[發(fā)明專利]相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010217837.3
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN102299106A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪中山
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/82
• 分類號: H01L21/82;H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元及其制作方法。

背景技術(shù)

目前，相變存儲(chǔ)器(Phase-Change?RAM，PC?RAM)由于具有非易失性、循環(huán)壽命長、元件尺寸小、功耗低、可多級存儲(chǔ)、高效讀取、抗輻照、耐高低溫、抗振動(dòng)、抗電子干擾和制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為最有可能取代目前的閃存(Flash)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)和靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)而成為未來半導(dǎo)體存儲(chǔ)器主流產(chǎn)品。

PC?RAM存儲(chǔ)單元包括相變層，以及與相變層接觸的底電極和頂電極。PC?RAM存儲(chǔ)單元的相變層，是相變存儲(chǔ)器最核心的區(qū)域，用于相變材料發(fā)生相變，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。目前相變層有多種合金材料，一般為硫族化物，而鍺銻碲(GST，GeSbTe)合金是公認(rèn)的研究最多的最為成熟的相變材料。結(jié)合圖1a至圖1g，對現(xiàn)有技術(shù)相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的制作方法進(jìn)行說明。

步驟11、請參閱圖1a，提供一底電極101，和位于底電極101上的相變層102，所述底電極101和相變層102形成于絕緣層103中；其中，底電極可以為摻雜的多晶硅、摻雜的非晶硅或者金屬鎢的硅化物等；相變層可以為GST等硫族化物；

步驟12、請參閱圖1b，在相變層102和絕緣層103的表面沉積氮化硅層104，氮化硅層104作為刻蝕終止層；

步驟13、請參閱圖1c，在氮化硅層104的表面沉積低介電常數(shù)材料層105，例如含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鉆石(blackdiamond，BD)或者摻有氟離子的硅玻璃，也可以稱為氟化玻璃(Fluorin?SiliconGlass，F(xiàn)SG)等；

步驟14、請參閱圖1d，在低介電常數(shù)材料層105的表面涂布光阻膠層106，并曝光顯影圖案化所述光阻膠層106，定義頂電極的位置；

步驟15、請參閱圖1e，以圖案化的光阻膠層106為掩膜，刻蝕所述低介電常數(shù)材料層105，刻蝕到氮化硅層104終止，刻蝕氣體如四氟化碳(CF₄)、三氟甲烷(CHF₃)或者八氟化四碳(C₄F₈)等等；

步驟16、請參閱圖1f，刻蝕氮化硅層104顯露出相變層102，刻蝕氣體如三氟甲烷(CHF₃)、二氟甲烷(CH₂F₂)或者一氟甲烷(CH₃F)等等；

步驟17、請參閱圖1g，在相變層102的上方，刻蝕氮化硅層104和低介電常數(shù)材料層105的位置上填充金屬銅、金等形成頂電極107。

至此，形成了PC?RAM存儲(chǔ)單元。

需要說明的是，現(xiàn)有技術(shù)中，由于需要沉積的低介電常數(shù)材料層105的厚度較厚，約1～2千埃，而限于現(xiàn)有的沉積和刻蝕技術(shù)，沉積的低介電常數(shù)材料層105厚度均勻性較差，刻蝕之后的低介電常數(shù)材料層105的厚度均勻性也較差，為確保在步驟15中刻蝕完全低介電常數(shù)材料層105后，刻蝕的各個(gè)位置上氮化硅層有剩余，即不至于刻蝕到相變層102，所以步驟12中沉積的氮化硅層104厚度也相對較厚，約400～600埃。進(jìn)一步地，由于氮化硅層104較厚，所以其均勻性也較差，當(dāng)刻蝕完成氮化硅層104，完全顯露出相變層102時(shí)，相變層102已經(jīng)被刻蝕了很大一部分。另一方面，由于刻蝕低介電常數(shù)材料層105時(shí)，以光阻膠層106為掩膜，所以選取刻蝕低介電常數(shù)材料層105的氣體，對于低介電常數(shù)材料層105與氮化硅層104的選擇比不宜太高，具體為1～1.5，否則會(huì)在刻蝕過程中產(chǎn)生很重的聚合物(polymer)，不容易完全去除，產(chǎn)生一些缺陷，從而降低產(chǎn)品成品率。所以刻蝕完成低介電常數(shù)材料層105后，無法很好地停止在氮化硅層104上，即仍然會(huì)刻蝕一部分氮化硅層104，如果氮化硅層104的厚度不足夠厚的話，就會(huì)繼而導(dǎo)致相變層102的損失。相變層是相變存儲(chǔ)器最核心的區(qū)域，這種損失很可能導(dǎo)致相變存儲(chǔ)單元不能正常工作，無法準(zhǔn)確顯示存儲(chǔ)信息。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：在形成頂電極位置的刻蝕過程中避免相變層的損失。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明公開了一種相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的制作方法，該方法包括：

提供一底電極和位于底電極上的相變層，所述底電極和相變層形成于絕緣層中；

在相變層和絕緣層的表面沉積導(dǎo)電刻蝕終止層，并對所述導(dǎo)電刻蝕終止層進(jìn)行圖案化，每個(gè)圖案化的導(dǎo)電刻蝕終止層對應(yīng)于各個(gè)存儲(chǔ)單元；