[发明专利]相变存储器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种相变存储器件及其制造方法。

背景技术

相变随机存储器(PCRAM)与目前的动态随机存储器(DRAM)、闪存(FLASH)相比有明显的优势：其体积小，驱动电压低，功耗小，读写速度快，非挥发。相变存储器件不仅是非挥发性存储器，而且有可能制成多机存储，并使用于超低温和高温环境，抗辐照、抗震动，因此不仅将被广泛应用到日常的便携电子产品，而且在航空航天领域有巨大的潜在应用。尤其，在便携式电子产品中其高速、非挥发性正好弥补了闪存(FLASH)和铁电存储器(FeRAM)的不足。Intel公司就曾预言相变存储器件将取代FLASH、DRAM和静态随机存储器(SRAM)芯片将很快进入市场。国际半导体联合会在2001年的路线图中，同样把相变存储器件预测为可以最先实现商业化的存储器之一。在这种情况下，研制相变随机存储单元器件就显得更加迫切。

相变存储器件包括由相变材料制成的相变层，相变材料处于晶态和非晶态时的电阻有很大不同，即相变材料可具有两相，可根据它们的电阻值区分所述两相。随温度的变化相变材料发生可逆变化，目前已开发出很多相变材料。

具体的说，在相变存储器件中，为了从非晶态转变到晶态，需要供应相变材料超过能量势垒的热量。非晶态表现出更高的电阻，对应数字值“1”，晶态表现出更低的电阻，对应数字值“0”，当电流通过电极时，在相变层和底部电极之间的接触区产生焦耳热，从而导致在晶态和非晶态之间产生可逆相变，以记录信息。其中集中发生相变的区域叫做程序容积(program volume，PV)区。

更具体的说，在接近熔点的温度供应相变材料以热量之后，当相变材料迅速冷却后，它转变为非晶态。在低于熔点的结晶温度长时间地供应相变材料以热量之后，当相变材料冷却时，它转变为晶态。

请参考图1A至图1E，其为现有的相变存储器件制造方法的各步骤相应结构的剖面示意图。参照图1A，首先，提供一半导体基底11，所述半导体基底11中形成有晶体管，所述晶体管可使用传统的半导体器件制造方法来形成，为简化，此处以空白半导体基底表示。接着，利用公知的方法，在半导体基底11上形成介电层13，并在介电层13中形成电连接所述晶体管的下电极12。

参照图1B，随后，在所述介电层13上依次形成氮化硅层14、刻蚀阻挡层15以及绝缘层16。所述刻蚀阻挡层15的材料可以为氮化硅、多晶硅、二氧化硅中的一种或其任意组合。绝缘层16的材料可以为氮化硅或二氧化硅，其厚度为接下来，以刻蚀阻挡层15为刻蚀停止层，对绝缘层16进行干法刻蚀，以形成贯穿绝缘层16的第一开口16’。

参照图1C，之后，在绝缘层16和所述刻蚀阻挡层15上沉积刻蚀层薄膜17，由于第一开口16’的存在，使得刻蚀层薄膜17具有一凹槽，所述凹槽的截面宽度小于第一开口16’的截面宽度，所述凹槽决定了后续形成的通孔的尺寸。所述刻蚀层薄膜17的厚度越厚，则形成的凹槽的截面宽度越小。

参照图1D，接着，依次刻蚀凹槽下方的刻蚀层薄膜17、刻蚀阻挡层15和氮化硅层14，以形成贯穿绝缘层16、刻蚀阻挡层15以及氮化硅层14的通孔14’。

随后，去除覆盖在绝缘层16上的刻蚀层薄膜17，所述凹槽侧壁的刻蚀层薄膜17被保留下来，业界通常将所述凹槽侧壁的刻蚀层薄膜称为刻蚀层17’，刻蚀层17’做得越厚，对应的通孔14’越小，因此刻蚀层17’具有控制通孔14’大小的作用。刻蚀层17’的材料为氧化硅或氮化硅，其刻蚀速率与氮化硅层14的刻蚀速率相同或相近。

参照图1E，在通孔14’中填入相变层18，使相变层18与下电极12电连接。其中，相变层18的截面宽度比下电极12的截面宽度小。相变层18与下电极12接触的区域为程序容积区，而程序容积区的区域越小，即相变层18与下电极12接触的区域面积越小，能够有效加热相变层18使其发生相变的电流越小，即相变存储器件所需的操作电流越小。因此，通过缩小相变存储单元中相变层18与下电极12的接触面积使相变存储器件操作电流变小，成为研制相变随机存储单元器件的重点。