相变存储器的形成方法技术

一种相变存储器的形成方法，包括：提供基底，在基底上形成具有多个通孔的介质层；在所述通孔中形成垫衬层和电极层，所述垫衬层位于通孔和介质层之间，覆盖通孔底部和侧壁，所述电极层、垫衬层上表面与介质层上表面持平；去除所述电极层表面的垫衬材料，所述垫衬材料是在形成垫衬层时的残留物；去除电极层表面的垫衬材料后，刻蚀部分厚度的电极层和垫衬层，剩余电极层作为底电极。去除残留在电极层表面的垫衬材料，使得各个通孔中的电极层厚度相等。这样，各个底电极的厚度均一，底电极的电阻相等。在同一电流流经底电极时，则底电极的发热量也相等，确保每个相变存储单元均能正常读/写，提升了相变存储器的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
相变存储器(PhaseChange Random Access Memory, PCRAM)作为一种新兴的非挥发性存储技术，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，已成为目前不挥发存储技术研究的焦点。 在相变存储器(PCRAM)中，可以通过对记录了数据的相变层进行热处理，而改变存储器的值。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PCRAM的一个存储单元的相变层处于结晶状态时，该存储单元的电阻较低，此时该存储单元赋值为“O”。当相变层处于非晶状态时，该存储单元的电阻较高，此时该存储单元赋值为“I”。因此，PCRAM是利用相变层处于结晶状态或非晶状态时的电阻差异来写入/读取数据的非挥发性存储器。 一个相变存储器的基本单元包括底电极、与底电极电连接的相变层、与相变层电连接的顶电极，电流经底电极对相变层加热。在现有的相变存储器制造工艺中，为获得良好的加热效果，可以缩小底电极与相变层的接触面积，提高接触电阻，从而获得更大的发热量。 现有技术的相变存储器中的底电极形成方法包括: 参照图1，在基底10上形成介质层11，在介质层11中形成有多个通孔12，图1中只显示了一个通孔12，仅起到示例作用，在基底10上形成有晶体管(未示出)，通孔12的底部为基底10上形成的晶体管源极或漏极； 参照图2，在介质层11上沉积氮化钛层13，氮化钛层13覆盖介质层11、通孔12的底部和侧壁，在氮化钛层13上形成钨层14，钨层14填充满通孔12 ； 参照图3，化学机械研磨钨层14、氮化钛层13，至介质层11上表面停止，氮化钛层13作为垫衬层； 参照图4，先回刻蚀部分厚度的钨层14，接着回刻蚀氮化钛层13，暴露部分深度的通孔12，通孔12中的钨层14作为底电极。之后，刻蚀暴露的通孔侧壁形成较大孔径的通孔，在该较大孔径通孔中形成相变层。 但是，包括现有技术形成的底电极的相变存储器性能不佳。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是，具有现有技术形成的底电极的相变存储器性能不佳。 为解决上述问题，本专利技术提供一种，该包括: 提供基底，在基底上形成具有多个通孔的介质层； 在所述通孔中形成垫衬层和电极层，所述垫衬层位于通孔和介质层之间，覆盖通孔底部和侧壁，所述电极层、垫衬层上表面与介质层上表面持平； 去除所述电极层表面的垫衬材料，所述垫衬材料是在形成垫衬层时的残留物； 去除电极层表面的垫衬材料后，刻蚀部分厚度的电极层和垫衬层，剩余电极层作为底电极。 可选地，所述垫衬层的材料为氮化钛。 可选地，去除所述电极层表面的垫衬材料的方法为:使用氯等离子体对电极层表面进行处理。 可选地，对氯气进行等离子体化形成氯等离子体； 使用氯等离子体对电极层表面进行处理的过程中，对氯气进行等离子体化的射频发生器的射频功率范围为200?1000W，射频发生器的偏压范围为O?500V，氯气的流量范围为20?200sccm，处理时间范围为5?30s。 可选地，形成所述垫衬层和电极层的方法包括: 在所述介质层上形成垫衬材料层，所述垫衬材料层覆盖介质层、通孔的底部和侧壁； 在垫衬材料层上形成导电材料层，所述导电材料层填充满通孔； 化学机械研磨导电材料层和垫衬材料层，至所述介质层上表面停止，分别形成电极层和垫衬层。 可选地，在垫衬材料层上形成导电材料层的方法为化学气相沉积或溅射工艺。 可选地，刻蚀部分厚度的电极层和垫衬层的方法包括: 以所述介质层为掩模，刻蚀部分厚度电极层； 以所述介质层为掩模，刻蚀部分厚度垫衬层，剩余电极层与垫衬层上表面齐平。 可选地，刻蚀部分厚度的电极层的方法为干法刻蚀，在干法刻蚀过程中使用的刻蚀气体为sf6、nf3中的一种或多种。 可选地，在去除所述电极层表面的垫衬材料前，使用氧等离子体对电极层表面、垫衬层表面和介质层表面进行处理，去除抛光剂，所述抛光剂是在化学机械研磨导电材料层和垫衬材料层后的残留抛光剂。 可选地，所述电极层的材料为钨、铝或铜。 可选地，在所述基底表面形成有场效应晶体管，所述电极层的底部为场效应晶体管的漏极；或者，在所述基底表面形成有二极管，所述电极层的底部为二极管的阳极。 可选地，在刻蚀部分厚度的电极层和垫衬层后，还包括: 刻蚀所述电极层上的通孔侧壁的介质层，形成开口 ； 在所述开口中形成相变层； 在所述相变层上形成电连接相变层的顶电极。 可选地，在所述开口中形成相变层的方法包括: 在所述介质层上形成相变材料层，相变材料层覆盖介质层、填充满开口 ； 去除高出所述介质层上表面的相变材料层，剩余相变材料层作为相变层。 可选地，去除高出所述介质层上表面的相变材料层的方法为化学机械研磨或回刻蚀。 可选地，所述相变层材料为锗-锑-碲合金。 与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点: 在形成电极层和垫衬层后，去除可能残留在电极层表面的垫衬材料，使得各个通孔中的电极层厚度相等。在刻蚀电极层形成底电极时，各个底电极的厚度均一，底电极的电阻相等。一个底电极对应一个相变存储单兀的位置，由于多个底电极的电阻相等，在同一电流流经底电极时，底电极的发热量也相等，各个相变存储单元的存储状态的转化条件相同，确保每个相变存储单元均能正常读/写，提升了相变存储器的性能。 【附图说明】 图1?图4是现有技术的相变存储器在形成过程中的剖面结构示意图； 图5?图14是本专利技术具体实施例的相变存储器在形成过程中的剖面结构示意图。 【具体实施方式】 经研究分析，发现:参照图3，在化学机械研磨过程，首先研磨掉钨层14，接着才能研磨氮化钛层13，在研磨氮化钛层13后，可能会有部分氮化钛在通孔中的钨层表面残留。除了氮化钛残留外，在介质层11和钨层14表面还可能残留抛光剂。这样，在介质层11中的多个通孔，其中某些通孔中钨层表面存在氮化钛残留，某些通孔中钨层表面不存在氮化钛残留。那些具有氮化钛残留的钨层，残留的氮化钛的厚度又可能不尽相同。参考图4，当进行回刻蚀钨层、氮化钛层时，由于某些通孔中钨层表面具有氮化钛残留，在介质层11中形成的多个通孔中，钨层的厚度不均一，则厚度不均一的钨层的电阻不相同。正如
技术介绍
介绍，每个底电极的位置可对应一个相变存储单元，一个相变存储器包括多个相变存储单元。由于多个底电极的电阻不相同，则多个底电极的发热量存在差异，在同一加热电流流经底电极时，某些底电极对应的相变层会发生结晶状态转化，而某些底电极对应的相变层却不会发生结晶状态转化。这就可能造成某些数据无法读/写，造成相变存储器的性能不佳。 针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种去除残留在底电极表面的垫衬材料的方法。 为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。 参照图5，提供基底100。 在具体实施例中，所述基底100为娃衬底、错衬底、或者氣化娃衬底等；或者还可以包括其它的材料，例如砷化镓等II1-V族化合物。本领域的技术人员可以根据基底100上形成的半导体器件选择所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，在基底上形成具有多个通孔的介质层；在所述通孔中形成垫衬层和电极层，所述垫衬层位于通孔和介质层之间，覆盖通孔底部和侧壁，所述电极层、垫衬层上表面与介质层上表面持平；去除所述电极层表面的垫衬材料，所述垫衬材料是在形成垫衬层时的残留物；去除电极层表面的垫衬材料后，刻蚀部分厚度的电极层和垫衬层，剩余电极层作为底电极。

【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: 提供基底，在基底上形成具有多个通孔的介质层； 在所述通孔中形成垫衬层和电极层，所述垫衬层位于通孔和介质层之间，覆盖通孔底部和侧壁，所述电极层、垫衬层上表面与介质层上表面持平； 去除所述电极层表面的垫衬材料，所述垫衬材料是在形成垫衬层时的残留物； 去除电极层表面的垫衬材料后，刻蚀部分厚度的电极层和垫衬层，剩余电极层作为底电极。2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述垫衬层的材料为氮化钛。3.如权利要求2所述的形成方法，其特征在于，去除所述电极层表面的垫衬材料的方法为:使用氯等离子体对电极层表面进行处理。4.如权利要求3所述的形成方法，其特征在于，对氯气进行等离子体化形成氯等离子体； 使用氯等离子体对电极层表面进行处理的过程中，对氯气进行等离子体化的射频发生器的射频功率范围为200?1000W，射频发生器的偏压范围为O?500V，氯气的流量范围为20?200sccm，处理时间范围为5?30s。5.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成垫衬层和电极层的方法包括: 在所述介质层上形成垫衬材料层，所述垫衬材料层覆盖介质层、通孔的底部和侧壁； 在垫衬材料层上形成导电材料层，所述导电材料层填充满通孔； 化学机械研磨导电材料层和垫衬材料层，至所述介质层上表面停止，分别形成电极层和垫衬层。6.如权利要求5所述的形成方法，其特征在于，在垫衬材料层上形成导电材料层的方法为化学气相沉积或溅射工艺。7.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，刻蚀部分厚度的电极层和垫衬层的方法包括: ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬江，张海洋，
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