[發(fā)明專(zhuān)利]一種嵌入式相變化存儲(chǔ)器及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310040269.8
• 申請(qǐng)日: 2013-02-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103972385B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳秋峰;王興亞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廈門(mén)博佳琴電子科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 廈門(mén)市新華專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司35203
• 代理人: 李寧,唐紹烈

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種嵌入式相變化存儲(chǔ)器及其制造方法。

背景技術(shù)

相變隨機(jī)存儲(chǔ)器具有高讀取速度、低功率、高容量、高可靠度、高寫(xiě)擦次數(shù)、低工作電壓/電流和低成本等特性，適合與CMOS工藝結(jié)合，用來(lái)作為較高密度的獨(dú)立式或嵌入式的存儲(chǔ)器應(yīng)用。

相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器包括具有相變層的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、連接到該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的晶體管和與晶體管接的PN結(jié)二極管。根據(jù)施加到其上的電壓，相變層從結(jié)晶態(tài)變成非結(jié)晶態(tài)，或與此相反。當(dāng)所施加的電壓為設(shè)置電壓，相變層從非結(jié)晶態(tài)變成結(jié)晶態(tài)。當(dāng)所施加的電壓為重置電壓，相變層從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變成非結(jié)晶態(tài)。

然而，現(xiàn)有技術(shù)相變隨機(jī)存儲(chǔ)器制作過(guò)程中PN結(jié)二極管是由外延硅或選擇性外延硅形成，現(xiàn)有技術(shù)相變隨機(jī)存儲(chǔ)器的PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)，在P型半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入N型離子，形成掩埋N阱；然后，在P型半導(dǎo)體襯底上形成N型外延層；在N型外延層表面摻雜P型離子，形成P型擴(kuò)散層。

現(xiàn)有技術(shù)形成相變隨機(jī)存儲(chǔ)器中的PN結(jié)二極管采用外延硅或選擇性外延硅作為材料，制造成本昂貴；另外，由于外延硅或選擇外延硅的沉積溫度高，對(duì)襯底表面要求高，使制造PN結(jié)二極管的工藝復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)；同時(shí)，PN結(jié)二極管采用在襯底表面堆疊方式形成，其存在材料品質(zhì)問(wèn)題。

相變隨機(jī)存儲(chǔ)器（PRAM）是通過(guò)施加不同大小的特殊脈沖，導(dǎo)致相變材料局部區(qū)域因不同溫度而產(chǎn)生非晶態(tài)與晶態(tài)。然而，相變材料對(duì)溫度、加熱電流和加熱時(shí)間非常敏感，該因素都可能導(dǎo)致過(guò)度寫(xiě)入狀態(tài)，從而導(dǎo)致寫(xiě)入數(shù)據(jù)失效。

同時(shí)，改變相變化存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)如晶態(tài)與非晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，需要外加電流來(lái)達(dá)到加熱的效果，其電流大小與要轉(zhuǎn)換的相變化存儲(chǔ)器材料的面積和體積有密切關(guān)系。改變相變化存儲(chǔ)器單元從設(shè)置狀態(tài)(即結(jié)晶態(tài))到重置狀態(tài)(即非結(jié)晶態(tài))所需的電流通常大于從重置狀態(tài)到設(shè)置狀態(tài)。對(duì)于較成熟的半導(dǎo)體工藝如65nm或大于65nm的工藝，改變到重置狀態(tài)需要很大的電流，因此，要把相變化存儲(chǔ)器陣列嵌入到一般的邏輯電路制造工藝如包含數(shù)位信號(hào)處理器的產(chǎn)品，往往遭遇很大的困難。此外，即使先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝如小于或等于45nm工藝，改變相變化存儲(chǔ)器單元所需要的大電流仍然是限制相變化存儲(chǔ)器廣為應(yīng)用的因素之一。

因此，相對(duì)于嵌入式相變化存儲(chǔ)器，降低轉(zhuǎn)換相變化存儲(chǔ)器單元狀態(tài)所需要的電流尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種嵌入式相變化存儲(chǔ)器及其制造方法，其制造工藝簡(jiǎn)單，且由該方法形成嵌入式相變化存儲(chǔ)器，有效降低轉(zhuǎn)換相變化存儲(chǔ)器單元狀態(tài)所需要的電流。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為：

一種嵌入式相變化存儲(chǔ)器，在P型半導(dǎo)體襯底上制作晶體管形成硅晶片，通過(guò)隔離槽將晶體管隔離，并在晶體管的源極與汲極上設(shè)置鎢插塞，源極與汲極上的鎢插塞通過(guò)柵氧化層隔離；在隔離槽及柵氧化層上依次形成緩沖層、介質(zhì)層、氮化物及絕緣層；晶體管源極上的鎢插塞上設(shè)置金屬層，而晶體管汲極上的鎢插塞上形成第一凹槽及第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽的底部；鎢插塞端面之上依次形成第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻，第二側(cè)墻位于第一側(cè)墻上，第三側(cè)墻位于第二側(cè)墻上，且延伸深入第二凹槽中；第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻圍成一空腔，空腔填滿相變化存儲(chǔ)器材料；相變化存儲(chǔ)器材料上形成金屬層。

進(jìn)一步，相變化存儲(chǔ)器材料呈“喇叭口”狀。

一種嵌入式相變化存儲(chǔ)器制造方法，包括以下步驟：

步驟一，在P型半導(dǎo)體襯底上制作晶體管形成硅晶片，通過(guò)隔離槽將晶體管隔離，隔離槽中填滿絕緣層，并在晶體管的源極與汲極上設(shè)置鎢插塞，源極與汲極上的鎢插塞通過(guò)柵氧化層隔離；

步驟二，在鎢插塞、絕緣層及柵氧化層上依次沉積緩沖層和介質(zhì)層，在介質(zhì)層上沉積一層光阻層，并在光阻層上對(duì)應(yīng)晶體管汲極位置打開(kāi)相變化存儲(chǔ)器區(qū)域；

步驟三，依次將相變化存儲(chǔ)器區(qū)域的介質(zhì)層和緩沖層蝕刻，使鎢插塞暴露；

步驟四，沉積一層氮化物，填滿相變化存儲(chǔ)器區(qū)域并覆蓋在介質(zhì)層上；

步驟五，執(zhí)行蝕刻，在相變化存儲(chǔ)器區(qū)域側(cè)壁形成“斜坡?tīng)睢钡谝粋?cè)墻，且在鎢插塞上形成第一凹槽；

步驟六，沉積一層氮化物，填滿相變化存儲(chǔ)器區(qū)域及第一凹槽；

步驟七，執(zhí)行蝕刻，在第一側(cè)墻上形成“斜坡?tīng)睢钡诙?cè)墻，且在鎢插塞第一凹槽上形成第二凹槽；

步驟八，采用氬氣濺鍍，將在氬氣清洗中被氬離子撞擊產(chǎn)生的氮化物和介質(zhì)層堆積形成第三側(cè)墻，第三側(cè)墻位于第二側(cè)墻上；

步驟九，沉積一層相變化存儲(chǔ)器材料，填滿變化存儲(chǔ)器區(qū)域，與鎢插塞接觸；