[發明專利]相變隨機存取存儲器的制造方法

有效

• 申請號: 201210183163.9
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN103456881A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 符雅麗;張海洋
• 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

技術領域

本發明涉及一種集成電路制造方法，尤其涉及一種相變隨機存取存儲器的制造方法。

背景技術

相變材料(PCM，Phase?Change?Material)是指隨溫度變化而改變形態并能提供潛熱的物質。相變材料由固態變為液態或由液態變為固態的過程稱為相變過程，這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱。利用相變材料的特性，由此能夠存儲和讀取二進制信息。形成一種新的存儲器-相變隨機存取存儲器(PCRAM，Phase?Change?Random?Access?Memory)，所述相變隨機存取存儲器也稱為相變隨機存取記憶體或相變存儲器。相變隨機存取存儲器廣泛應用于讀寫的光碟機，諸如數字視頻盤(DVD)和可重寫光盤(CD-RW)等。相變隨機存取存儲器中，存儲單元通常包括晶體管、底電極接觸(Bottom?electrode?connect，BEC)、電阻器、相變材料層和頂層電接觸(Top?electrode?connect，TEC)。所述晶體管制造于半導體襯底上，所述電阻器和相變材料層形成于該晶體管上的介質層及氧化層中，通過控制電阻器的電壓、電流以使電阻器發熱，從而電阻器加熱所述相變材料層以改變其相態，當相變材料層被加熱時，使得電阻變化且因為電阻器上流動的電流電壓變化，由此能夠存儲和讀取二進制信息。

相變隨機存取存儲器的相變材料的材質通常為硫族元素化合物，例如GeSeTe(GST)的系列化合物。這種相變材料當施加0.6伏～0.9伏之間的電壓時，出現負微分電阻特性，從而其電阻系數急劇降低，則在相同的復位電壓下，復位電流極具升高，增大了相變隨機存取存儲器的功耗。

如何降低復位電流，以降低相變隨機存取存儲器的功耗成為業界亟待解決的問題。現有技術中，采用減小底電極接觸(BEC)的尺寸，即降低圓柱形底電極接觸的內徑，進而減小接觸面積，以增大電流密度來減小PRAM的復位電流。然而，隨著器件尺寸的不斷減小，由于現有技術光刻、刻蝕工藝的限制，進一步減小接觸面積存在限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠形成直徑寬度更小的底部電接觸，進而提高隨機存取存儲器的性能的相變隨機存取存儲器的制造方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種相變隨機存取存儲器的制造方法，包括：

提供一基底；

在所述基底上形成氧化層，并刻蝕所述氧化層形成一溝槽；

在所述溝槽中依次覆蓋第一阻擋層和填充金屬層；

對所述金屬層和第一阻擋層進行回刻蝕工藝，所述第一阻擋層的刻蝕速率大于所述金屬層的刻蝕速率，以去除位于所述金屬層側壁的第一阻擋層和部分金屬層，在所述金屬層和所述氧化層之間形成空隙；

在所述氧化層和金屬層上形成第二阻擋層，所述第二阻擋層填充所述空隙；

刻蝕去除位于所述金屬層上的第二阻擋層；

在所述金屬層及第二阻擋層上形成相變材料層。

進一步的，所述第二阻擋層的材質為氮化鈦，采用化學氣相沉積法形成。

進一步的，所述第二阻擋層的材質為低介電常數材料層，采用旋轉涂覆的方法形成。

進一步的，所述基底包括半導體襯底、位于半導體襯底上的介質層以及貫穿于所述介質層中的引出線，所述引出線位于所述金屬層下方，并與所述金屬層相連。

進一步的，所述引出線的直徑為40nm～100nm。

進一步的，所述第一阻擋層和金屬層的形成過程包括：形成第一阻擋層薄膜，所述第一阻擋層薄膜覆蓋所述氧化層和溝槽的底面和側壁；形成金屬層薄膜，所述金屬層薄膜覆蓋所述第一阻擋薄膜并填充所述溝槽；進行化學機械研磨工藝，直至暴露所述氧化層。

進一步的，在對所述金屬層和第一阻擋層進行回刻蝕工藝的步驟中，刻蝕物質包括SF6、O2、NF3、CF4及Ar，SF6的流量為10sccm～80sccm，O2的流量為1sccm～10sccm，NF3的流量為10sccm～80sccm，CF4的流量為10sccm～80sccm，Ar的流量為50sccm～200sccm，環境壓力為2mt～20mt，反應時間為5s～40s，反應功率為500W-100W。

進一步的，在對所述金屬層和第一阻擋層進行回刻蝕工藝的步驟之后，所述金屬層的直徑為20nm～60nm，高度為30埃～800埃。

進一步的，對所述金屬層和第一阻擋層進行回刻蝕工藝與在所述氧化層和金屬層上覆蓋第二阻擋層的步驟之間，還包括：對所述氧化層進行回拉工藝；對所述金屬層和氧化層進行刻蝕后處理。

進一步的，在進行刻蝕后處理的步驟中，通入氮氣和氫氣，環境溫度為20℃～40℃。