相变存储器的制作方法技术

一种相变存储器的制作方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括相变存储器区和外围电路区，所述外围电路区的半导体衬底上具有外围电路晶体管的栅极；形成相变存储器的底部电极的下电极部和外围电路晶体管的第一接触孔；形成所述相变存储器的底部电极的上电极部和外围电路晶体管的第二接触孔，所述上电极部位于所述下电极部上并互相连通，所述第二接触孔位于所述第一接触孔上并互相连通，所述上电极部的径宽小于所述下电极部的径宽；形成所述相变存储器的相变层；形成连接所述第二接触孔的沟槽和部分暴露所述相变层的通孔。这样的相变存储器的制作方法能确保第二接触孔中填充的导电材料不会出现填充空洞，保证了器件的有效工作。

Method for making phase change memory

Including the method, making a phase-change memory: providing a semiconductor substrate, the semiconductor substrate includes a phase change memory region and a peripheral circuit area, peripheral circuit transistor gate has a semiconductor substrate of the peripheral circuit region of the first electrode contact hole; and the peripheral circuit transistor bottom electrode forming a phase change memory; second contact the hole electrode portion and a peripheral circuit transistor of the bottom electrode to form the phase-change memory, the upper electrode is located on the lower electrode part and connected with each other, the second contact hole is located on the first contact hole and connected with each other, the upper electrode part diameter width is smaller than the lower electrode the diameter width; phase change layer forming the phase-change memory; and forming a groove portion connecting the second contact hole exposing the through hole of the phase change layer. The method of making phase change memory can ensure that the filling material in the second contact hole does not have filling holes, and ensures the effective operation of the device.

【技术实现步骤摘要】
相变存储器的制作方法
本专利技术涉及半导体制作工艺，尤其涉及一种相变存储器的制作方法。
技术介绍
相变存储器作为一种新兴的非易失性存储技术，在读写速度、读写次数、数据保持时间、单元面积、多值实现等诸多方面较快闪存储器（FLASH）都具有较大的优越性，成为目前不挥发存储技术研究的焦点。在相变存储器（PCRAM）中，可以通过对记录了数据的相变层进行热处理，而改变存储器的值。构成相变层的相变材料会由于所施加电流的加热效果而进入结晶状态或非晶状态。当相变层处于结晶状态时，相变存储器的电阻较低，此时存储器赋值为“0”。当相变层处于非晶状态时，相变存储器的电阻较高，此时存储器赋值为“1”。因此，相变存储器是利用当相变层处于结晶状态或非晶状态时的电阻差异来写入/读取数据的非易失性存储器。图1所示为现有的相变存储器的结构，包括底部电极11、顶部电极14，以及底部电极11与顶部电极14之间的相变层13。其中，相变层13的晶态转变过程需要加热，该加热一般是使用底部电极11对相变层13进行加热，而顶部电极14仅起到互连作用。底部电极11对相变层13的加热效果好坏将直接影响相变存储器的读写速率。更多关于相变存储器及其形成方法，请参考公开号为“US7214958B2”的美国专利。为了获得良好的加热效果，相变存储器可采用较大的驱动电流，然而，驱动电流并不能无限制地上升，大的驱动电流会造成外围驱动电路以及逻辑器件的小尺寸化较难实现。由于采用大的驱动电流方法具有上述缺陷，现有技术也有采用缩小底部电极11与相变层13构成的欧姆接触的接触面积，以提高接触电阻。图2中所示为一种缩小底部电极11与相变层13构成的欧姆接触的接触面积的相变存储器，其中还包括外围驱动电路的晶体管20。所述晶体管20的栅极形成在半导体基底300上。所述半导体基底300上覆盖有第一介质层301，所述第一介质层301覆盖过所述晶体管20的栅极，在第一介质层301上还覆盖一层第二介质层302。所述相变存储器的底部电极11包括形成在第一介质层301内的下电极部112和形成在第二介质层302内的上电极部111，所述上电极部111的径宽小于下电极部112的径宽。所述晶体管20上形成有接触孔，所述接触孔包括形成在第一介质层301中的第一接触孔21和形成在第二介质层302中的第二接触孔22，所述第一接触孔21和第二接触孔22的径宽一致。在介质层302上还覆盖有一层第三介质层303，位于底部电极11上的相变层13以及位于相变层13上的顶部电极14和位于接触孔上的金属层23形成于所述第三介质层303中。在上述结构中，通过设置底部电极11的上电极部111的径宽小于下电极部112的径宽，使得底部电极11和相变层13的接触面积变小。可是，在这样的结构中，常常会发生在外围电路中的晶体管20上的第二接触孔22处填充的金属中具有空洞的现象，这会带来器件的不良接触，影响器件的正常工作。有必要提出一种解决这样问题的相变存储器的制作方法，以使得既满足可以减小底部电极11和相变层13的接触面积，又不会发生外围电路的晶体管20上接触孔填充具有空洞的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是在减小相变存储器的底部电极和相变层的接触面积时，遇到的外围电路中的晶体管上的接触孔中具有空洞，而导致接触不良，器件无法正常工作的问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种相变存储器的制作方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括相变存储器区和外围电路区，所述外围电路区的半导体衬底上具有外围电路晶体管的栅极；形成相变存储器的底部电极的下电极部和外围电路晶体管的第一接触孔；形成所述相变存储器的底部电极的上电极部和外围电路晶体管的第二接触孔，所述上电极部位于所述下电极部上并互相连通，所述第二接触孔位于所述第一接触孔上并互相连通，所述上电极部的径宽小于所述下电极部的径宽；形成所述相变存储器的相变层；形成连接所述第二接触孔的沟槽和部分暴露所述相变层的通孔。可选的，所述形成相变存储器的底部电极的下电极部和外围电路晶体管的第一接触孔的工艺包括：在所述半导体衬底上形成第一介质层，所述第一介质层覆盖过所述外围电路晶体管的栅极；在所述第一介质层上形成光刻胶，然后利用光刻和刻蚀工艺形成所述下电极部和所述第一接触孔的通孔；在所述通孔中填充导电材料以形成所述上电极部和第二接触孔。可选的，所述形成相变存储器的底部电极的上电极部和外围电路晶体管的第二接触孔的工艺包括：在所述第一介质层上形成第二介质层；在所述第二介质层上形成光刻胶，然后利用光刻和刻蚀工艺形成所述上电极部和第二接触孔的通孔；在所述通孔中填充导电材料以形成所述下电极部和第一接触孔。可选的，所述第二介质层的厚度小于所述第一介质层。可选的，形成所述相变存储器的相变层的工艺包括：在所述第二介质层上沉积相变材料层；在所述相变材料层上形成光刻胶，然后利用光刻和刻蚀工艺在所述上电极部上形成所述相变层。可选的，所述相变材料层上形成光刻胶之前还包括在所述相变材料层上形成阻挡层。可选的，相变材料包括硫族化合物。可选的，所述形成连接所述第二接触孔的沟槽和部分暴露所述相变层的通孔的工艺包括：在所述第二介质层上形成第三介质层；在所述第三介质层上形成光刻胶，然后利用光刻和刻蚀工艺形成暴露第二接触孔的沟槽和部分暴露所述相变层上表面的通孔；在所述沟槽和通孔中填充导电材料以形成连接所述第二接触孔的金属层和相变存储器的顶部电极。可选的，所述上电极部的径宽为下电极部的一半。可选的，所述上电极部的径宽和所述第二接触孔的径宽相同。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：现有工艺包括：1）制作好相变存储器的底部电极的上电极部；2）形成相变层；3）制作外围电路的晶体管的第二接触孔的通孔；4）制作第二接触孔通孔上方的金属互连槽；5）填充导电材料到第二接触孔的通孔和金属互连槽以形成外围电路的金属互连。本实施例提供的制作工艺包括：1）同时形成上电极部的通孔和第二接触孔的通孔；2）一起填充导电材料到上电极部的通孔和第二接触孔的通孔内；3）形成相变层；4）形成第二接触孔上方的沟槽；5）填充导电材料于其中以完成金属互连。两者比较起来，本实施例中提供的方案中，由于是先填充好第二接触孔中的导电材料，形成相变层，再形成其上方的金属互连槽，再单独对金属互连槽进行填充。这样的方式能确保第二接触孔中填充的导电材料不会出现填充空洞，从而确保第二接触孔处不会引起器件的不良接触的问题，保证了器件的有效工作。另外，本实施例提供的制作方法中，是将相变存储器上的上电极部的通孔和外围电路的第二接触孔的通孔利用同一个掩膜版在同一次曝光中实现的，而现有技术是分别形成相变存储器的上电极部，然后再形成外围电路的第二接触孔。两者比较起来，本实施例提供的方法省去了一次掩膜版和曝光，节省了工艺成本。附图说明图1是为现有的相变存储器的结构的示意图；图2是现有的具有外围电路的相变存储器的示意图；图3至图8为现有的一种相变存储器的制作方法的示意图；图9至图13本专利技术的实施例中提供的相变存储器的制作方法的示意图。具体实施方式专利技术人经过仔细的研究发现，如图2所示的具有外围电路的相变存储器的结构中，出现在第二接触孔22处填充的金属中具有空洞的现象是由现有的制作工艺带来的。以下结合图3至图8详细阐述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器的制作方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括相变存储器区和外围电路区，所述外围电路区的半导体衬底上具有外围电路晶体管的栅极；同时形成相变存储器的底部电极的下电极部和外围电路晶体管的第一接触孔；同时形成所述相变存储器的底部电极的上电极部和外围电路晶体管的第二接触孔，所述上电极部位于所述下电极部上并与所述下电极部连通，所述第二接触孔位于所述第一接触孔上并与所述第一接触孔连通，所述上电极部的径宽小于所述下电极部的径宽；形成所述相变存储器的相变层；形成连接所述第二接触孔的沟槽和暴露所述相变层的第三通孔。

【技术特征摘要】
1.一种相变存储器的制作方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括相变存储器区和外围电路区，所述外围电路区的半导体衬底上具有外围电路晶体管的栅极；同时形成相变存储器的底部电极的下电极部和外围电路晶体管的第一接触孔；同时形成所述相变存储器的底部电极的上电极部和外围电路晶体管的第二接触孔，所述上电极部位于所述下电极部上并与所述下电极部连通，所述第二接触孔位于所述第一接触孔上并与所述第一接触孔连通，所述上电极部的径宽小于所述下电极部的径宽；形成所述相变存储器的相变层；形成连接所述第二接触孔的沟槽和暴露所述相变层的第三通孔。2.如权利要求1所述的相变存储器的制作方法，其特征在于，所述形成相变存储器的底部电极的下电极部和外围电路晶体管的第一接触孔的工艺包括：在所述半导体衬底上形成第一介质层，所述第一介质层覆盖过所述外围电路晶体管的栅极；在所述第一介质层上形成光刻胶，然后利用光刻和刻蚀工艺形成第一通孔，所述第一通孔用于形成所述下电极部和第一接触孔；在所述第一通孔中填充导电材料以形成所述下电极部和第一接触孔。3.如权利要求2所述的相变存储器的制作方法，其特征在于，所述形成相变存储器的底部电极的上电极部和外围电路晶体管的第二接触孔的工艺包括：在所述第一介质层上形成第二介质层；在所述第二介质层上形成光刻胶，然后利用光刻和刻蚀工艺形成第二通孔，所述第二通孔用于形成所述上电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莹，朱南飞，吴关平，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31