相变半导体器件的制造方法及相变半导体器件技术

本发明专利技术涉及相变半导体器件的制造方法及相变半导体器件。其中，相变半导体器件的制造方法，包括步骤：提供基底，所述基底上开有沟槽，所述沟槽底部设有第一电极层；在沟槽内形成导电的且与第一电极层导通的第一粘合层；在沟槽内填充固态相变材料；在基底上形成具有通孔的电介质层，所述通孔暴露所述沟槽内填充的固态相变材料；在所述电介质层的通孔内填充所述固态相变材料。与现有技术相比，本发明专利技术在相变半导体器件的第一电极层和固态相变材料之间设置可导电的第一粘合层，用该第一粘合层来连接第一电极和固态相变材料，既可以让固态相变材料与第一电极层紧密粘合，不发生固态相变材料脱落的情况，又可以使该相变半导体器件保持较低的工作电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及相变半导体器件的制造方法及相变半导体器件。
技术介绍
具有如锗(Ge)、硒(Se)、碲(Sb)、铋(Bi)等元素构成的合金型固态相变材料，逐 渐作为开关材料被用到半导体器件中。固态相变材料至少存在两种不同的固态状态。最极 端的两种状态能够被简单地分为非晶态和结晶态。在这两种状态之间还有其他更不容易辨 别的状态。非晶态具有无序的原子结构，而结晶状态通常是多晶。固态相变材料各种状态 具有完全不同的电学性质。在非晶态下，固态相变材料表现为绝缘的电学性质；而在结晶态 下，同样的材料却表现出P型半导体那样的电阻性质。固态相变材料的电阻率在非晶态和 结晶态之间变化。 具体地说，当这种固态相变材料被加热时，就会从一种状态(例如非晶态)转变为 第二种状态(例如结晶态)。状态之间的转变可以因受热不同而选择性地可逆，也就是说， 固态相变材料可以被设定成一种电学状态并可以被复位。正如其他具有两种或更多种可辨 别和可选择状态的材料一样，固态相变材料的两个稳定状态中的任一个都能被指定为逻辑 1而另一个被指定为逻辑0。于是，固态相变材料就可以被用于存储器件，准确地说是不易 丢失数据的存储器。此外，利用结晶态和非晶态之间的中间状态所固有的电阻率变化，还可 以用固态相变材料制造多位存储元件。关于由固态相变材料所制造的半导体器件的结构可 以参考中国专利技术专利申请第200410094745. 5号所公开的内容。 为了在非晶态与结晶态之间来回可逆地转换，必须将可控的热量准确地供给固态 相变材料。以前常使用电阻加热的方法来提供这种热量。但是，对于各个存储元件，为了加 热固态相变材料而需要设定相当大的加热电流。准确地说，固态相变材料的复位可能要求 将结晶态的材料加热到其熔点，例如60(TC以上。这样的加热和冷却，会导致固态相变材料 自生的收縮，使得固态相变材料与电极的剥离，严重时，将导致半导体器件的失效。 为了使固态相变材料与电极的紧密结合，现有技术中，使用金属氧化物作为固态 相变材料与电极间的粘合层。但是，采用金属氧化物作为粘合层将导致对固态相变材料所 施加的工作电压增大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种相变半导体器件的制造方法及相变半导 体器件，使得器件中的固态相变材料不会脱离，且不必提高其工作电压。 为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，提供一种相变半导体器件的制造 方法，包括步骤提供基底，所述基底上开有沟槽，所述沟槽底部设有第一电极层；在沟槽 内形成导电的且与第一电极层导通的第一粘合层；在沟槽内填充固态相变材料；在基底上 形成具有通孔的电介质层，所述通孔暴露所述沟槽内填充的固态相变材料；在所述电介质4层的通孔内填充所述固态相变材料。 可选地，所述通孔的直径等于所述沟槽直径，且所述通孔与所述沟槽重合。 可选地，所述通孔的直径小于所述沟槽直径。 可选地，所述在沟槽内填充固态相变材料的方法包括步骤在基底上沉积固态相 变材料至至少完全填满所述沟槽；去除沟槽以外的固态相变材料和基底表面的第一粘合层。 可选地，所述去除沟槽以外的固态相变材料和基底表面的第一粘合层的方法为化 学机械研磨。 可选地，在所述电介质层的通孔内填充所述固态相变材料的方法包括步骤在基底上沉积固态相变材料至至少完全填满所述通孔；对基底进行热退火处理，使固态相变材料在收縮的状态下填满所述通孔和沟槽；去除沟槽以外的固态相变材料。 可选地，所述热退火的温度为15(TC至250°C。 可选地，所述的第一粘合层的材料为Ti/TiN、Ta/TaN或Ti/TiSi。 可选地，所述第一粘合层中的金属层位于所述第一电极层一侧，而金属化合物层位于所述固态相变材料一侧。 可选地，所述第一金属层的材料为W。 可选地，还包括步骤在固态相变材料之上形成导电的第二粘合层；在第二粘合 层上形成第二电极层。 可选地，所述的第二粘合层的材料为TiN、Ti/TiN、TaN、Ta/TaN、TiSi或Ti/TiSi。 可选地，所述第二金属层的材料为Al 。 可选地，所述的固态相变材料为硫族化合物合金。 可选地，所述硫族化合物合金为Ge-Sb-Te、 Ag-In-Sb-Te或Ge-Bi-Te。 可选地，所述的Ge-Sb-Te具体为Ge2Se2Te5。 根据本专利技术的另一方面，提供一种相变半导体器件，包括位于基底上凹槽底部的 第一电极层和凹槽内的固态相变材料，所述凹槽由相互连通的电介质层通孔和沟槽所组 成，所述第一电极层和固态相变材料由导电的第一粘合层连接，所述第一粘合层只覆于所 述沟槽的底部或只覆于所述沟槽的底部和侧壁，所述第一粘合层只形成第一电极层与固态 相变材料的电连通。 可选地，所述固态相变材料经过热退火处理。 可选地，所述热退火的温度为15(TC至250°C。 可选地，所述的第一粘合层的材料为Ti/TiN、 Ta/TaN或Ti/TiSi。 可选地，所述第一粘合层中的金属层位于所述第一电极层一侧，而金属化合物层位于所述固态相变材料一侧。 可选地，所述第一金属层的材料为W。 可选地，还包括第二电极层，所述固态相变材料和第二电极层之间由导电的第二 粘合层连接。 可选地，所述的第二粘合层的材料为TiN、Ti/TiN、TaN、Ta/TaN、TiSi或Ti/TiSi。 可选地，所述第二金属层的材料为A1。 可选地，所述凹槽的截面形状为凸型、倒凸型、长方形或正方形。 可选地，所述的固态相变材料为硫族化合物合金。 可选地，所述硫族化合物合金为Ge-Sb-Te、 Ag-In-Sb-Te或Ge-Bi-Te。 可选地，所述的Ge-Sb-Te具体为Ge2Se2Te5。 与现有技术相比，本专利技术在相变半导体器件的第一电极层和固态相变材料之间设 置可导电的第一粘合层，用该第一粘合层来连接第一电极和固态相变材料，既可以让固态 相变材料与第一电极层紧密粘合，不发生固态相变材料脱落的情况，又可以使该相变半导 体器件保持较低的工作电压，从而可以提高相变半导体器件的性能。附图说明 图1为本专利技术一个实施例相变半导体器件的制造方法的流程图； 图2至图14为根据图1所示流程制造相变半导体器件的示意图。具体实施例方式如图1所示，本具体实施方式中提供一种相变半导体器件的制造方法，包括步骤 S101，提供基底，所述基底上开有沟槽，所述沟槽底部设有第一电极层； S102，在沟槽内形成导电的且与第一电极层导通的第一粘合层； S103，在沟槽内填充固态相变材料； S104，在基底上形成具有通孔的电介质层，该通孔暴露沟槽内填充的固态相变材 料； S105，在电介质层的通孔内填充固态相变材料； S106，在固态相变材料之上形成导电的第二粘合层； S107，在第二粘合层上形成第二电极层。 下面结合附图，以一具体的实施例对上述方法进行详细描述。 首先执行步骤S101，提供如图2所示的基底201，基底201上开有沟槽202，沟槽 202底部设有第一电极层203。 沟槽202的底部是与内部互联金属层204导通的通孔205，而形成第一电极层203 的金属材料即填充在该通孔205内。该第一电极层203与内部互联金属层204形成电连 通，在该第一电极层203上施加的电信号即通过内部互联金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变半导体器件的制造方法，其特征在于，包括步骤：提供基底，所述基底上开有沟槽，所述沟槽底部设有第一电极层；在沟槽内形成导电的且与第一电极层导通的第一粘合层；在沟槽内填充固态相变材料；在基底上形成具有通孔的电介质层，所述通孔暴露所述沟槽内填充的固态相变材料；在所述电介质层的通孔内填充所述固态相变材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋莉，黎铭琦，邵颖，
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：31[中国|上海]