[发明专利]相变存储器的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体的，本发明涉及相变存储器（PCRAM）的形成方法。

背景技术

随着信息技术的发展，存储器件的需求越来越大，因此促进了存储器件朝着高性能、低压、低功耗、高速及高密度方向发展。

相变存储器(Phase Change Random Access Memory，PCRAM)技术是基于S.R.Ovshinsky在20世纪60年代末提出相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，其使用元素周期表中V族或VI族的一种或一种以上元素的合金作为相变电阻，用相变电阻作为存储单元，相变电阻在以电脉冲的形式集中加热的情况下，能够从有序的晶态（电阻低）快速转变为无序的非晶态（电阻高）。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，已成为目前非挥发存储技术研究的焦点。

典型的相变存储器使用硫族化物合金（比如GST，GeSbTe）作为相变电阻，存储单元是一种极小的硫族合金颗粒，相变电阻的非晶（a-GST，a-GeSbTe）和结晶（c-GST，c-GeSbTe）状态具有不同的电阻率，结晶状态具有大约为千欧姆（kΩ）的典型电阻，而非晶状态具有大约为兆欧姆（M Ω）的典型电阻，因此通常利用硫族化物合金材料（比如GST，GeSbTe）制作相变电阻。通过测量PCRAM存储单元的电阻值（即相变电阻的电阻值）来读取PCRAM单元。

参考图1，为现有技术制作以GST作为相变材料的相变存储器的形成过程，包括以下步骤：首先，执行步骤S11，提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有材质为氧化硅的介质层，以及贯穿所述介质层和半导体衬底的底部电极；接着，执行步骤S12，对底部电极进行回刻，在所述介质层上沉积GST层，对所述GST层进行刻蚀，形成GST图形；然后，执行步骤S13，对包含GST图形的半导体衬底进行清洗；最后，执行步骤S14，形成覆盖所述GST图形的层间介质层，以及通过CMP工艺减薄所述GST图形厚度。在通过CMP工艺减薄所述GST图形厚度的过程中，为了使衬底上各个位置的研磨速率一致，所述GST图形除包括作为相变电阻的相变材料外，还包括材料为GST的衬垫（PAD）。

然而，由于GST材料与材质为氧化硅的介质层之间的附着力较小，导致在对包含GST图形的半导体衬底进行清洗过程中，衬垫从介质层剥离，使得后续形成的、位于相变电阻顶部电极上方的位线失效，使所制造的相变存储器失效，严重影响了所形成相变存储器的良率。

更多相变存储器的形成方法请参考专利号为US6838727B2的美国专利申请。

因此，如何提供一种相变存储器的形成方法，以提高所制造相变存储器的良率，就成了亟待解决的问题。

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，防止现有工艺所形成的相变存储器中相变材料从衬底上介质层剥离，提高所形成的相变存储器的良率。

为解决上述问题，本发明提供了一种形变存储器的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底表面形成有介质层，以及贯穿所述衬底和介质层的底部电极；形成粘附层，所述粘附层覆盖所述介质层，并暴露出所述底部电极；沉积相变材料，所述相变材料覆盖所述粘附层以及底部电极；图形化所述相变材料，形成相变材料层，所述相变材料层包括与底部电极连接的相变电阻层以及与底部电极不连接的衬垫；对形成有相变材料层的衬底进行清洗。

可选的，所述底部电极的材质为多晶硅或钨。

可选的，所述介质层的材质为氧化硅。

可选的，以正硅酸乙酯为硅源，通过等离子增强气相沉积工艺形成所述介质层。

可选的，所述粘附层的材质为氮化钛。

可选的，所述粘附层的厚度在30~70埃范围内。

可选的，在形成粘附层前，还包括：对所述底部电极进行回刻，使所述底部电极的表面低于所述介质层的上表面。

可选的，形成粘附层，所述粘附层覆盖所述介质层，并暴露出所述底部电极包括：在所述介质层上沉积覆盖所述介质层和底部电极表面的粘附材料；在所述粘附材料上沉积第一光刻胶，图形化所述第一光刻胶，形成包含第一光刻胶图形的第一光刻胶层；以所述第一光刻胶层为掩模，对所述粘附材料进行刻蚀，形成覆盖所述介质层的粘附层；去除所述第一光刻胶层。

可选的，以所述第一光刻胶层为掩模，通过干法刻蚀工艺对所述粘附材料进行刻蚀，形成覆盖所述介质层的粘附层。

可选的，通过灰化工艺去除所述第一光刻胶层。