相变存储器及其形成方法技术

一种相变存储器及其形成方法，所述相变存储器的形成方法包括：提供衬底；在所述衬底表面形成介质层；形成穿透介质层的通孔；在所述通孔内壁表面形成牺牲层；在所述牺牲层表面形成填充满所述通孔的金属层，所述金属层的表面与介质层表面齐平；去除部分高度的牺牲层，在所述金属层与通孔侧壁之间形成凹槽；形成填充满所述凹槽的绝缘层，所述绝缘层的表面与介质层、金属层的表面齐平；在所述介质层、金属层、绝缘层表面形成相变层。上述方法可以降低相变存储器的功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种相变存储器及其形成方法。
技术介绍
相变存储器(PhaseChangeRandomAccessMemory，PCRAM)技术是基于相变薄膜应用于相变存储介质的构想建立起来的。作为一种新兴的非易失性存储技术，相变存储器在读写速度、读写次数、数据保持时间、单元面积、多值实现等诸多方面对快闪存储器都具有较大的优越性，已成为目前非易失性存储器技术研究的焦点。在相变存储器中，可以通过对记录了数据的相变层进行热处理，来改变存储器的存储数值。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，PCRAM的电阻较低，此时存储器赋值为“1”。当相变层处于非晶状态时，PCRAM的电阻较高，此时存储器赋值为“0”。因此，PCRAM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。请参考图1，为现有相变存储器的结构示意图。所述相变存储器包括：衬底10，所述衬底10内形成有金属互连结构；位于所述衬底10上的介质层20，所述介质层20具有底部接触电极21，所述底部接触电极21与衬底10内的金属互连结构连接；位于所述介质层20和底部接触电极21表面的相变层22。所述底部接触电极21通电后会产生热量，对相变层22加热，改变相变层22的结晶状态，从而改变所述相变层22所存储的逻辑值。现有相变存储器的性能还有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种相变存储器及其形成方法，提高所述相变存储器的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种相变存储器的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成介质层；形成穿透介质层的通孔；在所述通孔内壁表面形成牺牲层，所述牺牲层的材料为导电材料；在所述牺牲层表面形成填充满所述通孔的金属层，所述金属层的表面与介质层表面齐平；去除部分高度的牺牲层，在所述金属层与通孔侧壁之间形成凹槽；形成填充满所述凹槽的绝缘层，所述绝缘层的表面与介质层、金属层的表面齐平；在所述介质层、金属层、绝缘层表面形成相变层。可选的，所述牺牲层的材料与金属层的材料之间的湿法刻蚀选择比大于5。可选的，所述牺牲层的材料为钨、氮化钛、钛硅氮化合物、钽硅氮化合物、钛铜氮化合物、钛铝氮化合物或硅钨化合物。可选的，所述牺牲层的形成方法为原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺。可选的，所述牺牲层的材料为钨，形成所述牺牲层的方法为化学气相沉积工艺，采用的反应气体为WF6和SiH4，其中，WF6的流量为50sccm-500sccm，SiH4的流量为30sccm-500sccm，反应温度为300℃-450℃，压强为5Torr-50Torr。可选的，所述金属层材料为钨。可选的，形成所述金属层的方法包括：在所述通孔内和介质层表面形成金属材料层，所述金属材料层填充满所述通孔；以所述介质层为停止层，对所述金属材料层进行平坦化，形成位于通孔内与介质层表面齐平的金属层。可选的，形成所述金属材料层的方法为化学气相沉积工艺，反应气体为WF6和H2，其中，WF6的流量为50sccm-500sccm，H2的流量为200sccm-20000sccm，反应温度为300℃-450℃，压强为5Torr-50Torr。可选的，所述牺牲层的厚度大于通孔半径的1/4，小于通孔半径的3/4。可选的，所述通孔的宽度为20nm～200nm，所述牺牲层的厚度大于10nm，小于100nm。可选的，所述凹槽的深度为通孔深度的1/4～3/4。可选的，采用湿法刻蚀工艺去除部分高度的牺牲层形成所述凹槽。可选的，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀溶液为氨水溶液，其中NH3的浓度为20％～28％。可选的，所述绝缘层的材料为氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳化硅或氮化硅。可选的，形成所述绝缘层的方法包括：在所述凹槽内、介质层表面和金属层表面形成绝缘材料层，所述绝缘材料层填充满所述凹槽；以所述介质层表面作为停止层，对所述绝缘材料层进行平坦化，去除介质层和金属层表面的绝缘材料层，形成位于凹槽内的绝缘层，所述绝缘层的表面与介质层表面齐平。可选的，所述绝缘材料层的形成方法包括原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺。可选的，在形成所述牺牲层之前，在所述通孔内壁表面形成粘合层。可选的，所述粘合层包括Ti层和位于Ti层表面的TiN层，或者包括Ta层和位于Ta层表面的TaN层，所述粘合层的厚度为可选的，所述相变层的材料为Si-Sb-Te、Ge-Sb-Te、Ag-In-Te或Ge-Bi-Te化合物。为解决上述问题，本专利技术还提供采用上述方法形成的相变存储器，包括：衬底；位于衬底表面的介质层；位于介质层内穿透所述介质层的通孔；覆盖通孔内壁表面的牺牲层和绝缘层，所述绝缘层覆盖通孔顶部处的部分侧壁，所述牺牲层的材料为导电材料，位于绝缘层下方，覆盖未被绝缘层覆盖的通孔内壁。填充满所述通孔的金属层，所述金属层的表面与介质层表面、绝缘层表面齐平；位于所述介质层、绝缘层和金属层表面的相变层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的技术方案中，在衬底表面的介质层内形成通孔之后，在通孔内壁表面形成牺牲层，然后再在所述牺牲层表面形成金属层，然后，刻蚀部分牺牲层形成凹槽，在所述凹槽内形成绝缘层，再在所述绝缘层、金属层和介质层表面形成相变层。上述方法使得金属层的顶部表面与相变层之间的接触面积小于通孔顶部的横截面积，从而提高金属层的电阻，降低相变层的受热面积，提高金属层对相变层的加热效率，进而降低相变存储器的功耗。进一步，在形成所述牺牲层之前，在所述通孔内壁表面形成粘合层。由于金属材料与介质层之间的附着力不强，所述粘合层可以提高后续形成的牺牲层与通孔内壁之间的粘附力，提高牺牲层与通孔内壁表面之间的界面质量，并且有利于后续在通孔内形成牺牲层和金属层。进一步，所述牺牲层为导电材料，且所述牺牲层的材料与后续牺牲层表面形成的金属层材料之间的湿法刻蚀选择比大于5，便于后续在刻蚀牺牲层的过程中，不对金属层造成损伤。所述牺牲层采用导电材料从而不会影响后续在牺牲层表面形成的金属层与其下方的衬底内的金属互连结构之间的导电性能。进一步，所述牺牲层与金属层的材料相同，采用不同的工艺分别形成所述牺牲层与金属层，使牺牲层与金属层之间具有较高的刻蚀选择性，同时所述牺牲层还可以作为后续形成金属层的种子层，不需要再额外形成种子层，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成介质层；形成穿透介质层的通孔；在所述通孔内壁表面形成牺牲层，所述牺牲层的材料为导电材料；在所述牺牲层表面形成填充满所述通孔的金属层，所述金属层的表面与介质层表面齐平；去除部分高度的牺牲层，在所述金属层与通孔侧壁之间形成凹槽；形成填充满所述凹槽的绝缘层，所述绝缘层的表面与介质层、金属层的表面齐平；在所述介质层、金属层、绝缘层表面形成相变层。

【技术特征摘要】
1.一种相变存储器的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底表面形成介质层；
形成穿透介质层的通孔；
在所述通孔内壁表面形成牺牲层，所述牺牲层的材料为导电材料；
在所述牺牲层表面形成填充满所述通孔的金属层，所述金属层的表面与
介质层表面齐平；
去除部分高度的牺牲层，在所述金属层与通孔侧壁之间形成凹槽；
形成填充满所述凹槽的绝缘层，所述绝缘层的表面与介质层、金属层的
表面齐平；
在所述介质层、金属层、绝缘层表面形成相变层。
2.根据权利要求1所述的相变存储器的形成方法，其特征在于，所述牺牲层
的材料与金属层的材料之间的湿法刻蚀选择比大于5。
3.根据权利要求2所述的相变存储器的形成方法，其特征在于，所述牺牲层
的材料为钨、氮化钛、钛硅氮化合物、钽硅氮化合物、钛铜氮化合物、钛
铝氮化合物或硅钨化合物。
4.根据权利要求2所述的相变存储器的形成方法，其特征在于，所述牺牲层
的形成方法为原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺。
5.根据权利要求2所述的相变存储器的形成方法，其特征在于，所述牺牲层
的材料为钨，形成所述牺牲层的方法为化学气相沉积工艺，采用的反应气
体为WF6和SiH4，其中，WF6的流量为50sccm-500sccm，SiH4的流量为
30sccm-500sccm，反应温度为300℃-450℃，压强为5Torr-50Torr。
6.根据权利要求1所述的相变存储器的形成方法，其特征在于，所述金属层
材料为钨。
7.根据权利要求6所述的相变存储器的形成方法，其特征在于，形成所述金
属层的方法包括：在所述通孔内和介质层表面形成金属材料层，所述金属

\t材料层填充满所述通孔；以所述介质层为停止层，对所述金属材料层进行
平坦化，形成位于通孔内与介质层表面齐平的金属层。
8.根据权利要求7所述的相变存储器的形成方法，其特征在于，形成所述金
属材料层的方法为化学气相沉积工艺，反应气体为WF6和H2，其中，WF6的流量为50sccm-500sccm，H2的流量为200sccm-20000sccm，反应温度为
300℃-450℃，压强为5Torr-50Torr。
9.根据权利要求1所述的相变存储器的形成方法，其特征在于，所述牺牲层
的厚度大于通孔半径的1/4，小于通孔半径的3/4。
10.根据权利要求1所述的相变存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志超，伏广才，
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