本發(fā)明涉及半導體制造工藝，具體而言涉及一種半導體器件及其制造方法、電子裝置。

背景技術：

相變存儲器(pcm)是一種具有高讀取/寫入速度的存儲器，其廣泛應用于集成電路中。集成相變存儲器的關鍵步驟是形成用于連通金屬電極和相變材料層的底部電極(bottomelectrode),底部電極從相變材料層的底部接觸相變材料層。當一定強度的電流經(jīng)過底部電極時，底部電極產(chǎn)生焦耳熱以改變相變材料層的相變狀態(tài)，從而控制相變存儲器的工作狀態(tài)，即相變材料層由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變到晶態(tài)時實現(xiàn)相變存儲器的寫入數(shù)據(jù)的功能，相變材料層由晶態(tài)轉(zhuǎn)變到非晶態(tài)時實現(xiàn)相變存儲器的讀出數(shù)據(jù)的功能。

形成底部電極后，沉積與底部電極接觸的相變材料層。相變材料層的材料通常為gesbte(gst)，在對相變存儲器執(zhí)行復位(reset)操作時，會發(fā)生失效現(xiàn)象。

因此，需要提出一種方法，以解決上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種半導體器件的制造方法，包括：提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有層間介電層，在所述層間介電層中形成有通孔；形成完全填充所述通孔的底部電極材料層；沉積相變材料層，覆蓋所述底部電極材料層，所述相變材料層的材料為摻氮的gesbte。

在一個示例中，所述沉積為物理氣相沉積。

在一個示例中，所述沉積的氮源為氮氣，氮氣和氬氣的體積比大于27:3。

在一個示例中，實施所述沉積后，還包括實施濕法清洗的步驟，以去除附著于所述相變材料層表面的雜質(zhì)。

在一個示例中，所述濕法清洗在室溫下進行。

在一個示例中，實施所述濕法清洗后，還包括圖形化所述相變材料層的步驟。

在一個示例中，所述圖形化相變材料層的步驟包括：在所述相變材料層上依次形成硬掩膜層、先進圖案化層、覆蓋層和光刻膠層；以所述光刻膠層為掩膜，依次蝕刻所述覆蓋層、所述先進圖案化層、所述硬掩膜層和所述相變材料層；實施所述蝕刻后，采用灰化工藝去除所述光刻膠層、所述覆蓋層和所述先進圖案化層。

在一個示例中，在圖形化所述相變材料層后，還包括在所述相變材料層上形成頂部金屬電極的步驟。

在一個實施例中，本發(fā)明還提供一種半導體器件，包括：半導體襯底，位于所述半導體襯底上的層間介電層，位于所述層間介電層中的通孔，位于所述通孔內(nèi)的底部電極材料層，位于所述底部電極材料層上的相變材料層，所述相變材料層的材料為摻氮的gesbte。

在一個實施例中，本發(fā)明還提供一種電子裝置，所述電子裝置包括所述半導體器件。

根據(jù)本發(fā)明，在實施后段制造工藝時，構(gòu)成所述相變材料層的gesbte的組分將保持穩(wěn)定。

附圖說明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1a-圖1g為根據(jù)本發(fā)明示例性實施例一的方法依次實施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明示例性實施例一的方法依次實施的步驟的流程圖。

具體實施方式

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術中相變存儲器執(zhí)行復位(reset)操作時會發(fā)生失效現(xiàn)象，其根源在于，在實施后段制造工藝(beol)時，與電相關的工藝以及熱處理工藝會使gesbte的組分發(fā)生變化，進而對相變材料層的晶態(tài)轉(zhuǎn)變造成障礙。

更進一步的，本發(fā)明的實施例中，相變材料層選擇摻氮的gesbte材料，由于摻氮的gesbte材料具有耐受與電相關的工藝以及熱處理工藝對ge遷移的影響的特點，可以避免上述問題的產(chǎn)生。

在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。

應當理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。

應當明白，當元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反，當元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r，則不存在居間的元件或?qū)印斆靼?，盡管可使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區(qū)分一個元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。

空間關系術語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關系。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關系術語意圖還包括使用和操作 中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向為在其它元件或特征“上”。因此，示例性術語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應地被解釋。

在此使用的術語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白術語“組成”和/或“包括”，當在該說明書中使用時，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語“和/或”包括相關所列項目的任何及所有組合。

形成用于連通金屬電極和相變材料層的底部電極后，沉積與底部電極接觸的相變材料層。相變材料層的材料通常為gesbte，在對相變存儲器執(zhí)行復位操作時，會發(fā)生失效現(xiàn)象，其根源在于，在實施后段制造工藝時，與電相關的工藝以及熱處理工藝會使gesbte的組分發(fā)生變化，進而對相變材料層的晶態(tài)轉(zhuǎn)變造成障礙。

為了解決上述問題，如圖2所示，本發(fā)明提供了一種半導體器件的制造方法，該方法包括：

在步驟201中，提供半導體襯底，在半導體襯底上形成有層間介電層，在層間介電層中形成有通孔；

在步驟202中，形成完全填充所述通孔的底部電極材料層；

在步驟203中，沉積相變材料層，覆蓋底部電極材料層，相變材料層的材料為摻氮的gesbte。

所述沉積的氮源為氮氣，氮氣和氬氣的體積比大于27:3，可以獲得更加穩(wěn)定的gesbte組分。

所述方法還包括在所述相變材料層上形成頂部金屬電極的步驟，從而構(gòu)成相變存儲器的一個存儲單元。

根據(jù)本發(fā)明提出的半導體器件的制造方法，在實施后段制造工藝時，構(gòu)成所述相變材料層的gesbte的組分不會受到與電相關的工藝以及熱處理工藝的影響，從而保持穩(wěn)定，進而提高產(chǎn)品的產(chǎn)能。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的結(jié)構(gòu)及/或步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的技術方案。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。[示例性實施例一]

參照圖1a-圖1g，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例一的方法依次實施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖。

首先，如圖1a所示，提供半導體襯底，半導體襯底的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(soi)等。作為示例，在本實施例中，半導體襯底選用單晶硅材料構(gòu)成。在半導體襯底中形成有隔離結(jié)構(gòu)以及各種阱(well)結(jié)構(gòu)，在半導體襯底上形成有電路元件(包括開關裝置)，為了簡化，圖示中均予以省略。

在半導體襯底上形成有層間介電層101，在層間介電層101中形成有第一金屬電極102，第一金屬電極102的下端與所述電路元件相連接。層間介電層101的材料包括氧化物等，優(yōu)選具有低k值的材料，包括但不限于k值為2.5-2.9的硅酸鹽化合物(hydrogensilsesquioxane，簡稱為hsq)、k值為2.2的甲基硅酸鹽化合物(methylsilsesquioxane，簡稱msq)、k值為2.8的hosp^tm(honeywell公司制造的基于有機物和硅氧化物的混合體的低介電常數(shù)材料)以及k值為2.65的silk^tm(dowchemical公司制造的一種低介電常數(shù)材料)等等。通常采用超低k介電材料構(gòu)成層間介電層101，所述超低k介電材料是指介電常數(shù)(k值)小于2的介電材料。第一金屬電極102的材料包括鎢、鋁等。

接下來，采用本領域技術人員所熟習的沉積工藝在層間介電層101上形成硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)，覆蓋層間介電層101和第一金屬電極102，所述硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)包括自下而上層疊的緩沖層103、第一硬掩膜層104和第二硬掩膜層105。作為示例，緩沖層103、第一硬掩膜層104和第二硬掩膜層105的構(gòu)成材料可以分別選用通過等離子體增強化學氣相沉積工藝形成的氧化物、氮氧化硅和氧化物。

接下來，在所述硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)上形成具有第一金屬電極102的 頂部圖案107的光刻膠層106。形成光刻膠層106的工藝為本領域技術人員所熟習，在此不再加以贅述。

接著，如圖1b所示，在所述硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)中的第二硬掩膜層105和第一硬掩膜層104中形成第一通孔107’，露出緩沖層103。形成第一通孔107’的工藝步驟包括：以光刻膠層106為掩膜，實施第一蝕刻依次蝕刻第二硬掩膜層105和第一硬掩膜層104，在其中形成第一通孔107’，作為示例，所述第一蝕刻可以采用c4f8、ar和o2作為基礎蝕刻氣體；通過灰化工藝去除光刻膠層106。

接著，如圖1c所示，在所述硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)上沉積側(cè)墻材料層108，填充第一通孔107’。作為示例，側(cè)墻材料層108的構(gòu)成材料可以為氮化硅。作為示例，所述沉積工藝為共形沉積工藝，以使側(cè)墻材料層108具有良好的臺階覆蓋形態(tài)。

接著，如圖1d所示，實施第二蝕刻以蝕刻側(cè)墻材料層108，露出緩沖層103的同時，使覆蓋第一通孔107’的側(cè)壁的側(cè)墻材料層108構(gòu)成用于填充底部電極的第二通孔的圖案109，作為示例，所述第二蝕刻可以采用cf4、chf3、ar和o2作為基礎蝕刻氣體。

接著，如圖1e所示，以經(jīng)過所述第二蝕刻的側(cè)墻材料層108為掩膜，實施第三蝕刻以蝕刻緩沖層103，露出部分第一金屬電極102的同時，形成用于填充底部電極的第二通孔109’，作為示例，所述第三蝕刻可以采用c4f8、co、ar和o2作為基礎蝕刻氣體。

需要說明的是，上述形成用于填充底部電極的第二通孔109’的工藝過程只是一種示例。本領域技術人員完全可以理解的是，也可以通過實施其它適宜的工藝過程形成用于填充底部電極的通孔，所述通孔也可以位于形成在層間介電層101上的另一層間介電層中。

接著，如圖1f所示，在第二通孔109’中形成底部電極材料層110。作為示例，底部電極材料層110的構(gòu)成材料可以為鎢。形成底部電極 材料層110的工藝步驟包括：通過沉積工藝形成覆蓋第二硬掩膜層105和側(cè)墻材料層108并填充第二通孔109’的底部電極材料層110，所述沉積可以為原子層沉積；執(zhí)行化學機械研磨直至露出第二硬掩膜層105和側(cè)墻材料層108的頂部。

接著，如圖1g所示，沉積相變材料層111，覆蓋底部電極材料層110。作為示例，相變材料層111的構(gòu)成材料為摻氮的gesbte，所述沉積可以為物理氣相沉積，氮源為氮氣，氮氣和氬氣的體積比大于27:3。上述比率的選擇，可以獲得滿足產(chǎn)能需求的gesbte組分。然后，實施濕法清洗，以去除附著于相變材料層111表面的雜質(zhì)，所述濕法清洗可以在室溫下進行。

至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例一的方法實施的工藝步驟。可以理解的是，本實施例半導體器件制作方法不僅包括上述步驟，在上述步驟之前、之中或之后還可包括其他需要的步驟，其都包括在本實施制作方法的范圍內(nèi)。

與現(xiàn)有工藝相比，根據(jù)本發(fā)明提出的方法，在實施后段制造工藝時，構(gòu)成相變材料層111的摻氮的gesbte將不會受到與電相關的工藝以及熱處理工藝對ge遷移的影響，從而保持穩(wěn)定，進而提高產(chǎn)品的產(chǎn)能。

[示例性實施例二]

首先，提供根據(jù)本發(fā)明示例性實施例一的方法實施的工藝步驟獲得的半導體器件，如圖1g所示，包括：半導體襯底，在半導體襯底中形成有隔離結(jié)構(gòu)以及各種阱(well)結(jié)構(gòu)，在半導體襯底上形成有電路元件(包括開關裝置)。

形成在半導體襯底上的層間介電層101，形成在層間介電層101中的第一金屬電極102，第一金屬電極102的下端與所述電路元件相連接。

覆蓋層間介電層101和第一金屬電極102的硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)，所 述硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)包括自下而上層疊的緩沖層103、第一硬掩膜層104和第二硬掩膜層105。

形成在所述硬掩膜疊層結(jié)構(gòu)中的底部電極材料層110；覆蓋底部電極材料層110的相變材料層111，相變材料層111的構(gòu)成材料為摻氮的gesbte，通過沉積工藝形成摻氮的gesbte，氮源為氮氣，氮氣和氬氣的體積比大于27:3。

然后，通過后續(xù)工藝完成整個半導體器件的制作，包括：圖形化相變材料層111。

作為示例，圖形化相變材料層111的步驟如下：在相變材料層111上依次形成硬掩膜層、先進圖案化層、覆蓋層和具有相變材料層111預期圖案的光刻膠層，采用沉積工藝形成的硬掩膜層可以為氮化鈦層，采用旋涂工藝形成先進圖案化層，先進圖案化層的材料為無定形碳，能夠提供高蝕刻選擇比和低線邊緣粗糙度(ler)，采用旋涂工藝形成覆蓋層，覆蓋層的材料可以為形成溫度低于300℃的低溫氧化物；采用旋涂、顯影、曝光等工藝形成光刻膠層，以光刻膠層為掩膜，依次蝕刻覆蓋層、先進圖案化層、硬掩膜層和相變材料層111，實施所述蝕刻后，采用灰化工藝去除光刻膠層、覆蓋層和先進圖案化層。

圖形化相變材料層111后，在相變材料層111上形成第二金屬電極。

相變材料層111的構(gòu)成材料為摻氮的gesbte，在實施后段制造工藝時，構(gòu)成相變材料層111的gesbte的組分將保持穩(wěn)定。

[示例性實施例三]

本發(fā)明還提供一種電子裝置，其包括根據(jù)本發(fā)明示例性實施例二的半導體器件。所述電子裝置可以是手機、平板電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、游戲機、電視機、vcd、dvd、導航儀、照相機、攝像機、錄音筆、mp3、mp4、psp等任何電子產(chǎn)品或設備，也可以是任何包括所述半導體器件的中間產(chǎn)品。所述電子裝置，由于使用了所述半導體器件，因而具有更好的性能。

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述 的實施例范圍內(nèi)。此外本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。