相變隨機存取存儲器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種相變隨機存取存儲器的制造方法,包括在基底上形成氧化層,在氧化層中刻蝕形成一溝槽;在溝槽中依次覆蓋第一阻擋層、填充金屬層;對所述金屬層和第一阻擋層進(jìn)行回刻蝕工藝,以去除位于所述金屬層側(cè)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,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。本發(fā)明所述相變隨機存取存儲器的制造方法通過在所述金屬層和所述氧化層之間形成空隙,能夠精確控制作為底部電接觸的金屬層的直徑寬度,從而能夠形成直徑寬度更小的底部電接觸,進(jìn)而提高隨機存取存儲器的性能。
【專利說明】相變隨機存取存儲器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(shù)】
[0002]相變材料(PCM,Phase Change Material)是指隨溫度變化而改變形態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)。相變材料由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)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(jìn)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(yīng)用于讀寫的光碟機,諸如數(shù)字視頻盤(DVD)和可重寫光盤(⑶-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(dǎo)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(zhì)層及氧化層中,通過控制電阻器的電壓、電流以使電阻器發(fā)熱,從而電阻器加熱所述相變材料層以改變其相態(tài),當(dāng)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(jìn)制信息。
[0003]相變隨機存取存儲器的相變材料的材質(zhì)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(dāng)施加0.6伏?0.9伏之間的電壓時,出現(xiàn)負(fù)微分電阻特性,從而其電阻系數(shù)急劇降低,則在相同的復(fù)位電壓下,復(fù)位電流極具升高,增大了相變隨機存取存儲器的功耗。
[0004]如何降低復(fù)位電流,以降低相變隨機存取存儲器的功耗成為業(yè)界亟待解決的問題?,F(xiàn)有技術(shù)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(nèi)徑,進(jìn)而減小接觸面積,以增大電流密度來減小PRAM的復(fù)位電流。然而,隨著器件尺寸的不斷減小,由于現(xiàn)有技術(shù)光刻、刻蝕工藝的限制,進(jìn)一步減小接觸面積存在限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)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(jìn)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。
[0006]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種相變隨機存取存儲器的制造方法,包括:
[0007]提供一基底;
[0008]在所述基底上形成氧化層,并刻蝕所述氧化層形成一溝槽;
[0009]在所述溝槽中依次覆蓋第一阻擋層和填充金屬層;
[0010]對所述金屬層和第一阻擋層進(jìn)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(cè)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;[0011]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;
[0012]刻蝕去除位于所述金屬層上的第二阻擋層;
[0013]在所述金屬層及第二阻擋層上形成相變材料層。
[0014]進(jìn)一步的,所述第二阻擋層的材質(zhì)為氮化鈦,采用化學(xué)氣相沉積法形成。
[0015]進(jìn)一步的,所述第二阻擋層的材質(zhì)為低介電常數(shù)材料層,采用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法形成。
[0016]進(jìn)一步的,所述基底包括半導(dǎo)體襯底、位于半導(dǎo)體襯底上的介質(zhì)層以及貫穿于所述介質(zhì)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。
[0017]進(jìn)一步的,所述引出線的直徑為40nm?lOOnm。
[0018]進(jìn)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(cè)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(jìn)行化學(xué)機械研磨工藝,直至暴露所述氧化層。
[0019]進(jìn)一步的,在對所述金屬層和第一阻擋層進(jìn)行回刻蝕工藝的步驟中,刻蝕物質(zhì)包括 SF6、02、NF3、CF4 及 Ar, SF6 的流量為 IOsccm ?80sccm, 02 的流量為 Isccm ?IOsccm,NF3的流量為IOsccm?80sccm, CF4的流量為IOsccm?80sccm, Ar的流量為50sccm?200sccm,環(huán)境壓力為2mt?20mt,反應(yīng)時間為5s?40s,反應(yīng)功率為500W-100W。
[0020]進(jìn)一步的,在對所述金屬層和第一阻擋層進(jìn)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。
[0021]進(jìn)一步的,對所述金屬層和第一阻擋層進(jìn)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(jìn)行回拉工藝;對所述金屬層和氧化層進(jìn)行刻蝕后處理。
[0022]進(jìn)一步的,在進(jìn)行刻蝕后處理的步驟中,通入氮氣和氫氣,環(huán)境溫度為20°C?40。。。
[0023]進(jìn)一步的,所述第一阻擋層的材質(zhì)為氮化鈦及氮化鉭中的一種或其組合。
[0024]進(jìn)一步的,所述金屬層的材質(zhì)為鎢及銅中的一種或其組合。
[0025]進(jìn)一步的,所述相變材料層為硫族元素化合物材料。
[0026]進(jìn)一步的,所述相變材料層為GeSeTe系列材料。
[0027]綜上所述,本發(fā)明的相變隨機存取存儲器的制造方法通過在氧化層的溝槽中形成第一阻擋層和金屬層,利用所述第一阻擋層的刻蝕速率大于所述金屬層的刻蝕速率的刻蝕物質(zhì)進(jìn)行回刻蝕工藝,從而去除位于所述金屬層側(cè)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,能夠精確控制作為底部電接觸的金屬層的直徑寬度,從而能夠形成直徑寬度更小的底部電接觸,進(jìn)而提高隨機存取存儲器的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明一實施例中相變隨機存取存儲器的制造方法的流程示意圖。
[0029]圖2?圖10為本發(fā)明一實施例中相變隨機存取存儲器的制造過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】[0030]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂,以下結(jié)合說明書附圖,對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例,本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0031]其次,本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述,在詳述本發(fā)明實例時,為了便于說明,示意圖不依照一般比例局部放大,不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。
[0032]圖1為本發(fā)明一實施例中相變隨機存取存儲器的制造方法的流程示意圖。
[0033]本發(fā)明提供一種相變隨機存取存儲器的制造方法,包括以下步驟:
[0034]步驟SOl:提供一基底;
[0035]步驟S02:在所述基底上形成氧化層,并在氧化層中刻蝕形成一溝槽;
[0036]步驟S03:在所述溝槽中依次覆蓋第一阻擋層、填充金屬層;
[0037]步驟S04:對所述金屬層和第一阻擋層進(jìn)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(cè)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;
[0038]步驟S05: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;
[0039]步驟S06:刻蝕去除位于所述金屬層上的第二阻擋層;
[0040]步驟S07:在所述金屬層及第二阻擋層上形成相變材料層。
[0041]圖2?圖10為本發(fā)明一實施例中相變隨機存取存儲器的制造過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合圖2?圖10詳細(xì)說明本發(fā)明一實施例中相變隨機存取存儲器的制造方法。
[0042]如圖2所示,在步驟SOl中,提供一基底,所述基底包括半導(dǎo)體襯底100、位于半導(dǎo)體襯底100上的介質(zhì)層101以及貫穿于所述介質(zhì)層101中的引出線(Contact Line) 102。所述引出線102的直徑(截面寬度)范圍為40nm?lOOnm。
[0043]如圖3所示,在步驟S02中,在所述基底上形成氧化層104,并在氧化層104中刻蝕形成一溝槽200,所述溝槽200的內(nèi)徑范圍為20nm?60nm。
[0044]結(jié)合圖3?圖5,在步驟S03中,在所述溝槽200中依次覆蓋第一阻擋層106和填充金屬層108 ;所述第一阻擋層106和金屬層108的形成過程包括:首先,形成第一阻擋層薄膜106a,所述第一阻擋層薄膜106a覆蓋所述氧化層104和溝槽200的底面和側(cè)壁;接著形成金屬層薄膜108a,所述金屬層薄膜108a覆蓋所述第一阻擋薄膜106a并填充所述溝槽200 ;接著進(jìn)行化學(xué)機械研磨工藝,去除溝槽200以外的所述金屬層薄膜108a和第一阻擋薄膜106a,直至暴露所述氧化層104。所述第一阻擋層106的材質(zhì)為氮化鈦及氮化鉭中的一種或其組合。所述金屬層108的材質(zhì)為鎢及銅中的一種或其組合。
[0045]如圖6所示,在步驟S04中,對所述金屬層108和第一阻擋層106進(jìn)行回刻蝕工藝,所述第一阻擋層106的刻蝕速率大于所述金屬層108的刻蝕速率,以去除位于所述金屬層108側(cè)壁的第一阻擋層106以及部分金屬層108,在所述金屬層108和所述氧化層106之間形成空隙;在對所述金屬層108和第一阻擋層106進(jìn)行回刻蝕工藝的步驟中,刻蝕物質(zhì)包括SF6、O2、NF3、CF4 及 Ar, SF6 的流量為 IOsccm ?80sccm, O2 的流量為 Isccm ?IOsccm, NF3 的流量為 IOsccm ?80sccm,CF4 的流量為 IOsccm ?80sccm,Ar 的流量為 50sccm ?200sccm,環(huán)境壓力為2mt?20mt (mTorr),反應(yīng)時間為5s?40s,反應(yīng)功率為500W-100W。在對所述金屬層108和第一阻擋層106進(jìn)行回刻蝕工藝的步驟之后,所述金屬層106的高度為30埃?800 埃。
[0046]接著,如圖7所示,對所述氧化層108進(jìn)行回拉工藝,對所述金屬層106和氧化層108進(jìn)行刻蝕后處理。在進(jìn)行刻蝕后處理的步驟中,通入氮氣和氫氣,環(huán)境溫度為20°C?40°C。通過回拉工藝能夠進(jìn)一步擴大空隙202的寬度(L2 > LI),刻蝕后處理有助于清除間隙中的殘留反應(yīng)副產(chǎn)物或聚合物,也更有助尺寸回拉過程。
[0047]如圖8所示,在步驟S05中,在所述氧化層104和金屬層108上覆蓋第二阻擋層110,所述第二阻擋層110填充所述空隙202 ;所述第二阻擋層110的材質(zhì)為氮化鈦,可以采用化學(xué)氣相沉積法形成。所述第二阻擋層110的材質(zhì)為低介電常數(shù)材料層,采用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法形成。
[0048]如圖9所示,在步驟S06中,刻蝕去除位于所述金屬層108上的第二阻擋層110。
[0049]如圖10所示,在步驟S07中,在所述金屬層108及第二阻擋層110上形成相變材料層112。所述相變材料層112為硫族元素化合物材料。所述相變材料層112優(yōu)選為GeSeTe系列材料。
[0050]綜上所述,本發(fā)明所述相變隨機存取存儲器的制造方法通過在氧化層的溝槽中形成第一阻擋層和金屬層,利用所述第一阻擋層的刻蝕速率大于所述金屬層的刻蝕速率的刻蝕物質(zhì)進(jìn)行回刻蝕工藝,從而去除位于所述金屬層側(cè)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,能夠精確控制作為底部電接觸的金屬層的直徑寬度,從而能夠形成直徑寬度更小的底部電接觸,進(jìn)而提高隨機存取存儲器的性能。
[0051]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作些許的更動與潤飾,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一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(jìn)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(cè)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;以及 在所述金屬層及第二阻擋層上形成相變材料層。
2.如權(quán)利要求1所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,所述第二阻擋層的材質(zhì)為氮化鈦,采用化學(xué)氣相沉積法形成。
3.如權(quán)利要求1所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,所述第二阻擋層的材質(zhì)為低介電常數(shù)材料層,采用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法形成。
4.如權(quán)利要求1所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,所述基底包括半導(dǎo)體襯底、位于半導(dǎo)體 襯底上的介質(zhì)層以及貫穿于所述介質(zhì)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。
5.如權(quán)利要求4所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,所述引出線的直徑為40nm-lOOnm。
6.如權(quán)利要求1所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,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(cè)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(jìn)行化學(xué)機械研磨工藝,直至暴露所述氧化層。
7.如權(quán)利要求1所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,在對所述金屬層和第一阻擋層進(jìn)行回刻蝕工藝的步驟中,刻蝕物質(zhì)包括SF6、02、NF3、CF4及Ar,SF6的流量為 IOsccm -80sccm, O2 的流量為 Isccm -IOsccm, NF3 的流量為 IOsccm -80sccm, CF4 的流量為IOsccm-80sccm, Ar的流量為50sccm-200sccm,環(huán)境壓力為2mt-20mt,反應(yīng)時間為5s-40s,反應(yīng)功率為500W-100W。
8.如權(quán)利要求1所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,在對所述金屬層和第一阻擋層進(jìn)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。
9.如權(quán)利要求1所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,對所述金屬層和第一阻擋層進(jìn)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(jìn)行回拉工藝;以及 對所述金屬層和氧化層進(jìn)行刻蝕后處理。
10.如權(quán)利要求9所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,在進(jìn)行刻蝕后處理的步驟中,通入氮氣和氫氣,環(huán)境溫度為20°C-40°C。
11.如權(quán)利要求1至10中任意一項所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,所述第一阻擋層的材質(zhì)為氮化鈦及氮化鉭中的一種或其組合。
12.如權(quán)利要求1至10中任意一項所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,所述金屬層的材質(zhì)為鎢及銅中的一種或其組合。
13.如權(quán)利要求1至10中任意一項所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,所述相變材料層為硫族元素化合物材料。
14.如權(quán)利要求13所述的相變隨機存取存儲器的制造方法,其特征在于,所述相變材料層為GeSeTe系列材料。`
【文檔編號】H01L45/00GK103456881SQ201210183163
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月5日
【發(fā)明者】符雅麗, 張海洋 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司