專利名稱：相變存儲器底部電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更為具體的，本發(fā)明涉及一種相變存儲器底部電極的制作方法。
背景技術(shù)：
相變存儲器(Phase Change Random Access Memory, PCRAM)技術(shù)是基于 S. R. Ovshinsky在20世紀(jì)60年代末提出相變薄膜可以應(yīng)用于相變存儲介質(zhì)的構(gòu)想建立起來的。作為一種新興的非易失性存儲技術(shù)，相變存儲器在讀寫速度、讀寫次數(shù)、數(shù)據(jù)保持時(shí)間、單元面積、多值實(shí)現(xiàn)等諸多方面對快閃存儲器都具有較大的優(yōu)越性，已成為目前不揮發(fā)存儲技術(shù)研究的焦點(diǎn)。在相變存儲器中，可以通過對記錄了數(shù)據(jù)的相變層進(jìn)行熱處理，來改變存儲器的值。構(gòu)成相變層的相變材料會由于所施加電流的加熱效果而進(jìn)入結(jié)晶狀態(tài)或非晶狀態(tài)。當(dāng)相變層處于結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，PCRAM的電阻較低，此時(shí)存儲器賦值為“0”。當(dāng)相變層處于非晶狀態(tài)時(shí)，PCRAM的電阻較高，此時(shí)存儲器賦值為“ 1 ”。因此，PCRAM是利用當(dāng)相變層處于結(jié)晶狀態(tài)或非晶狀態(tài)時(shí)的電阻差異來寫入/讀取數(shù)據(jù)的非易失性存儲器?，F(xiàn)有技術(shù)的相變存儲器，通常包括底部電極、頂部電極、以及底部電極與頂部電極之間的相變層。其中相變層的晶態(tài)轉(zhuǎn)變過程需要較高的溫度，一般通過底部電極對相變層進(jìn)行加熱，而頂部電極僅起到互連作用。底部電極對相變層的加熱效果好壞將直接影響相變存儲器的讀寫速率。在公開號為CN101271918的中國專利申請中就公開了一種相變存儲
ο現(xiàn)有技術(shù)中通過縮小底部電極與相變層的接觸面積，提高接觸電阻，從而獲得良好的加熱效果，參考圖1和參考圖2，分別示出了現(xiàn)有技術(shù)底部電極一實(shí)施例的側(cè)視圖和俯視圖，所述底部電極包括位于第一絕緣層15內(nèi)的導(dǎo)電插塞11，第二絕緣層14內(nèi)的環(huán)形電極12，所述第二絕緣層14位于第一絕緣層15上，所述環(huán)形電極12位于導(dǎo)電插塞11上，還包括填充于環(huán)形電極12內(nèi)的第三絕緣層13，在相變存儲器應(yīng)用過程中，通過環(huán)形電極12對位于底部電極上方的相變層(圖未示)進(jìn)行加熱，由于環(huán)形電極12的側(cè)壁較薄，所以與相變層的接觸面積較小，從而提高了接觸電阻，進(jìn)而可以獲得良好的加熱效果?，F(xiàn)有技術(shù)中相變存儲器底部電極的制作方法包括首先在包括導(dǎo)電插塞的第一絕緣層15上沉積第二絕緣層14 ；再蝕刻所述第二絕緣層14，形成露出導(dǎo)電插塞的凹槽16 (如圖3所示)，然后向凹槽16內(nèi)沉積金屬材料并蝕刻所述金屬材料，形成環(huán)形電極孔17 (如圖 4所示)，最后向環(huán)形電極孔17中沉積絕緣材料。在上述方法中，蝕刻所述第二絕緣層14， 形成位于導(dǎo)電插塞上的凹槽16時(shí)，由于凹槽孔徑較小并且深度較大，所以難以形成較直的凹槽側(cè)壁；此外，在向環(huán)形電極孔中沉積絕緣材料時(shí)，由于環(huán)形電極孔的深寬比比較大，在沉積絕緣材料時(shí)，絕緣材料難以填充至環(huán)形電極孔中
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種相變存儲器環(huán)形電極的制作方法，降低制作難度。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種相變存儲器底部電極的制作方法，包括在襯底上形成第一絕緣層、以及位于第一絕緣層中的導(dǎo)電插塞；在導(dǎo)電插塞上形成柱狀體，所述柱狀體包括金屬柱狀體以及位于金屬柱狀體上的絕緣柱狀體；在柱狀體未覆蓋的第一絕緣層上形成第二絕緣層；所述第二絕緣層的厚度大于或等于所述柱狀體的厚度；去除絕緣柱狀體，形成第二絕緣層和金屬柱狀體圍成的開口 ；在所述開口中形成絕緣側(cè)墻；以所述絕緣側(cè)墻為掩膜蝕刻所述金屬柱狀體，形成凹形金屬件；向所述凹形金屬件中填充絕緣材料，形成第三絕緣層；通過平坦化技術(shù)去除絕緣側(cè)墻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)先形成位于導(dǎo)電插塞上方的金屬柱狀體， 再在金屬柱狀體未覆蓋的第一絕緣層上沉積第二絕緣層，由于金屬柱狀體具有一定的厚度，所以第二絕緣層和金屬柱狀體圍成的開口深度較淺，在形成開口的絕緣側(cè)墻時(shí)，蝕刻深度較淺，容易形成側(cè)壁較直的絕緣側(cè)墻，降低了制作難度。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)底部電極一實(shí)施例的側(cè)視圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)底部電極一實(shí)施例的俯視圖；圖3至圖4是現(xiàn)有技術(shù)相變存儲器環(huán)形電極制作方法一實(shí)施例的示意圖；圖5是本發(fā)明相變存儲器環(huán)形電極制作方法一實(shí)施方式的流程示意圖；圖6是圖5所示步驟s2的流程示意圖；圖7是圖5所示步驟s5的流程示意圖；圖8至圖15是本發(fā)明相變存儲器環(huán)形電極制作方法形成的相變存儲器環(huán)形電極一實(shí)施例的側(cè)面示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有技術(shù)相變存儲器環(huán)形電極的制作方法中，需先沉積第二絕緣層，再蝕刻所述第二絕緣層形成露出導(dǎo)電插塞的凹槽，之后向凹槽內(nèi)沉積金屬材料并蝕刻所述金屬材料以形成環(huán)形電極，由于凹槽孔徑較小并且深度較大，所以難以形成較直的凹槽側(cè)壁，從而增加了制作難度。針對上述問題，本發(fā)明提供一種相變存儲器環(huán)形電極的制作方法，參考圖5，示出了本發(fā)明相變存儲器環(huán)形電極制作方法一實(shí)施方式的流程示意圖。所述制作方法包括以下步驟Si，在襯底上形成第一絕緣層、以及位于第一絕緣層中的導(dǎo)電插塞；s2,在導(dǎo)電插塞上形成柱狀體，所述柱狀體包括金屬柱狀體以及位于金屬柱狀體上的絕緣柱狀體；S3，在柱狀體未覆蓋的第一絕緣層上形成第二絕緣層，所述第二絕緣層的厚度大于或等于所述柱狀體的厚度；s4，去除絕緣柱狀體，形成第二絕緣層和金屬柱狀體圍成的開口 ；s5，在所述開口中形成絕緣側(cè)墻；s6,以所述絕緣側(cè)墻為掩膜蝕刻所述金屬柱狀體，形成凹形金屬件；s7,向所述凹形金屬件中填充絕緣材料，形成第三絕緣層；s8，通過平坦化技術(shù)去除絕緣側(cè)墻。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述各步驟。參考圖8至參考圖15示出了本發(fā)明相變存儲器環(huán)形電極制作方法形成的相變存儲器環(huán)形電極一實(shí)施例的側(cè)面示意圖。參考圖8，執(zhí)行步驟sl，具體地，所述第一絕緣層101為氧化硅，所述導(dǎo)電插塞102 為鎢，所述襯底包括連接于導(dǎo)電插塞102的選通管(圖未示)等，與現(xiàn)有技術(shù)相同，此處不再贅述。對于步驟s2，參考圖6，示出了圖5所示步驟s2的流程示意圖，所述步驟s2包括s21，依次在第一絕緣層上形成金屬層和第四絕緣層；s22，光刻和蝕刻所述金屬層和第四絕緣層，形成金屬柱狀體以及位于金屬柱狀體上的絕緣柱狀體。參考圖9，執(zhí)行步驟s21，具體地，通過濺射方法形成金屬層，之后，通過化學(xué)氣相沉積方法在金屬層上形成第四絕緣層；執(zhí)行步驟22，通過光刻和蝕刻的方法，形成金屬柱狀體104以及位于金屬柱狀體104上的絕緣柱狀體105，從而形成柱狀體103。需要說明的是，所述金屬柱狀體104用于形成環(huán)形電極，所以金屬層的厚度大于或等于環(huán)形電極厚度的設(shè)計(jì)規(guī)格值；此外，為了使環(huán)形電極和導(dǎo)電插塞之間有良好的電連接，所述金屬柱狀體 104至少覆蓋導(dǎo)電插塞102。具體地，所述金屬柱狀體104包括鎢或鋁等導(dǎo)電金屬，所述絕緣柱狀體105包括氮化硅、氮氧化硅、摻碳的氮化硅等。參考圖10，執(zhí)行步驟S3，通過化學(xué)氣相沉積方法，在柱狀體未覆蓋的第一絕緣層 101上沉積第二絕緣材料，形成第二絕緣層106，所述第二絕緣層106包括氧化物，例如氧化硅，還包括二氧化硅(TE0Q、摻氟的氧化硅等低導(dǎo)電系數(shù)材料。較佳地，在步驟S3之后，通過平坦化技術(shù)，例如化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)使第二絕緣層具有平滑表面。參考圖11，執(zhí)行步驟s4，通過濕法腐蝕法去除絕緣柱狀體105，較佳地，濕法腐蝕中所使用的化學(xué)溶液需對絕緣柱狀體105的材料具有較好的選擇性，減小化學(xué)溶液對第二絕緣層106以及金屬柱狀體104的影響。去除絕緣柱狀體105后，露出金屬柱狀體104，所述金屬柱狀體104和第二絕緣層106圍成開口 108。對于步驟s5，參考圖7，示出了圖5所示步驟s5的流程示意圖，所述步驟s5包括s51,向第二絕緣層和開口內(nèi)沉積絕緣材料；
s52,去除第二絕緣層上和開口底部的絕緣材料，在所述開口中形成絕緣側(cè)墻。參考圖12，執(zhí)行步驟s5，通過化學(xué)氣相沉積的方法在第二絕緣層106和開口 108 內(nèi)沉積絕緣材料，之后通過蝕刻方法去除位于第二絕緣層106上和開口 108底部的絕緣材料，從而在開口 108的側(cè)壁上形成絕緣側(cè)墻107。具體地，所述絕緣材料包括氮化硅、氮氧化硅、摻碳的氮化硅等，所述蝕刻方法為干法蝕刻法。需要說明的是，為了能在開口 108的側(cè)壁上形成絕緣側(cè)墻107，在向第二絕緣層 106和開口 108內(nèi)沉積絕緣材料時(shí)，沉積絕緣材料的厚度需小于開口 108孔徑的一半。此外，絕緣側(cè)墻107的壁厚越小，則后續(xù)以絕緣側(cè)墻107為掩膜蝕刻金屬柱狀體所形成的凹形金屬件的壁厚越小，即環(huán)形電極的壁厚越小，這樣可以減小底部電極和相變層的接觸面積， 改善加熱效果，所以在向第二絕緣層106和開口 108內(nèi)沉積絕緣材料時(shí)，沉積絕緣材料的厚度越小越好，以形成壁厚較小的絕緣側(cè)墻107。參考圖13，執(zhí)行步驟s6，以所述絕緣側(cè)墻107為掩膜蝕刻所述金屬柱狀體104，形成凹形金屬件112。所述凹形金屬件112的凹坑109為環(huán)形電極孔。所述凹形金屬件112底部的金屬層與導(dǎo)電插塞102接觸，為了保證形成的環(huán)形電極和導(dǎo)電插塞102之間良好的電連接性，通常在凹形金屬件112底部保留一定厚度的金屬層，較佳地，所述凹形金屬件112底部保留的金屬層厚度至少大于凹形金屬件112的壁厚， 由于凹形金屬件112的壁厚與絕緣側(cè)墻107相當(dāng)，所以蝕刻金屬柱狀體104時(shí)，蝕刻去除的金屬柱狀體104的厚度Y需小于金屬柱狀體104的厚度Kl減去絕緣側(cè)墻107的壁厚K2。參考圖14，執(zhí)行步驟s7，通過化學(xué)氣相沉積法向凹形金屬件112中填充絕緣材料， 形成覆蓋于第二絕緣層106上的第三絕緣層110，所述第三絕緣層110可以是氮化硅或氧化硅。由于凹形金屬件112的底部還保留一定厚度的金屬層，所述凹形金屬件112的凹坑深度較淺，所以所述凹形金屬件112側(cè)壁和絕緣側(cè)墻107圍成孔隙的深寬比相對較小，比較容易填充絕緣材料。參考圖15，執(zhí)行步驟s8，通過化學(xué)機(jī)械研磨去除部分第三絕緣層110和部分第二絕緣層106，以及位于第二絕緣層106內(nèi)的絕緣側(cè)墻107，從而露出位于絕緣側(cè)墻107下方的凹形金屬件112的側(cè)壁，從而制作完成了相變存儲器的底部電極。所述底部電極通過凹形金屬件112的側(cè)壁與位于底部電極上方的相變材料接觸， 由于凹形金屬件112的側(cè)壁較薄，提高了接觸電阻，進(jìn)而可以獲得良好的加熱效果。與現(xiàn)有技術(shù)中位于第二絕緣層上方的側(cè)墻相比，本發(fā)明制作方法中，先形成位于導(dǎo)電插塞上方的金屬柱狀體，再在金屬柱狀體未覆蓋的第一絕緣層上沉積第二絕緣層，由于金屬柱狀體具有一定的厚度，所以第二絕緣層和金屬柱狀體圍成的開口深度較淺，在形成開口的絕緣側(cè)墻時(shí)，蝕刻深度較淺，容易形成側(cè)壁較直的絕緣側(cè)墻，降低了制作難度；此外，對金屬柱狀體蝕刻時(shí)，蝕刻深度只要滿足刻去除的厚度Y需小于金屬柱狀體的厚度Kl減去絕緣側(cè)壁的壁厚K2即可，蝕刻深度較淺，降低了制作難度，此外，可根據(jù)后續(xù)向凹形金屬件填充絕緣材料的工藝，適當(dāng)調(diào)整蝕刻量，具體地，如果后續(xù)填充絕緣材料的工藝填充效果較差，可減小蝕刻量，形成凹坑較淺的凹形金屬件，以便于向凹坑中填充絕緣材料，從而進(jìn)一步降低了制作難度；更近一步地，現(xiàn)有技術(shù)通過蝕刻第二絕緣層，形成露出導(dǎo)電插塞的凹槽，由于第二絕緣層材料不透明，所以形成的凹槽有可能偏離導(dǎo)電插塞的位置，再向凹槽中沉積金屬材料時(shí)，金屬材料無法和導(dǎo)電插塞連接，會導(dǎo)致底部電極制作不良，而本發(fā)明的技術(shù)方案中， 直接在導(dǎo)電插塞上沉積金屬層，由于金屬層和導(dǎo)電插塞直接接觸，不會導(dǎo)致底部電極制作不良，提高了底部電極制作良率。需要指出的是，本發(fā)明雖以相變存儲器的底部電極為例，但所述相變存儲器底部電極的制造方法，同樣適用于其他與相變存儲器底部電極類似的器件的制作工藝中。本發(fā)明領(lǐng)域技術(shù)人員，應(yīng)當(dāng)容易基于本發(fā)明所公開的技術(shù)方案進(jìn)行推廣應(yīng)用。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，包括在襯底上形成第一絕緣層、以及位于第一絕緣層中的導(dǎo)電插塞；在導(dǎo)電插塞上形成柱狀體，所述柱狀體包括金屬柱狀體以及位于金屬柱狀體上的絕緣柱狀體；在柱狀體未覆蓋的第一絕緣層上形成第二絕緣層；所述第二絕緣層的厚度大于或等于所述柱狀體的厚度；去除絕緣柱狀體，形成第二絕緣層和金屬柱狀體圍成的開口 ；在所述開口中形成絕緣側(cè)墻；以所述絕緣側(cè)墻為掩膜蝕刻所述金屬柱狀體，形成凹形金屬件；向所述凹形金屬件中填充絕緣材料，形成第三絕緣層；通過平坦化技術(shù)去除絕緣側(cè)墻。
2.如權(quán)利要求1所述的相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，所述在導(dǎo)電插塞上形成柱狀體，所述柱狀體包括金屬柱狀體以及位于金屬柱狀體上的絕緣柱狀體的步驟包括依次在第一絕緣層上形成金屬層和第四絕緣層；光刻和蝕刻所述金屬層和第四絕緣層，形成金屬柱狀體以及位于金屬柱狀體上的絕緣柱狀體。
3.如權(quán)利要求1所述的相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，所述金屬柱狀體至少覆蓋導(dǎo)電插塞。
4.如權(quán)利要求2所述的相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，所述金屬層包括鎢或鋁。
5.如權(quán)利要求2所述的相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，所述第四絕緣層包括氮化硅、氮氧化硅、摻碳的氮化硅。
6.如權(quán)利要求1所述的相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，所述去除絕緣柱狀體的步驟包括通過濕法腐蝕法去除絕緣柱狀體。
7.如權(quán)利要2所述的相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，所述在所述開口中形成絕緣側(cè)墻的步驟包括向第二絕緣層和開口內(nèi)沉積絕緣材料；去除第二絕緣層上和開口底部的絕緣材料，在所述開口中形成絕緣側(cè)墻。
8.如權(quán)利要7所述的相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，所述去除第二絕緣層上和開口底部的絕緣材料的步驟包括通過干法蝕刻法去除第二絕緣層上和開口底部的絕緣材料。
9.如權(quán)利要1所述的相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，以所述絕緣側(cè)墻為掩膜蝕刻所述金屬柱狀體，形成凹形金屬件的步驟包括蝕刻去除的金屬柱狀體的厚度小于金屬柱狀體的厚度減去絕緣側(cè)墻的壁厚。
10.如權(quán)利要1所述的相變存儲器底部電極的制作方法，其特征在于，所述通過平坦化技術(shù)去除絕緣側(cè)墻的步驟包括通過化學(xué)機(jī)械研磨去除絕緣側(cè)墻。
全文摘要
一種相變存儲器環(huán)形電極的制作方法，包括在襯底上形成第一絕緣層、及位于第一絕緣層中的導(dǎo)電插塞；在導(dǎo)電插塞上形成柱狀體，所述柱狀體包括金屬柱狀體以及位于金屬柱狀體上的絕緣柱狀體；在柱狀體未覆蓋的第一絕緣層上形成第二絕緣層；所述第二絕緣層的厚度大于或等于所述柱狀體的厚度；去除絕緣柱狀體，形成第二絕緣層和金屬柱狀體圍成的開口；在所述開口中形成絕緣側(cè)墻；以所述絕緣側(cè)墻為掩膜蝕刻所述金屬柱狀體，形成凹形金屬件；向所述凹形金屬件中填充絕緣材料，形成第三絕緣層；通過平坦化技術(shù)去除絕緣側(cè)墻。本發(fā)明相變存儲器環(huán)形電極的制作方法，減小了制作難度。
文檔編號H01L45/00GK102412367SQ20101029250
公開日2012年4月11日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者李凡, 洪中山 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司