性地示出图4a的金属有机框架的堆叠形状的视图。
14.图5是示意性地示出根据本公开的另一个实施例的半导体器件的剖视图。
15.图6a至图10a是示意性地示出根据本公开的实施例的制造半导体器件的方法的平
面图。
16.图6b至图10b分别是沿图6a至图10a的半导体器件的a-a'线截取的剖视图。
17.图6c至图10c分别是沿图6a至图10a的半导体器件的b-b'线截取的剖视图。
具体实施例
18.在下文中，将参考附图对本公开的实施例进行详细地描述。在附图中，为了清楚地表达每个器件的组件，放大了组件的尺寸(例如组件的宽度和厚度)。在本文使用的术语可以对应于考虑它们在实施例中的功能而选择的词语，并且术语的含义可以根据实施例所属的领域的普通技术人员而被解释为不同。如有详细地明确限定，则术语可以根据限定进行解释。除非另有限定，否则在本文中使用的术语(包括技术术语和科学术语)具有与实施例所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。
19.此外，除非在上下文中另有明确使用，词语的单数形式的表达应当被理解为包括词语的复数形式。将理解的是，术语“包括”、“包括有”或者“具有”旨在明确说明特征、数量、步骤、操作、组件、器件、部件或者其组合的存在，而不是用于排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、组件、器件、部件或者其组合的存在或者增加可能性。
20.此外，在执行方法或制造方法中，除非在上下文中明确地描述了特定次序，构成方法的每个过程可以按照不同于规定的顺序进行。每个过程可以按照与陈述的顺序相同的方式执行或者可以基本同时执行。在另一个示例中，每个上述过程的至少一部分可以按照相反的顺序执行。
21.在本说明书中，术语“预定的方向”可以意味着包括坐标系中的一个方向和与该方向相对的方向。作为示例，在x-y-z坐标系中，x方向可以包括与x方向平行的方向。即，x方向可以意味着x轴的绝对值在正方向上沿着x轴从原点0增加以及x轴的绝对值在负方向上沿着x轴从原点0增加的所有方向。在x-y-z坐标系中，y方向和z方向每一个均可以按照相同的方式来解释。
22.图1是示意地示出根据本公开的实施例的半导体器件的平面图。图2是沿图1的半导体器件的i-i'线截取的剖视图。图3是沿图1的半导体器件的ii-ii'线截取的剖视图。图4a是示意性地示出根据本公开的实施例的绝热层的金属有机框架的视图。图4b是示意性地示出图4a的金属有机框架的堆叠形状的视图。
23.参考图1至图3，半导体器件1可以包括设置在衬底101之上的多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4。多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4中的每一个可以包括设置在衬底101之上的器件图案结构20以及设置在器件图案结构20的侧壁表面上的绝热层210。器件图案结构20可以包括第一电极层135、选择器件层145、第二电极层155、相变层165以及第三电极层175。
24.此外，多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4中的每一个可以包括设置在衬底101和器件图案结构20之间的下接触结构10。此外，多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4中的每一个可以包括设置在器件图案结构20之上的上接触结构30。在图1至图3中，尽管第一单位单元至第四单位单元uc1、uc2、uc3和uc4被示为多个单位单元，但本公开的范围和精神不必限于此，其他多种数量的单位单元是可能的。
25.衬底101可以包括半导体材料。具体地，半导体材料可以包括硅(si)、锗(ge)、砷化
镓(gaas)、硫化钼(mos2)、硒化钼(mose2)、硒化铪(hfse2)、硒化铟(inse)、硒化镓(gase)、黑磷、铟镓锌氧化物(igzo)或其两个或更多个的组合。尽管未示出，衬底101可以包括集成电路。集成电路可以是驱动和控制单位单元uc1、uc2、uc3和uc4的电路。例如，集成电路可以包括诸如二极管、晶体管等的器件。
26.下接触结构10中的每一个可以包括设置在衬底101上的下接触图案115以及设置在下接触图案115上的下接合层125。下接触图案115可以是例如方柱形的结构，该方柱具有在第一方向(例如，x-方向)上的预定的宽度w、在第二方向(例如，y-方向)上的预定的长度l以及在第三方向(例如，z-方向)上的预定的厚度。
27.下接触图案115可以电连接到衬底101上。下接触图案115可以包括导电材料。例如，导电材料可以包括掺杂硅(si)、钨(w)、钨硅化物、钨氮化物、钛氮化物、钽氮化物或其两个或更多个的组合。
28.下接合层125可以作为下接触图案115和器件图案结构20之间粘合层。具体地，下接合层125可以改善下接触图案115和器件图案结构20的第一电极层135之间的粘合。下接合层125可以具有在第一方向(例如，x-方向)上的预定的宽度w和在第二方向(例如，y-方向)上的预定的长度l。下接合层125可以包括例如金属硅化物。当下接触图案115包括钨(w)时，下接合层125可以包括钨硅化物。
29.器件图案结构20可以设置在下接触结构10上并且在x-方向上布置或间隔开。器件图案结构20中的每一个可以包括在与衬底101的表面101s基本垂直的方向(即，z-方向)上延伸的柱结构。作为示例，器件图案结构20中的每一个可以包括方柱结构。
30.在实施例中，器件图案结构20中的每一个可以是包括相变层165的阻变存储器件。此外，器件图案结构20中的每一个可以包括电连接到相变层165的作为选择器件的选择器件层145。
31.参考图1至图3，器件图案结构20中的每一个可以包括顺序地堆叠在下接合层125上的第一电极层135、选择器件层145、第二电极层155、相变层165以及第三电极层175。第一电极层135、选择器件层145、第二电极层155、相变层165以及第三电极层175可以在与衬底101的表面101s基本垂直的方向(即，z-方向)上堆叠成彼此重叠。即，第一电极层135、选择器件层145、第二电极层155、相变层165以及第三电极层175中的每一个可以在与衬底101的表面101s基本平行的平面(例如，与x-y平面平行的截面)之上具有在第一方向(即，x-方向)上的预定的宽度w和在第二方向(即，y-方向)上的预定的长度l。第一电极层135、选择器件层145、第二电极层155、相变层165以及第三电极层175可以具有基本相同的截面面积。
32.此外，器件图案结构20可以设置成在z-方向上分别与下接触结构10重叠。即，在与衬底101的表面101s基本平行的平面(例如，与x-y平面平行的截面)之上，器件图案结构20可以具有与下接触结构10相同的截面面积。
33.第一电极层至第三电极层135、155和175中的每一个可以包括导电材料。例如，导电材料可以包括掺杂的半导体、金属、导电金属氮化物、导电金属碳化物、导电金属硅化物或导电金属氧化物。例如，导电材料可以包括n型或p型掺杂硅(si)、钨(w)、钛(ti)、铜(cu)、铝(al)、钌(ru)、铂(pt)、铱(ir)、氧化铱、钨氮化物、钛氮化物、钽氮化物、钨碳化物、钛碳化物、钨硅化物、钛硅化物、钽硅化物、钌氧化物或其两个或更多个的组合。在实施例中，第一电极层至第三电极层135、155和175可以由基本相同的材料制成。在另一个实施例中，第一
电极层至第三电极层135、155和175中的至少一个可以由与其他两个层不同的材料制成。
34.当施加外部电压时，选择器件层145可以控制对于相变层165的电访问。作为示例，当施加到选择器件层145的相对端的电压(即，施加在第一电极层135和第二电极层155之间的电压)的大小比预定的阈值小时，流经选择器件层145的电流可以与泄漏电流一样小。相反地，当施加到选择器件层145的相对端的电压的大小大于或等于预定的阈值时，流经选择器件层145的电流可以按照与所施加的电压成基本相同的比例而快速增加。选择器件层145可以包括金属绝缘体转变(mit)器件层、混合离子电子导电(miec)器件层等。例如，mit器件层可以包括铌氧化物(nbo2)、钛氧化物(tio2)等。例如，miec器件层可以包括zro2(y2o3)、bi2o
3-bao、(la2o3)x(ceo2)
1-x
(0《x《1)。作为另一个示例，选择器件层145可以包括硅氧化物、硅氮化物等。
35.相变层165可以作为器件图案结构20的阻变层。相变层165的晶体状态可以根据施加到相变层165的相对端的工作电压(即，施加到第二电极层155和第三电极层175之间的电压)而改变。通过将工作电压施加到相变层165的相对端可以在相变层165中生成热。例如，热可以是通过相变层165中的焦耳加热而生成的焦耳热。
36.当所生成的热增加超过预定的阈值时，热可以导致相变层165的晶体状态的可逆改变。例如，相变层165的晶体状态可以从非晶态变为晶态。在移除所施加的工作电压后，相变层165可以保持晶体状态的变化。
37.当相变层165处于非晶态时，相变层165的电阻处于相对高的电阻状态，以及当相变层165处于晶态时，相变层165的电阻处于相对低的电阻状态。本文所公开的半导体器件可以利用相变层165的电阻状态来存储信号信息，相变层165的电阻状态根据相变层165的晶体状态而彼此不同。
38.相变层165可以包括相变材料。相变材料可以包括硫族化合物。例如，硫族化合物可以包括ge、sb和te(gst)的化合物；ge、bi和te(gbt)的化合物；as、sb和te的化合物；as、ge、sb和te的化合物；sn、sb和te的化合物；in、sn、sb和te的化合物；ag、in、sb和te的化合物，或其两个或更多个的组合。硫族化合物可以包括掺杂剂。例如，掺杂剂可以包括氮(n)、氧(o)、硅(si)，或其两个或更多个的组合。
39.参考图1至图3，绝热层210可以设置在下接触结构10和器件图案结构20的侧壁表面上。在实施例中，当下接触结构10和器件图案结构20包括柱结构时，绝热层210可以设置成围绕柱结构的外围表面或外周表面。参考图2和图3，绝热层210可以部分地设置在衬底101的表面101s上。然而，绝热层210可以不设置在下接触结构10和衬底101之间的衬底101的表面101s上。
40.绝热层210可以执行抑制在器件图案结构20的相变层165内部生成的热传播超出单位单元的功能。如上所述，由于将工作电压施加到相变层165的相对端，可以在相变层165中生成热。在没有任何隔热措施的情况下，一些热可以传播到相变层165之外，而不在相变层165的相变过程中被消耗。随着过热的量增加，在工作电压下的写入操作的效率可能降低。
41.绝热层210可以减少过热传播到器件图案结构20的外部，从而防止降低写入操作的效率。即，绝热层210可以有助于在器件图案结构20内部保存或保留由工作电压生成的热。此外，绝热层210可以防止在多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4中的任何一个中生成的热
传播到其他邻近单位单元。相比于本公开的实施例，在不存在绝热层210的情况下，在一个单位单元中生成的热可以传播到邻近单位单元并且无意中改变邻近单位单元中的相变层的晶体状态。因此，在邻近单位单元中可能发生写入错误。
42.绝热层210可以包括金属有机框架。金属有机框架可以具有绝热特性。参考图4a，金属有机框架m可以是由包括金属的节点ma和有机配体mb之间的配位键合形成的材料。金属有机框架m可以具有包括腔体c的多孔结构。在实施例中，腔体c可以包括在空气中发现的气体。在另一个实施例中，腔体c可以包括除在空气中发现的气体之外的其他气体。例如，腔体c可以包括提供的用于半导体工艺的任何气体以及从半导体工艺形成的任何气体。因此，包括腔体c的金属有机框架m可以表现出低热传导率。作为示例，金属有机框架m可以具有小于0.1w/mk的热传导率。
43.例如，包括金属的节点ma可以包括金属离子或金属簇。例如，金属可以包括锌(zn)、铬(cr)、铟(in)、镓(ga)、铜(cu)、铁(fe)、钼(mo)、钴(co)、钌(ru)、锰(mn)、镧(la)、钛(ti)、铪(hf)、镉(cd)、锆(zr)等。例如，有机配体mb可以包括乙二酸(oxalic acid)、反丁烯二酸(fumaric acid)、苯己硫酚(benzenehexathiol)、三亚苯基己硫酚(triphenylenehexathiol)、1,4-苯二羧酸(1,4-benzene dicarboxylic acid)、己氨苯(hexaaminobenzene)、四(4-羧基苯基)卟啉钴(ⅱ)(tetrakis(4-carboxyphenyl)-porphyrinato-cobalt(ⅱ))、四(4-羧基苯基)卟啉(tetrakis(4-carboxyphenyl)-porphyrin)等。作为另一个示例，有机配体mb可以包括h2bdc、h2bdc-br、h2bdc-oh、h2bdc-no2、h2bdc-nh2、h4dot、h2bdc-(me)2、h2bdc-(cl)2等。
44.在实施例中，金属有机框架m可以具有物理和化学稳定的二维网络键合结构。如图4a所示，在金属有机框架m中，包括金属的节点ma和有机配体mb之间的配位键可以以二维有规律地形成。因此，金属有机框架m可以以具有纳米级厚度(例如，1nm至100nm)的片材的形式存在。
45.参考图4b，绝热层210可以包括多个金属有机框架m1、m2、m3和m4的堆叠n。多个金属有机框架m1、m2、m3和m4中的每一个可以与参考图4a所述的二维金属有机框架m基本相同。多个金属有机框架m1、m2、m3和m4可以通过范德华力以预定的间隔d彼此耦接。多个金属有机框架m1、m2、m3和m4可以在与具有二维结构的片材的表面垂直的方向上彼此耦接。此外，多个金属有机框架m1、m2、m3和m4中的每一个具有稳定的二维网络键合结构，因此多个金属有机框架m1、m2、m3和m4的堆叠n可以结构稳定。
46.在图4a至图4b中没有示出的一些实施例中，金属有机框架可以具有三维结构。在三维结构中，构成金属有机框架的含金属的节点和有机配体可以分别设置在三维单元晶格内部的固定位置上。例如，具有三维结构的金属有机框架可以包括名为诸如zif-n(其中n为1至12)的沸石咪唑酯框架。具有三维结构的金属有机框架可以是包括导致绝热特性的腔体的多孔结构。
47.再次参考图1至图3，与绝热层210接触的绝缘层220可以设置在衬底101之上。绝热层210的一部分可以设置在绝缘层220和衬底101之间。绝缘层220可以将多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4彼此绝缘。绝缘层220可以包括绝缘材料。例如，绝缘材料可以包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其两个或更多个的组合。
48.上接触结构30可以设置在器件图案结构20上。上接触结构30中的每一个可以包括
上接合层235和上接触图案245，上接合层235设置在器件图案结构20的第三电极层175上，以及上接触图案245设置在上接合层235上。
49.上接合层235可以作为器件图案结构20和上接触图案245之间的粘合层。具体地，上接合层235可以改善器件图案结构20和上接触图案245之间的粘合。上接合层235可以包括例如金属硅化物。当上接触图案245包括钨(w)时，上接合层235可以包括钨硅化物。
50.上接触图案245可以包括导电材料。例如，导电材料可以包括掺杂硅、钨(w)、钨硅化物、钨氮化物、钛氮化物、钽氮化物或其两个或更多个的组合。
51.上接触图案245可以电连接到预定的上导线(未示出)。上导线可以通过上接触图案245提供用于驱动器件图案结构20的电压。上导线可以形成为多个导线以分别对应于多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4。可替换地，上导线可以设置成由对应的多个单位单元(诸如uc1、uc2、uc3和uc4)共同共享的单个导线。然而，本公开不必限于此，以及上导线的配置和布置可以根据半导体器件的设计形式和要求而被不同地修改。
52.在一些实施例中，可以省略下接触结构10的下接合层125和上接触结构30的上接合层235。在这样的实施例中，下接触图案115和第一电极层135可以在界面具有充分的粘合力。类似地，第三电极层175和上接触图案245可以在界面具有充分的粘合力。
53.在一些实施例中，可以省略器件图案结构20的第一电极层135和选择器件层145。因此，第二电极层155和下接合层125可以彼此接触。
54.在一些实施例中，设置在相变层165的相对端的第二电极层155和第三电极层175中的每一个可以包括两个或更多个导电层以便有效地生成并保持相变层165中的相变所需要的热。
55.在一些实施例中，下导线(未示出)可以设置在衬底101和下接触图案115之间，并且代替下接触图案115而接触衬底101，下接触图案115可以接触下导线。下导线可以向下接触图案115提供用于驱动器件图案结构20的电压。
56.下导线可以被配置成多个导线以分别对应于多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4。可替换地，下导线可以布置成单个导线以共同对应于多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4。然而，本公开不必限于此，下导线的配置和布置可以根据半导体器件的设计形式和要求而被不同地修改。
57.在一些实施例中，可以交换选择器件层145和相变层165的位置。即，相变层165可以设置在第一电极层135和第二电极层155之间，并且选择器件层145可以设置在第二电极层155和第三电极层175之间。
58.如上所述，根据本公开的实施例的半导体器件可以包括衬底、设置在衬底之上的器件图案结构以及设置在器件图案结构上或周围的绝热层。绝热层可以包括具有绝热特性的金属有机框架。
59.绝热层可以在器件图案结构内部保存因工作电压而生成的热。因此，对器件图案结构的写入操作的热效率增加，并且因此可以提高写入操作的效率。此外，由于绝热层阻挡半导体器件的一个单位单元中生成的热传播到另一个邻近单位单元中，因此可以提高半导体器件的操作可靠性。
60.图5是示意地示出根据本公开的另一个实施例的半导体器件的剖视图。半导体器件2的配置可以区别于半导体器件1的配置在于：与图1至图3、图4a和图4b所示的绝缘层220
不同，在图5中，绝缘层222包括空气间隙225。除绝缘层222之外，半导体器件2的配置可以与半导体器件1的配置基本相同。
61.在实施例中，空气间隙225可以包括在空气中发现的气体。在另一个实施例中，空气间隙225可以包括除在空气中发现的气体之外的其他气体。例如，空气间隙ag可以包括用于半导体工艺提供的任何气体以及从半导体工艺形成的任何气体。包括气体的空气间隙225可以减小穿过绝缘层222的热传导率。即，绝缘层222的绝缘特性可以因包括空气间隙而被提高。因此，空气间隙225可以提高多个单位单元uc1、uc2、uc3和uc4彼此热隔离的特性。在实施例中，绝缘层222内部的空气间隙225可以包括在大气中发现的多种气体。在另一个实施例中，绝缘层222内部的空气间隙225可以包括用于半导体工艺的提供的气体和从半导体工艺生成的副产品气体中的至少一个。
62.例如，绝缘层222可以包括氧化物、氮化物、氮氧化物或者其中两个或更多个的组合。如稍后将描述，空气间隙225可以在形成绝缘层222时通过控制工艺条件而在绝缘层222中形成。
63.图6a至图10a是示意地示出根据本公开的实施例的制造半导体器件的方法的平面图。图6b至图10b是分别沿图6a至图10a的半导体器件的a-a'线截取的剖视图。图6c至图10c是分别沿图6a至图10a的半导体器件的b-b'线截取的剖视图。
64.参考图6a、图6b和图6c，可以提供衬底101。衬底101可以包括半导体材料。具体地，半导体材料可以包括硅(si)、锗(ge)、砷化镓(gaas)、硫化钼(mos2)、硒化钼(mose2)、硒化铪(hfse2)、硒化铟(inse)、硒化镓(gase)、黑磷、铟镓锌氧化物(igzo)或其两个或更多个的组合。尽管未示出，衬底101可以包括集成电路。集成电路可以是驱动和控制单位单元uc1、uc2、uc3和uc4的电路。集成电路可以包括诸如二极管或晶体管的器件。
65.下接触材料层110、下接合材料层120、第一电极材料层130、选择器件材料层140、第二电极材料层150、相变材料层160以及第三电极材料层170可以顺序地堆叠在衬底101上以形成堆叠结构1000。下接触材料层110、下接合材料层120、第一电极材料层130、选择器件材料层140、第二电极材料层150、相变材料层160以及第三电极材料层170中的每一个可以通过例如溅射法、化学气相沉积法或原子层沉积法来形成。
66.下接触材料层110、第一电极材料层130、第二电极材料层150以及第三电极材料层170中的每一个可以包括导电材料。例如，导电材料可以包括掺杂硅、钨(w)、钨硅化物、钨氮化物、钛氮化物、钽氮化物或其两个或更多个的组合。
67.在一些实施例中，设置在相变材料层160的相对端的第二电极材料层150和第三电极材料层170可以形成为包括两个或更多个导电层。
68.下接合材料层120可以包括金属硅化物。作为示例，当下接触材料层110包括钨(w)时，下接合材料层120可以包括钨硅化物。
69.例如，选择器件材料层140可以包括诸如氧化铌(nbo2)或氧化钛(tio2)的金属氧化物。作为另一个示例，选择器件材料层140可以包括诸如zro2(y2o3)、bi2o
3-bao或(la2o3)
x
(ceo2)
1-x
(0《x《1)的金属氧化物。作为另一个示例，选择器件材料层140可以包括氧化硅、氮化硅等。
70.相变材料层160可以包括硫族化合物。例如，硫族化合物可以包括ge、sb和te(gst)的化合物；ge、bi和te(gbt)的化合物；as、sb和te的化合物；as、ge、sb和te的化合物；sn、sb
和te的化合物；in、sn、sb和te的化合物；ag、in、sb和te的化合物或其两个或更多个的组合。硫族化合物可以包括掺杂剂。例如，掺杂剂可以包括氮(n)、氧(o)、硅(si)或其两个或更多个的组合。
71.参考图7a、图7b和图7c，可以选择性地刻蚀图6a、图6b和图6c的堆叠结构1000以暴露衬底101的表面101s的部分并且形成衬底101之上的下接触结构10和器件图案结构20。
72.下接触结构10中的每一个可以包括设置在衬底101上的下接触图案115以及设置在下接触图案115上的下接合层125。器件图案结构20中的每一个可以包括设置在下接合层125上的第一电极层135、设置在第一电极层135上的选择器件层145、设置在选择器件层145上的第二电极层155、设置在第二电极层155上的相变层165以及设置在相变层165上的第三电极层175。
73.下接触结构10和器件图案结构20可以形成为分别在基本上垂直于衬底101的表面101s的方向(例如，z-方向)上彼此重叠。因此，下接触结构10中的每一个和器件图案结构20中的每一个可以在平行于衬底101的表面101s的截面(例如，平行于x-y方向的平面)上具有在第一方向(即，x-方向)上的预定的宽度w和在第二方向(即，y-方向)上的预定的长度l。
74.参考图8a、图8b和图8c，绝热层210可以形成在布置在衬底之上的下接触结构10和器件图案结构20上。绝热层210可以形成以覆盖衬底101的上表面(图7b和图7c的表面101s)的部分、下接触结构10的侧壁表面以及器件图案结构20的侧壁表面和上表面。
75.绝热层210可以包括金属有机框架。金属有机框架可以具有绝热特性。如上参考图4a所述，金属有机框架m可以是通过包括金属的节点ma和有机配体mb之间的配位键合形成的材料。金属有机框架m可以具有包括腔体c的多孔结构。金属有机框架m可以具有诸如例如小于0.1w/mk的热传导率的低热传导率。
76.在实施例中，绝热层210可以通过利用原子沉积法或化学气相沉积法形成金属有机框架m来形成，该方法使用包括构成金属节点的金属的第一前体和包括有机配体的第二前体。在原子沉积法中，如在图4b中作为示例所示，可以逐层地形成每一个均具有包括腔体的二维结构的金属有机框架m1、m2、m3和m4。
77.在另一个实施例中，形成绝热层210的工艺可以包括如下工艺：使用包括构成金属节点的金属的第一前体和包括有机配体的第二前体来合成金属有机框架，以及在下接触结构10和器件图案结构20上涂覆合成的金属有机框架。
78.参考图9a、图9b和图9c，与绝热层210接触的绝缘层220可以在衬底101之上形成。绝缘层220可以形成以填充相邻下接触结构10之间的空间和相邻器件图案结构20之间的空间。绝缘层220可以通过例如化学气相沉积法或原子层沉积法来形成。
79.参考图10a、图10b和图10c，可以移除覆盖器件图案结构20的第三电极层175的上表面的绝热层210以暴露第三电极层175。接下来，可以在第三电极层175上顺序地形成上接合材料层(未示出)和上接触材料层(未示出)。例如，可以使用化学气相沉积法或者原子层沉积法来形成上接合材料层和上接触材料层。可以对上接合材料层和上接触材料层进行顺序地图案化以形成上接触结构30。上接触结构30中的每一个可以包括上接合层235和上接触图案245。
80.上接合层235可以包括例如金属硅化物。上接触图案245可以包括导电材料。例如，导电材料可以包括掺杂硅(si)、钨(w)、钨硅化物、钨氮化物、钛氮化物、钽氮化物或其两个
或更多个的组合。
81.可以使用上述方法来制造根据本公开的实施例的半导体器件。
82.在一些实施例中，可以在衬底101的上部另外地形成电连接到上接触图案245的上导线。上导线可以包括导电材料。
83.在一些实施例中，当形成与图9a、图9b和图9c有关的绝缘层220时，可以控制工艺条件(诸如工艺压力、反应气体分压，以及工艺温度)以形成绝缘层220中的空气间隙。因此，如参考图5所述，可以形成包括空气间隙(例如，图5的空气间隙225)的绝缘层222。
84.在一些实施例中，当形成与图6a、图6b和图6c有关的堆叠结构1000时，可以省略第一电极材料层130和选择器件材料层140。因此，可以在下接合材料层120上形成第二电极材料层150。因此，器件图案结构20中的每一个可以不包括选择器件。
85.在一些实施例中，当形成与图6a、图6b和图6c有关的堆叠结构1000时，可以在衬底101和下接触材料层110之间形成下导线(未示出)。之后，当形成与图7a、图7b和图7c有关的下接触结构10和器件图案结构20时，可以在下导线上形成下接触图案115。下导线可以包括导电材料。下导线可以提供用于驱动器件图案结构20的电压。
86.在一些实施例中，当形成与图6a、图6b和图6c有关的堆叠结构1000时，可以切换选择器件材料层140和相变材料层160的形成顺序。即，相变材料层160可以形成在第一电极材料层130和第二电极材料层150之间，选择器件材料层140可以形成在第二电极材料层150和第三电极材料层170之间。因此，当形成与图7a、图7b和图7c有关的器件图案结构20时，可以在第一电极层135和第二电极层155之间形成相变层165，并且可以在第二电极层155和第三电极层175之间形成选择器件层145。
87.为了说明性目的公开了本公开实施例。本领域技术人员将理解在不背离本公开的范围和精神以及所附权利要求的情况下，各种修改、增加和代替是可能的。

技术特征：
1.一种半导体器件，包括：衬底；器件图案结构，其设置在所述衬底之上；以及绝热层，其设置在所述器件图案结构上，所述绝热层包括金属有机框架。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述器件图案结构包括：第一电极层，其设置在所述衬底之上；相变层，其设置在所述第一电极层上；以及第二电极层，其设置在所述相变层上。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，所述器件图案结构还包括：第三电极层，其设置在所述衬底和所述第一电极层之间或者设置在所述第二电极层之上；以及选择器件层，其设置在所述第一电极层和所述第三电极层之间，或者设置在所述第二电极层和所述第三电极层之间。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述器件图案结构包括柱结构，所述柱结构在与所述衬底的表面基本垂直的方向上延伸。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述绝热层设置成围绕所述柱结构的外周表面。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属有机框架具有多孔结构。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属有机框架具有绝热特性。8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中，所述金属有机框架具有小于0.1w/mk的热传导率。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述绝热层设置在所述器件图案结构的侧壁表面上。10.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括下接触结构，所述下接触结构设置在所述衬底和所述器件图案结构之间，具有与所述器件图案结构相同的截面面积。11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述绝热层设置在所述下接触结构的侧壁表面上。12.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：包括空气间隙的绝缘层，所述绝缘层设置在所述衬底之上以接触所述绝热层。13.一种半导体器件，包括：衬底；以及多个单位单元，其设置在所述衬底之上以彼此间隔开，其中，所述多个单位单元中的每一个包括：器件图案结构，其在与所述衬底的表面垂直的方向上延伸以及包括相变层；以及绝热层，其设置在所述器件图案结构上，所述绝热层包括金属有机框架。14.根据权利要求13所述的半导体器件，其中，所述器件图案结构包括柱结构，以及其中，所述绝热层设置成围绕所述柱结构的外周表面。15.根据权利要求13所述的半导体器件，其中，所述金属有机框架具有绝热特性。
16.根据权利要求13所述的半导体器件，还包括：包括空气间隙的绝缘层，所述绝缘层设置在所述衬底之上以接触所述绝热层。17.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底之上顺序地堆叠第一电极材料层、相变材料层以及第二电极材料层以形成堆叠结构；选择性地刻蚀所述堆叠结构以在所述衬底之上形成包括第一电极层、相变层以及第二电极层的器件图案结构；以及在所述衬底之上在所述器件图案结构上形成包括金属有机框架的绝热层。18.根据权利要求17所述的方法，其中，形成所述绝热层包括：通过利用原子层沉积法或化学气相沉积法使用第一前体和第二前体来形成所述金属有机框架，所述第一前体包括构成金属节点的金属，以及所述第二前体包括有机配体。19.根据权利要求17所述的方法，其中，形成所述绝热层包括：使用包括构成金属节点的金属的第一前体和包括有机配体的第二前体来合成所述金属有机框架；以及利用合成的金属有机框架来涂覆所述器件图案结构。20.根据权利要求17所述的方法，还包括：在所述衬底和所述器件图案结构之间形成下接触材料层；以及对所述下接触材料层进行图案化以在所述衬底之上形成下接触图案。21.根据权利要求20所述的方法，其中，形成所述绝热层还包括：形成所述绝热层以覆盖所述衬底之上的所述下接触图案的侧壁表面。22.根据权利要求17所述的方法，其中，形成所述堆叠结构还包括：在所述衬底和所述第一电极材料层之间形成第三电极材料层和选择器件材料层，以及其中，形成所述器件图案结构还包括：选择性地刻蚀所述第三电极材料层和所述选择器件材料层以形成第三电极层和选择器件层。23.根据权利要求17所述的方法，其中，形成所述堆叠结构还包括：在所述第二电极材料层上顺序地形成选择器件材料层和第三电极材料层，以及其中，形成所述器件图案结构还包括：选择性地刻蚀所述第三电极材料层和所述选择器件材料层以形成第三电极层和选择器件层。24.根据权利要求17所述的方法，其中，所述金属有机框架具有多孔结构。25.根据权利要求17所述的方法，还包括：形成设置在所述衬底之上的包括空气间隙的绝缘层以接触所述绝热层。26.根据权利要求17所述的方法，还包括：在所述器件图案结构之上形成上接触材料层；以及对所述上接触材料层进行图案化以形成上接触图案。

技术总结
本公开涉及半导体器件及其制造方法。公开的半导体器件包括衬底、设置在衬底之上的器件图案结构以及设置在器件图案结构上的绝热层。器件图案结构包括金属有机框架。器件图案结构包括金属有机框架。器件图案结构包括金属有机框架。


技术研发人员：李雨哲 具元泰
受保护的技术使用者：爱思开海力士有限公司
技术研发日：2022.11.10
技术公布日：2023/9/23