[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，尤其涉及半导体器件及其制造方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，相变随机存取存储器(PCRAM)被广泛地视为最有前景的存储器候选。作为一种新兴的非易失性计算机存储器技术，相变随机存取存储器利用相变材料在不同状态下具有不同电阻值的特性来记录数据。相变材料在非晶相具有高电阻，相反地，在结晶相具有低电阻。因此，可以通过使相变材料在结晶相与非晶相之间转换来记录数据，也可以通过测量相变材料的电阻值来读取数据。

图1示意性地示出了相变随机存取存储器中一个存储单元的结构图。

绝缘材料层150中的上电极160与绝缘材料层110中的底电极120之间夹着相变材料130和140。当前常用的相变材料为硫属化合物，例如Ge₂Sb₂Te₅。在具有上述结构的相变存储单元中，电流在上电极160和底电极120之间流动时引起的焦耳热改变相变材料中的硫属化合物的结晶状态。当底电极120附近的晶态硫属化合物转换为非晶相时，产生非晶相区域140。

下面参考图2A至图2F描述现有的一种制造相变随机存储器的方法。

如图2A所示，在衬底200上依次形成第一绝缘材料层210和第二绝缘材料层220，其中，第一绝缘材料层210中形成有接触插塞230。蚀刻去除第二绝缘材料层220的一部分以露出第一绝缘材料层210的部分上表面。沉积底电极材料，形成底电极材料层240。图2B是与图2A相对应的俯视图，其中，图2A是沿图2B中“A-A”线的截面图。

如图2C所示，蚀刻底电极材料层240，以形成图案化的台阶状底电极材料层250。底电极材料层250具有上部水平部分260、垂直部分262和下部水平部分264，其中，下部水平部分264与第一绝缘材料层210中的接触插塞230接触。图2D为与图2C相对应的俯视图，其中，图2C是沿图2D中“B-B”线的截面图。

如图2E所示，以高深宽比工艺(HARP)沉积绝缘材料层270以覆盖底电极材料层250。

如图2F所示，执行化学机械抛光工艺(CMP)，直到去除底电极材料层250的上部水平部分260。

在完成上述步骤后，在底电极材料层的垂直部分上方依次形成相变材料。

根据以上方案，在执行化学机械抛光工艺以去除底电极材料层250的上部水平部分260的过程中，按照各个层堆叠的顺序，依次去除绝缘材料层270及底电极材料层250的上部水平部分260。

在底电极材料层250和绝缘材料层270的抛光速率接近的情况下，往往以抛光时间作为化学机械抛光的停止条件。而由于绝缘材料层270中需要去除的部分较厚，而底电极材料层250较薄，并且绝缘材料层270的厚度可能不均匀，因此难以精确控制抛光时间以在去除底电极材料层250的上部水平部分260之后尽快停止抛光。因此，在去除底电极材料层250的上部水平部分260之后，有可能过多地去除底电极材料层250的垂直部分262，导致不必要的底电极损失。

发明内容

本发明的发明人发现了上述现有技术中存在的底电极损失问题。本发明的一个目的是提供一种新的技术方案来控制底电极的化学机械抛光工艺过程，以避免底电极的过度损失。

根据本方面的一个方面，提供了一种用于制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成台阶状的底电极材料层，该底电极材料层具有上部水平部分、垂直部分和下部水平部分；沉积停止层；沉积绝缘材料层；执行第一化学机械抛光工艺至该停止层；执行第二化学机械抛光工艺，以去除该底电极材料层的上部水平部分。

优选地，该停止层包括非晶碳、Al₂O₃、SiCNH、TiO₂、HfO₂、Ta₂O₅、SiN中的至少一种。

优选地，该停止层的厚度为200埃至1000埃。

优选地，采用高深宽比工艺(HARP)来沉积该绝缘材料层。

优选地，该绝缘材料层包括氧化硅。

优选地，还包括：在该底电极材料层的垂直部分上方形成相变材料。

优选地，该相变材料是硫属化合物。

优选地，该在衬底上形成台阶状的底电极材料层的步骤包括：

在衬底上依次形成第一绝缘材料层和第二绝缘材料层；蚀刻去除该第二绝缘材料层的一部分以露出该第一绝缘材料层的部分上表面；沉积底电极材料。