專利名稱：消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種相消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
相變隨機(jī)存儲(chǔ)器(phase change random access memory, PCRAM)是利用相變薄膜材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一種存儲(chǔ)器，被公認(rèn)為是最有希望成功突破22nm尺寸節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)器。由鍺(Ge)-銻(Sb)-碲(Te)構(gòu)成的硫系化合物Ge52Sb2I^5 (GST)，可以迅速實(shí)現(xiàn)晶態(tài)和非晶態(tài)之間的可逆相變，成為目前PCRAM上最常用的相變材料。GST在晶態(tài)是低電阻態(tài)，在非晶態(tài)是高電阻態(tài)，而相變存儲(chǔ)器正是利用GST在晶態(tài)和非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)變時(shí)的電阻差異來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的。圖1是目前相變存儲(chǔ)器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖，下電極102形成于第一絕緣層101開孔中，第二絕緣層103形成于第一絕緣層101和下電極102的上表面，GST相變材料104填充于第二絕緣層103的開孔中并與下電極102中心對(duì)準(zhǔn)，第三絕緣層105形成于第二絕緣層103上表面，上電極106填充于第三絕緣層105的開孔中，并與填充于第二絕緣層103的開孔中的GST相變材料104中心對(duì)準(zhǔn)。圖2是現(xiàn)有技術(shù)制造相變隨機(jī)存儲(chǔ)器的工藝流程圖，包括S101提供半導(dǎo)體襯底， 所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層中形成有下電極，第二絕緣層中形成有完全暴露下電極上表面的開孔；S102，在所述開孔中形成側(cè)墻并進(jìn)行沉積預(yù)清理工藝；S103，在所述開孔內(nèi)填充GST相變材料，并化學(xué)機(jī)械平坦化去除第二絕緣層上方的GST相變材料；S104，在第二絕緣層和GST相變材料上沉積第三絕緣層，并形成第三絕緣層開孔，暴露出填充的GST相變材料上表面；S105，在所述第三絕緣層開孔中形成上電極。其中，當(dāng)下電極材料為多晶硅時(shí)，在S102工藝步驟中會(huì)產(chǎn)生下電極損傷。圖3是現(xiàn)有技術(shù)的下電極損傷結(jié)構(gòu)示意圖。在第二絕緣層103的開孔中進(jìn)行側(cè)墻 107刻蝕和GST物理氣相沉積(PVD)預(yù)清理工藝后，會(huì)使第二絕緣層103開孔中暴露出的下電極102的頂層多晶硅材料從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，形成下電極損傷區(qū)1021，不導(dǎo)電，使器件截止。目前工藝中，減少側(cè)墻過(guò)刻蝕的時(shí)間，減少GST物理氣相沉積預(yù)清理的時(shí)間、功率及壓力，可以相對(duì)改善下電極損傷。但是，這樣的方法使得側(cè)墻殘?jiān)龆?，GST相變材料填充孔變小，產(chǎn)生原生氧化物(Native Oxide)殘留和溝槽填充問(wèn)題。其中，原生氧化物是下電極102上表面與空氣接觸而產(chǎn)生的，會(huì)影響GST相變材料與下電極間的電接觸。上述方法中的問(wèn)題會(huì)使后續(xù)工藝難度增加，器件工藝性能降低，影響到器件的可靠性與效能。所以需要一種新的消除下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中采用減少側(cè)墻過(guò)刻蝕時(shí)間和GST物理氣相沉積預(yù)清理時(shí)間及功率時(shí)產(chǎn)生的側(cè)墻殘?jiān)龆?、原生氧化物殘留和溝槽填充?wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法， 該方法包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層中形成有下電極，第二絕緣層中形成有完全暴露下電極上表面的開孔；在所述開孔中形成側(cè)墻并進(jìn)行沉積預(yù)清理工藝；
在上述器件結(jié)構(gòu)表面沉積金屬層；快速退火后移除所述金屬層?？蛇x的，所述金屬層的沉積方法為物理氣相沉積法?？蛇x的，所述金屬層為鈦層，厚度為15埃 50埃?？蛇x的，所述快速退火溫度為270攝氏度 400攝氏度，持續(xù)時(shí)間為30秒 120秒?？蛇x的，等離子體處理移除金屬層后暴露的器件結(jié)構(gòu)表面，所述等離子體處理采用的氣體是氮?dú)饣虬睔?。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在側(cè)墻刻蝕和預(yù)清理后沉積金屬層并執(zhí)行快速退火，使金屬與下電極損傷區(qū)的硅反應(yīng)生成金屬硅化物，有效消除了下電極損傷，使器件導(dǎo)通，提高了器件工藝性能，工藝操作簡(jiǎn)單，工藝成本低。


圖1是相變存儲(chǔ)器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)制造相變隨機(jī)存儲(chǔ)器的工藝流程圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)的下電極損傷結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程圖；圖5A至圖5E是本發(fā)明實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式，僅用于方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。如圖4所示，本發(fā)明提出一種消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括如下步驟S401，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層， 所述第一絕緣層中形成有下電極，第二絕緣層中有完全暴露下電極上表面的開孔；S402，在所述開孔中形成側(cè)墻并進(jìn)行沉積預(yù)清理工藝；S403，在上述器件結(jié)構(gòu)表面沉積金屬層；S404，快速退火后移除所述金屬層。下面結(jié)合圖5A 5E，對(duì)上述消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法作詳細(xì)的描述。
S401，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層， 所述第一絕緣層中形成有下電極，第二絕緣層中有完全暴露下電極上表面的開孔。
參考圖5A，提供半導(dǎo)體襯底500，在所述半導(dǎo)體襯底500上已經(jīng)形成有第一絕緣層 501、下電極502、第二絕緣層503。其中，下電極502形成于第一絕緣層501中，下電極502 下表面與半導(dǎo)體襯底500緊貼，第二絕緣層503中形成有完全暴露出下電極502上表面的開孔5031。S402，在所述開孔中形成側(cè)墻并進(jìn)行預(yù)清理工藝。參考圖5B，在所述開孔5031兩側(cè)形成側(cè)墻507并進(jìn)行預(yù)清理工藝。上述工藝對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是熟知的技術(shù)，故在此不作詳細(xì)說(shuō)明，同時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知曉，在上述過(guò)程中，開孔5031內(nèi)未被側(cè)墻507覆蓋的下電極502頂部區(qū)域會(huì)由晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，形成下電極損傷區(qū)5021。S403，在上述器件結(jié)構(gòu)表面沉積金屬層。參考圖5C，本實(shí)施例中在圖5B所示的器件結(jié)構(gòu)表面(包括第二絕緣層503上表面、側(cè)墻507表面及下電極損傷區(qū)5021表面)沉積金屬層，所述金屬層508的材料為鈦，沉積方法為物理氣相沉積，沉積厚度為15埃至50埃。于其它實(shí)施例中，也可通過(guò)物理氣相沉積工藝沉積其它金屬材料，沉積厚度為15埃至50埃。S404，快速退火后移除所述金屬層。參考圖5D，進(jìn)行快速退火的溫度為270攝氏度至400攝氏度，持續(xù)時(shí)間為30秒至 120秒。經(jīng)過(guò)快速退火(RTA)，使所述金屬層的金屬材料與下電極損傷區(qū)5021的硅發(fā)生反應(yīng)，生成金屬硅化物，消耗掉下電極損傷區(qū)5021，使下電極損傷區(qū)5021重新轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電區(qū)， 進(jìn)而使器件導(dǎo)通，而在第二絕緣層503和側(cè)墻507上的金屬不會(huì)和第二絕緣層503和側(cè)墻 507發(fā)生反應(yīng)，這使得在后續(xù)的處理過(guò)程中，可以通過(guò)選擇性刻蝕去除所述未發(fā)生反應(yīng)的金屬層。移除金屬層508的過(guò)程為濕法刻蝕，刻蝕溶液為硫酸與過(guò)氧化氫溶液的混合液或者氨水與過(guò)氧化氫溶液的混合液。通過(guò)刻蝕去除金屬層508未反應(yīng)的部分，留下在下電極損傷區(qū)5021形成的金屬硅化物。本實(shí)施例中，金屬層的金屬材料為鈦，形成的金屬硅化物為鈦硅化物。參考圖5E，對(duì)上述器件結(jié)構(gòu)表面進(jìn)一步進(jìn)行等離子體處理，采用的氣體為氮?dú)饣虬睔?。此步驟可以消除金屬層移除后的器件結(jié)構(gòu)表面可能殘留的金屬一金屬鍵，提高器件工藝性能，本實(shí)施例中消除的是鈦一鈦金屬鍵。綜上所述，本發(fā)明采用沉積金屬層后快速退火使金屬與下電極損傷區(qū)的硅反應(yīng)生成金屬硅化物，進(jìn)而使下電極損傷區(qū)重新轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電區(qū)，使器件導(dǎo)通。整個(gè)過(guò)程既消除了下電極損傷使器件導(dǎo)通，又提高了器件工藝性能，工藝操作簡(jiǎn)單，工藝成本低。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層中形成有下電極，第二絕緣層中形成有完全暴露下電極上表面的開孔；在所述開孔中形成側(cè)墻并進(jìn)行沉積預(yù)清理工藝；在上述器件結(jié)構(gòu)表面沉積金屬層；快速退火后移除所述金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述金屬層的沉積方法為物理氣相沉積法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述金屬層為鈦層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述金屬層厚度為15埃 50埃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述快速退火的溫度為270攝氏度 400攝氏度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述快速退火的持續(xù)時(shí)間為30秒 120秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述方法還包括等離子體處理移除所述金屬層后暴露出的器件結(jié)構(gòu)表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述等離子體處理采用的氣體是氮?dú)饣虬睔狻?br> 全文摘要
本發(fā)明提供一種消除相變隨機(jī)存儲(chǔ)器下電極損傷的實(shí)現(xiàn)方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層中形成有下電極，第二絕緣層中形成有完全暴露下電極上表面的開孔；在所述開孔中形成側(cè)墻并進(jìn)行沉積預(yù)清理工藝；在上述器件結(jié)構(gòu)表面沉積金屬層；快速退火后移除所述金屬層。本發(fā)明在形成側(cè)墻并進(jìn)行沉積預(yù)清理工藝后采用沉積金屬層并執(zhí)行快速退火的方法，使金屬與下電極損傷區(qū)的硅反應(yīng)生成金屬硅化物消除下電極損傷區(qū)，使器件導(dǎo)通。整個(gè)過(guò)程工藝操作簡(jiǎn)單，工藝成本低，既消除了下電極損傷，又提高了器件性能。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102468431SQ20101053418
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者任萬(wàn)春, 宋志棠 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司