[發(fā)明專(zhuān)利]相變存儲(chǔ)器的形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010573140.X
• 申請(qǐng)日: 2010-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102487120A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣莉;黎銘琦
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種相變存儲(chǔ)器的形成方法。

背景技術(shù)

閃速存儲(chǔ)器(flash?memory)是當(dāng)前非易失性存儲(chǔ)器(non-volatile?memory)的主流產(chǎn)品，但是目前對(duì)存儲(chǔ)器的容量需求越來(lái)越大，閃速存儲(chǔ)器由于在32nm以下的尺寸時(shí)存在諸多問(wèn)題，因此其集成度無(wú)法滿(mǎn)足容量的需求。

相變存儲(chǔ)器(PCRAM，Phase?Change?Random?Access?Memory)是一種新型的非易失性存儲(chǔ)器，其主要原理是通過(guò)對(duì)相變材料施加電流，使其在非晶狀態(tài)與結(jié)晶狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于相變材料在上述兩種狀態(tài)時(shí)的電阻不同，從而實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)狀態(tài)“0”和“1”的改變。典型的電流相變存儲(chǔ)器中使用的相變材料一般是硫族化合物，如鍺-銻-碲合金(GeSbTe，簡(jiǎn)寫(xiě)為GST)，其特性介于金屬和氧化物之間，由于GST在非晶和結(jié)晶狀態(tài)的電阻率相差加大，約相差三個(gè)數(shù)量級(jí)，使得較容易識(shí)別和確定當(dāng)前存儲(chǔ)器的狀態(tài)，即容易區(qū)別狀態(tài)“0”和“1”。

圖1至圖6示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種PCRAM的形成方法。

步驟(1)，參閱圖1，提供基底(圖中未示出)，所述基底上形成有介質(zhì)層101，在所述介質(zhì)層101中形成栓塞結(jié)構(gòu)，所述栓塞結(jié)構(gòu)包括第一栓塞102a和第二栓塞102b，所述第一栓塞102a與所述介質(zhì)層101的表面齊平，所述第二栓塞102b被所述介質(zhì)層101覆蓋。構(gòu)成所述第一栓塞102a和第二栓塞102b的材料為金屬，一般為鎢。

步驟(2)，參閱圖2，在所述第二栓塞102b的上方刻蝕形成開(kāi)口103，所述開(kāi)口103的底部露出所述第二栓塞102b。

步驟(3)，參閱圖3，在所述開(kāi)口103填滿(mǎn)相變材料并進(jìn)行平坦化，使得填充的相變材料的表面與所述介質(zhì)層101的表面齊平，形成相變材料層104，所述相變材料層104一般為GST。所述平坦化的方法一般為化學(xué)機(jī)械拋光(CMP，Chemical?Mechanical?Polish)。

步驟(4)，參閱圖4，經(jīng)過(guò)所述平坦化后，先后在介質(zhì)層101表面沉積氮化硅層106和氧化層107。

步驟(5)，參閱圖5，刻蝕所述氮化硅層106和氧化層107，在所述第一栓塞102a和第二栓塞102b的上方分別形成開(kāi)口108’和開(kāi)口108，所述開(kāi)口108’的底部露出所述第一栓塞102a，所述開(kāi)口108的底部露出所述第二栓塞102b。

步驟(6)，參閱圖6，通過(guò)電鍍填滿(mǎn)圖5所示的所述開(kāi)口108’以及開(kāi)口108，之后進(jìn)行平坦化形成金屬層109，所述金屬層109的表面與所述氧化層107的表面齊平，所述金屬層109的材料一般為銅(Cu)。

但是，按照上述方法形成的相變存儲(chǔ)器，其相變材料(一般為GST)會(huì)發(fā)生較大的損失從而影響器件的性能，更嚴(yán)重的是，最終形成的結(jié)構(gòu)中有些區(qū)域甚至都不存在相變材料層104(GST栓塞)從而導(dǎo)致器件完全失效。此外，進(jìn)行步驟(3)的時(shí)候還會(huì)對(duì)介質(zhì)層造成一定損傷，同樣影響器件的性能。

關(guān)于相變材料的化學(xué)機(jī)械拋光可參考申請(qǐng)?zhí)枮閁S20070178700A1的美國(guó)專(zhuān)利，該專(zhuān)利公開(kāi)了一種用于相變合金的化學(xué)機(jī)械拋光的組合物及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生的相變材料和介質(zhì)層的損失，從而影響了相變存儲(chǔ)器件的性能。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種相變存儲(chǔ)器的形成方法，包括：

提供基底，所述基底上形成有介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層中形成栓塞結(jié)構(gòu)，所述栓塞結(jié)構(gòu)包括第一栓塞和第二栓塞，所述第一栓塞與所述介質(zhì)層的表面齊平，所述第二栓塞被所述介質(zhì)層覆蓋；

在所述介質(zhì)層和第一栓塞的表面形成阻擋層；

在所述第二栓塞的上方刻蝕形成第一開(kāi)口，所述第一開(kāi)口的底部露出所述第二栓塞；

在所述第一開(kāi)口中填滿(mǎn)相變材料并平坦化，形成相變材料層，所述相變材料層的表面與所述阻擋層的表面齊平。

可選的，還包括：形成金屬層，覆蓋所述相變材料層和第一栓塞。

可選的，所述形成金屬層包括：

在所述阻擋層和相變材料層的表面形成氧化層；

刻蝕所述氧化層，在所述第一栓塞的上方形成第二開(kāi)口，在所述第二栓塞的上方形成第三開(kāi)口；所述第三開(kāi)口的底部暴露出所述第二栓塞；

沉積抗反射層并在所述抗反射層的表面涂布光刻膠，所述抗反射層填滿(mǎn)所述第二開(kāi)口和第三開(kāi)口并覆蓋所述氧化層的表面；

光刻形成光刻膠圖形，所述光刻膠圖形覆蓋所述第二栓塞；