[发明专利]相变存储器的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造方法，特别涉及相变存储器的形成方法。

背景技术

相变存储器(phase change random access memory，PCRAM)是基于20世纪60年代末70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的。PCRAM存储器主要通过其中的固态相变材料在晶态和非晶态间的可逆相变来实现存储的功能。

具体地，固态相变材料在处于非晶态时呈现高阻，晶态时呈现低阻，在加热条件下，所述固态相变材料会在晶态和非晶态之间发生可逆相变。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，准确地说是非易失存储器。此外，利用晶态和非晶态之间的中间状态所固有的电阻率变化，还可以制造多位存储元件。故相变存储器被广泛认为是最具潜力的22nm的节点以下的存储器。

现有技术形成相变存储器的方法为：

如图1所示，提供半导体衬底101，所述半导体衬底101内形成有第一电极层103；形成覆盖所述第一电极层103和半导体衬底101的绝缘层105，刻蚀所述绝缘层105形成沟槽(未图示)，所述沟槽底部暴露出半导体衬底101内的所述第一电极层103；

如图2所示，在所述沟槽内填充相变层107；

如图3所示，平坦化所述相变层107，使所述相变层107与所述绝缘层105齐平；

如图4所示，形成覆盖所述相变层107和绝缘层105的隔离层109，并刻蚀所述隔离层109形成开口(未图示)，所述开口暴露出所述相变层107的表面；向所述开口中填充第二电极层111。

其中，所述绝缘层105的材料为氧化物，所述相变层107的材料为Ge_iSb_jTe_k，且0＜i，j，k＜1，i+j+k＝1，以下简称GST。由于相变存储器中的固态相变材料GST在氧化物表面具有附着力较小，因此，在采用相变层107填充所述沟槽的过程中，GST薄膜容易从绝缘层105上剥落，而且在化学机械抛光的过程中，由于GST薄膜会受到研磨垫施加的切应力，也容易出现剥落的现象。固态相变材料GST的剥落，会降低相变存储器制造的成品率和可靠性。

公开号为CN101271961A的专利文献公开了一种形成包括碲的相变材料层的方法和使用该相变材料层来制造相变存储器的方法，该方法需要在一定温度下将相变材料层中的碲挥发一部分，用以解决相变材料层容易剥落的问题，工艺过程复杂，挥发过程中对碲的含量难以控制。

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，避免固态相变材料在制造相变存储器的过程中剥落。

为解决上述问题，本发明提供了一种相变存储器的形成方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底包括基底和形成在基底上的隔离层，且所述隔离层内形成有第一电极层；

在隔离层表面形成绝缘层；

形成覆盖所述绝缘层的牺牲层，且所述牺牲层为硫族合金和绝缘材料的混合物；

在所述牺牲层和所述绝缘层内形成沟槽，所述沟槽暴露出所述隔离层内的第一电极层；

在所述沟槽内填充相变层；

形成覆盖所述绝缘层和相变层的第二电极层。

可选地，所述硫族合金为GeSbTe，GeTe，SbTe，AsSbTe，SbTe，GeBiTe，SnSbTe，InSbTe，GaSbTe中的任一种。

可选地，所述绝缘材料为SiN，HfO₂，ZrO₂，Al₂O₃，Ta₂O₅中的任一种。

可选地，所述牺牲层中的绝缘材料占的比例为20％～80％。可选地，所述牺牲层的厚度为20～500

可选地，所述牺牲层的形成工艺为单靶磁控溅镀法或多靶磁控共溅镀法。

可选地，所述绝缘层包括：覆盖所述半导体衬底和第一电极层的刻蚀阻挡层以及覆盖所述刻蚀阻挡层的介电层。

可选地，所述介电层的材料为氧化物。

可选地，所述相变层的材料为为锗、锑、碲基化合物。