[發明專利]消除相變隨機存儲器下電極損傷的實現方法有效

申請號：	201010534186.0	申請日：	2010-11-05
公開（公告）號：	CN102468431A	公開（公告）日：	2012-05-23
發明（設計）人：	任萬春;宋志棠	申請（專利權）人：	中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
主分類號：	H01L45/00	分類號：	H01L45/00
代理公司：	上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237	代理人：	屈蘅;李時云
地址：	20120***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	消除相變隨機存儲器電極損傷實現方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及半導體存儲器技術領域，尤其涉及一種相消除相變隨機存儲器下電極損傷的實現方法。

背景技術

相變隨機存儲器(phase?change?random?access?memory，PCRAM)是利用相變薄膜材料作為存儲介質來實現數據存儲的一種存儲器，被公認為是最有希望成功突破22nm尺寸節點的存儲器。

由鍺(Ge)-銻(Sb)-碲(Te)構成的硫系化合物Ge₂Sb₂Te₅(GST)，可以迅速實現晶態和非晶態之間的可逆相變，成為目前PCRAM上最常用的相變材料。GST在晶態是低電阻態，在非晶態是高電阻態，而相變存儲器正是利用GST在晶態和非晶態之間轉變時的電阻差異來實現數據存儲的。

圖1是目前相變存儲器件的剖面結構示意圖。如圖，下電極102形成于第一絕緣層101開孔中，第二絕緣層103形成于第一絕緣層101和下電極102的上表面，GST相變材料104填充于第二絕緣層103的開孔中并與下電極102中心對準，第三絕緣層105形成于第二絕緣層103上表面，上電極106填充于第三絕緣層105的開孔中，并與填充于第二絕緣層103的開孔中的GST相變材料104中心對準。

圖2是現有技術制造相變隨機存儲器的工藝流程圖，包括：S101提供半導體襯底，所述半導體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層中形成有下電極，第二絕緣層中形成有完全暴露下電極上表面的開孔；S102，在所述開孔中形成側墻并進行沉積預清理工藝；S103，在所述開孔內填充GST相變材料，并化學機械平坦化去除第二絕緣層上方的GST相變材料；S104，在第二絕緣層和GST相變材料上沉積第三絕緣層，并形成第三絕緣層開孔，暴露出填充的GST相變材料上表面；S105，在所述第三絕緣層開孔中形成上電極。其中，當下電極材料為多晶硅時，在S102工藝步驟中會產生下電極損傷。

圖3是現有技術的下電極損傷結構示意圖。在第二絕緣層103的開孔中進行側墻107刻蝕和GST物理氣相沉積(PVD)預清理工藝后，會使第二絕緣層103開孔中暴露出的下電極102的頂層多晶硅材料從晶態轉變為非晶態，形成下電極損傷區1021，不導電，使器件截止。目前工藝中，減少側墻過刻蝕的時間，減少GST物理氣相沉積預清理的時間、功率及壓力，可以相對改善下電極損傷。但是，這樣的方法使得側墻殘渣增多，GST相變材料填充孔變小，產生原生氧化物(Native?Oxide)殘留和溝槽填充問題。其中，原生氧化物是下電極102上表面與空氣接觸而產生的，會影響GST相變材料與下電極間的電接觸。上述方法中的問題會使后續工藝難度增加，器件工藝性能降低，影響到器件的可靠性與效能。所以需要一種新的消除下電極損傷的實現方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種消除相變隨機存儲器下電極損傷的實現方法，以解決現有技術中采用減少側墻過刻蝕時間和GST物理氣相沉積預清理時間及功率時產生的側墻殘渣增多、原生氧化物殘留和溝槽填充問題。

為解決上述問題，本發明提出一種消除相變隨機存儲器下電極損傷的實現方法，該方法包括如下步驟：

提供半導體襯底，所述半導體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層中形成有下電極，第二絕緣層中形成有完全暴露下電極上表面的開孔；

在所述開孔中形成側墻并進行沉積預清理工藝；

在上述器件結構表面沉積金屬層；

快速退火后移除所述金屬層。

可選的，所述金屬層的沉積方法為物理氣相沉積法。

可選的，所述金屬層為鈦層，厚度為15埃～50埃。

可選的，所述快速退火溫度為270攝氏度～400攝氏度，持續時間為30秒～120秒。

可選的，等離子體處理移除金屬層后暴露的器件結構表面，所述等離子體處理采用的氣體是氮氣或氨氣。

與現有技術相比，本發明在側墻刻蝕和預清理后沉積金屬層并執行快速退火，使金屬與下電極損傷區的硅反應生成金屬硅化物，有效消除了下電極損傷，使器件導通，提高了器件工藝性能，工藝操作簡單，工藝成本低。