[发明专利]消除相变随机存储器下电极损伤的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，尤其涉及一种相消除相变随机存储器下电极损伤的实现方法。

背景技术

相变随机存储器(phase change random access memory，PCRAM)是利用相变薄膜材料作为存储介质来实现数据存储的一种存储器，被公认为是最有希望成功突破22nm尺寸节点的存储器。

由锗(Ge)-锑(Sb)-碲(Te)构成的硫系化合物Ge₂Sb₂Te₅(GST)，可以迅速实现晶态和非晶态之间的可逆相变，成为目前PCRAM上最常用的相变材料。GST在晶态是低电阻态，在非晶态是高电阻态，而相变存储器正是利用GST在晶态和非晶态之间转变时的电阻差异来实现数据存储的。

图1是目前相变存储器件的剖面结构示意图。如图，下电极102形成于第一绝缘层101开孔中，第二绝缘层103形成于第一绝缘层101和下电极102的上表面，GST相变材料104填充于第二绝缘层103的开孔中并与下电极102中心对准，第三绝缘层105形成于第二绝缘层103上表面，上电极106填充于第三绝缘层105的开孔中，并与填充于第二绝缘层103的开孔中的GST相变材料104中心对准。

图2是现有技术制造相变随机存储器的工艺流程图，包括：S101提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层中形成有下电极，第二绝缘层中形成有完全暴露下电极上表面的开孔；S102，在所述开孔中形成侧墙并进行沉积预清理工艺；S103，在所述开孔内填充GST相变材料，并化学机械平坦化去除第二绝缘层上方的GST相变材料；S104，在第二绝缘层和GST相变材料上沉积第三绝缘层，并形成第三绝缘层开孔，暴露出填充的GST相变材料上表面；S105，在所述第三绝缘层开孔中形成上电极。其中，当下电极材料为多晶硅时，在S102工艺步骤中会产生下电极损伤。

图3是现有技术的下电极损伤结构示意图。在第二绝缘层103的开孔中进行侧墙107刻蚀和GST物理气相沉积(PVD)预清理工艺后，会使第二绝缘层103开孔中暴露出的下电极102的顶层多晶硅材料从晶态转变为非晶态，形成下电极损伤区1021，不导电，使器件截止。目前工艺中，减少侧墙过刻蚀的时间，减少GST物理气相沉积预清理的时间、功率及压力，可以相对改善下电极损伤。但是，这样的方法使得侧墙残渣增多，GST相变材料填充孔变小，产生原生氧化物(Native Oxide)残留和沟槽填充问题。其中，原生氧化物是下电极102上表面与空气接触而产生的，会影响GST相变材料与下电极间的电接触。上述方法中的问题会使后续工艺难度增加，器件工艺性能降低，影响到器件的可靠性与效能。所以需要一种新的消除下电极损伤的实现方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除相变随机存储器下电极损伤的实现方法，以解决现有技术中采用减少侧墙过刻蚀时间和GST物理气相沉积预清理时间及功率时产生的侧墙残渣增多、原生氧化物残留和沟槽填充问题。

为解决上述问题，本发明提出一种消除相变随机存储器下电极损伤的实现方法，该方法包括如下步骤：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有第一绝缘层和第二绝缘层，所述第一绝缘层中形成有下电极，第二绝缘层中形成有完全暴露下电极上表面的开孔；

在所述开孔中形成侧墙并进行沉积预清理工艺；

在上述器件结构表面沉积金属层；

快速退火后移除所述金属层。

可选的，所述金属层的沉积方法为物理气相沉积法。

可选的，所述金属层为钛层，厚度为15埃～50埃。

可选的，所述快速退火温度为270摄氏度～400摄氏度，持续时间为30秒～120秒。

可选的，等离子体处理移除金属层后暴露的器件结构表面，所述等离子体处理采用的气体是氮气或氨气。

与现有技术相比，本发明在侧墙刻蚀和预清理后沉积金属层并执行快速退火，使金属与下电极损伤区的硅反应生成金属硅化物，有效消除了下电极损伤，使器件导通，提高了器件工艺性能，工艺操作简单，工艺成本低。

附图说明

图1是相变存储器件的剖面结构示意图；

图2是现有技术制造相变随机存储器的工艺流程图；

图3是现有技术的下电极损伤结构示意图；

图4是本发明实施例的工艺流程图；

图5A至图5E是本发明实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式