[发明专利]相变存储器存储单元的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器制作技术领域，特别涉及一种相变存储器存储单元的制作方法。

背景技术

目前，相变存储器(Phase-Change RAM，PC RAM)由于具有非易失性、循环寿命长、元件尺寸小、功耗低、可多级存储、高效读取、抗辐照、耐高低温、抗振动、抗电子干扰和制造工艺简单等优点，被认为最有可能取代目前的闪存(Flash)、动态随机存取存储器(DRAM)和静态存储器(SRAM)而成为未来半导体存储器主流产品。

PC RAM存储单元的相变层，目前有多种合金材料，一般为硫族化物，而锗锑碲(GST，GeSbTe)合金是公认的研究最多的最为成熟的相变材料。结合图1a至图1h，对现有技术相变存储器存储单元的制作方法进行说明。

步骤11、请参阅图1a，在第一氧化硅层101的表面依次沉积氮氧化硅层102和第二氧化硅层103；

步骤12、请参阅图1b，在第二氧化硅层103的表面涂布光阻胶层(图中未显示)，并对所述光阻胶层进行曝光显影，以曝光显影后的光阻胶层为掩膜，刻蚀第二氧化硅层103形成第一通孔，以显露出氮氧化硅层102；

步骤13、请参阅图1c，在所述第一通孔内沉积氮化硅层104，以形成侧壁间隔，该侧壁间隔在第一通孔内部形成了一个环，所述环的内径定义了将要填充的相变层的直径。在第一通孔内沉积氮化硅层104的同时，第二氧化硅层103的表面及第一通孔底部也形成有氮化硅层104；

步骤14、请参阅图1d，刻蚀第一通孔底部的氮化硅层104、氮氧化硅层102和第一氧化硅层101形成第二通孔，以与第一氧化硅层101下的器件层(图中未显示)电性连接；

步骤15、请参阅图1e，在第二通孔内部依次沉积钛/氮化钛层(Ti/TiN)105和金属钨层(W)106，所述Ti/TiN104覆盖整个第二通孔的内部以及氮化硅层104的表面，所述金属钨层106覆盖在Ti/TiN105的表面；其中，Ti/TiN105表示Ti层或者TiN层，或者为Ti层和TiN层的叠层；

步骤16、请参阅图1f，回刻(etch back)金属钨层106，使得第二通孔内剩余金属钨的高度位于第一氧化硅层和第二氧化硅层之间；

步骤17、请参阅图1g，回刻Ti/TiN105，去除氮化硅层104表面的Ti/TiN以及第二通孔内显露出的Ti/TiN，为确保氮化硅层104表面的Ti/TiN全部去除，现有技术往往使得第二通孔内Ti/TiN高度低于金属钨的高度，导致接下来执行步骤18、请参阅图1h，填充相变层107时，在第二通孔内Ti/TiN低于金属钨层的空隙位置，如图1h中的箭头指向处所示，由于空隙很窄，相变层107无法填充，即相变层填充能力较差。当该种相变存储器存储单元工作时，相变材料会从晶态(低阻)经过熔融态转变为非晶态(高阻)，当相变材料处于熔融态时，相变材料GST会填补在Ti/TiN低于金属钨层的空隙位置，而造成相变层的其他位置出现孔洞(void)，从而严重影响相变存储器件的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：提高相变存储器相变层的填充能力。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开了一种相变存储器存储单元的制作方法，该方法包括：

在第一氧化硅层的表面依次沉积氮氧化硅层和第二氧化硅层；

刻蚀第二氧化硅层形成第一通孔，以显露出氮氧化硅层；

在所述第一通孔内沉积氮化硅层，以形成侧壁间隔；

刻蚀第一通孔底部的氮化硅层、氮氧化硅层和第一氧化硅层形成第二通孔，以与第一氧化硅层下的器件层电性连接；

在第二通孔内部依次沉积钛/氮化钛层Ti/TiN和金属钨层；

回刻etch back金属钨层至第二通孔内剩余金属钨的高度高于预定高度，所述预定高度位于第一氧化硅层和第二氧化硅层之间；

采用气体六氟化硫SF₆、氯气Cl₂和三氯化硼BCl₃，回刻Ti/TiN和金属钨至金属钨的高度达到预定高度，而Ti/TiN与金属钨的高度相平或高于金属钨的高度；

在所述第二通孔内填充相变层。

回刻过程在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内回刻Ti/TiN和金属钨的气体SF₆的流量相比于Cl₂和BCl₃的总流量为0.2～1。