[发明专利]一种相变存储器电极结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变存储器电极结构的制备方法，属于半导体器件领域。

背景技术

相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以在硅晶片衬底上加工，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和顶电极材料等。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过测量非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。

典型的相变存储器使用硫族化物合金(比如GST，Ge2Sb2Te5)作为相变电阻，存储单元是一种极小的硫族合金颗粒，相变电阻的非晶(a-GST)和结晶(c-GST)状态具有不同的电阻率，结晶状态具有大约为千欧姆(kΩ)的典型电阻，而非晶状态具有大约为兆欧姆(MΩ)的典型电阻，因此通常利用硫族化物合金材料(比如GST制作相变电阻。通过测量PCRAM存储单元的电阻值(即相变电阻的电阻值)来读取PCRAM单元。

现有技术的相变存储器，通常包括底部电极、顶部电极、以及底部电极与顶部电极之间的相变层。其中相变层的晶态转变过程需要较高的温度，一般通过底部电极对相变层进行加热，顶部电极仅起到互连作用，而底部电极对相变层的加热效果好坏将直接影响相变存储器的读写速率。

随着工艺水平的提高，相变存储器的尺寸不断缩小，制备高密度芯片的同时要求降低操作功耗。其操作功耗降低主要通过降低操作过程中所需相变的区域或大幅提高相变区域加热效率。为了减少操作电流，降低相变存储器的功耗，一种比较简单的方法就是减少底电极与相变材料的接触面积，在公开号为CN102664236A、CN101271918的中国专利申请中就公开了一种降低底电极与相变材料的接触面积，其采用的是环形电极结构。在此环形电极结构中，上述两种结构中都是采用化学机械抛光方法来去除多余的绝缘电介质材料和环形电极。在实际制造过程中，为了减少接触面积，要求环形电极的侧壁厚度很小（数十个纳米），高度也不能过高。通常情况下导电绝缘插塞的绝缘层为TEOS（正硅酸乙酯）方法生长的二氧化硅和填充环形电极中的绝缘电介质为采用高深宽比（High Aspect Ratio Process，HARP）工艺生长的二氧化硅。在采用化学机械抛光的去除多余的绝缘电介质和环形电极过程中，由于环形电极的厚度很爆，终点检测的信号难以获取，很难采用终点检测方法来进行抛光终点的控制，而影响化学机械抛光因素非常多，如抛光液、抛光垫、机械参数（压力、转速、流量）等都会对抛光过程中产生影响，因此通过抛光时间来控制抛光终点的工艺常常导致过度抛光或者抛光不足，过度抛光的结果会导致环形电极的高度变短甚至没有，抛光不足会导致电路的开路，从而引起器件的失效。

因此，如何在给定的环形电极结构制造采用终点检测方法来控制抛光终点实已成为本领域相变存储器量产亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种相变存储器电极结构的制备方法，用于解决现有技术中相变存储器环形电极制造过程中的过度抛光和抛光不足的问题，避免器件失效，提高良率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种相变存储器电极结构的制备方法，包括以下步骤：

（1）在硅衬底上利用化学气相沉积工艺形成第一绝缘层以及位于第一绝缘层上的第二绝缘层；

（2）利用光刻和干法刻蚀工艺刻蚀所述第一绝缘层和第二绝缘层，并自动终止于硅衬底的上表面，形成贯通第一绝缘层和第二绝缘层且底面为硅衬底上表面的圆孔状凹槽Ⅰ；

（3）利用化学气相沉积工艺于所述凹槽Ⅰ内沉积钨材料，并使所述钨材料覆盖于第二绝缘层的上表面，然后通过化学机械抛光方法去除所述第二绝缘层上表面上的钨材料，最终钨材料与第二绝缘层上表面齐平；

（4）利用干法回蚀（Dry Etch Back）工艺刻蚀填充于所述凹槽Ⅰ内的钨材料，直至填充于所述凹槽Ⅰ内的钨材料的上表面与第一绝缘层的上表面齐平，形成底部为钨材料、侧壁为第二绝缘层的圆孔状凹槽Ⅱ，而底部的钨材料则作为下电极；

（5）利用化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺在所述凹槽Ⅱ的内表面及第二绝缘层的上表面上沉积导电薄膜层；

（6）利用化学气相沉积工艺对凹槽Ⅱ填充，形成第三绝缘层，并使第三绝缘层材料完全覆盖于所述导电薄膜层上；