专利名称：相变存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种相变存储器件的制造方法。
背景技术：
随着信息产业的高速发展，处理大量信息的需求增长，因此，对能够存储大量信息的信息存储媒体的需求也随之增长。相变存储器件(PhaseChange-Random Access Memory, PC-RAM)由于具有高效读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、成本低、可多级存储、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器，而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。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，例如，GST(Ge2Sb2Te5)是一种传统采用的相变材料。在相变存储器中，可以通过对记录了数据的相变层进行热处理，而改变存储器的值。构成相变层的相变材料会由于所施加电流的加热效果而进入结晶态或非晶状态。当相变层处于结晶状态时，PCRAM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，PCRAM的电阻较高，此时存储器赋值为“1”。因此，PCRAM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读取数据的非易失性存储器。现有的相变存储器件的剖面图如图1所示，相变存储器包括半导体基底11，半导体基底11上形成有晶体管(未图示)；层间绝缘层(inter-insulating layer) 13，形成于半导体基底11上；插塞(contact plug) 12，贯穿层间绝缘层13的厚度；由GST构成的相变层14，形成于中间绝缘层13上；上部电极15形成于相变层14上，其中虚线所示区域既是程序容积区；所述插塞12有连接下部的晶体管和上部的相变层14的作用。现有的相变存储器极少采用嵌入式的结构，主要由于嵌入式结构的制造工艺复杂，导致产量低，相应的生产率降低；也正因为这个原因嵌入式相变存储器未得到很好的发展，该技术不够成熟。因此需要提供一种工艺简单的制造嵌入式相变存储器的方法。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种相变存储器的方法，防止制造工艺复杂。本发明提供一种相变存储器的制作方法，包括下列步骤提供半导体衬底，所述P型半导体衬底内形成有掩埋阱；在掩埋阱表面形成层间介质层；在层间介质层中形成露出掩埋阱的开槽；向开槽内依次填充第一外延层、第二外延层和第三外延层，所述第三外延层中含碳离子，所述第二外延层作为第一电极；
采用对第三外延层和第二外延层刻蚀具有高选择比的刻蚀工艺去除第三外延层， 形成相变存储器开口；在开口侧壁形成侧墙；在开口内填充满相变层；在相变层上形成第二电极。本发明具有以下优点形成含碳离子的第三外延层，然后采用对第三外延层和第二外延层刻蚀具有高选择比的刻蚀工艺刻蚀去除第三外延层，而对第二外延层不造成任何影响，既简化了工艺，又提高了器件的质量。
图1是现有相变存储器的结构示意图；图2至图7是本发明形成相变存储器的实施例示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。图2至图7是本发明形成相变存储器的实施例示意图。如图2所示，提供半导体基底100，所述半导体基底100分为核心器件区I和外围电路区II ；在半导体基底100内形成隔离结构102，用于器件之间的隔离，本实施例中所述隔离结构102为浅沟槽隔离，形成浅沟槽隔离的技术为本领域技术人员公知的技术；用化学气相沉积法或热氧化法在半导体基底100形成氧化层108，所述氧化层108的材料为含硅氧化物。然后，在外围电路区II形成晶体管104 ；在形成所述晶体管104时，用光刻胶遮盖核心器件区I，在外围电路区II的半导体基底100上形成栅极和位于栅极上的金属硅化物层，在半导体基底100内形成源/ 漏极。继续参考图2，在核心器件区I的半导体基底100内形成掩埋阱106 ；具体形成如下在外围电路区II形成光刻胶层，以光刻胶层为掩膜，向半导体基底100内掺杂离子，形成掩埋阱106。参考图3，用化学气相沉积法或物理气相沉积法在半导体基底100上形成层间介质层110，所述层间介质层110的材料为氧化硅或氮氧化硅。接着，在核心器件区I的层间介质层110和氧化层108内形成开槽，所述开槽露出半导体基底100，与半导体基底内的字线位置对应，工艺如下在层间介质层110上旋涂光刻胶层；经过曝光、显影工艺后，在光刻胶层上形成开槽图形；以光刻胶层为掩膜，沿开槽图形刻蚀核心器件区I的层间介质层110 和氧化层108至露出半导体基底100 ；接着，去除光刻胶层。如图4所示，用选择性外延沉积法在开槽内依次填充第一外延层112a、第二外延层112b和第三外延层112c。具体形成方式如下先在反应腔室内通入H2和SiH2C12的混合气体，其中H2的流量为10-50SLM(标准升/分)，SiH2Cl2的流量为50 300SCCM(标准毫升/分)，通入0. 5 3分钟，在开槽内形成厚度为40nm 60nm的第一外延层112a ；然后， 在反应腔室内再通入B2H6，此时H2的流量为10 50SLM，SiH2Cl2的流量为50 300SCCM， B2H6的流量为50 500SCCM通入1 9分钟，在第一外延层112a上形成厚度为50nm 300nm的第二外延层112b ；接着，继续向反应腔内通入流量为10 50SLM，的H2,流量为50 500SCCM的SiH2Cl2,流量为10 90SCCM的C3H8的混合气体，通入1 3分钟，在层间介质层110和第二外延层112b上形成第三外延层112c，使开槽被填充满。用化学机械抛光法平坦化第三外延层112c至露出层间介层110。在本实施例的优选实例中，先在反应腔室内通入H2和SiH2C12的混合气体，其中 H2的流量为30SLM(标准升/分)，SiH2Cl2的流量为200SCCM(标准毫升/分)，通入1分钟，在开槽内形成厚度为50nm的第一外延层112a ；然后，在反应腔室内再通入B2H6，此时H2 的流量为30SLM，SiH2Cl2的流量为200SCCM，B2H6的流量为300SCCM通入6分钟，在第一外延层112a上形成厚度为250nm的第二外延层112b ；接着，继续向反应腔内通入流量为30SLM 的H2,流量为300SCCM的SiH2Cl2,流量为50SCCM的C3H8的混合气体，通入2分钟，在层间介质层110和第二外延层112b上形成第三外延层112c，使开槽被填充满。第一外延层112a的材料为硅；第二外延层112b的材料为P型硅，所述第二外延层作为相变存储器的第一电极；第三外延层112c的材料为非晶硅。除上述实施例外，形成第一外延层112a、第二外延层112b和第三外延层112c时， 所采用的气体SiH2Cl2还可以由SiH4或Si2H6或Si3H8或SiHCl3或SiCl4替代。形成第三外延层112c时，采用的气体C3H8可以由CH4代替。如图5所示，在外围电路区II的层间介质层110内形成贯穿层间介质层110厚度且与晶体管栅极、源/漏极或半导体基底100内其他器件连通的导电插塞114 ；具体工艺如下在层间介质层110上旋涂光刻胶层；经过曝光、显影工艺后，在光刻胶层上形成通孔图形；以光刻胶层为掩膜，沿通孔图形刻蚀层间介质层110至露出栅极上的金属硅化物层和半导体基底100 ；用化学气相沉积法或低压化学气相沉积法在层间介质层110上形成金属钨层，且将金属钨层填充满通孔，在形成金属钨层之前，可在通孔侧壁和底部形成扩散阻挡层，防止金属钨扩散至层间介质层110 ；用化学机械抛光法平坦化金属钨层至露出层间介质层110，在通孔内形成导电插塞114 ；接着，去除光刻胶层。如图6所示，去除第三外延层112c，定义出PCRAM开口 ；具体可以进行如下步骤实现在层间介质层Iio上旋涂光刻胶层；经过曝光、显影工艺后，在光刻胶层上形成PCRAM 位置图形；以光刻胶层为掩膜，沿PCRAM位置图形刻蚀第三外延层112c至露出第二外延层 112b ；去除光刻胶层。采用湿法刻蚀法去除第三外延层112c，采用的溶液为含KOH和Maltose的去离子水，其中KOH的浓度为9% 10%和Maltose (麦芽糖)的浓度为4% 5%，采用的温度为 70°C 90°C，优选80°C。由于第三外延层112c是由H2、SiH2Cl2和C3H8的混合气体形成，因此第三外延层112c内含有C (碳离子)，上述刻蚀溶液对含C离子的第三外延层112c的刻蚀速率与对第二外延层112b的刻蚀速率比为101 1 102 1 ；在刻蚀第三外延层112c 时对第二外延层112b没有任何影响。本实施例中，Maltose (麦芽糖)的分子结构式为
权利要求
1.一种相变存储器的制作方法，其特征在于，包括下列步骤提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有掩埋阱；在掩埋阱表面形成层间介质层；在层间介质层中形成露出掩埋阱的开槽；向开槽内依次填充第一外延层、第二外延层和第三外延层，所述第三外延层中含碳离子，所述第二外延层作为第一电极；采用对第三外延层和第二外延层刻蚀具有高选择比的刻蚀工艺去除第三外延层，形成相变存储器开口；在开口侧壁形成侧墙；在开口内填充满相变层；在相变层上形成第二电极。
2.如权利要求1所述的相变存储器件，其特征在于，所述第一外延层的材料为硅。
3.如权利要求2所述的相变存储器件，其特征在于，形成第一外延层的气体为H2和 SiH2Cl2的混合气体或H2和SiH4的混合气体或H2和Si2H6的混合气体或H2和Si3H8的混合气体或H2和SiHCl3的混合气体或H2和SiCl4的混合气体。
4.如权利要求1所述的相变存储器件，其特征在于，所述第二外延层的材料为P型硅。
5.如权利要求4所述的相变存储器件，其特征在于，形成第二外延层的气体为H2、 SiH2Cl2和B2H6的混合气体或H2、SiH4和B2H6的混合气体或H2、Si2H6和B2H6的混合气体或 H2、Si3H8和B2H6的混合气体或H2、SiHCl3和B2H6的混合气体或H2、SiCl4和B2H6的混合气体。
6.如权利要求1所述的相变存储器件，其特征在于，所述第三外延层的材料为含碳的非晶娃。
7.如权利要求6所述的相变存储器件，其特征在于，形成第三外延层的气体为H2、 SiH2Cl2和C3H8的混合气体或H2、SiH4和C3H8的混合气体或H2、Si2H6和C3H8的混合气体或 H2, Si3H8和C3H8的混合气体或H2、SiHCl3和C3H8的混合气体或H2、SiCl4和C3H8的混合气体或H2、SiH2Cl2和CH4的混合气体或H2、SiH4和CH4的混合气体或H2、Si2H6和CH4的混合气体或H2、Si3H8和CH4的混合气体或H2、SiHCl3和CH4的混合气体或H2、SiCl4和CH4。
8.如权利要求1所述的相变存储器件，其特征在于，刻蚀第三外延层为湿法刻蚀法或干法刻蚀法。
9.如权利要求8所述的相变存储器件，其特征在于，所述湿法刻蚀采用的是含KOH和麦芽糖的去离子水。
全文摘要
本发明提出一种相变存储器的制作方法，包括下列步骤提供半导体衬底，所述P型半导体衬底内形成有掩埋阱；在掩埋阱表面形成层间介质层；在层间介质层中形成露出掩埋阱的开槽；向开槽内依次填充第一外延层、第二外延层和第三外延层，所述第三外延层中含碳离子，所述第二外延层作为第一电极；采用高选择比的刻蚀工艺去除第三外延层，形成相变存储器开口；在开口侧壁形成侧墙；在开口内填充满相变层；在相变层上形成第二电极。本发明既简化了工艺，又提高了器件的质量。
文档编号H01L45/00GK102403453SQ20101028527
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者三重野文健, 庞军玲 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司