相变存储器单元形成方法技术

一种相变存储器单元形成方法，包括：提供形成有第一金属层的半导体衬底，所述半导体衬底形成有覆盖第一金属层的第一层间介质层，所述第一层间介质层表面覆盖有阻挡层和第二层间介质层，形成在第二层间介质层、阻挡层和第一层间介质层内并暴露出第一金属层的开口；在所述开口的侧壁和底部形成粘附层；采用第二金属层填满所述开口；刻蚀开口内的第二金属层与阻挡层齐平；刻蚀粘附层并使得刻蚀后的粘附层高于刻蚀后的第二金属层；采用相变材料层填满所述开口。本发明专利技术形成的相变存储器单元性能较优。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种。
技术介绍
半导体存储器是信息技术的基础，在全球范围内具有数千亿美金的市场。作为下一代的非易失性半导体存储器的候选者，相变存储器(Phase ChangeRandom Access Memory, PCRAM)由于高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，得到广泛的关注。相变存储器是一种基于相变材料的半导体存储器，所述相变材料就是在非晶态和多晶态之间可以进行电转换的材料。相变存储器基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，实现信息的写入、擦除和读出的操作。在公开号为1506973的中国专利中可以发现更多与PCRAM有关的信息。现有的相变存储器的单元的结构如图1所示，包括形成有第一金属层140的半导体衬底100，为防止第一金属层140向半导体衬底100内扩散，所述第一金属层140的底部和侧壁形成有第一粘附层141 ；依次形成在半导体衬底100表面并覆盖所述第一金属层140 的第一层间介质层110、阻挡层120和第二层间介质层130 ；形成在第一层间介质层110和阻挡层120内并与第一金属层140电连接的第二金属层150 ；为防止第二金属层向第一层间介质层110内扩散，所述第二金属层150底部和侧壁形成有第二粘附层151 ；形成在在第二层间介质层130和阻挡层120内并与第二金属层150电连接的相变材料层。现有的相变存储器的单元的相变材料层具体制造过程通常如下所述在半导体衬底100内先形成第一金属层140和形成在第一金属层140底部和侧壁的第一粘附层141，然后依次形成第一层间介质层110、阻挡层120和第二层间介质层130，再依次刻蚀所述第二层间介质层130、阻挡层120和第一层间介质层110形成开口(未图示)，在所述开口的侧壁和底部形成第二粘附层151，然后采用第二金属层150填平所述开口，之后，采用刻蚀工艺刻蚀第二金属层150直至阻挡层，然后采用刻蚀工艺刻蚀第二粘附层151直至与第二金属层150齐平，最后采用相变材料填平所述开口。但是，在刻蚀第二粘附层151直至与第二金属层150齐平的工艺中，由于现有的刻蚀工艺缺陷，请参考图2，在图2的第二粘附层151和第二金属层150的与相变材料界面位置(图2中的a位置)，刻蚀后的第二粘附层151会低于第二金属层150，形成上述形貌的原因为由于现有第二粘附层151作用为阻挡第二金属层150向层间介质层扩散，通常厚度比较薄，约为20纳米至100纳米，在刻蚀较薄厚度的第二粘附层151时，现有的采用CF4的刻蚀工艺很难精确控制刻蚀精度，在刻蚀完第二粘附层151后，通常刻蚀后的第二粘附层151 会低于第二金属层150，在a位置会形成有空隙，在后续填充相变材料层时，a位置的空隙很难填充进相变材料层，上述空隙会使得相变存储器单元工作不稳定，导致相变存储器的可靠性下降。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种，防止粘附层与金属层之间出现空隙。为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括提供形成有第一金属层的半导体衬底，所述半导体衬底形成有覆盖第一金属层的第一层间介质层，所述第一层间介质层表面覆盖有阻挡层和第二层间介质层，形成在第二层间介质层、阻挡层和第一层间介质层内并暴露出第一金属层的开口 ；在所述开口的侧壁和底部形成粘附层；采用第二金属层填满所述开口 ；刻蚀开口内的第二金属层与阻挡层齐平；刻蚀粘附层并使得刻蚀后的粘附层高于刻蚀后的第二金属层；采用相变材料层填满所述开口。本专利技术提供一种相变存储器的单元形成方法，形成粘附层高于第二金属层的相变存储器单元，从而在粘附层与第二金属层的界面处不会形成空隙，避免相变材料层软化填充进空隙导致相变材料层电阻变化不可控现象出现，提高相变存储器的可靠性；进一步的， 本专利技术采用碳量高的含氟气体的刻蚀工艺，并优化Cl2和BCl3的混合气体与含氟气体的比例，避免粘附层刻蚀时速率较难控制，采用本专利技术提供的刻蚀工艺，能够形成高于第二金属层的粘附层。附图说明图1是现有的相变存储器单元的结构示意图；图2是粘附层与金属层之间形成有空隙的相变存储器单元的结构示意图；图3是本专利技术的一个实施例的的流程示意图；图4至图9为本专利技术的一个实施例的的过程示意图。具体实施例方式由
技术介绍
分析可知，现有的相变存储器单元由于形成工艺的缺陷，参考图2，形成的第二粘附层151会低于第二金属层150，在填充相变材料层时，会在第二粘附层151和第二金属层150的与相变材料界面位置(图2所示的a位置)形成空隙，工作不稳定，导致相变存储器的可靠性下降。本专利技术的专利技术人经过大量的实验，发现由于在相变存储器单元工作中，相变材料层(特别是广泛采用的锗锑碲合金相变材料)在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，实现信息的写入、擦除和读出的操作，但是在可逆相变过程中相变材料层会出现软化现象，在有空隙的相变存储器单元中，软化的相变材料层填充至空隙内，从而使得相变材料层内出现空隙，使得原来有清晰的非晶态时的高阻与多晶态时的低阻相变材料层的电阻由于有空隙的存在而出现分辨困难现象，具体的在有空隙的情况下，多晶态时相变材料层的电阻也表现出高阻状态，，使得相变存储器单元的非晶态和多晶态的电阻变化不可靠，非晶态时的高阻与多晶态时的低阻无法分辨，从而导致相变存储器单元失效。为此，本专利技术的专利技术人提供一种优化的，不会在金属层与粘附层之间形成空隙，避免由于工艺缺陷导致的相变存储器单元失效。图3是本专利技术的一个实施例的的流程示意图，图4至图9为本专利技术的一个实施例的的过程示意图。请参考图3，本专利技术的步骤包括步骤S101，提供形成有第一金属层的半导体衬底；步骤S102，在所述衬底表面依次形成覆盖所述第一金属层的第一层间介质层、阻挡层和第二层间介质层；步骤S103，在所述第一层间介质层、阻挡层和第二层间介质层内形成开口，所述开口暴露出第一金属层；步骤S104，在所述开口的侧壁和底部形成粘附层；步骤S105，采用第二金属层填满所述开口 ；步骤S106，刻蚀所述第二金属层直至第二金属层与阻挡层齐平；步骤S107，刻蚀粘附层并使得刻蚀后的粘附层高于刻蚀后的第二金属层；步骤S108，采用相变材料层填满所述开口。具体地，参考图4，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200的材质可以是单晶硅、非晶硅中的一种，所述半导体衬底200的材质也可以是硅锗化合物，所述半导体衬底 200还可以是绝缘体上硅(SOI,Silicon On Insulator)结构或硅上外延层结构，还需要注意的是，所述半导体衬底200还可以是采用半导体前段工艺形成有半导体单元的硅衬底。继续参考图4，以形成有介质层的半导体衬底200为例，在半导体衬底200内形成第一金属层210，所述第一金属层210的材料可以为铝、铜、钨或者镍，为了防止第一金属层 210向半导体衬底200内扩散，还可以在所述第一金属层210的侧壁和底部形成材料为氮化钛的阻挡层。所述第一金属层210用于向相变存储器单元提供电脉冲信号，所述第一金属210 的形成工艺具体为采用刻蚀工艺在所述半导体衬底200内形成一个接触孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种相变存储器单元形成方法，其特征在于，包括：提供形成有第一金属层的半导体衬底，所述半导体衬底形成有覆盖第一金属层的第一层间介质层，所述第一层间介质层表面覆盖有阻挡层和第二层间介质层，形成在第二层间介质层、阻挡层和第一层间介质层内并暴露出第一金属层的开口；在所述开口的侧壁和底部形成粘附层；采用第二金属层填满所述开口；刻蚀开口内的第二金属层与阻挡层齐平；刻蚀粘附层并使得刻蚀后的粘附层高于刻蚀后的第二金属层；采用相变材料层填满所述开口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼英，洪中山，
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