專利名稱：相變存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種相變存儲(chǔ)器件的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，處理大量信息的需求增長(zhǎng)，因此，對(duì)能夠存儲(chǔ)大量信息的信息存儲(chǔ)媒體的需求也隨之增長(zhǎng)。相變存儲(chǔ)器件(PhaseChange-Random Access Memory, PC-RAM)由于具有高效讀取、高可擦寫次數(shù)、非易失性、元件尺寸小、功耗低、成本低、可多級(jí)存儲(chǔ)、抗強(qiáng)震動(dòng)和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)為最有可能取代目前的閃存存儲(chǔ)器，而成為未來存儲(chǔ)器主流產(chǎn)品和最先成為商用產(chǎn)品的器件。相變存儲(chǔ)器件包括由相變材料制成的相變層，相變材料處于晶態(tài)和晶態(tài)時(shí)的電阻有很大不同，即相變材料可具有兩相，可根據(jù)它們的電阻值區(qū)分所述兩相。隨溫度的變化相變材料發(fā)生可逆變化，目前已開發(fā)出很多相變材料，例如，GST(Ge2Sb2Te5)是一種傳統(tǒng)采用的相變材料。在相變存儲(chǔ)器中，可以通過對(duì)記錄了數(shù)據(jù)的相變層進(jìn)行熱處理，而改變存儲(chǔ)器的值。構(gòu)成相變層的相變材料會(huì)由于所施加電流的加熱效果而進(jìn)入結(jié)晶態(tài)或非晶狀態(tài)。當(dāng)相變層處于結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，PCRAM的電阻較低，此時(shí)存儲(chǔ)器賦值為“0”。當(dāng)相變層處于非晶狀態(tài)時(shí)，PCRAM的電阻較高，此時(shí)存儲(chǔ)器賦值為“1”。因此，PCRAM是利用當(dāng)相變層處于結(jié)晶狀態(tài)或非晶狀態(tài)時(shí)的電阻差異來寫讀取數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器。現(xiàn)有的相變存儲(chǔ)器件的剖面圖如圖1所示，相變存儲(chǔ)器包括半導(dǎo)體基底11，半導(dǎo)體基底11上形成有晶體管(未圖示)；層間絕緣層(inter-insulating layer) 13，形成于半導(dǎo)體基底11上；插塞(contact plug) 12，貫穿層間絕緣層13的厚度；由GST構(gòu)成的相變層14，形成于中間絕緣層13上；上部電極15形成于相變層14上，其中虛線所示區(qū)域既是程序容積區(qū)；所述插塞12有連接下部的晶體管和上部的相變層14的作用?，F(xiàn)有的相變存儲(chǔ)器極少采用嵌入式的結(jié)構(gòu)，主要由于嵌入式結(jié)構(gòu)的制造工藝復(fù)雜，導(dǎo)致產(chǎn)量低，相應(yīng)的生產(chǎn)率降低；也正因?yàn)檫@個(gè)原因嵌入式相變存儲(chǔ)器未得到很好的發(fā)展，該技術(shù)不夠成熟。因此需要提供一種工藝簡(jiǎn)單的制造嵌入式相變存儲(chǔ)器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種相變存儲(chǔ)器的方法，防止制造工藝復(fù)雜。本發(fā)明提供一種相變存儲(chǔ)器的制作方法，包括下列步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述P型半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有掩埋阱；在掩埋阱表面形成層間介質(zhì)層；在層間介質(zhì)層中形成露出掩埋阱的開槽；向開槽內(nèi)依次填充第一外延層、第二外延層和第三外延層，所述第三外延層中含碳離子，所述第二外延層作為第一電極；
采用對(duì)第三外延層和第二外延層刻蝕具有高選擇比的刻蝕工藝去除第三外延層， 形成相變存儲(chǔ)器開口；在開口側(cè)壁形成側(cè)墻；在開口內(nèi)填充滿相變層；在相變層上形成第二電極。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)形成含碳離子的第三外延層，然后采用對(duì)第三外延層和第二外延層刻蝕具有高選擇比的刻蝕工藝刻蝕去除第三外延層，而對(duì)第二外延層不造成任何影響，既簡(jiǎn)化了工藝，又提高了器件的質(zhì)量。


圖1是現(xiàn)有相變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2至圖7是本發(fā)明形成相變存儲(chǔ)器的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。圖2至圖7是本發(fā)明形成相變存儲(chǔ)器的實(shí)施例示意圖。如圖2所示，提供半導(dǎo)體基底100，所述半導(dǎo)體基底100分為核心器件區(qū)I和外圍電路區(qū)II ；在半導(dǎo)體基底100內(nèi)形成隔離結(jié)構(gòu)102，用于器件之間的隔離，本實(shí)施例中所述隔離結(jié)構(gòu)102為淺溝槽隔離，形成淺溝槽隔離的技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)；用化學(xué)氣相沉積法或熱氧化法在半導(dǎo)體基底100形成氧化層108，所述氧化層108的材料為含硅氧化物。然后，在外圍電路區(qū)II形成晶體管104 ；在形成所述晶體管104時(shí)，用光刻膠遮蓋核心器件區(qū)I，在外圍電路區(qū)II的半導(dǎo)體基底100上形成柵極和位于柵極上的金屬硅化物層，在半導(dǎo)體基底100內(nèi)形成源/ 漏極。繼續(xù)參考圖2，在核心器件區(qū)I的半導(dǎo)體基底100內(nèi)形成掩埋阱106 ；具體形成如下在外圍電路區(qū)II形成光刻膠層，以光刻膠層為掩膜，向半導(dǎo)體基底100內(nèi)摻雜離子，形成掩埋阱106。參考圖3，用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法在半導(dǎo)體基底100上形成層間介質(zhì)層110，所述層間介質(zhì)層110的材料為氧化硅或氮氧化硅。接著，在核心器件區(qū)I的層間介質(zhì)層110和氧化層108內(nèi)形成開槽，所述開槽露出半導(dǎo)體基底100，與半導(dǎo)體基底內(nèi)的字線位置對(duì)應(yīng)，工藝如下在層間介質(zhì)層110上旋涂光刻膠層；經(jīng)過曝光、顯影工藝后，在光刻膠層上形成開槽圖形；以光刻膠層為掩膜，沿開槽圖形刻蝕核心器件區(qū)I的層間介質(zhì)層110 和氧化層108至露出半導(dǎo)體基底100 ；接著，去除光刻膠層。如圖4所示，用選擇性外延沉積法在開槽內(nèi)依次填充第一外延層112a、第二外延層112b和第三外延層112c。具體形成方式如下先在反應(yīng)腔室內(nèi)通入H2和SiH2C12的混合氣體，其中H2的流量為10-50SLM(標(biāo)準(zhǔn)升/分)，SiH2Cl2的流量為50 300SCCM(標(biāo)準(zhǔn)毫升/分)，通入0. 5 3分鐘，在開槽內(nèi)形成厚度為40nm 60nm的第一外延層112a ；然后， 在反應(yīng)腔室內(nèi)再通入B2H6，此時(shí)H2的流量為10 50SLM，SiH2Cl2的流量為50 300SCCM， B2H6的流量為50 500SCCM通入1 9分鐘，在第一外延層112a上形成厚度為50nm 300nm的第二外延層112b ；接著，繼續(xù)向反應(yīng)腔內(nèi)通入流量為10 50SLM，的H2,流量為50 500SCCM的SiH2Cl2,流量為10 90SCCM的C3H8的混合氣體，通入1 3分鐘，在層間介質(zhì)層110和第二外延層112b上形成第三外延層112c，使開槽被填充滿。用化學(xué)機(jī)械拋光法平坦化第三外延層112c至露出層間介層110。在本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)例中，先在反應(yīng)腔室內(nèi)通入H2和SiH2C12的混合氣體，其中 H2的流量為30SLM(標(biāo)準(zhǔn)升/分)，SiH2Cl2的流量為200SCCM(標(biāo)準(zhǔn)毫升/分)，通入1分鐘，在開槽內(nèi)形成厚度為50nm的第一外延層112a ；然后，在反應(yīng)腔室內(nèi)再通入B2H6，此時(shí)H2 的流量為30SLM，SiH2Cl2的流量為200SCCM，B2H6的流量為300SCCM通入6分鐘，在第一外延層112a上形成厚度為250nm的第二外延層112b ；接著，繼續(xù)向反應(yīng)腔內(nèi)通入流量為30SLM 的H2,流量為300SCCM的SiH2Cl2,流量為50SCCM的C3H8的混合氣體，通入2分鐘，在層間介質(zhì)層110和第二外延層112b上形成第三外延層112c，使開槽被填充滿。第一外延層112a的材料為硅；第二外延層112b的材料為P型硅，所述第二外延層作為相變存儲(chǔ)器的第一電極；第三外延層112c的材料為非晶硅。除上述實(shí)施例外，形成第一外延層112a、第二外延層112b和第三外延層112c時(shí)， 所采用的氣體SiH2Cl2還可以由SiH4或Si2H6或Si3H8或SiHCl3或SiCl4替代。形成第三外延層112c時(shí)，采用的氣體C3H8可以由CH4代替。如圖5所示，在外圍電路區(qū)II的層間介質(zhì)層110內(nèi)形成貫穿層間介質(zhì)層110厚度且與晶體管柵極、源/漏極或半導(dǎo)體基底100內(nèi)其他器件連通的導(dǎo)電插塞114 ；具體工藝如下在層間介質(zhì)層110上旋涂光刻膠層；經(jīng)過曝光、顯影工藝后，在光刻膠層上形成通孔圖形；以光刻膠層為掩膜，沿通孔圖形刻蝕層間介質(zhì)層110至露出柵極上的金屬硅化物層和半導(dǎo)體基底100 ；用化學(xué)氣相沉積法或低壓化學(xué)氣相沉積法在層間介質(zhì)層110上形成金屬鎢層，且將金屬鎢層填充滿通孔，在形成金屬鎢層之前，可在通孔側(cè)壁和底部形成擴(kuò)散阻擋層，防止金屬鎢擴(kuò)散至層間介質(zhì)層110 ；用化學(xué)機(jī)械拋光法平坦化金屬鎢層至露出層間介質(zhì)層110，在通孔內(nèi)形成導(dǎo)電插塞114 ；接著，去除光刻膠層。如圖6所示，去除第三外延層112c，定義出PCRAM開口 ；具體可以進(jìn)行如下步驟實(shí)現(xiàn)在層間介質(zhì)層Iio上旋涂光刻膠層；經(jīng)過曝光、顯影工藝后，在光刻膠層上形成PCRAM 位置圖形；以光刻膠層為掩膜，沿PCRAM位置圖形刻蝕第三外延層112c至露出第二外延層 112b ；去除光刻膠層。采用濕法刻蝕法去除第三外延層112c，采用的溶液為含KOH和Maltose的去離子水，其中KOH的濃度為9% 10%和Maltose (麥芽糖)的濃度為4% 5%，采用的溫度為 70°C 90°C，優(yōu)選80°C。由于第三外延層112c是由H2、SiH2Cl2和C3H8的混合氣體形成，因此第三外延層112c內(nèi)含有C (碳離子)，上述刻蝕溶液對(duì)含C離子的第三外延層112c的刻蝕速率與對(duì)第二外延層112b的刻蝕速率比為101 1 102 1 ；在刻蝕第三外延層112c 時(shí)對(duì)第二外延層112b沒有任何影響。本實(shí)施例中，Maltose (麥芽糖)的分子結(jié)構(gòu)式為
權(quán)利要求
1.一種相變存儲(chǔ)器的制作方法，其特征在于，包括下列步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有掩埋阱；在掩埋阱表面形成層間介質(zhì)層；在層間介質(zhì)層中形成露出掩埋阱的開槽；向開槽內(nèi)依次填充第一外延層、第二外延層和第三外延層，所述第三外延層中含碳離子，所述第二外延層作為第一電極；采用對(duì)第三外延層和第二外延層刻蝕具有高選擇比的刻蝕工藝去除第三外延層，形成相變存儲(chǔ)器開口；在開口側(cè)壁形成側(cè)墻；在開口內(nèi)填充滿相變層；在相變層上形成第二電極。
2.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第一外延層的材料為硅。
3.如權(quán)利要求2所述的相變存儲(chǔ)器件，其特征在于，形成第一外延層的氣體為H2和 SiH2Cl2的混合氣體或H2和SiH4的混合氣體或H2和Si2H6的混合氣體或H2和Si3H8的混合氣體或H2和SiHCl3的混合氣體或H2和SiCl4的混合氣體。
4.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第二外延層的材料為P型硅。
5.如權(quán)利要求4所述的相變存儲(chǔ)器件，其特征在于，形成第二外延層的氣體為H2、 SiH2Cl2和B2H6的混合氣體或H2、SiH4和B2H6的混合氣體或H2、Si2H6和B2H6的混合氣體或 H2、Si3H8和B2H6的混合氣體或H2、SiHCl3和B2H6的混合氣體或H2、SiCl4和B2H6的混合氣體。
6.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述第三外延層的材料為含碳的非晶娃。
7.如權(quán)利要求6所述的相變存儲(chǔ)器件，其特征在于，形成第三外延層的氣體為H2、 SiH2Cl2和C3H8的混合氣體或H2、SiH4和C3H8的混合氣體或H2、Si2H6和C3H8的混合氣體或 H2, Si3H8和C3H8的混合氣體或H2、SiHCl3和C3H8的混合氣體或H2、SiCl4和C3H8的混合氣體或H2、SiH2Cl2和CH4的混合氣體或H2、SiH4和CH4的混合氣體或H2、Si2H6和CH4的混合氣體或H2、Si3H8和CH4的混合氣體或H2、SiHCl3和CH4的混合氣體或H2、SiCl4和CH4。
8.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器件，其特征在于，刻蝕第三外延層為濕法刻蝕法或干法刻蝕法。
9.如權(quán)利要求8所述的相變存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述濕法刻蝕采用的是含KOH和麥芽糖的去離子水。
全文摘要
本發(fā)明提出一種相變存儲(chǔ)器的制作方法，包括下列步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述P型半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有掩埋阱；在掩埋阱表面形成層間介質(zhì)層；在層間介質(zhì)層中形成露出掩埋阱的開槽；向開槽內(nèi)依次填充第一外延層、第二外延層和第三外延層，所述第三外延層中含碳離子，所述第二外延層作為第一電極；采用高選擇比的刻蝕工藝去除第三外延層，形成相變存儲(chǔ)器開口；在開口側(cè)壁形成側(cè)墻；在開口內(nèi)填充滿相變層；在相變層上形成第二電極。本發(fā)明既簡(jiǎn)化了工藝，又提高了器件的質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102403453SQ20101028527
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者三重野文健, 龐軍玲 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司