[发明专利]相变存储器的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制备工艺，特别是一种相变存储器的形成方法。

背景技术

相变存储器(PCRAM：phase change random access memory)是利用硫族化合物在晶态和非晶态的巨大导电性差异来存储数据的。与现有的动态随机存储器(DRAM)和闪存(FLASH)相比，相变存储器具有体积小、功耗低、高读取速度、非易失性、可多级存储、抗辐照等特点，因此已成为目前的研究热点，有望作为新一代的半导体存储器。

相变存储器的特征在于包括在存储节点中的相变层。相变层的电阻根据相变层在晶态与非晶态之间的状态而变化，在晶态有低电阻率，而在非晶态有高电阻率。利用该现象通过将相变层从晶态改变到非晶态来记录数据。

图1为相变存储器的存储元件示意图。如图1所示，在基于硅的相变存储器中，不同强度的电流从金属布线层100流经第一电极102，并穿过相变层106，到达第二电极108；当电流经过第一电极102时，第一电极102发热，使得相变层106与第一电极102接触的部分104发生相变，从而改变相变层106的电阻率，产生读写特性。中国专利200710096172.3介绍了一种在底部电极和相变层之间具有增大的接触面积的相变存储器件，其目的是减少相变层与底部电极的接触缺陷，提高写操作次数。

图2至图5显示上述相变存储器常见的制备工艺。如图2所示，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200上依次形成有金属布线层202、第一层间介质层204、第一电极208、第二层间介质层206和导电插塞210；所述金属布线层202与第一电极208和导电插塞210电性连接。

如图3所示，刻蚀第二层间介质层206至露出第一电极208，形成通孔。

如图4所示，向所述通孔填充满相变材料212。

如图5所示，采用化学机械研磨法研磨相变材料212至露出第二层间介质层206，形成相变层214。

继续参考图5，当进行化学机械研磨时，相变材料会发生腐蚀，使得形成的相变层214表面出现凹陷，无法得到预定的形状，导致后续形成的相变存储器容易发生可靠性问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种相变存储器的形成方法，解决现有工艺形成相变层时，相变层会发生腐蚀现象的问题。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种相变存储器的形成方法，包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有金属布线层和第一层间介质层，所述第一层间介质层包围金属布线层，所述第一层间介质层内形成有与金属布线层连通的第一电极；在第一层间介质层及第一电极上形成第二层间介质层；在第一层间介质层和第二层间介质层内形成与金属布线层连通的导电插塞；在第二层间介质层上形成覆盖所述导电插塞的绝缘层；刻蚀绝缘层和第二层间介质层至露出第一电极，形成沟槽；向沟槽内填充满相变材料，形成相变层；在绝缘层上形成覆盖相变层的金属层；刻蚀所述金属层和绝缘层至露出第二层间介质层和导电插塞，形成第二电极，所述第二电极与相变层连通。

可选的，形成所述绝缘层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。

可选的，所述绝缘层的材料为二氧化硅、氧化铝、碳氮化物、二氧化钛、氧化铪、氧化锆、氧化钨或氧化钽。

可选的，所述绝缘层厚度为50～1000埃。

可选的，所述绝缘层厚度为300～500埃。

可选的，所述相变层的构成材料为选自Ge、Sb和Te中至少两种。

可选的，所述形成相变层的方法为化学气相沉积法或物理气相沉积法。

可选的，所述第一电极材料包含钛、钨、铂、氮化钛、钛钨化物或钛铝氮化物。

可选的，所述第二电极材料包含铝、铜、金或钨。

可选的，所述第一层间介质层和第二层间介质层的材料为氧化硅或氮化硅。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

通过在形成相变层之前，先形成覆盖导电插塞的绝缘层，有效防止了在后续研磨相变材料形成相变层过程中，研磨液与相变层、第一电极、金属布线层和导电插塞形成电化学反应回路，从而避免相变层发生电化学腐蚀现象，提高了相变存储器的可靠性。

附图说明

图1为相变存储器的结构示意图；

图2至图5为现有工艺形成相变存储器的过程示意图；

图6为现有工艺形成相变存储器发生腐蚀的原因示意图；

图7为本发明形成方法的具体实施例流程示意图；