用于制作相變隨機存取存儲器存儲單元的方法

專利名稱：用于制作相變隨機存取存儲器存儲單元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，且具體而言，涉及一種用于制作相變隨機存取存儲器(PCRAM)存儲單元的方法。
背景技術(shù)：
PCRAM技術(shù)是基于Ovshinsky在20世紀60年代末70年代初提出的相變膜層可以應(yīng)用于相變存儲介質(zhì)的構(gòu)想而建立起來的，在速度、功率、容量、可靠性、工藝集成度和成本等方面具有極佳的特性，尤其適合用于具有較高密度的獨立式或嵌入式的存儲器。由于 PCRAM具有上述優(yōu)勢，因而其被認為極有可能取代諸如靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)這類易失性存儲器、以及諸如快閃存儲器(FLASH)這類非易失性存儲器，成為極具潛力的新一代半導(dǎo)體存儲器件。PCRAM是利用相變材料在結(jié)晶態(tài)和非晶態(tài)的可逆性的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換所導(dǎo)致的電阻值差異來進行數(shù)據(jù)存儲的。在進行寫入、擦除或者是讀取操作時，主要利用電流脈沖的控制來實施，例如，當要進行寫入時，可提供一時間較短(例如50納秒)且電流值相對較高(例如 0.6毫安培)的電流，使相變層融化并快速冷卻而形成非晶態(tài)。由于非晶態(tài)相變層具有較高的電阻(例如IO5 IO7歐姆)，因而使其在讀取操作時，提供的電壓相對較高。當要進行擦除時，可提供一時間較長(例如100納秒)且電流值相對較小(例如0. 3毫安培)的電流，使非晶態(tài)相變層因結(jié)晶作用而轉(zhuǎn)換成結(jié)晶態(tài)。由于結(jié)晶態(tài)相變層具有較低的電阻(例如IO2 IO4歐)，因而其在讀取操作時，提供的電壓相對較低。據(jù)此，可進行PCRAM的操作。通常，PCRAM采用1R1T(1R —個相變電阻；IT 一個晶體管)結(jié)構(gòu)。其中，相變電阻用作存儲介質(zhì)，與頂部電極和底部電極一起構(gòu)成相變存儲單元，晶體管用作驅(qū)動元件。相變存儲單元是PCRAM中最核心的部分，通過其實現(xiàn)存儲功能。相變電阻可以由多種合金材料構(gòu)成，一般使用硫族化物，而鍺銻碲(GST，GeSbTe)合金是其中最為成熟的相變材料。參照圖1，其中，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制作的PCRAM存儲單元的示意性剖面圖。如圖1中所示，PCRAM存儲單元包括底部電極101、相變電阻層102和頂部電極 106。現(xiàn)有技術(shù)中，一般通過下列方法來制作PCRAM存儲單元首先，提供前端器件結(jié)構(gòu)，所述前端器件結(jié)構(gòu)包括底部電極101、相變電阻層102和絕緣層103，其中，底部電極101 和相變電阻層102形成于絕緣層103中；接著，在相變電阻層102和絕緣層103上形成氮化硅層104，作為蝕刻停止層，并且之后在氮化硅層104的表面上形成低介電常數(shù)(低k)材料層105 ；接著，在低k材料層105的表面上涂覆一層光致抗蝕劑(圖中未示出)，并通過曝光和顯影使其具有圖案，以定義頂部電極106的位置；接著，以具有圖案的光致抗蝕劑層作為掩膜，蝕刻低k材料層105和氮化硅層104，以露出相變電阻層102的至少一部分表面；接著，去除光致抗蝕劑層；最后，在相變材料層102的上方，在蝕刻掉氮化硅層和低k材料層的位置填充金屬材料并對其進行化學(xué)機械拋光(CMP)，以形成頂部電極106，從而形成具有圖 1中所示的剖面結(jié)構(gòu)的PCRAM存儲單元。
然而，上述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于制作PCRAM存儲單元的方法，由于需要沉積的低k 材料層105的厚度較厚，約1000 2000埃，而現(xiàn)有的沉積技術(shù)的局限性會導(dǎo)致沉積的低 k材料層105厚度均勻性較差。為確保在蝕刻低k材料層105時，所蝕刻的各個位置上的氮化硅層104能夠有足夠的厚度，即不至于蝕刻到相變電阻層102，所以需要沉積約400 600埃的較厚的氮化硅層104。進一步地，由于氮化硅層104較厚，因而其均勻性也較差，所以當蝕刻氮化硅層104至完全露出相變電阻層102時，有些位置上的相變電阻層102已經(jīng)被蝕刻掉很大一部分，這是所不期望發(fā)生的。另一方面，由于蝕刻低k材料層105時以光致抗蝕劑層作為掩膜，所以在蝕刻低k材料層105時選取的源氣體，對于低k材料層105與氮化硅層104的蝕刻選擇比不宜太高，優(yōu)選為1 1. 5，否則會在蝕刻過程中產(chǎn)生較多聚合物(polymer)，覆蓋在蝕刻位置的側(cè)壁及表面，影響蝕刻位置的關(guān)鍵尺寸(CD)。但是，蝕刻選擇比不高，又會導(dǎo)致在蝕刻低k材料層105時無法使蝕刻精確地停止在氮化硅層104的表面上，因而仍然會繼續(xù)蝕刻掉一部分氮化硅層104。在這種情況下，如果氮化硅層104的厚度不足，就會繼而導(dǎo)致相變電阻層102的損失，如圖2中圓圈所標示出的。相變電阻層是 PCRAM存儲單元中最核心的構(gòu)成部分，這種損失很可能會導(dǎo)致相變存儲單元不能正常工作， 無法準確存儲信息。因此，需要一種用于制作PCRAM存儲單元的方法，期望該方法能夠減小蝕刻低k材料過程中的相變電阻層蝕刻損失，以提高PCRAM的電學(xué)性能。此外，還期望該方法能夠與傳統(tǒng)工藝兼容，以降低制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。為解決如上所述在蝕刻低k材料過程中由于蝕刻停止層厚度不均勻等而造成相變電阻層蝕刻損失的問題，本發(fā)明提供一種用于制作相變隨機存取存儲器存儲單元的方法，所述方法包括提供前端器件結(jié)構(gòu)，所述前端器件結(jié)構(gòu)包括底部電極、相變電阻層和絕緣層，所述底部電極和所述相變電阻層形成于所述絕緣層中，所述相變電阻層位于所述底部電極上方，并且所述相變電阻層的表面露出在所述絕緣層的表面上；對所述相變電阻層的表面進行離子注入；在所述相變電阻層的表面和所述絕緣層的表面上形成蝕刻停止層； 在所述蝕刻停止層上形成介電層；蝕刻所述介電層和所述蝕刻停止層，直至露出所述相變電阻層的表面，以在所述介電層和所述蝕刻停止層中形成位于所述相變電阻層正上方的開口 ；以及在所述開口中填充金屬材料，以形成頂部電極。優(yōu)選地，所述對所述相變電阻層的表面進行離子注入包括在所述相變電阻層的表面上形成具有圖案的光致抗蝕劑層；以所述光致抗蝕劑層作為掩膜，對所述相變電阻層進行離子注入；以及去除所述光致抗蝕劑層。優(yōu)選地，所述離子注入使用硼基摻雜劑。優(yōu)選地，所述硼基摻雜劑包含硼和氟化硼中的至少一種。優(yōu)選地，所述離子注入的能量為100 4000eV并且劑量為5X IO14 5X 1015CnT2。優(yōu)選地，所述相變電阻層的構(gòu)成材料選自GexSbyTe(1_x_y)、SixSbyTe(1_x_y)、SexSbyTe(1_x_y)>PbxSbyTe(1_x_y)>AgxInyTe(1_x_y)>AgxSbyTe(1_x_y)禾口 Ge5xAsyTe(1_x_y),其中 0 < χ < 1, 0 ^ y ^ I0優(yōu)選地，所述蝕刻停止層的構(gòu)成材料選自SiC、SiN, SiON和NDC。優(yōu)選地，所述蝕刻停止層由SiN構(gòu)成且厚度為200 600埃。優(yōu)選地，所述介電層的構(gòu)成材料選自摻氟硅玻璃、氧化層和低k材料。優(yōu)選地，蝕刻所述介電層和所述蝕刻停止層的源氣體為氟基氣體。本發(fā)明進一步提供一種包含通過如上所述的方法制作的存儲單元的電子設(shè)備，其中所述電子設(shè)備選自個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機和數(shù)碼相機。根據(jù)本發(fā)明的用于制作PCRAM存儲單元的方法，通過在蝕刻介電層之前對相變電阻層的表面進行硼離子注入以減小蝕刻源氣體蝕刻相變材料的速率，從而能夠減小在蝕刻介電層的過程中由于蝕刻停止層厚度不均勻等而造成的相變材料蝕刻損失。此外，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的方法工藝簡單，且容易與傳統(tǒng)工藝兼容，因而能夠降低制造成本。


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。在附圖中圖1是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制作的PCRAM存儲單元的示意性剖面圖；圖2是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制作的PCRAM存儲單元中相變電阻層及其周圍的掃描電鏡(SEM)剖視圖；圖3A至3F是示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于制作PCRAM存儲單元的方法的示意性剖面圖；圖4A和4B是示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例制作的示例性PCRAM存儲單元的示意性剖面圖；以及圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于制作PCRAM存儲單元的方法的流程圖。應(yīng)當注意的是，這些圖旨在示出根據(jù)本發(fā)明的特定示例性實施例中所使用的方法、結(jié)構(gòu)和/或材料的一般特性，并對下面提供的書面描述進行補充。然而，這些圖并非按比例繪制，因而可能未能夠準確反映任何所給出的實施例的精確結(jié)構(gòu)或性能特點，并且這些圖不應(yīng)當被解釋為限定或限制由根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例所涵蓋的數(shù)值或?qū)傩缘姆秶?。例如，為了清楚起見，可以縮小或放大分子、層、區(qū)域和/或結(jié)構(gòu)元件的相對厚度和定位。在附圖中，使用相似或相同的附圖標記表示相似或相同的元件或特征。
具體實施例方式現(xiàn)在，將參照附圖更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。然而，這些示例性實施例可以多種不同的形式來實施，并且不應(yīng)當被解釋為只限于這里所闡述的實施例。應(yīng)當理解的是，提供這些實施例是為了使得本發(fā)明的公開徹底且完整，并且將這些示例性實施例的構(gòu)思充分傳達給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標記表示相同的元件，因而將省略對它們的描述。
應(yīng)當理解的是，當元件被稱作“連接”或“結(jié)合”到另一元件時，該元件可以直接連接或結(jié)合到另一元件，或者可以存在中間元件。不同的是，當元件被稱作“直接連接”或 “直接結(jié)合”到另一元件時，不存在中間元件。在全部附圖中，相同的附圖標記始終表示相同的元件。如在這里所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)所列項目的任意組合和所有組合。應(yīng)當以相同的方式解釋用于描述元件或?qū)又g的關(guān)系的其他詞語(例如，
“在......之間”和“直接在......之間”、“與......相鄰”和“與......直接相鄰”、
“在......上”和“直接在......上”等)。此外，還應(yīng)當理解的是，盡管在這里可以使用術(shù)語“第一”、“第二”等來描述不同的元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)當受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅是用來將一個元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一個元件、組件、區(qū)域、 層或部分區(qū)分開來。因此，在不脫離根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的教導(dǎo)的情況下，以下所討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分也可以被稱作第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在......之下”、“在......之
上”、“下面的”、“在......上方”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個元件或特征與
其他元件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描繪的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他元件或特征下方”或“在其他元件或特征之下”的元件之后將被定位為“在其他
元件或特征上方”或“在其他元件或特征之上”。因而，示例性術(shù)語“在......下方”可以包
括“在......上方”和“在......下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋
轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述符做出相應(yīng)解釋。這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施例，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。此外，還應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、 整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。在此，參照作為示例性實施例的優(yōu)選實施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意性剖面圖來描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。這樣，預(yù)計會出現(xiàn)例如由制造技術(shù)和/或容差引起的示出的形狀的變化。因此，示例性實施例不應(yīng)當被解釋為僅限于在此示出的區(qū)域的具體形狀，而是還可以包含例如由制造所導(dǎo)致的形狀偏差。例如，示出為矩形的注入?yún)^(qū)域在其邊緣可以具有倒圓或彎曲的特征和/或注入濃度的梯度變化，而不僅是從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的二元變化。同樣，通過注入形成的掩埋區(qū)會導(dǎo)致在該掩埋區(qū)與注入通過的表面之間的區(qū)域中也會存在一些注入。因此，圖中所示出的區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上是示意性的，它們的形狀并非意圖示出器件中的各區(qū)域的實際形狀，而且也并非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的范圍。除非另有定義，否則這里所使用的全部術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)都具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的意思相同的意思。還將理解的是，除非這里明確定義，否則諸如在通用字典中定義的術(shù)語這類術(shù)語應(yīng)當被解釋為具有與它們在相關(guān)領(lǐng)域的語境中的意思一致的意思，而不以理想的或過于正式的含義來解釋它們。[本發(fā)明的優(yōu)選實施例]下面，將參照圖3A至3F、圖4A和4B以及圖5來詳細說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于制作PCRAM存儲單元的方法。參照圖3A至3F，其中，示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于制作PCRAM存儲單元的方法的示意性剖面圖。首先，如圖3A中所示，提供前端器件結(jié)構(gòu)，所述前端器件結(jié)構(gòu)包括底部電極301、 相變電阻層302和絕緣層303，其中，底部電極301和相變電阻層302形成于絕緣層303中， 相變電阻層302位于底部電極301上方，并且相變電阻層302的表面露出在絕緣層303的表面上。所述底部電極301的構(gòu)成材料可以是摻雜多晶硅、W、TiN, TiAlN或者其他硅化物材料，所述硅化物材料可以是包含Ag、Au、Al、Cu、Cr、Co、Ni、Ti、Sb、V、Mo、Ta、Nb、Ru、 W、Pt、Pd、Zn和Mg中的至少一種金屬元素的硅化物，優(yōu)選為WSi。所述相變電阻層302的構(gòu)成材料可以是 GiixSbyTe(1_x_y)、SixSbyTe(1_x_y)、SexSbyTe(1_x_y)、PbxSbyTe(1_x_y)、AgxInyTe(1_x_y) > AgxSbyTe(lTy)或fexAS;rea_x_y)，其中0彡χ彡1，0彡y彡1。所述絕緣層303的構(gòu)成材料可以為SiO2或低k材料等。作為示例，在本實施例中，底部電極301由WSi構(gòu)成，相變電阻層 302由Ge2Sb2Te5 (GST)構(gòu)成，所述絕緣層303由SiO2構(gòu)成。這里，需要說明的是，雖然在圖3A中示出了相變電阻層302的表面與絕緣層303 的表面齊平的情況，但應(yīng)當理解的是，相變電阻層302的表面與絕緣層303的表面也可以是不齊平的，例如，相變電阻層302的表面可以高于絕緣層303的表面。作為示例，所述前端器件結(jié)構(gòu)可以通過下列步驟形成首先，提供半導(dǎo)體襯底(圖中未示出)，在該半導(dǎo)體襯底中已通過前段工藝例如形成有隔離結(jié)構(gòu)、電容、二極管等結(jié)構(gòu)； 接著，在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣層，并且例如通過光刻和蝕刻工藝在第一絕緣層中形成第一開口 ；之后，在第一開口中以及在第一絕緣層上形成將要作為底部電極301的導(dǎo)電層，并且例如通過CMP工藝去除該導(dǎo)電層的高出第一絕緣層的部分，從而形成底部電極301 ；接著，在第一絕緣層和底部電極301上形成第二絕緣層，并且例如通過光刻和蝕刻工藝，在底部電極301正上方，在第二絕緣層中形成第二開口 ；之后，在第二開口中以及在第二絕緣層上形成將要作為相變電阻層302的相變材料層，并且例如通過CMP工藝去除該相變材料層的高出第二絕緣層的部分，從而形成相變電阻層302。這里，需要說明的是，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層構(gòu)成所述前端器件結(jié)構(gòu)中的絕緣層303，并且形成所述前端器件結(jié)構(gòu)的其他方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，在此不再贅述。此外，還需要理解的是，所述前端器件結(jié)構(gòu)除了可以具有如圖3A中所示的結(jié)構(gòu)以外，還可以具有其他結(jié)構(gòu)，例如，底部電極由多個具有較小橫截面面積的電極組成。接著，如圖;3B中所示，對相變電阻層302的表面進行離子注入。作為示例，對相變電阻層302的表面進行離子注入可以是非選擇性注入。即是說，注入之前無需在相變電阻層302的表面上形成掩膜，并且注入時，對相變電阻層302的表面以及絕緣層303的表面同時進行注入。其中，所述離子注入使用硼基摻雜劑，例如，硼、氟化硼等。所述離子注入的劑量大約為100 4000eV，能量大約為5X IO14 5X IO15CnT2。注入完成之后，相變電阻層302 表面的摻雜濃度在大約IO19 102°cm_3的范圍內(nèi)。作為示例，在本實施例中，離子注入的劑量約為2000eV且能量約為5X 1014cm_2?？商娲?，對相變電阻層302的表面進行離子注入也可以通過下列步驟來進行 在相變電阻層302的表面上，例如通過旋涂法形成一層光致抗蝕劑，并通過曝光和顯影使該層光致抗蝕劑形成圖案；之后，以該層光致抗蝕劑作為掩膜，對相變電阻層302的表面進
7行離子注入；之后，例如通過使用02、02/H20或(X)2作為灰化劑的等離子體灰化工藝去除該層光致抗蝕劑。然后，如圖3C中所示，在相變電阻層302的表面和絕緣層303的表面上形成蝕刻停止層304。其中，所述蝕刻停止層304的構(gòu)成材料可以是SiC、SiN、SiON或摻氮的碳化硅 (NDC)等。作為示例，在本實施例中，在150 400°C下通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法形成一層厚度大約為200 600埃的SiN作為蝕刻停止層304。接著，如圖3D中所示，在蝕刻停止層304上形成介電層305。其中，所述介電層305 的構(gòu)成材料例如可以是諸如黑鉆(BD)這類低k(k < 3. 0)材料或者諸如TEOS氧化層這類氧化層、又或者摻氟硅玻璃(FSG)等。作為示例，在本實施例中，通過CVD法或物理氣相沉積(PVD)法形成一層厚度大約為1000 3000埃的黑鉆作為所述介電層305。其中，采用Black Diamond II(BDII)介電材料。這種介電材料為碳摻雜的氧化硅(也稱為碳氧化硅)，其中碳原子含量高于10%，其由美國加州圣大克勞拉市Applied Materials公司市售，并且其改進材料包括通過UV硬化且具有30%的孔隙率的BDIIx介電材料和通過電子束硬化的BDIIebeam介電材料。此外， 其他含碳的低k材料包括Silk 與Cyclotene (苯環(huán)丁烯)介電材料，其由Dow Chemical 公司市售。然后，如圖3E中所示，蝕刻介電層305和蝕刻停止層304，直至露出相變電阻層 302的表面，以在介電層305和蝕刻停止層304中形成位于相變電阻層302正上方的開口 306。作為示例，在介電層305和蝕刻停止層304中形成開口 306可以通過下列步驟來進行 在介電層305的表面上例如通過旋涂法形成一層光致抗蝕劑，并通過曝光和顯影使該層光致抗蝕劑形成圖案；之后，以該層光致抗蝕劑作為掩膜，蝕刻介電層305和蝕刻停止層304， 從而在其中形成位于相變電阻層302正上方的開口 306，以定義頂部電極的位置；之后，例如通過使用02、02/H20或(X)2作為灰化劑的等離子體灰化工藝去除該層光致抗蝕劑。其中， 蝕刻源氣體例如可以為包含CHF3、CH2F2, CH3F, C4F6, C5F8和C4F8中的至少一種的氟基氣體。這里，需要說明的是，在蝕刻介電層305和蝕刻停止層304的過程中，因為相變電阻層302的表面摻雜有將會減小蝕刻速率的硼離子，所以即便是由于蝕刻停止層厚度不均勻等原因而使得相變電阻層302的表面暴露于蝕刻源氣體中，也能夠大大減小相變電阻層的蝕刻損失。需要注意的是，相變電阻層302中摻雜有硼離子的部分在蝕刻過程中會被部分消耗(如圖3E中所示)或者全部消耗。最后，如圖3F中所示，在開口 306中填充金屬材料，以形成頂部電極307，從而形成所述PCRAM存儲單元。作為示例，在開口 306中填充金屬材料通過下列步驟來進行在開口 306中以及在介電層305的表面上例如通過濺射法形成一層金屬材料；之后，對該層金屬材料進行化學(xué)機械拋光(CMP)，以露出介電層305的表面，從而形成頂部電極307。所選用的金屬材料例如可以為銅、金、鋁或者它們的合金。作為示例，在本實施例中，頂部電極307由銅構(gòu)成。至此，完成了 PCRAM存儲單元的制作。這里，需要理解的是，圖3F中示出的PCRAM存儲單元的剖面結(jié)構(gòu)僅是示例性的，而非限制性的，通過根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的方法制作的PCRAM存儲單元還可以具有其他剖面結(jié)構(gòu)，如圖4A和4B中所示。在圖4A所示的剖面結(jié)構(gòu)中，相變電阻層402’被形成為縱截面為倒梯形狀，以使其與底部電極401的接觸面積減小，從而達到減小底部驅(qū)動電流以提高讀寫速率的目的。在圖4B所示的剖面結(jié)構(gòu)中，底部電極401’由多個具有較小橫截面面積的電極組成，以此來達到與上述相同的目的。接下來，參照圖5，其中，示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于制作PCRAM存儲單元的方法的流程圖。首先，在步驟S501中，提供前端器件結(jié)構(gòu)，所述前端器件結(jié)構(gòu)包括底部電極、相變電阻層和絕緣層。其中，所述底部電極和所述相變電阻層形成于所述絕緣層中，所述相變電阻層位于所述底部電極上方，并且所述相變電阻層的表面露出在所述絕緣層的表面上。接著，在步驟S502中，對所述相變電阻層的表面進行離子注入。然后，在步驟S503中，在所述相變電阻層的表面和所述絕緣層的表面上形成蝕刻停止層。接著，在步驟S504中，在所述蝕刻停止層上形成介電層。然后，在步驟S505中，蝕刻所述介電層和所述蝕刻停止層，直至露出所述相變電
阻層的表面，以在所述介電層和所述蝕刻停止層中形成位于所述相變電阻層正上方的開□。最后，在步驟S506中，在所述開口中填充金屬材料，以形成頂部電極。[本發(fā)明的有益效果]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于制作PCRAM存儲單元的方法，通過在蝕刻介電層之前對相變電阻層的表面進行硼離子注入以減小蝕刻源氣體蝕刻相變材料的速率，從而能夠減小由于在蝕刻介電層的過程中由于蝕刻停止層的厚度不均勻等而造成的相變材料蝕刻損失。此外，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的方法工藝簡單，且容易與傳統(tǒng)工藝兼容，因而能夠降低制造成本。[本發(fā)明的工業(yè)適用性]根據(jù)如上所述的實施例制造的半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于多種集成電路(IC)中。根據(jù)本發(fā)明的IC例如可以是邏輯器件，如可編程邏輯陣列(PLA)、專用集成電路(ASIC)、合并式 DRAM邏輯集成電路(掩埋式DRAM)、射頻電路或任意其他電路器件。根據(jù)本發(fā)明的IC芯片可用于例如用戶電子產(chǎn)品，如個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機、數(shù)碼相機、手機等各種電子產(chǎn)品中，尤其是射頻產(chǎn)品中。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)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(lǐng)域技術(shù)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(dǎo)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(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種用于制作相變隨機存取存儲器存儲單元的方法，包括提供前端器件結(jié)構(gòu)，所述前端器件結(jié)構(gòu)包括底部電極、相變電阻層和絕緣層，所述底部電極和所述相變電阻層形成于所述絕緣層中，所述相變電阻層位于所述底部電極上方，并且所述相變電阻層的表面露出在所述絕緣層的表面上； 對所述相變電阻層的表面進行離子注入；在所述相變電阻層的表面和所述絕緣層的表面上形成蝕刻停止層； 在所述蝕刻停止層上形成介電層；蝕刻所述介電層和所述蝕刻停止層，直至露出所述相變電阻層的表面，以在所述介電層和所述蝕刻停止層中形成位于所述相變電阻層正上方的開口；以及在所述開口中填充金屬材料，以形成頂部電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述對所述相變電阻層的表面進行離子注入包括在所述相變電阻層的表面上形成具有圖案的光致抗蝕劑層； 以所述光致抗蝕劑層作為掩膜，對所述相變電阻層進行離子注入；以及去除所述光致抗蝕劑層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述離子注入使用硼基摻雜劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述硼基摻雜劑包含硼和氟化硼中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述離子注入的能量為100 4000eV并且劑量為 5 X IO14 5 X IO15CnT2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述相變電阻層的構(gòu)成材料選自GexSbyTe(1_x_y)、 SixSbyTe (1_x_y) > SexSbyTe (1_x_y) >PbxSbyTe (1_x_y) >AgxInyTe (1_x_y) >AgxSbyTe (1_x_y)和 GexAsyTe (1_x_y)，其中 0 < χ < 1，0< y < 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述蝕刻停止層的構(gòu)成材料選自SiC、SiN、SiON 禾口 NDC0
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述蝕刻停止層由SiN構(gòu)成且厚度為200 600埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述介電層的構(gòu)成材料選自摻氟硅玻璃、氧化層和低k材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，蝕刻所述介電層和所述蝕刻停止層的源氣體為氟基氣體。
11.一種包含通過根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法制作的存儲單元的電子設(shè)備，其中，所述電子設(shè)備選自個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機和數(shù)碼相機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于制作相變隨機存取存儲器存儲單元的方法，包括提供前端器件結(jié)構(gòu)，該前端器件結(jié)構(gòu)包括底部電極、相變電阻層和絕緣層并且相變電阻層的表面露出在絕緣層的表面上(S501)；對相變電阻層的表面進行離子注入(S502)；在相變電阻層的表面和絕緣層的表面上形成蝕刻停止層(S503)；在蝕刻停止層上形成介電層(S504)；蝕刻介電層和蝕刻停止層，直至露出相變電阻層的表面，以在介電層和蝕刻停止層中形成位于相變電阻層正上方的開口(S505)；以及在開口中填充金屬材料，以形成頂部電極(S506)。該方法能夠減小在蝕刻介電層的過程中由于蝕刻停止層厚度不均勻等而造成的相變材料蝕刻損失。
文檔編號H01L45/00GK102376881SQ20101026326
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19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