[發明專利]相變存儲器中相變電阻的形成方法

有效

• 申請號: 201110459303.6
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103187524A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 朱南飛;吳關平
• 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: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及相變存儲器中相變電阻的形成方法。

背景技術

隨著信息技術的發展，存儲器件的需要越來越大，因此促進了存儲器件朝著高性能、低壓、低功耗、高速及高密度方向發展。相變存儲器(PCRAM，phase?change?Random?Access?Memory)是在CMOS集成電路基礎上發展起來的新一代非易失性存儲器，其使用元素周期表中V族或VI族的一種或一種以上元素的合金作為相變電阻，用相變電阻作為存儲單元，相變電阻在以電脈沖的形式集中加熱的情況下，能夠從有序的晶態(電阻低)快速轉變為無序的非晶態(電阻高得多)。典型的相變存儲器使用硫族化物合金(比如GST，GeSbTe)作為相變電阻，存儲單元是一種極小的硫族合金顆粒，相變電阻的非晶(a-GST，a-GeSbTe)和結晶(c-GST，c-GeSbTe)狀態具有不同的電阻率，結晶狀態具有大約為千歐姆(kΩ)的典型電阻，而非晶狀態具有大約為兆歐姆(MΩ)的典型電阻，因此通常利用硫族化物合金材料(比如GST，GeSbTe)制作相變電阻。通過測量PCRAM存儲單元的電阻值(即相變電阻的電阻值)來讀取PCRAM單元。

現有技術中，形成相變電阻的方法為：直接在具有底部電極的氧化硅層或氮化硅層上沉積一層相變材料，然后在相變材料層上形成圖形化的光刻膠層，以圖形化的光刻膠層為掩膜對相變材料進行刻蝕形成相變電阻，之后去除圖形化的光刻膠層。隨著半導體技術的發展，為了降低存儲器件的功耗以及增大存儲能力，存儲器件的存儲單元的特征尺寸(CD)越來越小。在存儲單元的特征尺寸(CD)小于40nm時，現有的光刻工藝不能滿足特征尺寸減小時形成特征尺寸小的相變電阻。

現有技術中有許多關于相變存儲器的專利文獻，例如2011年6月23日公開的公開號為2011//0149645A1公開的“multi-level?programmable?PCRAM?memory(多級別可編程相變存儲器)”，然而均沒有解決上述問題。

發明內容

本發明解決的問題是現有技術不能形成特征尺寸小于40nm的相變電阻。

為解決上述問題，本發明提供一種相變存儲器中相變電阻的形成方法，包括：

提供襯底，所述襯底中形成有底部電極，所述底部電極的上表面與所述襯底的上表面相平；

在所述襯底上形成多條平行的第一相變電阻，所述第一相變電阻沿位線方向延伸，所述第一相變電阻位于對應的底部電極上；

在相鄰兩條第一相變電阻之間形成具有溝槽的介質層，所述溝槽底部暴露出對應的底部電極；

在所述溝槽中填充相變材料，形成第二相變電阻，所述第二相變電阻沿位線方向延伸，所述第二相變電阻位于對應的底部電極上。

可選地，在所述襯底上形成多條平行的第一相變電阻包括：

在所述襯底上形成相變材料層；

對所述相變材料層進行圖形化，形成多條平行的第一相變電阻。

可選地，對所述相變材料層進行圖形化，形成多條平行的第一相變電阻包括：

在所述相變材料層上形成光刻膠層；

對所述光刻膠層進行曝光、顯影形成圖形化的光刻膠層，定義出第一相變電阻的位置；

以所述圖形化的光刻膠層為掩膜，刻蝕所述相變材料層形成多條平行的第一相變電阻；

去除所述圖形化的光刻膠層。

可選地，在所述相變材料層上形成光刻膠層之前，還包括：

在所述相變材料層上形成第一介質層；

在所述第一介質層上形成抗反射層；

在所述抗反射層上形成第二介質層；

所述光刻膠層位于所述第二介質層上，以所述圖形化的光刻膠層為掩膜依次刻蝕所述第一介質層、抗反射層和第二介質層后刻蝕所述相變材料層。

可選地，所述第一介質層為常溫氧化硅層或低溫氧化硅層或者氮化硅層。

可選地，所述第二介質層為低溫氧化硅層。

可選地，所述在相鄰兩條第一相變電阻之間形成具有溝槽的介質層包括：

形成介質層，覆蓋所述第一相變電阻和所述襯底；

對所述介質層進行圖形化，在相鄰兩條第一相變電阻之間形成溝槽。

可選地，對所述介質層進行圖形化包括：

在所述介質層上形成光刻膠層；

對所述光刻膠層進行曝光、顯影形成圖形化的光刻膠層，定義出溝槽的位置；

以所述圖形化的光刻膠層為掩膜對所述介質層進行刻蝕；

去除所述圖形化的光刻膠層。