[发明专利]相变存储器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子制造技术领域，特别涉及一种相变存储器的制作方法，一种采用无电化学镀方法制备插塞电极的相变存储器制备方法，避免了溅射、电镀、CVD等传统小孔填充方法的小孔填充质量不好、成本高等缺陷，且采用无电化学镀方法制备插塞电极时电极层不用敏化活化等前期处理，而是把基材用化学刻蚀或氮气等离子体处理除去表面氧化层后，直接放入化学镀液中镀，从而简化工艺降低成本。

背景技术

相变存储器PRAM(phase change random access memory，PRAM)是一种新兴的半导体存储器，与目前已有的多种半导体存储技术相比，包括常规的易失性技术和非易失性技术，具有元件尺寸小、功耗低、可多级存储、循环寿命长、高速读取、抗辐照、耐高低温、抗电子干扰和制造工艺简单(能和现在的集成电路工艺很好的相匹配)等优点。被认为最有可能取代目前的SRAM、DRAM和FLASH等当今主流产品而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的下一代半导体存储器件。

PRAM是以硫系化合物为存储介质，利用电能使相变材料在非晶态(高阻)与晶态(低阻)之间的相互转换实现信息的写入与擦除，进而实现存储功能的。目前PRAM存在操作电流过大以至CMOS电路无法很好地起到驱动作用的问题，可采用制备小尺寸插塞电极的方法，减小GST材料与电极的接触面积，以减小操作电流。这就涉及到纳米尺寸小孔的金属填充问题。

目前，小孔填充的方法，主要有磁控溅射、电镀、CVD等，但是它们或多或少存在一些不足，比如磁控溅射以及其它溅射方法的小孔填充能力不强，CVD方法成本较高；电镀方法尽管成本低，但需要首先使用溅射方法制备一层金属种子层，而当小孔孔径缩小到一定尺度后，溅射制备的金属种子层难以达到均匀覆盖，进而会导致电镀结果不佳。为了克服这些纳米尺寸金属插塞电极制备的不足，本发明中采用无电化学镀方法制备金属插塞电极。

化学镀是一种不同于一般电镀的沉积方法，它主要是利用氧化还原反应使金属离子被还原而沉积在基板表面.其主要特点有：能够在非金属材料、陶瓷材料、高分子材料等非导体表面沉积，不需要种子层；能够沉积在任何形状的镀件表面，沉积速率均匀，且不受镀件的形状、尺寸的影响；设备简单低廉，反应条件温和，易于控制，大大降低了产品的成本。本发明用简单而低成本的无电化学镀方法制备纳米尺寸金属插塞电极，并将其运用于PRAM器件单元的制备中。

一般基板在进行化学镀前要进行敏化活化处理，而本发明作为基板的金属层不用进行活化敏化等前处理，而是先把基材用化学刻蚀或氮气等离子体处理除去表面薄氧化层后，直接放入化学镀液中镀，从而简化工艺降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变存储器的制作方法——本发明提出了一种采用无电化学镀方法制备插塞电极的相变存储器制备方法，且采用无电化学镀方法制备插塞电极时电极层不用敏化活化等前期处理，而是把基材用化学刻蚀或氮气等离子体处理除去表面氧化层后，直接放入化学镀液中镀，从而简化工艺降低成本。

为达到上述目的，本发明提供一种相变存储器的制作方法，该方法包括：

步骤1：在衬底上淀积一层第一绝缘材料层；

步骤2：在第一绝缘材料层上淀积一层金属层，作为相变存储器的下电极；

步骤3：在金属层上制备一层第二绝缘材料层；

步骤4：在第二绝缘材料层上采用微纳加工技术制备金属插塞电极的小孔；

步骤5：采用无电化学镀的方法在小孔内填充金属作为插塞电极；

步骤6：在第二绝缘材料层上淀积一层相变材料；

步骤7：在相变材料上淀积一层金属材料，作为相变存储器的上电极；

步骤8：在金属材料上淀积一层第三绝缘材料层；

步骤9：在第三绝缘材料层上钝化开孔；

步骤10：在第三绝缘材料层上和钝化开孔内，再淀积一层金属电极层，完成相变存储器的制作。

其中所述衬底是半导体材料衬底，或者是包括由CMOS、三极管或二极管构成相变存储器驱动电路的衬底。

其中所述衬底上淀积的第一、第二和第三绝缘材料层是二氧化硅或氮化硅；第一、第二和第三绝缘材料层的制备是采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法或热氧化方法中的任一种。

其中所述作为下电极的金属层和金属材料是氮化钽、氮化钨、氮化钛、钨、镍、铝、钛、铜、银、金或铂中的一种。

其中所述金属层和金属材料是采用溅射法、蒸发法和化学气相淀积法中的任一种制备的。