[发明专利]相变随机存取存储器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造方法，尤其涉及一种相变随机存取存储器的制造方法。

背景技术

相变材料(PCM，Phase Change Material)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。利用相变材料的特性，由此能够存储和读取二进制信息。形成一种新的存储器-相变随机存取存储器(PCRAM，Phase Change Random Access Memory)，所述相变随机存取存储器也称为相变随机存取记忆体或相变存储器。相变随机存取存储器广泛应用于读写的光碟机，诸如数字视频盘(DVD)和可重写光盘(CD-RW)等。相变随机存取存储器中，存储单元通常包括晶体管、底电极接触(Bottom electrode connect，BEC)、电阻器、相变材料层和顶层电接触(Top electrode connect，TEC)。所述晶体管制造于半导体衬底上，所述电阻器和相变材料层形成于该晶体管上的介质层及氧化层中，通过控制电阻器的电压、电流以使电阻器发热，从而电阻器加热所述相变材料层以改变其相态，当相变材料层被加热时，使得电阻变化且因为电阻器上流动的电流电压变化，由此能够存储和读取二进制信息。

相变随机存取存储器的相变材料的材质通常为硫族元素化合物，例如GeSeTe(GST)的系列化合物。这种相变材料当施加0.6伏～0.9伏之间的电压时，出现负微分电阻特性，从而其电阻系数急剧降低，则在相同的复位电压下，复位电流极具升高，增大了相变随机存取存储器的功耗。

如何降低复位电流，以降低相变随机存取存储器的功耗成为业界亟待解决的问题。现有技术中，采用减小底电极接触(BEC)的尺寸，即降低圆柱形底电极接触的内径，进而减小接触面积，以增大电流密度来减小PRAM的复位电流。然而，随着器件尺寸的不断减小，由于现有技术光刻、刻蚀工艺的限制，进一步减小接触面积存在限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够形成直径宽度更小的底部电接触，进而提高随机存取存储器的性能的相变随机存取存储器的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种相变随机存取存储器的制造方法，包括：

提供一基底；

在所述基底上形成氧化层，并刻蚀所述氧化层形成一沟槽；

在所述沟槽中依次覆盖第一阻挡层和填充金属层；

对所述金属层和第一阻挡层进行回刻蚀工艺，所述第一阻挡层的刻蚀速率大于所述金属层的刻蚀速率，以去除位于所述金属层侧壁的第一阻挡层和部分金属层，在所述金属层和所述氧化层之间形成空隙；

在所述氧化层和金属层上形成第二阻挡层，所述第二阻挡层填充所述空隙；

刻蚀去除位于所述金属层上的第二阻挡层；

在所述金属层及第二阻挡层上形成相变材料层。

进一步的，所述第二阻挡层的材质为氮化钛，采用化学气相沉积法形成。

进一步的，所述第二阻挡层的材质为低介电常数材料层，采用旋转涂覆的方法形成。

进一步的，所述基底包括半导体衬底、位于半导体衬底上的介质层以及贯穿于所述介质层中的引出线，所述引出线位于所述金属层下方，并与所述金属层相连。

进一步的，所述引出线的直径为40nm～100nm。

进一步的，所述第一阻挡层和金属层的形成过程包括：形成第一阻挡层薄膜，所述第一阻挡层薄膜覆盖所述氧化层和沟槽的底面和侧壁；形成金属层薄膜，所述金属层薄膜覆盖所述第一阻挡薄膜并填充所述沟槽；进行化学机械研磨工艺，直至暴露所述氧化层。

进一步的，在对所述金属层和第一阻挡层进行回刻蚀工艺的步骤中，刻蚀物质包括SF6、O2、NF3、CF4及Ar，SF6的流量为10sccm～80sccm，O2的流量为1sccm～10sccm，NF3的流量为10sccm～80sccm，CF4的流量为10sccm～80sccm，Ar的流量为50sccm～200sccm，环境压力为2mt～20mt，反应时间为5s～40s，反应功率为500W-100W。

进一步的，在对所述金属层和第一阻挡层进行回刻蚀工艺的步骤之后，所述金属层的直径为20nm～60nm，高度为30埃～800埃。

进一步的，对所述金属层和第一阻挡层进行回刻蚀工艺与在所述氧化层和金属层上覆盖第二阻挡层的步骤之间，还包括：对所述氧化层进行回拉工艺；对所述金属层和氧化层进行刻蚀后处理。

进一步的，在进行刻蚀后处理的步骤中，通入氮气和氢气，环境温度为20℃～40℃。