[发明专利]相变存储单元的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造方法，尤其涉及一种相变存储单元的制作方法。

背景技术

相变存储单元(PCRAM)作为一种新兴的非易失存储技术，在读写速度、读写次数、数据保持时间、单元面积、多值实现等诸多方面对快闪存储器(FLASH)都具有较大的优越性，成为目前非易失存储技术研究的焦点。三星公司于2011年12月公布开始将相变存储单元代替NOR的非易失闪存结构应用于手机中。因此，相变存储技术的不断进步使之成为未来非易失存储技术市场主流产品最有力的竞争者之一。

在相变存储单元中，可以通过对记录了数据的相变材料层进行热处理，而改变存储器的值。相变材料层会由于所施加电流的加热效果而进入结晶状态或非晶状态。当相变层处于结晶状态时，相变存储单元的电阻较低，此时存储器赋值为“0”。当相变层处于非晶状态时，相变存储单元的电阻较高，此时存储器赋值为“1”。因此，相变存储单元是利用当相变层处于结晶状态或非晶状态时的电阻差异来写入/读取数据的非易失性存储器。

随着集成电路制造技术的发展，半导体制造已经进入45nm技术阶段。集成度和功耗成为半导体器件普遍关注的问题。

对于相变存储单元，减小功率损耗的一种方法是减小相变材料层和其下方的金属层的接触面积。但是当接触面积减小到一定下限时，会因相变材料层与金属层的粘合(adhesion)能力较差导致断开，造成相变存储单元失效。

在相变存储单元的制作过程中，在形成相变材料层后需要进行一步退火工艺，例如采用原位退火处理，以提高相变存储单元的运行速率和性能。现有技术中通常采用的相变材料层的相变材料为锗锑碲化合物(GeSbTe)，该相变材料在一定温度以上会发生特性的改变，从而影响相变材料层的性能，导致相变材料层的扯皮(peeling)问题的发生，甚至会出现在后续使用过程中无法实现结晶状态和非结晶状态的转换的问题，进而影响相变存储单元的整体性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高相变存储单元运行速率与性能、且提高相变材料层与金属线的制造方法。

为解决上述问题，本发明提供一种相变存储单元的制作方法，包括以下步骤：

提供相变基底，所述相变基底包括介质层和形成于所述介质层中的金属层；

利用光刻和刻蚀工艺，在所述介质层中形成沟槽，所述沟槽底面暴露所述金属层；

沉积相变材料层，以填充所述沟槽；

利用化学机械研磨工艺，去除所述沟槽以外的相变材料层；

进行低温退火处理，在温度为20℃～174℃环境中通入含氧气体，并利用微波或紫外线照射所述相变材料层。

进一步的，在进行低温退火处理的步骤中，环境温度为150℃～170℃。

进一步的，在进行低温退火处理的步骤中，环境压力为0.5托～780托。

进一步的，在进行低温退火处理的步骤中，环境压力为760托。

进一步的，在进行低温退火处理的步骤中，利用微波照射所述相变材料层，所述微波的波长为1mm～300mm，功率为100W～500W。

进一步的，在进行低温退火处理的步骤中，利用紫外线照射所述相变材料层，所述紫外线的波长为1nm～200nm，功率为100W～500W。

进一步的，在进行低温退火处理的步骤中，所述含氧气体为臭氧、氧气、一氧化氮及一氧化二氮的一种或几种组合。

进一步的，在进行低温退火处理的步骤中，所述含氧气体的通入量为5sccm～5000sccm。

进一步的，在进行低温退火处理的步骤中，所述含氧气体的通入量为3000sccm。

进一步的，所述相变材料层的相变材料为锗锑碲化合物。

综上所述，相比于现有技术，本发明所述相变存储单元的制作方法，通过在对所述相变材料层进行退火的工艺中，采用低温退火方式，即在温度为20℃～174℃环境中通入含氧气体，并利用微波或紫外线照射所述相变材料层，在上述温度条件和微波或紫外线的配合下，不仅不会导致相变材料层特性的改变，避免相变材料层的扯皮问题的发生，而且能够使相变材料层部分氧化或全部氧化，由于氧化后的相变材料层具有更好的粘附性能，能够与金属层更好地接触，提高相变材料层与金属层的粘合能力，进而提高相变存储单元的性能。

附图说明

图1为本发明一实施例中相变存储单元的制作方法的流程示意图。

图2～图7为本发明一实施例中相变存储单元的制作过程的结构示意图。

具体实施方式