專利名稱：相變存儲(chǔ)器件和半導(dǎo)體器件的制造方法
相變存儲(chǔ)器件和半導(dǎo)體器件的制造方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2011年10月20日向韓國專利局遞交的韓國專利申請(qǐng) 10-2011-0107633的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用并入，如同在本文中全文記載。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的示例性實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，更特別涉及具有孔的相變存儲(chǔ)器件的制造方法以及半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
下一代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件需具有如下特性例如一般快閃存儲(chǔ)器件的非易失性以及低功耗、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的高速操作性和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的高集成度。對(duì)下一代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件已有研究，例如鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FRAM)、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PCRAM)和納米浮柵存儲(chǔ)器(NFGM)，它們與一般存儲(chǔ)器件相比具有更低功耗和更好的數(shù)據(jù)保持和讀/寫特性。在下一代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件中，因?yàn)?PCRAM (以下稱為相變存儲(chǔ)器件)具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，并可以低成本制造以高速操作，所以相變存儲(chǔ)器件已經(jīng)作為下一代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件得到積極的研究/開發(fā)。
相變存儲(chǔ)器件的一個(gè)重要問題是降低相變的復(fù)位電流。為了降低復(fù)位電流，加熱電極的面積可以減小。
然而，隨著半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的集成密度增加，光刻技術(shù)在形成圖案和孔中達(dá)到極限。因此，難以形成用于獲得所需量的復(fù)位電流的超細(xì)Ultrafine)下電極接觸。
可以在接觸孔的側(cè)壁上形成間隔件(spacer)以形成細(xì)接觸孔，但是接觸孔的上部側(cè)壁可以在包括各向異性刻蝕工藝的這種形成過程中被去除。因此，接觸孔的上部的面積被擴(kuò)大
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性實(shí)施方案的一方面，提供一種制造相變存儲(chǔ)器件的方法。該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成開關(guān)器件層、歐姆接觸層和硬掩模層；圖案化所述硬掩模層以形成硬掩模圖案；利用所述硬掩模圖案來刻蝕所述歐姆接觸層和所述開關(guān)器件層以形成包括歐姆接觸圖案、開關(guān)器件圖案和所述硬掩模圖案的圖案結(jié)構(gòu)；選擇性地氧化所述圖案結(jié)構(gòu)的表面；形成絕緣層以掩埋所述圖案結(jié)構(gòu)；以及將除其氧化表面以外的所述硬掩模圖案選擇性地去除以形成接觸孔。
根據(jù)示例性實(shí)施方案的另一方面，提供一種制造相變存儲(chǔ)器件的方法。該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成圖案結(jié)構(gòu)，其中所述圖案結(jié)構(gòu)包括金屬圖案、開關(guān)器件圖案、歐姆接觸圖案和硬掩模圖案；將所述硬掩模圖案選擇性地氧化設(shè)定厚度；在所述圖案結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成間隔件；形成并平坦化絕緣層以掩埋所述圖案結(jié)構(gòu)；將除其氧化部分外的所述硬掩模圖案選擇性地去除以形成接觸孔；在所述接觸孔內(nèi)形成加熱電極；和形成相變材料層以電連接至所述加熱電極。
根據(jù)示例性實(shí)施方案的另一方面，提供一種制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的方法。該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成基礎(chǔ)層?？稍谒龌A(chǔ)層上形成具有由曝光極限確定的線寬的氮化硅層圖案。每一氮化硅層圖案的表面可被氧化以形成在每一氧化的氮化硅層圖案上具有設(shè)定厚度的氮氧化娃(silocon oxynitride)層。隨后,可在所述氧化的氮化娃層圖案之間填充絕緣層，然后將其平坦化以暴露出所述氧化的氮化硅層圖案的上表面，并且可去除所述氧化的氮化硅層圖案以形成接觸孔。
這些和其它的特征、方面和實(shí)施方案在以下題為“具體實(shí)施方式
”的部分進(jìn)行描述。


本公開內(nèi)容主題的上述及其它方面、特征和其它優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合附圖從以下詳細(xì)說明中得到更清楚的理解，在附圖中
圖1-4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的工藝截面圖5-10是示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的制造方法的工藝截面圖11和12是示出根據(jù)本發(fā)明的再一示例性實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的制造方法的截面圖。
具體實(shí)施方式
下文中，將參照附圖更詳細(xì)說明示例性實(shí)施方案。
在此參照示例性實(shí)施方案(和中間結(jié)構(gòu))的截面圖描述示例性實(shí)施方案。然而， 附圖中所示的比例和形狀只是示例性的，并且可以根據(jù)各種制造技術(shù)和/或設(shè)計(jì)考慮而變化。在附圖的部分中，示例性實(shí)施方案的層和區(qū)域的長(zhǎng)度和尺寸可能已放大以清楚顯示。在整個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。在整個(gè)公開內(nèi)容中，當(dāng)一個(gè)層被稱為在另一層或襯底“上”時(shí)，它可以直接在所述另一層或襯底上，或也可以存在中間層。
圖1-4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的工藝截面圖。
參照?qǐng)D1，在半導(dǎo)體襯底10上形成基礎(chǔ)層20?；A(chǔ)層20可以是其中形成有電路圖案的層。在基礎(chǔ)層20上形成硬掩模圖案30。硬掩模圖案30可利用常規(guī)光刻技術(shù)形成。 例如，硬掩模圖案30具有由光刻工藝的曝光極限所確定的線寬W。眾所周知，硬掩模圖案 30是替代光刻膠圖案(未示出)用作掩模的材料，以防止從待刻蝕層即基礎(chǔ)層20的漫反射或在刻蝕工藝中光刻膠圖案(未示出)變形。通常，氮化硅層被用作硬掩模圖案30，但本發(fā)明的示例性實(shí)施方案不限于氮化硅層。可以使用可防止掩模圖案在刻蝕工藝中變形的任何可氧化材料。
參照?qǐng)D2，硬掩模圖案30的表面被氧化了設(shè)定厚度。硬掩模圖案30的氧化厚度可取決于殘余硬掩模圖案30的線寬。附圖標(biāo)記40表示硬掩模圖案30的表面氧化部分。
參照?qǐng)D3，在基 礎(chǔ)層20上形成絕緣層50以掩埋在表面被氧化的硬掩模圖案30之間。將絕緣層50平坦化以暴露出其余硬掩模圖案30的表面。
參照?qǐng)D4，去除殘余的硬掩模圖案30以形成細(xì)接觸孔H。細(xì)接觸孔H的線寬w比對(duì)應(yīng)于氧化工藝的曝光極限的線寬W窄。因此，在基礎(chǔ)層20上形成具有細(xì)接觸孔H的層間絕緣層。
圖5-10是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施方案的相變存儲(chǔ)器件的制造方法的工藝截面圖。在該示例性實(shí)施方案中，示出形成相變存儲(chǔ)器件的加熱電極接觸孔的方法，并描述如下。
參照?qǐng)D5，在其中形成有絕緣層105的半導(dǎo)體襯底100上依次堆疊金屬層110、開關(guān)器件層120、歐姆接觸層130和硬掩模層140。例如，金屬層110可用作相變存儲(chǔ)器件的金屬字線。作為替代方案，金屬層110可與開關(guān)器件層120形成肖特基二極管。金屬層110 可包括具有抗氧化性的金屬材料，例如鈦/氮化鈦材料(Ti/TiN)。開關(guān)器件層120與金屬層110 —起形成二極管，并且可以包括例如多晶硅層。在由多晶硅層形成的開關(guān)器件層120 中對(duì)應(yīng)其深度注入特定類型的雜質(zhì)以進(jìn)行二極管操作。歐姆接觸層130提供用于開關(guān)器件層120與待后續(xù)形成的加熱電極的電學(xué)性質(zhì)。歐姆接觸層130可包括硅化物層。硬掩模層 140形成以防止由于歐姆接觸層130導(dǎo)致的漫反射和/或待后續(xù)在光刻膠圖案刻蝕工藝中形成的光刻膠圖案的圖案變形。在該示例性實(shí)施方案中，硬掩模層140可包括氮化硅層。利用光刻工藝在硬掩模層140上形成光刻膠圖案150。光刻膠圖案150可具有對(duì)應(yīng)于曝光極限的線寬Wl并且位于其中待形成存儲(chǔ)器單元的區(qū)域中。
參照?qǐng)D6，以光刻膠圖案150的形狀圖案化硬掩模層140以形成硬掩模圖案140a。 接著，以常規(guī)去除工藝去除光刻膠圖案150。以硬掩模圖案140a的形狀圖案化歐姆接觸層 130、開關(guān)器件層120和金屬層110來形成歐姆接觸圖案130a、開關(guān)器件圖案120a和金屬圖案 IlOa0
隨后，對(duì)半導(dǎo)體襯底100的所得結(jié)構(gòu)實(shí)施氧化工藝，以形成在開關(guān)器件圖案120a 表面上的氧化物層152和在硬掩模圖案140a表面上的氧化物層156。該氧化工藝修復(fù)因圖案化工藝導(dǎo)致的損傷并減小待后續(xù)形成的加熱電極的線寬。
在構(gòu)成開關(guān)器件圖案120a和硬掩模圖案140a的多晶硅層同時(shí)被氧化的條件下實(shí)施該氧化工藝。亦即，歐姆接觸圖案130a和金屬圖案IlOa在氧化工藝中不被氧化。因此， 氧化工藝可包括選擇性氧化方法。氧化工藝可包括等離子體工藝以提高氧化效率。氧化工藝可在200至500°C的溫度下進(jìn)行以防止包含在開關(guān)器件圖案120a中的雜質(zhì)擴(kuò)散。此外， 氧化工藝可包括使用自由基離子選擇性氧化由氮化硅層形成的硬掩模圖案140a的自由基氧化工藝。
氧化物層152和156的厚度可通過控制氧氣(O2)流量、氫氣(H2)流量和工藝壓力來控制。例如，氧化工藝可在氧氣流量為20至200cc，氫氣流量為20至150cc，工藝壓力為O.03至3. O托的范圍內(nèi)實(shí)施 。氧化工藝可實(shí)施至完全修復(fù)損傷直至氧化物層152和156的厚度變?yōu)?0至100A為止。在此，通過氧化開關(guān)器件圖案120a獲得的層152可以是二氧化硅(SiO2)層，并且通過氧化硬掩模圖案140a獲得的層156可以是氮氧化硅(SiON)層。
參照?qǐng)D7，在金屬圖案110a、表面氧化的開關(guān)器件圖案120a、歐姆接觸圖案130a和表面氧化的硬掩模圖案140a的側(cè)壁上形成間隔件160。間隔件160可通過在半導(dǎo)體襯底 100的所得結(jié)構(gòu)上沉積用于間隔件的絕緣層并且各向異性刻蝕該用于間隔件的絕緣層以暴露出硬掩模圖案140a和半導(dǎo)體襯底100的表面來形成。對(duì)于各向異性刻蝕工藝而言，間隔件160可包括例如具有抗氧化性的絕緣層，如氮化硅層。間隔件160用于在后續(xù)工藝中保護(hù)半導(dǎo)體襯底的所得結(jié)構(gòu)。在某些情況下，可以省略形成間隔件160的工藝。如圖12所示， 間隔件165可僅形成在硬掩模圖案140a、歐姆接觸圖案130a和開關(guān)器件圖案120a的側(cè)壁上。
參照?qǐng)D8，層間絕緣層170形成為掩埋在其每處都被間隔件160覆蓋的所得結(jié)構(gòu)之間。層間絕緣層170可包括例如氮氧化硅材料。層間絕緣層170被平坦化以暴露出硬掩模圖案140a的表面，由此填充在所得結(jié)構(gòu)之間的空間。在硬掩模圖案140a的上表面上的氧化物層156可在平坦化工藝中被去除。
參照?qǐng)D9，去除暴露出的硬掩模圖案140a。當(dāng)硬掩模圖案140a由氮化硅層形成時(shí)，通過利用磷酸溶液(H3PO4)的浸潰工藝選擇性地去除硬掩模圖案140a。因此，在從中去除硬掩模圖案140a的區(qū)域中形成接觸孔180。接觸孔180具有比對(duì)應(yīng)于曝光極限的光刻膠圖案150的線寬Wl小的線寬W2。此時(shí)，接觸孔180的線寬W2可具有通過從光刻膠圖案 150的線寬Wl中減去氧化物層156的厚度的2倍所得到的值。因此，可以形成具有小于曝光極限所確定的值的線寬W2的接觸孔180。
此外，由于通過濕法刻蝕工藝選擇性去除硬掩模圖案140a而形成接觸孔180，所以不會(huì)造成不開口的錯(cuò)誤。由于形成間隔件的工藝不在接觸孔180的側(cè)壁上進(jìn)行，因此不會(huì)造成接觸孔的上部側(cè)壁損傷和金屬圖案IlOa的側(cè)壁損傷。
如圖10所示，加熱電極175形成為掩埋在接觸孔180內(nèi)，并且相變材料層185在所得結(jié)構(gòu)上形成為與加熱電極175連接。
如圖11所示，加熱電極175a可僅形成在接觸孔180的下部中。通過將導(dǎo)電材料掩埋在接觸孔180內(nèi)和過刻蝕該導(dǎo)電材料，加熱電極175a僅保留在接觸孔180的下部區(qū)域中。接著，將相變材料層185a掩埋在接觸孔180內(nèi)加熱電極175a上，由此制造出限制式相變存儲(chǔ)器件。
如上所述，將通過氧化硬掩模圖案表面和去除未氧化的硬掩模圖案形成的空間用作接觸孔。因此，可以防止發(fā)生由于利用光刻工藝的刻蝕工藝導(dǎo)致的開口錯(cuò)誤，從而可提高器件的關(guān)斷電流特性。
此外，接觸孔 可形成為具有超過曝光極限的線寬。特別地，當(dāng)接觸孔被應(yīng)用于相變存儲(chǔ)器件時(shí)，加熱電極的線寬可減少，從而可以提高復(fù)位電流特性。
雖然已經(jīng)如上描述某些實(shí)施方案，但是應(yīng)該理解所描述的實(shí)施方案僅是示例性的。因此，本發(fā)明不應(yīng)限于具體公開的實(shí)施方案，并 且權(quán)利要求應(yīng)該在廣義上解釋為包括與示例性實(shí)施方案一致的所有合理適當(dāng)?shù)膶?shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種制造相變存儲(chǔ)器件的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成開關(guān)器件層、歐姆接觸層和硬掩模層；圖案化所述硬掩模層以形成硬掩模圖案；利用所述硬掩模圖案來刻蝕所述歐姆接觸層和所述開關(guān)器件層以形成包括歐姆接觸圖案、開關(guān)器件圖案和所述硬掩模圖案的圖案結(jié)構(gòu)；選擇性地氧化所述圖案結(jié)構(gòu)的表面；形成絕緣層以掩埋所述圖案結(jié)構(gòu)；和將除其氧化表面以外的所述硬掩模圖案選擇性地去除以形成接觸孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述選擇性地氧化所述圖案結(jié)構(gòu)的表面的步驟包括選擇性地氧化所述硬掩模圖案和所述開關(guān)器件圖案的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述硬掩模圖案包括氮化硅層，所述開關(guān)器件圖案包括含雜質(zhì)的多晶娃層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述選擇性地氧化所述圖案結(jié)構(gòu)的表面的步驟包括利用自由基離子進(jìn)行自由基氧化方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述選擇性地氧化所述圖案結(jié)構(gòu)的表面的步驟包括通過施加等離子體進(jìn)行氧化工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述選擇性氧化所述圖案結(jié)構(gòu)的表面在氧氣O2流量為20至200cc，氫氣H2流量為20至150cc，工藝壓力為O. 03至3. O托的范圍內(nèi)實(shí)施。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述硬掩模圖案的氧化表面的厚度為30SiooAe
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在所述選擇性地氧化所述圖案結(jié)構(gòu)的表面的步驟之后，在所述圖案結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成間隔件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述形成間隔件的步驟包括形成氮化硅層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，在所述形成接觸孔的步驟之后，還包括以下步驟在所述接觸孔內(nèi)形成加熱電極；和在所述絕緣層上形成相變材料層以與所述加熱電極接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，在所述形成接觸孔的步驟之后，還包括以下步驟在所述接觸孔的下部區(qū)域中形成加熱電極；和在所述加熱電極上，在所述接觸孔內(nèi)掩埋相變材料層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，在所述形成開關(guān)器件層、歐姆接觸層和硬掩模層的步驟之前，還包括在所述半導(dǎo)體襯底上形成字線。
13.—種制造相變存儲(chǔ)器件的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成圖案結(jié)構(gòu)，其中所述圖案結(jié)構(gòu)包括金屬圖案、開關(guān)器件圖案、歐姆接觸圖案和硬掩模圖案；將所述硬掩模圖案選擇性地氧化設(shè)定厚度；在所述圖案結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成間隔件；形成并平坦化絕緣層以掩埋所述圖案結(jié)構(gòu)；將除其氧化部分外的所述硬掩模圖案選擇性地去除以形成接觸孔；在所述接觸孔內(nèi)形成加熱電極；和形成相變材料層以電連接至所述加熱電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述將所述硬掩模圖案選擇性地氧化的步驟包括同時(shí)地將所述開關(guān)器件圖案和所述硬掩模圖案的表面選擇性地氧化。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述硬掩模圖案包括氮化硅層。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述將所述硬掩模圖案選擇性地氧化的步驟在氧氣O2流量為20至200cc，氫氣H2流量為20至150cc，工藝壓力為O. 03至3. O托的范圍內(nèi)實(shí)施。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，經(jīng)氧化的硬掩模圖案的所述設(shè)定厚度為30至 IOOA0
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述形成間隔件的步驟包括形成氮化硅層。
19.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成基礎(chǔ)層；在所述基礎(chǔ)層上形成具有由曝光極限確定的線寬的氮化硅層圖案；氧化所述氮化硅層圖案中每一個(gè)的表面以在經(jīng)氧化的氮化硅層圖案中每一個(gè)的表面上形成具有設(shè)定厚度的氮氧化硅層；在所述經(jīng)氧化的氮化硅層圖案之間填充絕緣層，并平坦化所述絕緣層以暴露出所述經(jīng)氧化的氮化硅層圖案的上表面；和去除所述經(jīng)氧化的氮化硅層圖案中的每一個(gè)以形成接觸孔。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述去除所述經(jīng)氧化的氮化硅層圖案中的每一個(gè)的步驟包括將所述經(jīng)氧化的氮化硅層圖案浸在磷酸溶液中。
全文摘要
本發(fā)明提供相變存儲(chǔ)器件和半導(dǎo)體器件的制造方法。制造相變存儲(chǔ)器件的方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成開關(guān)器件層、歐姆接觸層和硬掩模層；圖案化所述硬掩模層以形成硬掩模圖案；利用所述硬掩模圖案來刻蝕所述歐姆接觸層和所述開關(guān)器件層以形成包括歐姆接觸圖案、開關(guān)器件圖案和所述硬掩模圖案的圖案結(jié)構(gòu)；選擇性地氧化所述圖案結(jié)構(gòu)的表面；形成絕緣層以掩埋所述圖案結(jié)構(gòu)；和將除其氧化表面以外的所述硬掩模圖案選擇性地去除以形成接觸孔。
文檔編號(hào)H01L45/00GK103066204SQ20121030091
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者徐惠眞, 李錦范 申請(qǐng)人:愛思開海力士有限公司