專利名稱：相變存儲器存儲單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種相變存儲器存儲單元的制作方法。
背景技術：
目前，相變存儲器(Wiase-Change RAM, PC RAM)由于具有非易失性、循環(huán)壽命長、 元件尺寸小、功耗低、可多級存儲、高效讀取、抗輻照、耐高低溫、抗振動、抗電子干擾和制造工藝簡單等優(yōu)點，被認為最有可能取代目前的閃存(Flash)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM) 和靜態(tài)存儲器(SRAM)而成為未來半導體存儲器主流產品。PC RAM存儲單元包括相變層，以及與相變層接觸的底電極和頂電極。PC RAM存儲單元的相變層，是相變存儲器最核心的區(qū)域，用于相變材料發(fā)生相變，實現(xiàn)存儲功能。目前相變層有多種合金材料，一般為硫族化物，而鍺銻碲(GST，GeSbTe)合金是公認的研究最多的最為成熟的相變材料。結合圖Ia至圖lg，對現(xiàn)有技術相變存儲器存儲單元的制作方法進行說明。步驟11、請參閱圖la，提供一底電極101，和位于底電極101上的相變層102，所述底電極101和相變層102形成于絕緣層103中；其中，底電極可以為摻雜的多晶硅、摻雜的非晶硅或者金屬鎢的硅化物等；相變層可以為GST等硫族化物；步驟12、請參閱圖lb，在相變層102和絕緣層103的表面沉積氮化硅層104，氮化硅層104作為刻蝕終止層；步驟13、請參閱圖lc，在氮化硅層104的表面沉積低介電常數材料層105，例如含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鉆石(black diamond,BD)或者摻有氟離子的硅玻璃，也可以稱為氟化玻璃(Fluorin Silicon Glass，F(xiàn)SG)等；步驟14、請參閱圖ld，在低介電常數材料層105的表面涂布光阻膠層106，并曝光顯影圖案化所述光阻膠層106，定義頂電極的位置；步驟15、請參閱圖le，以圖案化的光阻膠層106為掩膜，刻蝕所述低介電常數材料層105，刻蝕到氮化硅層104終止，刻蝕氣體如四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)或者八氟化四碳(C4F8)等等；步驟16、請參閱圖If，刻蝕氮化硅層104顯露出相變層102，刻蝕氣體如三氟甲烷 (CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)或者一氟甲烷(CH3F)等等；步驟17、請參閱圖lg，在相變層102的上方，刻蝕氮化硅層104和低介電常數材料層105的位置上填充金屬銅、金等形成頂電極107。至此，形成了 PC RAM存儲單元。需要說明的是，現(xiàn)有技術中，由于需要沉積的低介電常數材料層105的厚度較厚， 約1 2千埃，而限于現(xiàn)有的沉積和刻蝕技術，沉積的低介電常數材料層105厚度均勻性較差，刻蝕之后的低介電常數材料層105的厚度均勻性也較差，為確保在步驟15中刻蝕完全低介電常數材料層105后，刻蝕的各個位置上氮化硅層有剩余，即不至于刻蝕到相變層102，所以步驟12中沉積的氮化硅層104厚度也相對較厚，約400 600埃。進一步地，由于氮化硅層104較厚，所以其均勻性也較差，當刻蝕完成氮化硅層104，完全顯露出相變層 102時，相變層102已經被刻蝕了很大一部分。另一方面，由于刻蝕低介電常數材料層105 時，以光阻膠層106為掩膜，所以選取刻蝕低介電常數材料層105的氣體，對于低介電常數材料層105與氮化硅層104的選擇比不宜太高，具體為1 1. 5，否則會在刻蝕過程中產生很重的聚合物(polymer)，不容易完全去除，產生一些缺陷，從而降低產品成品率。所以刻蝕完成低介電常數材料層105后，無法很好地停止在氮化硅層104上，即仍然會刻蝕一部分氮化硅層104，如果氮化硅層104的厚度不足夠厚的話，就會繼而導致相變層102的損失。相變層是相變存儲器最核心的區(qū)域，這種損失很可能導致相變存儲單元不能正常工作，無法準確顯示存儲信息。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術問題是在形成頂電極位置的刻蝕過程中減少相變層的損失。為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明公開了一種相變存儲器存儲單元的制作方法，該方法包括提供一底電極和位于底電極上的相變層，所述底電極和相變層形成于絕緣層中；在相變層和絕緣層的表面沉積三層的疊層刻蝕終止層，所述三層的疊層刻蝕終止層包括依次沉積的第一氮化層、氧化層和第二氮化層；在所述三層的疊層刻蝕終止層表面沉積低介電常數材料層；在所述低介電常數材料層涂布光阻膠層，并曝光顯影圖案化所述光阻膠層，定義頂電極的位置；以圖案化的光阻膠層為掩膜，刻蝕所述低介電常數材料層，刻蝕到三層的疊層刻蝕終止層終止；刻蝕第二氮化層到氧化層終止；刻蝕氧化層到第一氮化層終止；刻蝕第一氮化層，顯露出相變層后，在相變層的上方，刻蝕三層的疊層刻蝕終止層和低介電常數材料層的位置上填充形成頂電極。所述第一氮化層為氮化硅層、氮氧化硅層或者摻氮的碳化硅層NDC，厚度為50 200 埃。所述氧化層為氧化硅層，厚度為100 400埃。所述第二氮化層為氮化硅層、氮氧化硅層或者NDC，厚度為200 800埃。由上述的技術方案可見，本發(fā)明在相變層的表面沉積刻蝕終止層，該刻蝕終止層為三層的疊層，依次為氮化層、氧化層和氮化層。由于刻蝕氣體在氮化層和氧化層之間的刻蝕選擇比較高，在相鄰刻蝕終止層之間刻蝕時，逐漸減少刻蝕差異，最終在顯露出相變層時，盡量避免相變層的損失。而現(xiàn)有技術中相變層表面具有的較厚的單層氮化硅刻蝕終止層，厚度均勻性較差，刻蝕氮化硅層時很容易就損失掉部分相變層，所以采用本發(fā)明的方法，有效地避免了相變層在形成頂電極位置的刻蝕過程中的損失。


圖Ia至圖Ig為現(xiàn)有技術相變存儲器存儲單元的制作方法的具體剖面示意圖。圖加至圖2i為本發(fā)明相變存儲器存儲單元的制作方法的具體剖面示意圖。圖2為本發(fā)明相變存儲器存儲單元的制作方法的流程示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明的核心思想是，在相變層的表面沉積刻蝕終止層，該刻蝕終止層為三層的疊層，依次為氮化層、氧化層和氮化層。由于刻蝕氣體在氮化層和氧化層之間的刻蝕選擇比較高，所以在相鄰刻蝕終止層之間刻蝕時，逐漸減少刻蝕差異，最終在顯露出相變層時，盡量避免相變層的損失。本發(fā)明公開了一種相變存儲器存儲單元的制作方法，其流程示意圖如圖2所示， 具體結合圖加至圖2i進行說明，該方法包括步驟21、請參閱2a，提供一底電極101，和位于底電極101上的相變層102，所述底電極101和相變層102形成于絕緣層103中；其中，底電極可以為摻雜的多晶硅、摻雜的非晶硅或者金屬鎢的硅化物等；相變層可以為GST等硫族化物；步驟22、請參閱2b，在相變層102和絕緣層103的表面沉積三層的疊層刻蝕終止層200，具體為首先沉積第一氮化層201，厚度為50 200埃。該層的厚度較薄，均勻性較好；接著在第一氮化層201的表面沉積氧化層202，厚度為100 400埃。該層主要用于傳遞厚度；然后在氧化層202的表面沉積第二氮化層203，厚度為200 800埃。該層厚度與現(xiàn)有技術中基本相同，由于需要沉積的低介電常數材料層105的厚度較厚，約1 2千埃， 而限于現(xiàn)有的沉積和刻蝕技術，沉積和刻蝕之后的低介電常數材料層105厚度均勻性較差，為確保在后續(xù)刻蝕完全低介電常數材料層105后，各個位置上第二氮化層203有剩余， 所以該步驟中沉積的第二氮化層203厚度也相對較厚QOO 800埃)。其中，第一氮化層201和第二氮化層203，可以為氮化硅層、氮氧化硅層或者摻氮的碳化硅層(NDC)等，兩者的材料可以相同也可以不相同；氧化層202可以為氧化硅層。三層的疊層刻蝕終止層采用氮化層和氧化層，主要是因為現(xiàn)有用于氮化層和氧化層之間的相互刻蝕選擇比能夠根據刻蝕過程中各種參數，如氣體流量及種類的改變，在很大范圍之間變動。比如，氮化層對氧化層的選擇比可以控制在2 10，同樣，氧化層對氮化層的選擇比也可以控制在2 10之間。選擇比越高，刻蝕之后的均勻性越好，即在刻蝕氮化層的同時， 能夠基本不刻蝕氧化層，或者在刻蝕氧化層的同時，能夠基本不刻蝕氮化層。步驟23、請參閱2c，在三層的疊層刻蝕終止層200的表面沉積低介電常數材料層 105，例如 FSG，BD 等；步驟M、請參閱2d，在低介電常數材料層105的表面涂布光阻膠層106，并曝光顯影圖案化所述光阻膠層106，定義頂電極的位置；步驟25、請參閱2e，以圖案化的光阻膠層106為掩膜，刻蝕所述低介電常數材料層
5105，刻蝕到三層的疊層刻蝕終止層200終止。刻蝕氣體如CF4、CHF3或者C4F8等等，該步驟中的刻蝕氣體對于三層的疊層刻蝕終止層200的頂層第二氮化層203，刻蝕選擇比仍然較低，否則會在刻蝕過程中產生很重的polymer，不容易完全去除，產生一些缺陷，從而降低產品成品率。由于較低的刻蝕選擇比，在低介電常數材料層105刻蝕完全后，刻蝕無法立刻停止，仍會刻蝕到部分第二氮化層203，導致第二氮化層203的厚度均勻性較差；步驟26、請參閱2f，刻蝕第二氮化層203，刻蝕到氧化層202終止，刻蝕氣體如 CHF3、CH2F2或者CH3F等等，該步驟中第二氮化層203與氧化層202的刻蝕選擇比可以根據需要控制在2 10。雖然第二氮化層203的厚度較厚，均勻性較差，但經過該步驟的刻蝕，由于刻蝕選擇比較高，所以會明顯改善這種問題；尤其是在更高選擇比，比如大于7的時候， 基本上不刻蝕氧化層202，改善程度更加明顯；步驟27、請參閱2g，刻蝕氧化層202，刻蝕到第一氮化層201終止，刻蝕氣體如 C4F6, C5F8或者C4F8等等，該步驟中氧化層202與第一氮化層201的刻蝕選擇比也可以根據需要控制在2 10，進一步確?？涛g完全氧化層202時，第一氮化層201不被刻蝕，使得第一氮化層201的厚度均勻性得到進一步提高；步驟觀、請參閱2h，刻蝕第一氮化層201，顯露出相變層102，由于第一氮化層201 較薄(50 200埃)，厚度均勻性比較好，所以很容易控制刻蝕在相變層102停止，且確保第一氮化層201刻蝕完全，不會出現(xiàn)大量的相變層102損失；步驟四、請參閱2i，在相變層102的上方，刻蝕三層的疊層刻蝕終止層200和低介電常數材料層105的位置上填充金屬銅、金等形成頂電極107。至此，形成了本發(fā)明的PC RAM存儲單元。綜上所述，本發(fā)明在相變層的表面沉積三層的疊層刻蝕終止層，對該疊層進行刻蝕時，逐漸減少刻蝕差異，使得最終能夠均勻地刻蝕第一氮化層，盡量避免刻蝕到相變層。 需要說明的是，如果在相變層的表面沉積具有氮-氧結構的兩層刻蝕終止層，即刻蝕終止層中的氧化層覆蓋相變層和絕緣層103，由于絕緣層103 —般也為氧化物層，對刻蝕終止層中的氧化層進行刻蝕時，其與絕緣層的材質相同，所以很容易刻蝕到絕緣層103，并且最重要的是，減少刻蝕差異只在刻蝕氮化層時體現(xiàn)，因此不足以避免刻蝕到相變層，所以在相變層表面沉積具有氮-氧結構的兩層刻蝕終止層是不可取的。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內。
權利要求
1.一種相變存儲器存儲單元的制作方法，該方法包括提供一底電極和位于底電極上的相變層，所述底電極和相變層形成于絕緣層中；在相變層和絕緣層的表面沉積三層的疊層刻蝕終止層，所述三層的疊層刻蝕終止層包括依次沉積的第一氮化層、氧化層和第二氮化層；在所述三層的疊層刻蝕終止層表面沉積低介電常數材料層；在所述低介電常數材料層涂布光阻膠層，并曝光顯影圖案化所述光阻膠層，定義頂電極的位置；以圖案化的光阻膠層為掩膜，刻蝕所述低介電常數材料層，刻蝕到三層的疊層刻蝕終止層終止；刻蝕第二氮化層到氧化層終止；刻蝕氧化層到第一氮化層終止；刻蝕第一氮化層，顯露出相變層后，在相變層的上方，刻蝕三層的疊層刻蝕終止層和低介電常數材料層的位置上填充形成頂電極。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一氮化層為氮化硅層、氮氧化硅層或者摻氮的碳化硅層NDC，厚度為50 200埃。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化層為氧化硅層，厚度為100 400 埃。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二氮化層為氮化硅層、氮氧化硅層或者NDC，厚度為200 800埃。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種相變存儲器存儲單元的制作方法提供一底電極和位于底電極上的相變層，所述底電極和相變層形成于絕緣層中；在相變層和絕緣層的表面沉積三層的疊層刻蝕終止層，其包括依次沉積的第一氮化層、氧化層和第二氮化層；在所述三層的疊層刻蝕終止層表面依次沉積低介電常數材料層和涂布光阻膠層，并曝光顯影圖案化所述光阻膠層，定義頂電極的位置；以圖案化的光阻膠層為掩膜，刻蝕所述低介電常數材料層到三層的疊層刻蝕終止層終止；刻蝕第二氮化層到氧化層終止；刻蝕氧化層到第一氮化層終止；刻蝕第一氮化層，顯露出相變層后，對刻蝕位置進行填充形成頂電極。本發(fā)明在形成頂電極位置的刻蝕過程中有效減少了相變層的損失。
文檔編號H01L45/00GK102315385SQ20101022824
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權日2010年7月6日
發(fā)明者洪中山 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司