專利名稱：相變存儲器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及相變存儲器及其制作方法。
背景技術(shù)：
相變存儲器(Phase Change Random Access Memory, PCRAM)技術(shù)是基于 S. R. Ovshinsky在20世紀60年代末提出相變薄膜可以應(yīng)用于相變存儲介質(zhì)的構(gòu)想建立起來的。作為一種新興的非易失性存儲技術(shù)，相變存儲器在讀寫速度、讀寫次數(shù)、數(shù)據(jù)保持時間、單元面積、多值實現(xiàn)等諸多方面對快閃存儲器都具有較大的優(yōu)越性，已成為目前非易失性存儲技術(shù)研究的焦點。在相變存儲器中，可以通過對記錄了數(shù)據(jù)的相變層進行熱處理，來改變存儲器存儲的數(shù)值(所述數(shù)值為“0”或“1”)。構(gòu)成相變層的相變材料會由于所施加電流的加熱效果而進入結(jié)晶狀態(tài)或非晶狀態(tài)。當相變層處于結(jié)晶狀態(tài)時，PCRAM的電阻較低，此時存儲器賦值為“0”。當相變層處于非晶狀態(tài)時，PCRAM的電阻較高，此時存儲器賦值為“1”。因此， PCRAM是利用相變層處理結(jié)晶狀態(tài)或非晶狀態(tài)時的電阻差異來寫入/讀取數(shù)據(jù)的非易失性存儲器?，F(xiàn)有的相變存儲器的制作方法請參考圖1 圖4。首先，請參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成有晶體管，用于驅(qū)動后續(xù)形成的相變層，所述半導(dǎo)體襯底100上形成有層間介質(zhì)層101，所述層間介質(zhì)層101內(nèi)形成有導(dǎo)電插塞102，所述導(dǎo)電插塞102將所述晶體管與后續(xù)形成的相變層電連接。所述層間介質(zhì)層101上方依次形成有第一氧化硅層103、氮化硅層104和第二氧化硅層105。然后，參考圖2，在所述第二氧化硅層105上形成光刻膠層106，以所述光刻膠層 106為掩膜，對所述第二氧化硅層105進行刻蝕，在所述第二氧化硅層105內(nèi)形成溝槽開口， 所述溝槽開口底部露出下方的氮化硅層105。所述溝槽開口的寬度大于下方的導(dǎo)電插塞 102的寬度。然后，參考圖3，去除所述光刻膠層106，在所述溝槽開口的側(cè)壁形成側(cè)墻 (spacer) 107。所述側(cè)墻107的厚度等于所述溝槽開口的寬度與所述導(dǎo)電插塞102的寬度之差的1/2。接著，參考圖4，以所述側(cè)墻107為掩膜進行刻蝕，在所述氮化硅層104、第一氧化硅層103內(nèi)形成通孔，所述通孔露出下方的導(dǎo)電插塞102。最后，請參考圖5，進行沉積工藝，在所述通孔內(nèi)形成相變層108，所述相變層108 與所述導(dǎo)電插塞102接觸。在實際中發(fā)現(xiàn)，以現(xiàn)有制作方法獲得的相變存儲器的功耗大，無法滿足應(yīng)用的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供了一種相變存儲器及其制作方法，所述制作方法獲得的相變存儲器的功耗小，滿足了應(yīng)用的需求。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種相變存儲器的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有層間介質(zhì)層和位于所述層間介質(zhì)層內(nèi)的接觸插塞；在所述層間介質(zhì)層上形成覆蓋所述接觸插塞的絕緣介質(zhì)層；在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口，所述碗狀開口的底部露出所述接觸插塞；在所述碗狀開口內(nèi)形成相變層?？蛇x地，所述在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口包括在所述絕緣介質(zhì)層上形成硬掩膜層，所述硬掩膜層內(nèi)形成有開口，所述開口的位置與所述接觸插塞的位置對應(yīng)；以所述硬掩膜層為掩膜，對所述絕緣介質(zhì)層進行刻蝕，在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口 ；去除所述硬掩膜層?？蛇x地，所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或含氮碳化硅。
可選地，所述刻蝕為濕法刻蝕?？蛇x地，所述濕法刻蝕的刻蝕時間為刻蝕所述絕緣介質(zhì)層所需時間的1. 01 1. 5 倍，形成的所述碗狀開口與所述接觸插塞的接觸面積為不超過所述接觸插塞面積的1/3。可選地，若所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅，所述濕法刻蝕的溶液為含氫氟酸的溶液；若所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)為氮化硅、氮氧化硅或含氮碳化硅，所述濕法刻蝕的溶液為含磷酸的溶液。可選地，所述硬掩膜層的材質(zhì)為多晶硅或非晶碳?？蛇x地，所述多晶硅利用濕法工藝刻蝕，所述非晶碳利用灰化工藝刻蝕?？蛇x地，所述硬掩膜層的厚度范圍為200 1500埃?？蛇x地，所述絕緣介質(zhì)層的厚度為500 1500埃。可選地，所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)為氮化硅、氮氧化硅或含氮碳化硅。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種相變存儲器，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有層間介質(zhì)層和位于所述層間介質(zhì)層內(nèi)的接觸插塞；絕緣介質(zhì)層，位于所述接觸插塞和層間介質(zhì)層上方，所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成有碗狀開口，所述碗狀開口底部露出所述接觸插塞；相變層，所述相變層覆蓋于所述碗狀開口內(nèi)和所述絕緣介質(zhì)層上，所述相變層與所述接觸插塞接觸?？蛇x地，所述碗狀開口露出所述接觸插塞的面積不超過所述接觸插塞面積的1/3。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明在形成有層間介質(zhì)層和接觸插塞的半導(dǎo)體襯底上形成絕緣介質(zhì)層，在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口，所述碗狀開口的底部露出接觸插塞，所述碗狀開口內(nèi)形成相變層，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的相變層通過碗狀開口的底部與所述接觸插塞接觸，減小了相變層與接觸插塞的接觸面積，從而使得所述相變層在同樣的相變電流的情況下更容易發(fā)生相變或所述相變層需要較小的相變電流即可發(fā)生相變；同時，所述碗狀開口的形狀有利于相變層的填充；進一步優(yōu)化地，所述濕法刻蝕的刻蝕時間為刻蝕所述硬掩膜層所需時間的 1. 01 1. 5倍，從而使得所述濕法刻蝕具有一定的過刻蝕，從而可以控制碗狀開口的底部與下方的接觸插塞的接觸面積，便于控制相變電流。


圖1 圖4是現(xiàn)有的相變存儲器的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的相變存儲器的制作方法流程示意圖。圖6 圖9是現(xiàn)有的相變存儲器的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以現(xiàn)有制作方法獲得的相變存儲器的功耗大，無法滿足應(yīng)用的需求。經(jīng)過發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，造成相變存儲器的功耗大的原因是由于相變存儲器的相變電流較大。而相變電流大的原因是由于相變存儲器的相變層與下方的接觸插塞的接觸面積偏大。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種相變存儲器的制作方法，請參考圖5，為本發(fā)明的相變存儲器的制作方法流程示意圖。所述方法包括步驟Si，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有層間介質(zhì)層和位于所述層間介質(zhì)層內(nèi)的接觸插塞；步驟S2，在所述層間介質(zhì)層上形成覆蓋所述接觸插塞的絕緣介質(zhì)層；步驟S3，在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口，所述碗狀開口的底部露出所述接觸
插塞；步驟S4，在所述碗狀開口內(nèi)形成相變層。下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細地說明。結(jié)合圖6 圖9，為本發(fā)明一個實施例的相變存儲器的制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先，請參考圖6，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200上形成有層間介質(zhì)層 201和位于所述層間介質(zhì)層201內(nèi)的接觸插塞202。其中，所述半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)可以為硅、鍺硅、絕緣體上硅等。作為一個實施例，所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成有晶體管，所述晶體管用于驅(qū)動后續(xù)形成的相變層。所述層間介質(zhì)層201的材質(zhì)為絕緣材質(zhì)。所述絕緣材質(zhì)可以為氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅、碳化硅或含氮碳化硅等。本實施例中，所述層間介質(zhì)層201的材質(zhì)為氧化硅，其可以通過沉積或氧化的方法形成。本實施例中，所述層間介質(zhì)層201的厚度范圍為100 5000 埃。所述接觸插塞202的制作方法為對所述層間介質(zhì)層201進行刻蝕，在所述層間介質(zhì)層內(nèi)201形成通孔，所述通孔與半導(dǎo)體襯底200內(nèi)的晶體管的位置對應(yīng)；在所述通孔內(nèi)沉積導(dǎo)電材質(zhì)。所述導(dǎo)電材質(zhì)可以為金屬、金屬化合物。所述金屬可以為金、銦、銅、鋁、鎢等。 所述金屬化合物可以為氮化鈦、硅化鎢等。本實施例中，所述接觸插塞202的材質(zhì)為鎢。然后，仍然參考圖6，在所述層間介質(zhì)層201上形成覆蓋所述接觸插塞202的絕緣介質(zhì)層203。本實施例中，所述絕緣介質(zhì)層203的厚度范圍為500 1500埃。
由于所述絕緣介質(zhì)層203將通過刻蝕在其內(nèi)形成碗狀開口，所述刻蝕為濕法刻蝕。因此，所述絕緣介質(zhì)層203應(yīng)選擇與所述層間介質(zhì)層201、導(dǎo)電插塞202具有刻蝕選擇比的材質(zhì)，且所述絕緣介質(zhì)層203應(yīng)能夠通過濕法刻蝕去除。作為優(yōu)選的實施例，所述絕緣介質(zhì)層203為氮化硅，其可以利用濕法刻蝕去除，所述濕法刻蝕的溶液可以為含有氫氟酸的溶液。在其他的實施例中，所述絕緣介質(zhì)層203的材質(zhì)還可以為氮氧化硅、含氮碳化硅、 氮化硅等，其可以要利用濕法刻蝕去除，所述濕法刻蝕可以利用含有磷酸的溶液進行。然后，請參考圖7，在所述絕緣介質(zhì)層203上形成硬掩膜層204，所述硬掩膜層204 內(nèi)形成有開口，所述開口的位置與所述接觸插塞202的位置對應(yīng)。所述硬掩膜層204的材質(zhì)應(yīng)選擇與所述絕緣介質(zhì)層203具有刻蝕選擇比的材質(zhì)。 本實施例中，所述硬掩膜層204的材質(zhì)為多晶硅，其可以通過濕法刻蝕工藝去除。在其他的實施例中，所述硬掩膜層204的材質(zhì)還可以為非晶碳，所述非晶碳可以利用灰化工藝去除。所述硬掩膜層204的厚度范圍為200 1500埃。所述硬掩膜層204的制作方法與現(xiàn)有技術(shù)方法相同，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不做詳細的說明。所述開口下方的絕緣介質(zhì)層203將會通過濕法刻蝕被去除，以形成碗狀開口。本實施例中，所述開口的寬度小于下方的接觸插塞202的寬度。在其他的實施例中，所述開口的寬度還可以大于或等于所述接觸插塞202的寬度。然后，請參考圖8，以所述硬掩膜層204為掩膜，對所述絕緣介質(zhì)層203進行濕法刻蝕，在所述絕緣介質(zhì)層203內(nèi)形成碗狀開口 205。所述碗狀開口 205露出下方的接觸插塞 202。本實施例中。所述濕法刻蝕的溶液與絕緣介質(zhì)層203的材質(zhì)有關(guān)。具體地，當所述絕緣介質(zhì)層203的材質(zhì)為氧化硅時，其刻蝕溶液可以為含有氫氟酸的溶液，例如為 BOE (Buffered Oxide Kchant，緩沖二氧化硅蝕刻)溶液，其為水與氫氟酸的質(zhì)量比例為 50 1進行混合的溶液；對于氮化硅，氮氧化硅以及含氮碳化硅可以使用含磷酸溶液，例如為HPO等。所述濕法刻蝕的工藝時間為60 180秒。所述濕法刻蝕的溫度為室溫，即為20 25攝氏度。由于濕法刻蝕為各向同性刻蝕，因此，在刻蝕過程中，所述硬掩膜層204也會被刻蝕，從而硬掩膜層204內(nèi)的開口變大。在其他的實施例中，若能夠選擇所述硬掩膜層204與所述絕緣材質(zhì)203具有刻蝕選擇比，能夠保持所述硬掩膜層204基本不受到所述濕法刻蝕的影響，從而形成的碗狀開口的寬度將大于所述硬掩膜層204內(nèi)的開口。需要說明的是，所述硬掩膜層204和所述絕緣介質(zhì)層203的厚度不同以及形成的碗狀開口 205的寬度不同，故所述濕法刻蝕的工藝時間設(shè)置有所不同。但是，所述濕法刻蝕形成的碗狀開口 205與下方的接觸插塞202的接觸面積是通過設(shè)置所述濕法刻蝕的時間來控制的。具體地，所述濕法刻蝕的時間應(yīng)略大于刻蝕所述絕緣介質(zhì)層203所需的時間，從而對所述絕緣介質(zhì)層203具有一定的過刻蝕，從而可以控制形成的碗狀開口 205與下方的接觸插塞202的接觸面積。對所述濕法刻蝕的時間越長，所述接觸面積越大，對應(yīng)的相變層發(fā)生相變所需的相變電流越大，因此，為了減小所述相變電流，所述濕法刻蝕的時間不宜過長，作為一個實施例，所述濕法刻蝕的時間應(yīng)為刻蝕所述絕緣介質(zhì)層203所需時間的1. 1 .1.5倍，優(yōu)選為1. 1 1.3倍，例如為1. 15倍等。在上述的刻蝕時間范圍內(nèi)，形成的碗狀開口 205與接觸插塞202的接觸面積符合工藝要求，所述碗狀開口 205與接觸插塞202的接觸面積不超過所述接觸插塞面積的1/3。因此，對應(yīng)的相變電流較小，相變存儲器的功耗小。 并且在上述的過刻蝕范圍內(nèi)，形成的碗狀開口 205的寬度均勻，保證了刻蝕工藝的均勻度和工藝的穩(wěn)定性。由于本發(fā)明形成了碗狀開口 205，其側(cè)壁與頂部的界面平緩，從而有利于相變層沉積工藝的進行。接著，請參考圖9，進行灰化工藝，去除所述硬掩膜層204。所述灰化工藝與現(xiàn)有的灰化工藝相同，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不再贅述。接著，仍然參考圖9，進行沉積工藝，在所述絕緣介質(zhì)層203上沉積相變層206，所述相變層206填充滿所述開口 205 (圖8)。所述相變層206的材質(zhì)可以為硫族化合物合金。所述硫族化合物合金Ge-Sb-Te、 Ag-In-Te 或 Ge-BiTe0基于上述制作方法形成的相變存儲器如圖9所示，包括半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底上形成有層間介質(zhì)層201和位于所述層間介質(zhì)層201內(nèi)的接觸插塞202 ；絕緣介質(zhì)層203，位于所述接觸插塞202和層間介質(zhì)層201上方，所述絕緣介質(zhì)層 203內(nèi)形成有碗狀開口 205，所述碗狀開口 205底部露出所述接觸插塞202 ；相變層206，所述相變層206覆蓋于所述碗狀開口 205內(nèi)和所述絕緣介質(zhì)層203 上，所述相變層206與所述底部電極202接觸。作為一個實施例，所述碗狀開口 205的底部露出所述接觸插塞202的面積不超過所述接觸插塞202面積的1/3，從而所述相變層206與所述底部電極202的接觸面積不超過所述接觸插塞202的1/3，這樣可以減小相變存儲器的相變電流。綜上，本發(fā)明通過在形成有層間介質(zhì)層和接觸插塞的半導(dǎo)體襯底上形成絕緣介質(zhì)層，在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口，在所述碗狀開口內(nèi)形成相變層，從而減小了相變層與接觸插塞的接觸面積，從而使得所述相變層在同樣的相變電流的情況下更容易發(fā)生相變或所述相變層需要較小的相變電流即可發(fā)生相變。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種相變存儲器的制作方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有層間介質(zhì)層和位于所述層間介質(zhì)層內(nèi)的接觸插塞；在所述層間介質(zhì)層上形成覆蓋所述接觸插塞的絕緣介質(zhì)層；在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口，所述碗狀開口的底部露出所述接觸插塞；在所述碗狀開口內(nèi)形成相變層。
2.如權(quán)利要求1所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，所述在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口包括在所述絕緣介質(zhì)層上形成硬掩膜層，所述硬掩膜層內(nèi)形成有開口，所述開口的位置與所述接觸插塞的位置對應(yīng)；以所述硬掩膜層為掩膜，對所述絕緣介質(zhì)層進行刻蝕，在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口 ；去除所述硬掩膜層。
3.如權(quán)利要求1所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或含氮碳化硅。
4.如權(quán)利要求2所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，所述刻蝕為濕法刻蝕。
5.如權(quán)利要求4所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，所述濕法刻蝕的刻蝕時間為刻蝕所述絕緣介質(zhì)層所需時間的1. 01 1. 5倍，形成的所述碗狀開口與所述接觸插塞的接觸面積為不超過所述接觸插塞面積的1/3。
6.如權(quán)利要要求4所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，若所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅，所述濕法刻蝕的溶液為含氫氟酸的溶液；若所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)為氮化硅、氮氧化硅或含氮碳化硅，所述濕法刻蝕的溶液為含磷酸的溶液。
7.如權(quán)利要求2所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材質(zhì)為多晶硅或非晶碳。
8.如權(quán)利要求7所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，所述多晶硅利用濕法工藝刻蝕，所述非晶碳利用灰化工藝刻蝕。
9.如權(quán)利要求2所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，所述硬掩膜層的厚度范圍為200 1500埃。
10.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層的厚度為500 1500埃。
11.如權(quán)利要求3所述的相變存儲器的制作方法，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)為氮化硅、氮氧化硅或含氮碳化硅。
12.一種相變存儲器，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有層間介質(zhì)層和位于所述層間介質(zhì)層內(nèi)的接觸插塞；絕緣介質(zhì)層，位于所述接觸插塞和層間介質(zhì)層上方，所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成有碗狀開口，所述碗狀開口底部露出所述接觸插塞；相變層，所述相變層覆蓋于所述碗狀開口內(nèi)和所述絕緣介質(zhì)層上，所述相變層與所述接觸插塞接觸。
13.如權(quán)利要求12所述的相變存儲器，其特征在于，所述碗狀開口露出所述接觸插塞的面積不超過所述接觸插塞面積的1/3。
全文摘要
本發(fā)明提供一種相變存儲器及其制作方法，所述方法包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有層間介質(zhì)層和位于所述層間介質(zhì)層內(nèi)的接觸插塞；在所述層間介質(zhì)層上形成覆蓋所述接觸插塞的絕緣介質(zhì)層；在所述絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成碗狀開口，所述碗狀開口的底部露出所述接觸插塞；在所述碗狀開口內(nèi)形成相變層。本發(fā)明的方法形成的相變存儲器的相變電流小，功耗低。
文檔編號H01L45/00GK102468433SQ20101054811
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者何其旸, 張翼英 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司