[发明专利]用于制造相变随机存储器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及用于制造相变随机存储器的方法。

背景技术

相变随机存储器（可缩略表示为PCRAM）是一种新兴的非易失性存储器。它很可能在将来代替闪存（Flash），因为它不仅比闪存速度快得多，还更容易缩小到较小尺寸以适用于例如22纳米节点以下的半导体工艺，并且复原性更好，能够实现一亿次以上的擦写次数。

相变随机存储器的存储单元可以由硫属化物材料实现。在通过电脉冲的形式集中加热的情况下，它能够从有序的晶态（低电阻率）快速转变为无序的非晶态（高电阻率）。从晶态到非晶态的反复转换过程是由熔化和快速冷却机制触发的（或者一种稍慢的称为再结晶的过程）。最有应用前景的一种相变随机存储器材料是Ge₂Sb₂Te₅材料（可缩略表示为GST），其熔点范围为500–600 ^oC。

图1所示为现有技术中的相变随机存储器结构100的示意图。在图1中，相变随机存储器结构100具有顶部电极101，绝缘结构102，GST材料呈现晶态GST材料103和非晶态GST材料104两种状态， 以及底部电极105。

这些硫属化物材料在晶态和非晶态的电阻率大小的差异能够存储二进制数据。高电阻的非晶态用于表示二进制数0、低电阻的晶态表示1。最新的相变随机存储器材料能够实现多种不同的值，例如，具有16种晶态，而不仅仅是两种状态，而每种状态都具有不同的电气特性。这使得单个存储单元能够表示多个比特，从而大大提高了存储密度，这是闪存无法实现的。

图2A至2G是现有技术中制造相变随机存储器的方法示意图。在图2A中，提供相变随机存储器前端器件200，包括底部电极201、与底部电极连接的金属层202和绝缘结构203。在图2B中，在前端器件200中形成金属塞结构204，包括进行金属的沉积和对金属塞结构204进行化学机械抛光（CMP）。在图2C中，对前端器件200中的绝缘结构203进行刻蚀，以形成凹槽。在图2D中，在前端器件200上沉积相变材料205。在图2E中，对前端器件200进行化学机械抛光，以仅保留位于所述凹槽中的相变材料层。在图2F中，在前端器件200上形成与所述相变材料层连接顶部电极206以及与所述金属塞结构204连接的电极207。

现有技术制造相变随机存储器的方法常常存在一些缺陷。图3为相变随机存储器前端器件300发生相变材料腐蚀的示意图。在如图2E所示对相变随机存储器前端器件300进行化学机械抛光时，前端器件300包括底部电极301、金属层302、绝缘结构303、金属塞结构304、相变材料305。此外，在前端器件300上存在用于进行化学机械抛光的研磨剂306。由于研磨剂306能够与前端器件300上已经存在的底部电极301、金属层302、金属塞结构304、相变材料305形成电流回路，因此产生了电偶腐蚀，从而进一步导致了在进行化学机械抛光之后严重的相变材料腐蚀。

因此，本领域需要一种改进的制造相变随机存储器的方法，能够有效地克服相变随机存储器器件制造过程中的相变材料腐蚀，从而提高制造相变随机存储器器件的良品率，并且同时具有简单的制造流程和较低的成本。

发明内容

为了在制造相变随机存储器器件时有效地克服相变随机存储器器件制造过程中的相变材料腐蚀问题，本发明提供了一种用于制造相变随机存储器的方法。

所述方法包括下列步骤：提供相变随机存储器前端器件，所述前端器件包括底部电极、与底部电极连接的金属层、以及位于所述底部电极和金属层上的绝缘结构；在所述前端器件中形成与所述金属层连接的金属塞结构；使所述金属塞结构的顶部氧化形成金属氧化层；在所述前端器件的绝缘结构中形成凹槽；在所述前端器件上沉积相变材料；进行化学机械抛光工艺以去除凹槽外的相变材料；分别形成与所述相变材料连接的顶部电极和与所述金属塞结构连接的电极。

其中所述形成金属氧化层的步骤采用等离子体处理。

其中所述等离子体处理的气体采用O₂和O₃中的一种。

其中所述等离子体处理的功率是100-1000W。

其中所述等离子体处理的功率是350-600W。

其中所述金属氧化层的厚度是50-500埃。

其中所述金属氧化层的厚度是100-200埃。

其中所述形成凹槽的步骤采用刻蚀处理。

进一步包括在所述化学机械抛光步骤之后对所述前端器件进行预清理。