[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體器件及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410175272.5
• 申請(qǐng)日: 2014-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN105098063A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何作鵬;李志超;肖保其
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00;H01L27/24;G11C11/56
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所 11336
• 代理人: 董巍;高偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種用于相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的底部電極的制作方法和具有采用該方法制作的底部電極的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

背景技術(shù)

相變存儲(chǔ)器(PCM)是一種具有高讀取/寫入速度的存儲(chǔ)器，其廣泛應(yīng)用于集成電路中。集成相變存儲(chǔ)器的關(guān)鍵步驟是形成用于連通金屬電極和相變材料層的底部電極(BottomElectrode),底部電極從相變材料(GST)層的底部接觸相變材料層。當(dāng)一定強(qiáng)度的電流經(jīng)過底部電極時(shí)，底部電極產(chǎn)生焦耳熱以改變相變材料層的相變狀態(tài)，從而控制相變存儲(chǔ)器的工作狀態(tài)，即相變材料層由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變到晶態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)相變存儲(chǔ)器的寫入數(shù)據(jù)的功能，相變材料層由晶態(tài)轉(zhuǎn)變到非晶態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)相變存儲(chǔ)器的讀出數(shù)據(jù)的功能。

構(gòu)成底部電極的材料本身固有的性質(zhì)決定了底部電極的電阻的大小以及導(dǎo)熱性的優(yōu)良，進(jìn)而決定了相變存儲(chǔ)器的良率。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，通常選用金屬鎢作為底部電極的材料，這是因?yàn)橛山饘冁u構(gòu)成的底部電極具有超過99％的實(shí)現(xiàn)寫入數(shù)據(jù)功能的良率。盡管由金屬鎢構(gòu)成的底部電極的電阻的大小完全滿足要求，但是，由于其具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)致需要給底部電極施加相對(duì)較大的通過電流才能產(chǎn)生足夠大的焦耳熱以改變相變材料層的相變狀態(tài)。此外，隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷縮減，在層間介電層中形成用于填充鎢的凹槽之后，通常采用原子層沉積工藝填充鎢于所述凹槽內(nèi)，實(shí)施所述沉積工藝之后，需要執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨直至露出層間介電層，在上述工藝過程中，需要精確控制工藝的實(shí)施精度，以確保在由鎢構(gòu)成的底部電極中不產(chǎn)生缺陷，但是，這是非常困難的。

因此，需要提出一種方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有層間介電層，在所述層間介電層中形成有第一金屬電極；形成用于填充底部電極的通孔，所述通孔露出部分所述第一金屬電極的上表面；形成完全填充所述通孔的第一底部電極材料層；實(shí)施回蝕刻，以在所述第一底部電極材料層的頂部形成用于填充第二底部電極材料層的凹槽；在所述凹槽中形成第二底部電極材料層。

進(jìn)一步，所述第一底部電極材料層的材料為鎢，所述第二底部電極材料層的材料為鍺硅或者摻雜有雜質(zhì)的鍺硅。

進(jìn)一步，采用原子層沉積工藝形成所述第一底部電極材料層，采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝形成所述第二底部電極材料層。

進(jìn)一步，實(shí)施所述原子層沉積之后，還包括執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨的步驟，實(shí)施所述研磨之后，所述第一底部電極材料層的高度等于所述通孔的深度。

進(jìn)一步，實(shí)施所述等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積之后，還包括執(zhí)行另一化學(xué)機(jī)械研磨的步驟，實(shí)施所述另一化學(xué)機(jī)械研磨之后，所述第二底部電極材料層的高度等于所述凹槽的深度。

進(jìn)一步，形成所述第二底部電極材料層之后，還包括沉積形成相變材料層的步驟，使所述第二底部電極材料層的頂部接觸所述相變材料層。

進(jìn)一步，形成所述相變材料層之后，還包括在所述相變材料層上形成第二金屬電極的步驟。

進(jìn)一步，所述半導(dǎo)體器件為相變存儲(chǔ)器，所述第一金屬電極的下端連通形成于所述半導(dǎo)體襯底上的電子元件，所述第一金屬電極的上端連通所述第一底部電極材料層的底部，所述第一底部電極材料層和所述第二底部電極材料層共同構(gòu)成所述相變存儲(chǔ)器的底部電極。

進(jìn)一步，所述通孔位于形成于所述層間介電層上的硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)中或者位于形成于所述層間介電層上的另一層間介電層中。

進(jìn)一步，所述硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)包括自下而上層疊的緩沖層、第一硬掩膜層和第二硬掩膜層。

本發(fā)明還提供一種采用如上述制造方法中的任一方法形成的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件中的底部電極由自下而上層疊的第一底部電極材料層和第二底部電極材料層構(gòu)成。

進(jìn)一步，所述第一底部電極材料層的材料為鎢，所述第二底部電極材料層的材料為鍺硅或者摻雜有雜質(zhì)的鍺硅。

根據(jù)本發(fā)明，可以有效便捷地實(shí)現(xiàn)底部電極的導(dǎo)熱性和電阻大小之間的平衡。

附圖說明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1A-圖1I為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法依次實(shí)施的步驟的流程圖。

具體實(shí)施方式