專利名稱：一種嵌入式相變化存儲器陣列及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種嵌入式相變化存儲器陣列及制造方法。
背景技術(shù)：
相變隨機存儲器具有高讀取速度、低功率、高容量、高可靠度、高寫擦次數(shù)、低工作電壓/電流和低成本等特性，適合與CMOS工藝結(jié)合，用來作為較高密度的獨立式或嵌入式的存儲器應(yīng)用。相變隨機存取存儲器包括具有相變層的存儲節(jié)點、連接到該存儲節(jié)點的晶體管和與晶體管接的PN結(jié)二極管。根據(jù)施加到其上的電壓，相變層從結(jié)晶態(tài)變成非結(jié)晶態(tài)，或與此相反。當(dāng)所施加的電壓為設(shè)置電壓，相變層從非結(jié)晶態(tài)變成結(jié)晶態(tài)。當(dāng)所施加的電壓為重置電壓，相變層從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變成非結(jié)晶態(tài)。然而，現(xiàn)有技術(shù)相變隨機存儲器制作過程中PN結(jié)二極管是由外延硅或選擇性外延硅形成，現(xiàn)有技術(shù)相變隨機存儲器的PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)，在P型半導(dǎo)體襯底內(nèi)注入N型離子，形成掩埋N阱；然后，在P型半導(dǎo)體襯底上形成N型外延層；在N型外延層表面摻雜P型離子，形成P型擴散層?，F(xiàn)有技術(shù)形成相變隨機存儲器中的PN結(jié)二極管采用外延硅或選擇性外延硅作為材料，制造成本昂貴；另外，由于外延硅或選擇外延硅的沉積溫度高，對襯底表面要求高，使制造PN結(jié)二極管的工藝復(fù)雜，花費時間長；同時，PN結(jié)二極管采用在襯底表面堆疊方式形成，其存在材料品質(zhì)問題。相變隨機存儲器(PRAM)是通過施加不同大小的特殊脈沖，導(dǎo)致相變材料局部區(qū)域因不同溫度而產(chǎn)生非晶態(tài)與晶態(tài)。然而，相變材料對溫度、加熱電流和加熱時間非常敏感，該因素都可能導(dǎo)致過度寫入狀態(tài)，從而導(dǎo)致寫入數(shù)據(jù)失效。同時，改變相變化存儲器單元的狀態(tài)如晶態(tài)與非晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，需要外加電流來達到加熱的效果，其電流大小與要轉(zhuǎn)換的相變化存儲器材料的面積和體積有密切關(guān)系。改變相變化存儲器單元從設(shè)置狀態(tài)(即結(jié)晶態(tài))到重置狀態(tài)(即非結(jié)晶態(tài))所需的電流通常大于從重置狀態(tài)到設(shè)置狀態(tài)。對于較成熟的半導(dǎo)體工藝如65nm或大于65nm的工藝，改變到重置狀態(tài)需要很大的電流，因此，要把相變化存儲器陣列嵌入到一般的邏輯電路制造工藝如包含數(shù)位信號處理器的產(chǎn)品，往往遭遇很大的困難。此外，即使先進的半導(dǎo)體制造工藝如小于或等于45nm工藝，改變相變化存儲器單元所需要的大電流仍然是限制相變化存儲器廣為應(yīng)用的因素之一。因此，相對于嵌入式相變化存儲器陣列，降低轉(zhuǎn)換相變化存儲器單元狀態(tài)所需要的電流尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種嵌入式相變化存儲器陣列及制造方法，其制造工藝簡單，且由該方法形成嵌入式相變化存儲器陣列，有效降低轉(zhuǎn)換相變化存儲器單元狀態(tài)所需要的電流。為達成上述目的，本發(fā)明的解決方案為:
一種嵌入式相變化存儲器陣列制造方法，包括以下步驟:
步驟一，在P型半導(dǎo)體襯底上制作晶體管形成硅晶片，通過隔離槽將晶體管隔離，隔離槽中填滿絕緣層，并在晶體管的源極與汲極上設(shè)置鎢插塞，源極與汲極上的鎢插塞通過柵氧化層隔離；
步驟二，在鎢插塞、絕緣層及柵氧化層上依次沉積緩沖層和介質(zhì)層，在介質(zhì)層上沉積一層光阻層，并在光阻層上對應(yīng)晶體管汲極位置打開相變化存儲器區(qū)域；
步驟三，依次將相變化存儲器區(qū)域的介質(zhì)層和緩沖層蝕刻，使鎢插塞暴露；
步驟四，沉積一層氮化物，填滿相變化存儲器區(qū)域并覆蓋在介質(zhì)層上；
步驟五，執(zhí)行蝕刻，在相變化存儲器區(qū)域側(cè)壁形成“斜坡狀”第一側(cè)墻，且在鎢插塞上形成第一凹槽；
步驟六，沉積一層氮化物，填滿相變化存儲器區(qū)域及第一凹槽；
步驟七，執(zhí)行蝕刻，在第一側(cè)墻上形成“斜坡狀”第二側(cè)墻，且在鎢插塞第一凹槽上形成
第二凹槽；
步驟八，采用氬氣濺鍍，將在氬氣清洗中被氬離子撞擊產(chǎn)生的氮化物和介質(zhì)層堆積形成第三側(cè)墻，第三側(cè)墻位于第二側(cè)墻上；
步驟九，沉積一層相變化存儲器材料，填滿變化存儲器區(qū)域，與鎢插塞接觸；
步驟十，研磨相變化存儲器材料，使相變化存儲器材料與介質(zhì)層齊平；在相變化存儲器材料上沉積一層低溫氮化物，并在低溫氮化物上沉積一層絕緣層；
步驟十一，將對應(yīng)相變化存儲器材料位置的絕緣層蝕刻，同時，將對應(yīng)晶體管源極位置的絕緣層蝕刻，使低溫氮化物暴露，形成金屬層區(qū)域及金屬層接觸窗區(qū)域；
步驟十二，依次將對應(yīng)晶體管源極位置的低溫氮化物及介質(zhì)層蝕刻，使緩沖層暴露，形成金屬層接觸窗區(qū)域；
步驟十三，將對應(yīng)晶體管源極位置的緩沖層蝕刻，同時，將對應(yīng)相變化存儲器材料位置的氮化物蝕刻；
步驟十四，沉積一層金屬層，將對應(yīng)晶體管源極位置的金屬層接觸窗區(qū)域及對應(yīng)相變化存儲器材料位置的金屬層區(qū)域填滿；
步驟十五，沉積金屬層后，形成源極接觸槽、汲極接觸槽及隔離槽；
步驟十六，在隔離槽之上，邏輯閘跨越數(shù)個汲極接觸槽形成字線，字線呈橫向走勢；
步驟十七，在源極接觸槽中形成源極接觸區(qū)，而在汲極接觸槽中形成汲極接觸區(qū)；
步驟十八，在字線之上形成位元線，位元線將數(shù)個汲極接觸區(qū)連接，且呈縱向走勢；
步驟十九，在位元線之上形成共用源極線，共用源極線將數(shù)個源極接觸區(qū)連接，且呈橫向走勢。進一步，步驟二中，緩沖層為氮化物，介質(zhì)層為二氧化硅，氮化物的厚度為50A-200A，二氧化硅的厚度為200A-1000A。進一步,步驟九中,相變化存儲器材料為一種鍺鋪締硫族化物。進一步，步驟九中，在相變化存儲器材料底部形成一層氮化鉭或氮化鈦的保護層。進一步，步驟十中，低溫氮化物厚度為50A-150A (埃)，溫度為350 -400 。
進一步，步驟十中，絕緣層為硼磷硅玻璃或硼磷硅玻璃酸鹽或低溫化學(xué)氣相沉積氧化硅，厚度為500A-3000A。一種嵌入式相變化存儲器陣列，在P型半導(dǎo)體襯底上制作晶體管形成硅晶片，通過隔離槽將晶體管隔離，并在晶體管的源極與汲極上設(shè)置鎢插塞，源極與汲極上的鎢插塞通過柵氧化層隔離；在隔離槽及柵氧化層上依次形成緩沖層、介質(zhì)層、氮化物及絕緣層；晶體管源極上的鎢插塞上設(shè)置金屬層，而晶體管汲極上的鎢插塞上形成第一凹槽及第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽的底部；鎢插塞端面之上依次形成第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻，第二側(cè)墻位于第一側(cè)墻上，第三側(cè)墻位于第二側(cè)墻上，且延伸深入第二凹槽中；第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻圍成一空腔，空腔填滿相變化存儲器材料；相變化存儲器材料上形成金屬層；沉積金屬層后，形成源極接觸槽、汲極接觸槽及隔離槽；在隔離槽之上設(shè)置邏輯閘，邏輯閘跨越數(shù)個汲極接觸槽形成字線，字線呈橫向走勢；在源極接觸槽中形成源極接觸區(qū)，而在汲極接觸槽中形成汲極接觸區(qū)；在字線之上形成位元線，位元線將數(shù)個汲極接觸區(qū)連接，且呈縱向走勢；在位元線之上形成共用源極線，共用源極線將數(shù)個源極接觸區(qū)連接，且呈橫向走勢。進一步，相變化存儲器材料呈“喇叭口 ”狀。采用上述方案后，本發(fā)明在晶體管源極上的鎢插塞上設(shè)置金屬層，而晶體管汲極上的鎢插塞上形成第一凹槽及第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽的底部；鎢插塞端面之上依次形成第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻，第二側(cè)墻位于第一側(cè)墻上，第三側(cè)墻位于第二側(cè)墻上，且延伸深入第二凹槽中；第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻圍成一空腔，空腔填滿相變化存儲器材料；相變化存儲器材料上形成金屬層。使得相變化存儲器材料與鎢插塞的接觸面積減小，減小改變相變化存儲器單元所需的電流。而且，本發(fā)明制造工藝簡單，制造成本較低。


圖1是本發(fā)明在P型半導(dǎo)體襯底上制作晶體管形成硅晶片示意 圖2為本發(fā)明在鎢插塞、絕緣層及柵氧化層上形成緩沖層、介質(zhì)層及光阻層結(jié)構(gòu)示意
圖3為本發(fā)明形成相變化存儲器區(qū)域示意 圖4為本發(fā)明在相變化存儲器區(qū)域上沉積氮化物示意 圖5為本發(fā)明過度蝕刻形成第一側(cè)墻示意 圖6為本發(fā)明在相變化存儲器區(qū)域內(nèi)沉積一層氮化物示意 圖7為本發(fā)明過度蝕刻形成第二側(cè)墻示意 圖8為本發(fā)明氬氣濺鍍形成第三側(cè)墻示意 圖9為本發(fā)明沉積相變化存儲器材料示意 圖10為本發(fā)明依次形成低溫氮化物及絕緣層示意 圖11至圖13為本發(fā)明形成金屬層區(qū)域示意 圖14為本發(fā)明形成金屬層示意 圖15是本發(fā)明嵌入式相變化存儲器成型結(jié)構(gòu)示意 圖16為本發(fā)明相變化存儲器區(qū)域的寬度、緩沖層、介質(zhì)層及氮化物的尺寸示意圖； 圖17為本發(fā)明第一側(cè)墻的厚度及第一凹槽深度尺寸示意 圖18為本發(fā)明第一側(cè)墻上沉積的氮化物厚度尺寸示意 圖19為本發(fā)明第一側(cè)墻及第二側(cè)墻厚度尺寸示意 圖20為本發(fā)明第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻厚度尺寸示意 圖21為本發(fā)明沉積金屬層后的俯視 圖22為本發(fā)明形成字線俯視 圖23為本發(fā)明形成源極接觸區(qū)及汲極接觸區(qū)俯視 圖24為本發(fā)明形成位元線俯視 圖25為本發(fā)明形成共用源極線俯視 圖26為圖25A-A方向剖視 圖27為本發(fā)明的電路圖。標(biāo)號說明
P型半導(dǎo)體襯底I晶體管11
隔離槽12鎢插塞13
第一凹槽131第二凹槽132
柵氧化層14N型擴散15
閘門16緩沖層2
介質(zhì)層3光阻層4
相變化存儲器區(qū)域41氮化物42
第一側(cè)墻43氮化物44
第二側(cè)墻45第三側(cè)墻46
相變化存儲器材料5低溫氮化物6
絕緣層7金屬層區(qū)域71
金屬層接觸窗區(qū)域72金屬層73
源極接觸槽731源極接觸區(qū)7311
汲極接觸槽732汲極接觸區(qū)7321
隔離槽733字線74
位元線75共用源極線76
PCM存儲器元件100晶體管200。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。參閱圖1至圖25所示，本發(fā)明揭示的一種嵌入式相變化存儲器制造方法，包括以
下步驟:
如圖1所示，在P型半導(dǎo)體襯底I上制作晶體管11形成硅晶片，通過隔離槽12將晶體
管11隔離，隔離槽12中填滿絕緣層，并在晶體管11的源極與汲極上設(shè)置鎢插塞13，源極與
汲極上的鎢插塞13通過柵氧化層14隔離。采用一般性互補型金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)制造工藝，完成晶體管11(包含閘門、
源極和汲極)制作形成硅晶片。硅晶片包含P型半導(dǎo)體襯底1、隔離槽12、柵氧化層14、N型擴散15、閘門16和鎢插塞13。所述硅晶片的結(jié)構(gòu)及制作工藝為常規(guī)結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)制程，此處不詳述。如圖2所示，在鎢插塞13、隔離槽12中絕緣層及柵氧化層14上依次沉積緩沖層2和介質(zhì)層3，在介質(zhì)層3上沉積一層光阻層4，并在光阻層4上對應(yīng)晶體管11汲極位置打開相變化存儲器區(qū)域41。其中，緩沖層2為緩沖氮化物，介質(zhì)層3為二氧化硅，氮化物的厚度為50A-200A，而二氧化硅的厚度為200A-1000A (埃)；在介質(zhì)層3上沉積一層光阻層(Photo Resist)4，執(zhí)行光刻步驟包含采用相變化存儲器掩模、曝光、顯影等把在光阻層4上對應(yīng)晶體管11汲極位置打開相變化存儲器區(qū)域41。如圖3所示，依次將相變化存儲器區(qū)域41的介質(zhì)層3和緩沖層2蝕刻，使鎢插塞13暴露。采用各向異性干蝕刻方式執(zhí)行二氧化硅(介質(zhì)層3)蝕刻和氮化物(緩沖層2)蝕刻，直到相變化存儲器區(qū)域41內(nèi)的鎢插塞13暴露出來。相變化存儲器區(qū)域41的寬度為dl。如圖4所示，沉積一層氮化物42，填滿相變化存儲器區(qū)域41并覆蓋在介質(zhì)層3上。如圖5所示，執(zhí)行蝕刻，在相變化存儲器區(qū)域41側(cè)壁形成“斜坡狀”第一側(cè)墻43，且在鎢插塞13上形成第一凹槽131。采用各向異性干蝕刻方式形成第一側(cè)墻43與在鎢插塞13表面形成第一凹槽131 (過度蝕刻區(qū)域)。采用各向異性干蝕刻方式執(zhí)行氮化物42蝕刻，并容許適度的過度蝕刻，讓靠近表面的鶴插塞13被蝕刻掉，形成第一凹槽131 ;剩余未被蝕刻的氮化物42延著介質(zhì)層3 (二氧化硅)和緩沖層2 (緩沖氮化物)的側(cè)壁形成第一側(cè)墻43。第一凹槽131的寬度變?yōu)閐2，而且d2〈dl。第一側(cè)墻43使得相變化存儲器區(qū)域41內(nèi)的鎢插塞13與后述與之連接的相變化存儲器材料接觸的面積縮小，有益于降低相變化存儲器單元在電性操作時設(shè)置和重置需用的電流。如圖6所示，沉積一層氮化物44，填滿相變化存儲器區(qū)域41及第一凹槽131。如圖7所示，執(zhí)行蝕刻，在第一側(cè)墻43上形成“斜坡狀”第二側(cè)墻45，且在鎢插塞13第一凹槽131上形成第二凹槽132。采用各向異性干蝕刻式執(zhí)行氮化物44蝕刻，并容許適度的過度蝕刻，在第一凹槽131底部上形成第二凹槽132，剩余未被蝕刻的氮化物44延著介質(zhì)層3 (二氧化硅)和緩沖層2 (緩沖氮化物)的側(cè)壁以及第一側(cè)墻43形成第二側(cè)墻45。第二凹槽132的寬度變?yōu)閐3，而且d3〈d2。第二側(cè)墻45使得相變化存儲器區(qū)域41內(nèi)的鎢插塞13與后述與之連接的相變化存儲器材料接觸的面積縮小，有益于降低相變化存儲器單元在電性操作時設(shè)置和重置需用的電流。參閱圖8所示，采用氬氣濺鍍將蝕刻產(chǎn)生的氮化物44和介質(zhì)層3堆積形成第三側(cè)墻46，第三側(cè)墻46位于第二側(cè)墻45上。在相變化存儲器材料沉積之前的清洗步驟，包含在沉積設(shè)備內(nèi)的真空環(huán)境下對硅晶片實施氬氣濺鍍，從等離子體獲取能量的氬原子可以擊打介質(zhì)層3 (二氧化硅)和緩沖層2 (緩沖氮化物)、氮化物44和清洗鎢插塞13的第二凹槽132底部。被擊打脫落的二氧化硅和氮化物通常沉積在周邊區(qū)域形成第三側(cè)墻46。第三側(cè)墻46之間鎢插塞13頂面的寬度變?yōu)閐4，而且d4〈d3。第三側(cè)墻46使得相變化存儲器區(qū)域41內(nèi)的金屬與后述與之連接的相變化存儲器材料接觸的面積縮小，有益于降低相變化存儲器單元在電性操作時設(shè)置和重置需用的電流。
如圖9所示，沉積一層相變化存儲器材料5，填滿二氧化硅(介質(zhì)層3)和緩沖氮化物(緩沖層2)堆疊區(qū)塊之間的相變化存儲器區(qū)域41，并覆蓋在二氧化硅和緩沖氮化物堆疊區(qū)塊上，相變化存儲器材料5與鎢插塞13接觸；其中，相變化存儲器材料5為一種硫族化物物質(zhì)，如鍺銻碲。在相變化存儲器材料5底部可以形成一層氮化鉭或氮化鈦的保護層。如圖10所示，執(zhí)行化學(xué)機械研磨法(CMP)把二氧化硅(介質(zhì)層3)和緩沖氮化物(緩沖層2)堆疊區(qū)塊上的相變化存儲器材料5完全磨去，并讓相鄰二氧化硅和緩沖氮化物堆疊區(qū)塊間空隙區(qū)間填滿相變化存儲器材料5，且其頂面與相鄰的二氧化硅和緩沖氮化物堆疊區(qū)塊間的頂面齊平。在相變化存儲器材料5上沉積一層低溫氮化物6，其厚度為50A-150A，溫度為350 -400 ;并在低溫氮化物6上沉積一層絕緣層7 ;硼磷硅玻璃或硼磷硅玻璃酸鹽或低溫化學(xué)氣相沉積氧化硅，厚度為500A-3000A。如圖11所示，采用金屬層掩模、曝光、顯影等把金屬層區(qū)域71及金屬層接觸窗區(qū)域72打開；采用各向異性干蝕刻方式將對應(yīng)相變化存儲器材料5位置的絕緣層7蝕刻，同時，將對應(yīng)晶體管11源極位置的絕緣層7蝕刻，直到低溫氮化物6暴露出來。如圖12所示，采用金屬層掩模、曝光、顯影等把非相變化存儲器元件金屬層接觸窗區(qū)域72打開；采用各向異性干蝕刻方式依次將對應(yīng)晶體管11源極位置的低溫氮化物6及介質(zhì)層3蝕刻，直到緩沖層2暴露出。如圖13所示，將對應(yīng)晶體管11源極位置的緩沖層2蝕刻，同時，將對應(yīng)相變化存儲器材料5位置的氮化物6蝕刻；直到相變化存儲器材料5和鎢插塞13暴露出來。如圖14所示，沉積一層金屬層73，將對應(yīng)晶體管11源極位置的金屬層接觸窗區(qū)域72及對應(yīng)相變化存儲器材料5位置的金屬層區(qū)域71填滿。執(zhí)行化學(xué)機械研磨法把金屬層73研磨后讓剩余的金屬層73剛好填滿金屬層接觸窗區(qū)域72和金屬層區(qū)域71，并把絕緣材料區(qū)7上的金屬層73完全磨去。如圖16至20所示，其中，相變化存儲器區(qū)域41的寬度為dl，dl=15 130nm ;緩沖層2的厚度為hl，介質(zhì)層3的厚度為h2，hi+ h2=0.4 X df 2.0 x dl ;用于形成第一側(cè)墻43的氮化物42的厚度為tl，tl=10% X dl 25% x dl，用于形成第二側(cè)墻45的氮化物44的厚度為t2，t2=8% X dl 25% X dl ;第一凹槽131的深度為h3，h3 = 4 20nm，第二凹槽132的深度為h4，h4 = 4 20nm ;第一側(cè)墻43的厚度為sl，sl = 8% x dl 20% x dl ;第二側(cè)墻45的厚度為s2，s2 = 6.4% x dl 20% x dl，第三側(cè)墻46的厚度為s3，s3 = 4 20nm。本發(fā)明包括但不限于上述尺寸所示的值。如圖21所示，完成隔離槽733與非隔離槽后，形成源極接觸槽731、汲極接觸槽732及隔離槽733 ;汲極接觸槽732的三面被隔離槽733包圍、源極接觸槽731的兩邊分別與數(shù)個汲極接觸槽732和數(shù)個隔離槽733相鄰。如圖22所示，在隔離槽733之上，邏輯閘跨越數(shù)個汲極接觸槽732形成字線74，字線74呈橫向走勢，包含數(shù)條彼此平行的字線74。如圖23所示，在源極接觸槽731中形成源極接觸區(qū)7311，而在汲極接觸槽732中形成汲極接觸區(qū)7321。如圖24所示，在字線74之上形成位元線75，位元線75將數(shù)個汲極接觸區(qū)7321連
接，且呈縱向走勢。如圖25所示，在位元線75之上形成共用源極線76，共用源極線76將數(shù)個源極接觸區(qū)7311連接，且呈橫向走勢。參閱圖15及圖21至26所示，本發(fā)明揭示的一種嵌入式相變化存儲器陣列，在P型半導(dǎo)體襯底I上制作晶體管11形成硅晶片，通過隔離槽12將晶體管11隔離，并在晶體管11的源極與汲極上設(shè)置鎢插塞13，源極與汲極上的鎢插塞13通過柵氧化層14隔離。在隔離槽12及柵氧化層14上依次形成緩沖層2、介質(zhì)層3、氮化物6及絕緣層7。晶體管11源極上的鎢插塞13上設(shè)置金屬層73，而晶體管11汲極上的鎢插塞13上形成第一凹槽131及第二凹槽132，第二凹槽132位于第一凹槽131的底部；鎢插塞13端面之上依次形成第一側(cè)墻43、第二側(cè)墻45及第三側(cè)墻46，第二側(cè)墻45位于第一側(cè)墻43上，第三側(cè)墻46位于第二側(cè)墻45上，且延伸深入第二凹槽132中；第一側(cè)墻43、第二側(cè)墻45及第三側(cè)墻46圍成一空腔，空腔填滿相變化存儲器材料5 ;相變化存儲器材料5上形成金屬層73。沉積金屬層73后，形成源極接觸槽731、汲極接觸槽732及隔離槽733 ;在隔離槽733之上設(shè)置邏輯閘，邏輯閘跨越數(shù)個汲極接觸槽732形成字線74，字線74呈橫向走勢；在源極接觸槽731中形成源極接觸區(qū)7311，而在汲極接觸槽732中形成汲極接觸區(qū)7321 ;在字線74之上形成位元線75，位元線75將數(shù)個汲極接觸區(qū)7321連接，且呈縱向走勢；在位元線75之上形成共用源極線76，共用源極線76將數(shù)個源極接觸區(qū)7311連接，且呈橫向走勢。相變化存儲器材料5呈“喇叭口”狀，由上至下寬度逐漸縮小，減小相變化存儲器材料5與鎢插塞13的接觸面積，有益于降低相變化存儲器單元在電性操作時設(shè)置和重置需用的電流。如圖27所示，本發(fā)明電路簡化圖，PCM存儲器元件100具有可變化電阻值特性，PCM存儲器材料在非結(jié)晶態(tài)的電阻值較高，在結(jié)晶態(tài)的電阻值較低，二者差異可達數(shù)十至數(shù)百倍。在PCM存儲器元件100施加足夠大的電壓可以促使PCM存儲器材料變成非結(jié)晶態(tài)，此一操作電壓稱為重置電壓； 而施加適當(dāng)?shù)碾妷嚎梢愿淖働CM存儲器材料成為結(jié)晶態(tài)，此一電壓稱為設(shè)置電壓。重置電壓一般比設(shè)置電壓要大。表I說明PCM存儲器陣列操作電壓的設(shè)定值，其中連接位元線BLn與字線WLn的PCM存儲器單元被選中(如圖27中虛線所示)，施加在位元線BLn與字線WLn的電壓分別為Vbh和Vwh,其中Vbh代表重置電壓或設(shè)置電壓、Vwh代表大于晶體管200導(dǎo)通時所需的閾值電壓Vth的電壓值。其它未被選中的PCM存儲器單元則因晶體管200的閘電壓V.小于閾值電壓Vth使得晶體管不導(dǎo)通、或因位元線電壓V&太低而無法改變PCM存儲器材料的狀態(tài)。
m 1= PCm存體魏％列操作電壓(位元線電壓，芋線電壓)
BLft.2 BLn.1BLn B1-η* I BLn *2
WLn-1 Vbl , VWl Vbl.VWl ',θη.Vwl Vbl.Vvm.Vbl.VvvlWLn Vbl.Vwh Vbl , Vwh Van, Vwh Vsl.M/vh Vbl.VwhWLn*i Vbl.Vwl ^bl.Vwl Vbh.Vwl Vbl.Vwt Vbl.Vwl表2說明PCM存儲器陣列操作電壓的第二組設(shè)定值，其中連接位元線BLn與字線WLn的PCM存儲器單元被選中(如圖27中虛線所示)，施加在位元線BLn與字線WLn的電壓分別為Vbh和Vwh，其中Vbh代表重置電壓或設(shè)置電壓、Vwh代表大于晶體管200導(dǎo)通時所需的閾值電壓Vth的電壓值。其它未被選中的PCM存儲器單元則因晶體管200的閘電壓V.和位元線電壓V為浮動電壓FL (如(FL，F(xiàn)L))使得晶體管不導(dǎo)通、或因位元線電壓和閘電壓之一為浮動電壓(如(FL，Vwh)或(Vbh，F(xiàn)L))使得晶體管不導(dǎo)通而無法改變PCM存儲器材料的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式相變化存儲器陣列制造方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一，在P型半導(dǎo)體襯底上制作晶體管形成硅晶片，通過隔離槽將晶體管隔離，隔離槽中填滿絕緣層，并在晶體管的源極與汲極上設(shè)置鎢插塞，源極與汲極上的鎢插塞通過柵氧化層隔離； 步驟二，在鎢插塞、絕緣層及柵氧化層上依次沉積緩沖層和介質(zhì)層，在介質(zhì)層上沉積一層光阻層，并在光阻層上對應(yīng)晶體管汲極位置打開相變化存儲器區(qū)域； 步驟三，依次將相變化存儲器區(qū)域的介質(zhì)層和緩沖層蝕刻，使鎢插塞暴露； 步驟四，沉積一層氮化物，填滿相變化存儲器區(qū)域并覆蓋在介質(zhì)層上； 步驟五，執(zhí)行蝕刻，在相變化存儲器區(qū)域側(cè)壁形成“斜坡狀”第一側(cè)墻，且在鎢插塞上形成第一凹槽； 步驟六，沉積一層氮化物，填滿相變化存儲器區(qū)域及第一凹槽； 步驟七，執(zhí)行蝕刻，在第一側(cè)墻上形成“斜坡狀”第二側(cè)墻，且在鎢插塞第一凹槽上形成第二凹槽； 步驟八，采用氬氣濺鍍，將在氬氣清洗中被氬離子撞擊產(chǎn)生的氮化物和介質(zhì)層堆積形成第三側(cè)墻，第三側(cè)墻位于第二側(cè)墻上； 步驟九，沉積一層相變化存儲器材料，填滿變化存儲器區(qū)域，與鎢插塞接觸； 步驟十，研磨相變化存儲器材料，使相變化存儲器材料與介質(zhì)層齊平；在相變化存儲器材料上沉積一層低溫氮化物，并在低溫氮化物上沉積一層絕緣層； 步驟十一，將對應(yīng)相變化存儲器材料位置的絕緣層蝕刻，同時，將對應(yīng)晶體管源極位置的絕緣層蝕刻，使低溫 氮化物暴露，形成金屬層區(qū)域及金屬層接觸窗區(qū)域； 步驟十二，依次將對應(yīng)晶體管源極位置的低溫氮化物及介質(zhì)層蝕刻，使緩沖層暴露，形成金屬層接觸窗區(qū)域； 步驟十三，將對應(yīng)晶體管源極位置的緩沖層蝕刻，同時，將對應(yīng)相變化存儲器材料位置的氮化物蝕刻； 步驟十四，沉積一層金屬層，將對應(yīng)晶體管源極位置的金屬層接觸窗區(qū)域及對應(yīng)相變化存儲器材料位置的金屬層區(qū)域填滿； 步驟十五，沉積金屬層后，形成源極接觸槽、汲極接觸槽及隔離槽； 步驟十六，在隔離槽之上，邏輯閘跨越數(shù)個汲極接觸槽形成字線，字線呈橫向走勢； 步驟十七，在源極接觸槽中形成源極接觸區(qū)，而在汲極接觸槽中形成汲極接觸區(qū)； 步驟十八，在字線之上形成位元線，位元線將數(shù)個汲極接觸區(qū)連接，且呈縱向走勢； 步驟十九，在位元線之上形成共用源極線，共用源極線將數(shù)個源極接觸區(qū)連接，且呈橫向走勢。
2.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式相變化存儲器陣列制造方法，其特征在于:步驟二中，緩沖層為氮化物，介質(zhì)層為二氧化硅，氮化物的厚度為50A-200A，二氧化硅的厚度為200A-1000A。
3.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式相變化存儲器陣列制造方法，其特征在于:步驟九中，相變化存儲器材料為一種鍺銻碲硫族化物。
4.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式相變化存儲器陣列制造方法，其特征在于:步驟九中，在相變化存儲器材料底部形成一層氮化鉭或氮化鈦的保護層。
5.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式相變化存儲器陣列制造方法，其特征在于:步驟十中，低溫氮化物厚度為50A-150A (埃)，溫度為350 -400 。
6.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式相變化存儲器陣列制造方法，其特征在于:步驟十中，絕緣層為硼磷硅玻璃或硼磷硅玻璃酸鹽或低溫化學(xué)氣相沉積氧化硅，厚度為500A-3000A。
7.一種嵌入式相變化存儲器陣列，其特征在于:在P型半導(dǎo)體襯底上制作晶體管形成硅晶片，通過隔離槽將晶體管隔離，并在晶體管的源極與汲極上設(shè)置鎢插塞，源極與汲極上的鎢插塞通過柵氧化層隔離；在隔離槽及柵氧化層上依次形成緩沖層、介質(zhì)層、氮化物及絕緣層；晶體管源極上的鎢插塞上設(shè)置金屬層，而晶體管汲極上的鎢插塞上形成第一凹槽及第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽的底部；鎢插塞端面之上依次形成第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻，第二側(cè)墻位于第一側(cè)墻上，第三側(cè)墻位于第二側(cè)墻上，且延伸深入第二凹槽中；第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻圍成一空腔，空腔填滿相變化存儲器材料；相變化存儲器材料上形成金屬層；沉積金屬層后，形成源極接觸槽、汲極接觸槽及隔離槽；在隔離槽之上設(shè)置邏輯閘，邏輯閘跨越數(shù)個汲極接觸槽形成字線，字線呈橫向走勢；在源極接觸槽中形成源極接觸區(qū)，而在汲極接觸槽中形成汲極接觸區(qū)；在字線之上形成位元線，位元線將數(shù)個汲極接觸區(qū)連接，且呈縱向走勢；在位元線之上形成共用源極線，共用源極線將數(shù)個源極接觸區(qū)連接，且呈橫向走勢。
8.如權(quán)利要求7所述的一種嵌入式相變化存儲器陣列， 其特征在于:相變化存儲器材料呈“喇叭口 ”狀。
全文摘要
本發(fā)明公開一種嵌入式相變化存儲器陣列，在P型半導(dǎo)體襯底的晶體管源極上的鎢插塞上設(shè)置金屬層，而晶體管汲極上的鎢插塞上形成第一凹槽及第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽的底部；鎢插塞端面之上依次形成第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻，第二側(cè)墻位于第一側(cè)墻上，第三側(cè)墻位于第二側(cè)墻上，且延伸深入第二凹槽中；第一側(cè)墻、第二側(cè)墻及第三側(cè)墻圍成一空腔，空腔填滿相變化存儲器材料；相變化存儲器材料上形成金屬層。本發(fā)明還公開所述嵌入式相變化存儲器陣列的制造方法。該制造方法工藝簡單，且由該方法形成嵌入式相變化存儲器陣列，有效降低轉(zhuǎn)換相變化存儲器單元狀態(tài)所需要的電流。
文檔編號H01L45/00GK103151458SQ20131009415
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者陳秋峰, 王興亞 申請人:廈門博佳琴電子科技有限公司