[发明专利]相变随机存储器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，尤其涉及一种相变随机存储器的制造方法。

背景技术

相变随机存储器(phase change random access memory，PCRAM)是利用相变薄膜材料作为存储介质来实现数据存储的一种存储器，被公认为是最有希望成功突破22nm尺寸节点的存储器。

由锗(Ge)-锑(Sb)-碲(Te)构成的硫系化合物Ge₂Sb₂Te₅(GST)，可以迅速实现晶态和非晶态之间的可逆相变，成为目前PCRAM上最常用的相变材料。GST在晶态是低电阻态，在非晶态是高电阻态，而相变存储器正是利用GST在晶态和非晶态之间转变时的电阻差异来实现数据存储的。

图1是目前相变存储器件的剖面结构示意图。如图，第一绝缘层101包围在下电极102的侧面，第二绝缘层103形成于第一绝缘层101和下电极102上表面，GST相变材料104填充于第二绝缘层103的开孔中并与下电极102中心对准，第三绝缘层107形成于第二绝缘层103上表面，上电极108形成于第三绝缘层107的开孔中，并与第二绝缘层103的开孔中的GST相变材料104中心对准。

目前，上电极刻蚀工艺中通常在GST相变材料上沉积一层阻挡层来降低上电极刻蚀工艺中GST相变材料的损耗。

如图2所示，在GST相变材料上沉积一层低温氮化物(low temperature nitride，LTN)作为上电极刻蚀工艺中的阻挡层106，理想的刻蚀效果如图3所示，GST相变材料104无损耗。但是GST相变材料104中的碲(Te)在300℃会挥发，而且如图4所示，实际上，干法刻蚀移除低温氮化物LTN阻挡层106时，由于LTN与GST之间极低的刻蚀选择比，导致该刻蚀步骤也同时去除了一部分GST相变材料104，形成了GST相变材料损耗区109，进而上电极形成时所要求匹配的GST相变材料工艺窗口消失。

由于相变随机存储器的上电极刻蚀工艺要求更好的孔刻蚀工艺控制精度和更低的GST相变材料损耗，而沉积一层低温氮化物LTN阻挡层的工艺方法不再适用，所以急需提供一种新的相变随机存储器的制造方法，来解决刻蚀工艺中的这些问题，降低工艺成本，提高器件性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变随机存储器的制造方法，以解决目前上电极制备过程中干法刻蚀移除低温氮化物(LTN)阻挡层时，LTN与GST之间极低的刻蚀选择比而导致的GST相变材料受到损耗的问题。

为解决上述问题，本发明提出一种相变随机存储器的制造方法，该方法包括如下步骤：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第二绝缘层，所述第二绝缘层内填充有GST相变材料；

在所述第二绝缘层和GST相变材料上沉积低温氧化层；

图案化所述低温氧化层，以形成覆盖所述GST相变材料的图案化的低温氧化层；

在所述第二绝缘层和图案化的低温氧化层上依次沉积氮化硅层和第三绝缘层；

依次刻蚀所述第三绝缘层和氮化硅层，以完全暴露出图案化的低温氧化层，形成刻蚀孔；

移除所述刻蚀孔内的图案化的低温氧化层；

在所述刻蚀孔内形成上电极。

可选的，所述半导体衬底和第二绝缘层之间还设有第一绝缘层，所述第一绝缘层中形成有下电极。

可选的，所述GST相变材料覆盖于下电极上表面，与下电极对准。

可选的，所述低温氧化层的沉积厚度为50埃～500埃。

可选的，所述氮化硅层的沉积厚度为50埃～500埃。

可选的，所述第三绝缘层和氮化硅层的刻蚀方法为干法刻蚀。

可选的，所述第三绝缘层和氮化硅层的刻蚀为垂直刻蚀。

可选的，所述图案化的低温氧化层的移除方法为湿法刻蚀，采用的刻蚀剂为缓冲氧化硅腐蚀液(BOE)。

与现有技术相比，本发明采用依次堆叠低温氧化层和氮化硅层作为阻挡层，湿法刻蚀方法移除低温氧化层时，低温氧化层与GST相变材料之间的极高刻蚀选择比(大于15)避免了刻蚀时GST相变材料的损耗，提高了工艺的可控性，进而更好地保留了上电极形成时所要求匹配的GST相变材料工艺窗口，工艺操作简单，降低了工艺成本，提高了器件性能。

附图说明

图1是相变存储器件的剖面结构示意图；

图2是现有技术的上电极刻蚀工艺中的低温氮化物LTN层形成后结构示意图；