CN102376876A - 相变非易失性存储器及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种相变非易失性存储器的加工方法，包括以下步骤：成型出N型硅衬底，在该N型硅衬底上方成型出氧化硅层，在该氧化硅层中刻蚀出氧化硅凹槽；在氧化硅凹槽中的N型硅衬底上外延生长出本征沉积硅层；在本征沉积硅层上外延生长出p型沉积硅层；在p型沉积硅层上外延生长出锗化硅层；在锗化硅层上外延生长出另外一层本征沉积硅层；将外延生长出的本征沉积硅层刻蚀去除，使锗化硅层处于氧化硅凹槽中的最上一层；在锗化硅层上沉积出相变材料层。本发明的加工方法，使得在对本征沉积硅进行腐蚀去除的过程中，腐蚀结束本征沉积硅以后不再对锗化硅层进行腐蚀，从而也就避免了对所述锗化硅层下方的p型沉积硅层的过腐蚀。

Description

相变非易失性存储器及其加工方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种相变非易失性存储器及其加工方法。

背景技术

相变非易失性存储器(PCRAM)技术利用相变材料由于相变造成的电阻的可逆变化实现数据存储。由于合金具有两种稳定的状态：多晶态具有较低电阻率；而非晶态具有较高的电阻率。PCRAM采用电脉冲实现对相变材料的可逆的相变操作，实现电阻的快速反转。PCRAM的性能很大程度上取决于在于相变材料的性能，目前常用的相变材料为GST(GeSbTe，即DVD-RW光盘中最常用的材料)。PCRAM单元可擦写次数为一亿次以上，单元可擦写次数超过十万亿次，能够满足多数场合的存储器应用。

现有技术中PCRAM的加工方法，如图1a-1f所示，按顺序包括以下步骤：(a)成型出N型硅衬底101，在该N型硅衬底101上方成型出氧化硅层102，并通过氧化-光刻-腐蚀的方法，在该氧化硅层102中成型出氧化硅凹槽，即图1a所示的两部分的氧化硅层102之间的部分。(b)应用物理气象沉积(CVD)的方法，在氧化硅凹槽中得到外延生长的沉积硅层103(本征沉积硅层)，即图1b所示的i-Epi Si部分。(c)向沉积硅外延生长环境中添加B₂H₆气体，外延生长出p型沉积硅层104，即图1c中的p-Epi Si部分。(d)停止向沉积硅外延生长环境中添加的B₂H₆气体，继续外延生长沉积硅层103，直到其长满氧化硅凹槽，发生体接触(bulk contact)时停止沉积沉积硅，从而得到图1d所示的上方的i-Epi Si部分。(e)腐蚀掉p型沉积硅层104以上部分的沉积硅，得到图1e所示的结构。(f)在p型沉积硅层104上方沉积GST层105，从而得到成品的PCRAM，如图1f所示。

上述PCRAM的加工方法有以下缺点：在步骤(e)中，腐蚀掉p型沉积硅层104以上部分的本征沉积硅层的腐蚀程度不容易精确控制，这必将导致过腐蚀或者腐蚀程度不足，即有可能将p型沉积硅腐蚀去一些，也可能在p型沉积硅上方还留有一部分的本征沉积硅，两种可能的情况都将对最后得到的PCRAM的性能造成影响。如果腐蚀程度严重偏离预设标准，势必造成PCRAM废品。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是针对现有技术中相变非易失性存储器的加工方法中，对于腐蚀掉p型沉积硅层以上部分的本征沉积硅层步骤中的工艺参数要求过于严格的技术问题，提供一种可以确保腐蚀掉p型沉积硅以上部分的本征沉积硅层步骤中不会出现过腐蚀或者腐蚀不足现象的，相变非易失性存储器的加工方法。

以及应用本发明的加工方法得到的相变非易失性存储器。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种相变非易失性存储器的加工方法，包括以下步骤：

成型出N型硅衬底，在该N型硅衬底上方成型出氧化硅层，在该氧化硅层中刻蚀出氧化硅凹槽，所述氧化硅凹槽垂直贯穿所述氧化硅层；

在所述氧化硅凹槽中的N型硅衬底上外延生长出本征沉积硅层；

在所述本征沉积硅层上外延生长出p型沉积硅层；

在所述p型沉积硅层上外延生长出锗化硅层；

在所述锗化硅层上外延生长出另外一层本征沉积硅层；

将外延生长出的所述本征沉积硅层刻蚀去除，使所述锗化硅层处于所述氧化硅凹槽中的最上一层；

在所述锗化硅层上沉积出相变材料层。

优选的，所述沉积相变材料层时采用的相变材料为GST。

优选的，进行所述外延生长时采用的方法为气相外延方法。

优选的，外延生长所述本征沉积硅层所采用的方法为：外延生长所述本征沉积硅层所采用的方法为：向本征沉积硅层外延生长环境中添加SiH₄、Si₂H₆、Si₃H₈、SiH₂Cl₂、SiHCl₃或者SiCl₄中的一种气体以及氢气H₂。

优选的，在本征沉积硅层上外延生长出p型沉积硅层所采用的方法为：在外延生长沉积硅的同时向沉积硅外延生长环境中添加氢化硼B₂H₆气体。

优选的，在p型沉积硅层上外延生长出锗化硅层所采用的方法为：在外延生长沉积硅的同时向沉积硅外延生长环境中添加氢化锗GeH₄气体。

优选的，将所述外延生长出的本征沉积硅层刻蚀去除时，采用湿法腐蚀的方法。

优选的，所述湿法腐蚀的方法具体为：利用15-25wt％氢氧化钾的去离子水溶液，在70-85摄氏度条件下进行腐蚀。

一种应用上述的加工方法得到的相变非易失性存储器，包括：

N型硅衬底；

氧化硅凹槽，所述氧化硅凹槽设置于所述N型硅衬底上方；以及

在所述氧化硅凹槽中，由下至上设置有：

本征沉积硅层；

p型沉积硅层；

锗化硅层；

相变材料层。

优选的，所述相变材料层中的相变材料为GST。

优选的，所述锗化硅层中锗的含有比例为0.2-0.3。

本发明的相变非易失性存储器的加工方法具有以下的有益效果：

首先，本发明的相变非易失性存储器的加工方法，通过在p型沉积硅层上方设置锗化硅层，利用锗化硅的抗腐蚀能力比本征沉积硅的强的特性，使得在对本征沉积硅层进行腐蚀去除的过程中，本征沉积硅腐蚀结束以后不再对锗化硅层进行腐蚀，从而也就避免了对所述锗化硅层下方的p型沉积硅层的过腐蚀。在本发明的加工方法中，工艺参数要求不高，只需进行充分的腐蚀本征沉积硅层即可，不会出现p型沉积硅层过腐蚀或者本征多晶层硅腐蚀不足的情况，相变非易失性存储器的加工质量很容易的得到了保证。

另外，本发明的相变非易失性存储器的加工方法，利用湿法腐蚀的方法去除锗化硅层上方的本征沉积硅层，在本征硅层得到腐蚀后锗化硅层得以保存，可以满足本发明的加工工艺对于腐蚀加工步骤的需要。

附图说明

图1a-1f显示了现有技术中的相变非易失性存储器的制作工艺流程，其中图1f是现有技术中的相变非易失性存储器的竖直截面结构示意图；

图2a-2g显示了本发明的相变非易失性存储器的制作工艺流程的一种具体实施方式，其中图2g是本发明的相变非易失性存储器的竖直截面结构示意图；

101，201-N型硅衬底；102，202-氧化硅层；103，203-沉积硅层；104，204-p型沉积硅层；105，205-GST层；206-锗化硅层。

具体实施方式

本发明提供了一种相变非易失性存储器的加工方法，包括以下步骤：

(a)、成型出N型硅衬底，在该N型硅衬底上方成型出氧化硅层，在该氧化硅层中刻蚀出氧化硅凹槽，所述氧化硅凹槽垂直贯穿所述氧化硅层；

(b)、在氧化硅凹槽中的N型硅衬底上外延生长出本征沉积硅层；

(c)、在步骤(b)中得到的本征沉积硅层上外延生长出p型沉积硅层；

(d)、在步骤(c)中得到的p型沉积硅层上外延生长出锗化硅层；

(e)、在步骤(d)中得到的锗化硅层上外延生长出另外一层本征沉积硅层；

(f)、将步骤(e)中外延生长出的本征沉积硅层刻蚀去除，使所述锗化硅层处于所述氧化硅凹槽中的最上一层；

(g)、在步骤(e)中的所述锗化硅层上沉积出相变材料层。

本发明的相变非易失性存储器的加工方法，通过在p型沉积硅层上方设置锗化硅层，利用锗化硅的抗腐蚀能力比本征沉积硅的强的特性，使得在对本征沉积硅进行腐蚀去除的过程中，腐蚀结束本征沉积硅以后不再对锗化硅层进行腐蚀，从而也就避免了对所述锗化硅层下方的p型沉积硅层的过腐蚀。在本发明的加工方法中，工艺参数要求不高，只需进行充分的腐蚀本征沉积硅层即可，不会出现p型沉积硅层过腐蚀或者本征多晶层硅腐蚀不足的情况，相变非易失性存储器的加工质量很容易的得到了保证。

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1

如图2a至2g所示，本发明的一种相变非易失性存储器的加工方法，包括以下步骤：

(a)成型出N型硅衬底201，在该N型硅衬底201上方成型出氧化硅层202，并通过先光刻后腐蚀的方法，在该氧化硅层202中成型出氧化硅凹槽，即图2a所示的竖直截面中两部分的氧化硅层202之间空余的部分。(b)应用化学气象沉积或者物理气象沉积的方法，在氧化硅凹槽中得到外延生长的沉积硅层203(本征沉积硅层)，即图2b所示的i-Epi Si部分。外延生长沉积硅层203所采用的方法为：向本征沉积硅层外延生长环境中添加SiH₄、Si₂H₆、Si₃H₈、SiH₂Cl₂、SiHCl₃或者SiCl₄中的一种气体以及氢气H₂(后面的外延生长沉积硅层的方法与此相同)。(c)向沉积硅外延生长环境中添加B₂H₆气体，外延生长出p型沉积硅层204，即图2c中的p-Epi Si部分。(d)向外延生长环境中添加GeH₄气体，以在p型沉积硅层204上外延生长出锗化硅SiGe层206，所述锗化硅层206中锗的含有比例为0.2-0.3。(e)停止向沉积硅外延生长环境中添加的B₂H₆气体和GeH₄气体，继续外延生长沉积硅层203，直到其长满氧化硅凹槽，发生体接触(bulk contact)时停止硅的沉积，从而得到图2e所示的上方的i-Epi Si部分。(f)利用湿法腐蚀或者干法刻蚀的方法腐蚀或者刻蚀掉锗化硅层206以上部分的沉积硅。具体的说，湿法腐蚀是利用15-25wt％氢氧化钾的去离子水溶液，在70-85摄氏度条件下进行腐蚀的方法，腐蚀掉锗化硅层206以上部分的沉积硅，得到图2f所示的结构。腐蚀的时间足够长即可，因为腐蚀会停止在所述锗化硅层206的上表面位置处。(g)在锗化硅层206上方沉积相变材料GST层205，从而得到成品的PCRAM。

如图2g所示，经过上述加工方法得到的成品PCRAM包括：N型硅衬底201和左右两部分氧化硅202之间氧化硅凹槽；所述氧化硅凹槽设置于所述N型硅衬底201上方；该成品的PCRAM还包括设置在所述氧化硅凹槽中，由下至上设置的：本征沉积硅层203、p型沉积硅层204、锗化硅层206以及GST层205。

当然在其他的具体实施方式中，在采用湿法腐蚀时，也可以利用其他的腐蚀溶剂进行腐蚀，比如EPPW(Ethylene-Dimene-PyroCatehcol Pyrozine)溶液或者TMAH(例如，trimethylammonium hydroxide)溶液，这两种溶液均为本领域人员的常规选择，不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种相变非易失性存储器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

成型出N型硅衬底，在该N型硅衬底上方成型出氧化硅层，在该氧化硅层中刻蚀出氧化硅凹槽，所述氧化硅凹槽垂直贯穿所述氧化硅层；

在所述氧化硅凹槽中的N型硅衬底上外延生长出本征沉积硅层；

在所述本征沉积硅层上外延生长出p型沉积硅层；

在所述p型沉积硅层上外延生长出锗化硅层；

在所述锗化硅层上外延生长出另外一层本征沉积硅层；

将外延生长出的所述本征沉积硅层刻蚀去除，使所述锗化硅层处于所述氧化硅凹槽中的最上一层；

在所述锗化硅层上沉积出相变材料层。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述沉积相变材料层时采用的相变材料为GST。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，进行所述外延生长时采用的方法为气相外延方法。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，外延生长所述本征沉积硅层所采用的方法为：向本征沉积硅层外延生长环境中添加SiH₄、Si₂H₆、Si₃H₈、SiH₂Cl₂、SiHCl₃或者SiCl₄中的一种气体以及氢气H₂。

5.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，在本征沉积硅层上外延生长出p型沉积硅层所采用的方法为：在外延生长沉积硅的同时向沉积硅外延生长环境中添加氢化硼B₂H₆气体。

6.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，在p型沉积硅层上外延生长出锗化硅层所采用的方法为：在外延生长沉积硅的同时向沉积硅外延生长环境中添加氢化锗GeH₄气体。

7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，将所述外延生长出的本征沉积硅层刻蚀去除时，采用湿法腐蚀的方法。

8.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，所述湿法腐蚀的方法具体为：利用15-25wt％氢氧化钾的去离子水溶液，在70-85摄氏度条件下进行腐蚀。

9.一种应用权利要求1所述的加工方法得到的相变非易失性存储器，其特征在于，包括：

N型硅衬底；

氧化硅凹槽，所述氧化硅凹槽设置于所述N型硅衬底上方；以及

在所述氧化硅凹槽中，由下至上设置有：

本征沉积硅层；

p型沉积硅层；

锗化硅层；

相变材料层。

10.根据权利要求9所述的相变非易失性存储器，其特征在于，所述相变材料层中的相变材料为GST。

11.根据权利要求9或10所述的相变非易失性存储器，其特征在于，所述锗化硅层中锗的含有比例为0.2-0.3。

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