[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月22日向韩国专利局提交的申请号为10-2011-0122303的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，更具体而言，涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

在要求存储器件具有低功耗的情况下，已经研究了具有非易失性和非刷新性的下一代存储器件。作为这种下一代存储器件的实例的相变随机存取存储器（PCRAM）利用施加到相变层（例如，硫族化物化合物）的电脉冲所产生的相变层的非晶态和晶态之间的电阻差异来储存数据。

在现有的PCRAM中，使用MOS晶体管或PN二极管作为开关元件。当使用MOS晶体管作为开关元件时，在PCRAM的集成上的改进有所限制。当使用PN二极管作为开关元件时，多个PN二极管经由形成在有源区的表面中的N+区而彼此电连接。因而，由于N+区的大电阻的缘故，单元的驱动电流彼此不同。因此，需要一种具有改进设计的PCRAM以及制造这种改进的PCRAM的方法。

近年来，一般使用肖特基二极管作为现有PCRAM的开关元件。

现有的PCRAM使用半导体衬底上的金属字线和形成在字线上的肖特基二极管。

肖特基二极管包括与字线接触的阻挡金属层（barrier metal layer）和形成在阻挡金属层上的P+多晶硅层。

在使用肖特基二极管的现有PCRAM中，必须要增加阻挡金属层的高度以控制关态电流，而为了增加阻挡金属层的高度必须要降低阻挡金属层的功函数。

在制造现有PCRAM时，用于字线或阻挡金属层的金属可以包括铝（Al）、钨（W）、氮化钛（TiN）或铜（Cu）。然而，由于后续的热处理要在700°C或更高的温度执行，所以难以使用诸如Al或Cu的金属材料。因而通常使用TiN作为用于字线或阻挡金属层的金属。

然而，TiN具有大的功函数，例如大约4.7eV，这降低了PCRAM的性能。

发明内容

本发明的一个或更多个示例性实施例提供了一种半导体器件及其制造方法，所述半导体器件能够通过改善作为形成半导体器件的材料中的一种的金属氮化物层的特性来增强其可靠性。

根据示例性实施例的一个方面，提供一种半导体器件。所述半导体器件可以包括：半导体衬底，其中形成有字线区；以及阻挡金属层，所述阻挡金属层由金属氮化物形成、被布置在字线区上、并引起产生肖特基结，所述阻挡金属层包括：由硝化的第一材料形成的第一氮化物材料；以及由硝化的第二材料形成的第二氮化物材料，其中所述阻挡金属层由第一氮化物材料和第二氮化物材料的混合物形成，并且其中第一材料或第二材料中的任何一种富含用于形成金属氮化物的金属。

根据示例性实施例的另一个方面，提供一种半导体器件。所述半导体器件可以包括：半导体衬底，其中形成有字线区；以及阻挡金属层，所述阻挡金属层由金属氮化物形成、被布置在字线区上、并引起产生肖特基结，所述字线区包括由硝化的第一材料形成的第一氮化物材料；以及由硝化的第二材料形成的第二氮化物材料，其中所述字线区由第一氮化物材料和第二氮化物材料的混合物形成，并且其中第一材料或第二材料中的至少一种富含用于形成金属氮化物的金属。

根据示例性实施例的另一个方面，提供一种制造半导体器件的方法。所述方法可以包括以下步骤：提供形成有字线区的半导体衬底；将第一材料沉积在字线区上；通过将第一材料硝化来形成第一氮化物材料；判定第一氮化物材料是否具有期望的厚度，其中如果第一氮化物材料具有期望的厚度，则将第二材料沉积在第一氮化物材料上、通过将第二材料硝化来形成第二氮化物材料、并判定第二氮化物材料是否被沉积到期望的厚度，其中如果第二氮化物材料具有期望的厚度，则将P+多晶硅层沉积在第二氮化物材料上，并且其中第一材料或第二材料富含用于形成第一氮化物材料或第二氮化物材料的材料。

根据示例性实施例的另一个方面，提供一种制造半导体器件的方法。所述方法可以包括以下步骤：提供半导体衬底；将第一材料沉积在半导体衬底上；将第一材料硝化以形成第一氮化物材料；判定第一氮化物材料是否具有期望的厚度，其中如果第一氮化物材料具有期望的厚度，则将第二材料沉积在第一氮化物材料上、将第二材料硝化以形成第二氮化物材料、并判定第二氮化物材料是否被沉积到期望的厚度，其中如果第二氮化物材料具有期望的厚度，则在第二氮化物材料上形成阻挡金属层；以及将P+多晶硅层沉积在阻挡金属层上，其中第一材料和第二材料中的至少一种富含用于形成第一氮化物材料或第二氮化物材料的金属。