相變存儲器的形成方法
【專利摘要】一種相變存儲器的形成方法，包括：提供襯底，所述襯底表面具有第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層內(nèi)具有第一電極層，所述第一電極層的表面與第一介質(zhì)層的表面齊平；在所述第一介質(zhì)層和第一電極層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出部分第一電極層表面的開口；采用選擇性無電沉積工藝在所述開口底部的第一電極層表面形成導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層的表面低于第二介質(zhì)層表面；在所述導(dǎo)電層表面形成填充滿所述開口的第二電極層；在所述第二電極層表面形成相變層。所形成的相變存儲器性能得到改善。
【專利說明】相變存儲器的形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種相變存儲器的形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]相變存儲器(PhaseChange Random Access Memory, PCRAM)是一種新興的非易失性存儲器件，主要通過其中的固態(tài)相變材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間的可逆相變以實現(xiàn)存儲的功能，在讀寫速度、讀寫次數(shù)、數(shù)據(jù)保持時間、單元面積、多值實現(xiàn)等諸多方面具有較大優(yōu)勢。
[0003]圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)形成相變存儲器的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0004]請參考圖1，提供襯底100,所述襯底100表面具有第一介質(zhì)層101,所述第一介質(zhì)層101內(nèi)具有第一電極層102，所述第一電極層102的表面與第一介質(zhì)層101的表面齊平；所述襯底100內(nèi)具有晶體管(未示出)，所述第一電極層102與所述晶體管電連接，所述晶體管用于驅(qū)動后續(xù)形成的相變層。
[0005]請參考圖2,在所述第一介質(zhì)層101和第一電極層102表面形成第二介質(zhì)層103,所述第二介質(zhì)層103內(nèi)具有暴露出第一電極層102的開口 104。
[0006]請參考圖3，在所述開口 104 (如圖2所示)內(nèi)形成第二電極層105，所述第二電極層105用于對后續(xù)形成的相變層加熱，使所述相變層在非晶態(tài)轉(zhuǎn)和晶態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換。
[0007]請參考圖4，在所述第二介質(zhì)層103和第二電極層105表面形成相變層106 ;在所述相變層106表面形成第三電極層107。
[0008]當(dāng)所述相變存儲器執(zhí)行“擦除”(RESET)操作時，與第二電極層105相接觸的部分相變層106轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，所述非晶態(tài)的相變層106具有較高電阻，即所述相變存儲器被賦值為“O”;當(dāng)所述相變存儲器執(zhí)行“寫入”(SET)操作時，與第二電極層105相接觸的部分相變層106轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，所述晶態(tài)的相變層具有較低電阻，即所述相變存儲器被賦值為“I”。
[0009]然而，隨著工藝節(jié)點的持續(xù)縮小，現(xiàn)有技術(shù)所形成的相變存儲器的性能變差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明解決的問題是提供一種相變存儲器的形成方法，改善所形成的第二電極層的質(zhì)量，使所形成的相變存儲器的性能改善。
[0011]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種相變存儲器的形成方法，包括:提供襯底，所述襯底表面具有第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層內(nèi)具有第一電極層，所述第一電極層的表面與第一介質(zhì)層的表面齊平；在所述第一介質(zhì)層和第一電極層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出部分第一電極層表面的開口 ；采用選擇性無電沉積工藝在所述開口底部的第一電極層表面形成導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層的表面低于第二介質(zhì)層表面；在所述導(dǎo)電層表面形成填充滿所述開口的第二電極層；在所述第二電極層表面形成相變層。
[0012]可選的，所述導(dǎo)電層的材料為CoWP或CoMoP。
[0013]可選的，所述選擇性無電沉積包括:沉積液包括氧化劑、還原劑和堿性溶液，所述堿性溶液的PH值為8.9?9，溫度為20攝氏度?90攝氏度，
[0014]可選的，所述導(dǎo)電層的材料為CoWP時，所述氧化劑包括H3P (W3Oltl)JP CoSO4.6Η20，所述還原劑包括NaH2PO2，所述NaH2PO2的濃度為0.23摩爾/升?0.25摩爾/升。
[0015]可選的，所述堿性溶液為KOH溶液。
[0016]可選的，在形成導(dǎo)電層之前，所述開口的深寬比大于4。
[0017]可選的，在形成導(dǎo)電層之后，形成第二電極層之前，所述開口的深寬比為2?3.5。
[0018]可選的，所述導(dǎo)電層的厚度為100埃?500埃。
[0019]可選的，所述開口的形成工藝為:采用沉積工藝在第一電極層和第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層表面形成掩膜層，所述掩膜層暴露出與第一電極層位置對應(yīng)的第二介質(zhì)層表面；以所述掩膜層為掩膜，采用各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕所述第二介質(zhì)層，直至暴露出第一電極層為止，在所述第二介質(zhì)層內(nèi)形成開口 ；在形成開口之后，去除所述掩膜層。
[0020]可選的，所述掩膜層的材料為無定形碳，去除所述掩膜層的工藝為灰化工藝。
[0021]可選的，所述第二電極層的形成工藝為:在所述第二介質(zhì)層表面、開口的側(cè)壁表面和導(dǎo)電層表面形成阻擋薄膜；在所述阻擋薄膜表面形成填充滿開口的導(dǎo)電薄膜；采用拋光工藝去除高于第二介質(zhì)層表面的導(dǎo)電薄膜和阻擋薄膜，形成導(dǎo)電層和阻擋層，所述導(dǎo)電層和阻擋層構(gòu)成第二電極層。
[0022]可選的，所述阻擋層的材料為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合，所述阻擋層的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝；所述導(dǎo)電層的材料為鎢、銅、鋁或多晶硅，所述導(dǎo)電層的形成工藝為沉積工藝或電鍍工藝。
[0023]可選的，所述相變層的材料為GexSbyTez,其中，0〈x〈l, 0〈y〈l, 0〈ζ〈1,且x+y+z=l。
[0024]可選的，在相變層表面形成第三電極層，所述第三電極層的材料為鎢、銅、鋁或多晶娃。
[0025]可選的，所述第一電極層的材料為鎢、銅、鋁或多晶硅。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0027]由于在形成第二電極層之前，在所述開口底部的第一電極層表面形成導(dǎo)電層，能夠使所述開口道深寬比降低，從而有利于使所形成的第二電極層內(nèi)部致密均勻，所形成的第二電極層電性能穩(wěn)定。而且，所述導(dǎo)電層的形成工藝為選擇性無電沉積工藝，所述選擇性無電沉積工藝盡在導(dǎo)電材料表面形成導(dǎo)電層，而不會在絕緣材料表面形成導(dǎo)電層，因此所述導(dǎo)電層僅形成于開口底部的第一電極層表面、并且從開口底部逐漸向開口頂部生長，所述導(dǎo)電層的形成工藝簡單，且所述導(dǎo)電層僅形成于開口底部，所述導(dǎo)電層的材料不會在靠近開口頂部的側(cè)壁表面堆積，從而能夠有效地減小開口的深寬比，使形成于開口內(nèi)的第二電極層致密均勻，從而使所形成的相變存儲器性能穩(wěn)定。此外，所述導(dǎo)電層的厚度有限，所述導(dǎo)電層表面依舊形成第二電極層，使第一電極層到相變層之間的電阻率等電性能不會發(fā)生過大變化。因此，所形成的相變存儲器的性能得到改善。
[0028]進一步，在形成導(dǎo)電層之后，所述開口的深寬比由大于4降低至2?3.5之間，所述開口的深寬比減小至不會影響第二電極層質(zhì)量的范圍內(nèi)，則后續(xù)形成的第二電極層內(nèi)部致密均勻，避免了由于開口過早閉合而在第二電極層內(nèi)形成空洞或縫隙的問題，所形成的第二電極層電性能穩(wěn)定，相變存儲器的性能得到改善。
[0029]進一步，所述導(dǎo)電層的厚度為100埃?500埃，所述導(dǎo)電層的厚度有限，所述導(dǎo)電層在降低開口深寬比的同時，不會對第一電極層和相變層之間的電阻率造成過多影響，因此第一電極層和相變層之間的電性能能夠滿足工藝需求，且所形成的第二電極層致密均勻、性能穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)形成相變存儲器的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5至圖10是本發(fā)明實施例的相變存儲器的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0032]如【背景技術(shù)】所述，隨著工藝節(jié)點的持續(xù)縮小，現(xiàn)有技術(shù)所形成的相變存儲器的性
能變差。
[0033]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，請繼續(xù)參考圖3，所述第二電極層105包括:位于開口 104 (如圖2所示)側(cè)壁和底部表面的阻擋層、以及位于阻擋層表面且填充滿開口 104的導(dǎo)電層；所述第二電極層105的形成方法包括:在所述第二介質(zhì)層103表面、開口 104的側(cè)壁和底部表面沉積阻擋薄膜，所述阻擋薄膜的材料為氮化鈦、鈦、氮化鉭或鉭中的一種或多種；在阻擋薄膜表面形成填充滿所述開口 104的導(dǎo)電薄膜；采用化學(xué)機械拋光工藝去除高于第二介質(zhì)層103表面的導(dǎo)電薄膜和阻擋薄膜，形成導(dǎo)電層和阻擋層，所述導(dǎo)電層和阻擋層構(gòu)成第二電極層 105。
[0034]然而，隨著工藝節(jié)點的不斷縮小，用于形成所述第二電極層105的開口 104的深寬比(AR, Aspect Rat1)也相應(yīng)提高,容易導(dǎo)致用于形成阻擋薄膜的材料難以進入開口底部，且所述阻擋薄膜的材料容易堆積在開口 104頂部的側(cè)壁表面，導(dǎo)致所形成的阻擋層的厚度不均勻，使所形成的第二電極層105的電性能不穩(wěn)定。此外，由于所述阻擋薄膜的材料容易堆積在開口 104頂部的側(cè)壁表面，而且形成導(dǎo)電薄膜的材料也容易堆積在開口 104頂部的側(cè)壁表面，容易導(dǎo)致位于開口 104頂部的導(dǎo)電薄膜過早閉合，進而使導(dǎo)電薄膜內(nèi)部形成空洞或縫隙(void or seam)，導(dǎo)致所形成的導(dǎo)電層的性能不良。因此，以現(xiàn)有技術(shù)形成的第二電極層105質(zhì)量較差，導(dǎo)致所形成的相變存儲器的性能不良。
[0035]經(jīng)過進一步研究，提出了一種新的相變存儲器的形成方法，包括:提供表面具有第一介質(zhì)層的襯底，所述第一介質(zhì)層內(nèi)具有第一電極層，所述第一電極層的表面與第一介質(zhì)層的表面齊平；在所述第一介質(zhì)層和第一電極層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出部分第一電極層表面的開口 ；采用選擇性無電沉積工藝在所述開口底部的第一電極層表面形成導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層的表面低于第二介質(zhì)層表面；在所述導(dǎo)電層表面形成填充滿所述開口的第二電極層；在所述第二電極層表面形成相變層。由于在形成第二電極層之前，在所述開口底部的第一電極層表面形成導(dǎo)電層，能夠使所述開口道深寬比降低，從而有利于使所形成的第二電極層內(nèi)部致密均勻，所形成的第二電極層電性能穩(wěn)定。而且，所述導(dǎo)電層的形成工藝為選擇性無電沉積工藝，所述選擇性無電沉積工藝盡在導(dǎo)電材料表面形成導(dǎo)電層，而不會在絕緣材料表面形成導(dǎo)電層，因此所述導(dǎo)電層僅形成于開口底部的第一電極層表面、并且從開口底部逐漸向開口頂部生長，所述導(dǎo)電層的形成工藝簡單，且所述導(dǎo)電層僅形成于開口底部，所述導(dǎo)電層的材料不會在靠近開口頂部的側(cè)壁表面堆積，從而能夠有效地減小開口的深寬比，使形成于開口內(nèi)的第二電極層致密均勻，從而使所形成的相變存儲器性能穩(wěn)定。此外，所述導(dǎo)電層的厚度有限，所述導(dǎo)電層表面依舊形成第二電極層，使第一電極層到相變層之間的電阻率等電性能不會發(fā)生過大變化。因此，所形成的相變存儲器的性能得到改善。
[0036]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細(xì)的說明。
[0037]圖5至圖10是本發(fā)明實施例的相變存儲器的形成過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]請參考圖5，提供襯底200，所述襯底200表面具有第一介質(zhì)層201，所述第一介質(zhì)層201內(nèi)具有第一電極層202,所述第一電極層202的表面與第一介質(zhì)層201的表面齊平。
[0039]所述襯底200包括半導(dǎo)體基底、形成于半導(dǎo)體基底表面或半導(dǎo)體基底內(nèi)的半導(dǎo)體器件、用于電連接所述半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)、以及用于電隔離所述半導(dǎo)體器件和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的絕緣層。所述半導(dǎo)體基底包括硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅襯底、絕緣體上鍺襯底、玻璃襯底或II1-V族化合物襯底(例如氮化鎵襯底或砷化鎵襯底等)。本實施例中，所述半導(dǎo)體器件包括晶體管，所述第一電極層202與所述晶體管電連接，所述晶體管用于驅(qū)動后續(xù)形成的相變層在晶態(tài)和非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)擦除操作或?qū)懭氩僮鳌?br> [0040]所述第一電極層202即所形成的相變存儲器的底部電極，所述第一電極層202用于對后續(xù)形成的第二電極層進行加熱，使后續(xù)形成于所述第二電極層表面的相變層能夠在晶態(tài)與非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)存儲功能。所述第一電極層202與形成于襯底200內(nèi)的晶體管電連接，能夠根據(jù)所述晶體管輸出的電信號控制后續(xù)形成的相變層的狀態(tài)。
[0041]所述第一介質(zhì)層201的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合；所述第一介質(zhì)層201的形成工藝為:采用化學(xué)氣相沉積工藝在襯底200表面形成第一介質(zhì)薄膜；采用各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕部分第一介質(zhì)薄膜，直至暴露出襯底200表面為止，形成第一介質(zhì)層201。
[0042]本實施例中，所述第一電極層包括:位于第一介質(zhì)層201側(cè)壁表面和襯底表面的第一阻擋層、以及位于第一阻擋層表面的第一導(dǎo)電層；所述第一阻擋層的材料為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或的多組合，所述第一導(dǎo)電層的材料為鎢、銅或鋁；所述第一阻擋層用于阻擋第一導(dǎo)電層的材料向第一介質(zhì)層201或襯底200內(nèi)擴散。所述第一電極層202的形成工藝為:采用化學(xué)氣相沉積工藝在所述第一介質(zhì)層的側(cè)壁和頂部表面、以及襯底200表面形成第一阻擋薄膜；在所述第一阻擋薄膜表面形成第一導(dǎo)電薄膜；米用化學(xué)機械拋光工藝去除高于第一介質(zhì)層201表面的第一導(dǎo)電薄膜和第一阻擋薄膜,直至暴露出第一介質(zhì)層201表面為止,形成第一導(dǎo)電層和第一阻擋層；在所述化學(xué)機械拋光工藝中，所述第一阻擋薄膜能夠定義所述化學(xué)機械拋光工藝的停止位置，在進行所述化學(xué)機械拋光工藝直至暴露出所述第一阻擋薄膜之后，進行一定的過拋光，即能夠暴露出第一介質(zhì)層201表面。需要說明的是，所形成的第一電極層202的表面能夠與第一介質(zhì)層201表面齊平，所述第一電極層202的表面還能夠高于第一介質(zhì)層201表面。
[0043]請參考圖6,在所述第一介質(zhì)層201和第一電極層202表面形成第二介質(zhì)層203,在所述第二介質(zhì)層203表面形成掩膜層204，所述掩膜層204暴露出與第一電極層202位置對應(yīng)的第二介質(zhì)層203表面。
[0044]所述第二介質(zhì)層203內(nèi)后續(xù)形成第二電極層，所述第二介質(zhì)層203的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的一種或多種組合，所述第二介質(zhì)層203的形成工藝為化學(xué)氣相沉積關(guān)于或物理氣相沉積工藝。本實施例中，所述第二介質(zhì)層203包括位于第一介質(zhì)層201表面的氮化硅層、以及位于氮化硅層表面的氧化硅層，所述第二介質(zhì)層203的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝；所述氮化硅層作為后續(xù)在第二介質(zhì)層203內(nèi)刻蝕形成開口時的刻蝕停止層，從而能夠保護第一電極層202表面免受損傷，有利于保證第一電極層202與后續(xù)形成的第二電極層之間的電連接穩(wěn)定性；由于所述氮化硅層作為刻蝕阻擋層，因此所述第二介質(zhì)層203以氧化硅層為主體，氮化硅層的厚度小于氧化硅層的厚度。
[0045]所述掩膜層204用于定義后續(xù)形成的開口的位置，所述掩膜層204應(yīng)相對于第二介質(zhì)層203具有刻蝕選擇性，因此所述掩膜層204的材料與第二介質(zhì)層203的材料不同；本實施例中，所述掩膜層204的材料為無定形碳，所述無定形碳相對于氧化硅層或氮化硅層具有刻蝕選擇性，且所述無定形碳易于去除，不易產(chǎn)生雜質(zhì)殘留。
[0046]所述掩膜層204的形成工藝為:在第二介質(zhì)層203表面形成掩膜薄膜；在所述掩膜薄膜表面形成圖形化的光刻膠層，所述光刻膠層暴露出后續(xù)需要形成開口的對應(yīng)位置；以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕所述掩膜薄膜直至暴露出第二介質(zhì)層203為止，形成掩膜層204 ;此外，在形成所述光刻膠層之前，還能夠在所述第二介質(zhì)層203表面形成底層抗反射層(BARC)，所述光刻膠層形成于底層抗反射層表面，所述底層抗反射層的材料為氮氧化硅或有機聚合物。
[0047]請參考圖7，以所述掩膜層204為掩膜，刻蝕所述第二介質(zhì)層203直至暴露出第一電極層202為止，在所述第二介質(zhì)層203內(nèi)形成開口 205。
[0048]所述開口 205后續(xù)用于形成第二電極層，形成所述開口 205的工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。本實施例中，所述第二介質(zhì)層203包括氮化硅層、以及位于氮化硅層表面的氧化娃層，所述各向異性的干法刻蝕工藝包括:氣體包括CHF3、CF4、Ar和O2,氣壓為2毫托?200毫托,功率大于100瓦,偏置電壓大于10伏。
[0049]在所述各向異性的干法刻蝕工藝之后，采用濕法刻蝕工藝去除開口 205底部的氮化硅層，所述濕法刻蝕工藝的刻蝕液包括磷酸，所述濕法刻蝕工藝對第一電極層202表面的損傷較小，在經(jīng)過所述濕法刻蝕工藝之后，暴露出的第一電極層202表面形成良好，有利于使后續(xù)形成的第二電極層與所述第一電極層202之間的電連接性能穩(wěn)定。
[0050]隨著工藝節(jié)點的持續(xù)縮小，所述開口 205平行于襯底200表面方向的尺寸也持續(xù)縮小，導(dǎo)致所述開口 205的深寬比相應(yīng)提高，導(dǎo)致后續(xù)用于形成第二導(dǎo)電層的材料更易在所述開口 205靠近頂部的側(cè)壁表面堆積，繼而使后續(xù)所形成的第二導(dǎo)電層內(nèi)產(chǎn)生空洞或縫隙。本實施例中，在后續(xù)工藝形成導(dǎo)電層之前，所述開口 205的深寬比大于4。
[0051]因此，本實施例在形成所述開口 205之后，在開口 205底部形成導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層能夠使開口 205的深寬比相應(yīng)減小，則后續(xù)用于形成第二導(dǎo)電層的材料更易使開口填充滿，能夠避免第二導(dǎo)電層的材料尚未填充滿開口 205內(nèi)部而開口 205頂部卻過早閉合的問題，因此能夠避免后續(xù)所形成的第二導(dǎo)電層內(nèi)產(chǎn)生空洞或縫隙的問題。同時所述導(dǎo)電層對第一電極層202和相變層之間的電阻率的影響較小，不會使第一電極層202到相變層之間的電性能發(fā)生變化。
[0052]請參考圖8，在形成開口 205之后，去除所述掩膜層204 (如圖7所示)；在去除所述掩膜層204之后，采用選擇性無電沉積工藝在所述開口 205底部的第一電極層202表面形成導(dǎo)電層208,所述導(dǎo)電層208的表面低于第二介質(zhì)層203表面。
[0053]在形成導(dǎo)電層208之后，所述開口 205的深寬比從大于4降低為2?3.5 ;所述導(dǎo)電層的厚度為100埃?500埃；所述導(dǎo)電層205的材料為CoWP或CoMoP，所述導(dǎo)電層205的形成工藝為選擇性無電沉積(Selective Electroless Metal Deposit1n, SEMD)工藝。
[0054]采用所述選擇性物電沉積工藝能夠僅在導(dǎo)電材料表面形成的導(dǎo)電層205，而絕緣材料表面不會形成導(dǎo)電層205，因此通過所述選擇性物電沉積工藝能夠使所述導(dǎo)電層205僅形成于開口 205底部的第一電極層202表面，而所述開口 205的第二介質(zhì)層203側(cè)壁、以及第二介質(zhì)層203表面不會形成導(dǎo)電層205。所述導(dǎo)電層205能夠用于使開口 205的深寬比減小，而且所述導(dǎo)電層205的形成工藝簡單；由于所述選擇性物電沉積工藝不會使導(dǎo)電層205形成于第二介質(zhì)層203的表面，因此在形成導(dǎo)電層205的過程中，不會發(fā)生導(dǎo)電層205的材料在靠近開口 205頂部的側(cè)壁表面過渡堆積而使開口 205閉合的問題，形成于開口 205底部的導(dǎo)電層205均勻致密。所述開口 205底部表面為第一電極層202的表面，在所述選擇性物電沉積工藝中，形成導(dǎo)電層205的材料自所述第一電極層202表面開始向開口 205頂部的方向生長，直至形成厚度符合需求的導(dǎo)電層205，所述導(dǎo)電層205的厚度能夠通過所述選擇性物電沉積工藝精確控制。
[0055]所述選擇性無電沉積工藝參數(shù)包括:沉積液包括氧化劑、還原劑和堿性溶液，所述堿性溶液的PH值為8.9?9，溫度為20攝氏度?90攝氏度。在本實施例中，所述導(dǎo)電層205的材料為CoWP時，所述氧化劑包括H3P (W3O10) 4和CoSO4.6Η20，所述還原劑包括NaH2PO2,所述NaH2PO2的濃度為0.23摩爾/升?0.25摩爾/升，所述堿性溶液為KOH溶液。
[0056]在所述選擇性無電沉積工藝中，氧化劑中的金屬離子在第一電極層202的表面被還原劑還原為金屬原子，而所述金屬原子附著于所述第一電極層202表面，因此能夠自開口 205底部的第一電極層202表面開始向開口 205頂部的方向逐漸生長導(dǎo)電材料,直至形成導(dǎo)電層208。
[0057]然而，由于所述導(dǎo)電層208的材料為CoWP或CoMoP，所述導(dǎo)電層208的電性能，例如電阻率，與后續(xù)形成的第二電極層不同，為了使第一電極層202與后續(xù)形成的相變層之間的電性能符合工藝需求，在形成導(dǎo)電層208之后，需要在導(dǎo)電層208表面形成第二電極層。由于所述導(dǎo)電層208的厚度在100埃?500埃范圍內(nèi)時，既能夠使開口 205的深寬比減小，又不會對第一電極層202與后續(xù)形成的相變層之間的電性能造成過大影響。
[0058]在另一實施例中，還能夠采用所述選擇性無電沉積工藝形成填充滿開口的導(dǎo)電層，后續(xù)形成的相變層形成于所述導(dǎo)電層表面，所述導(dǎo)電層用于對相變層進行熱處理。
[0059]請參考圖9，在所述導(dǎo)電層208表面形成填充滿所述開口 205 (如圖8所示)的第二電極層206。
[0060]所述第二電極層206用于對后續(xù)形成的相變層加熱，使所述相變層能夠在晶態(tài)與非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)寫入或擦除操作。本實施例中，所述第二電極層包括形成于開口205側(cè)壁表面和導(dǎo)電層208表面的阻擋層206a、以及形成于所述阻擋層206a表面并填充滿開口 205的導(dǎo)電層206b。
[0061 ] 所述第二電極層206的形成工藝為:在所述第二介質(zhì)層203表面、開口 205的側(cè)壁表面和導(dǎo)電層208表面形成阻擋薄膜；在所述阻擋薄膜表面形成填充滿開口 205的導(dǎo)電薄膜；采用化學(xué)機械拋光工藝去除高于第二介質(zhì)層203表面的導(dǎo)電薄膜和阻擋薄膜，形成導(dǎo)電層206b和阻擋層206a,所述導(dǎo)電層206b和阻擋層206a構(gòu)成第二電極層206。其中，所述阻擋薄膜能夠定義所述化學(xué)機械拋光工藝的停止位置，當(dāng)所述化學(xué)機械拋光工藝進行至暴露出所述阻擋薄膜時，再進行一定過拋光，即能夠暴露出第二介質(zhì)層203表面；所述第二電極層206的表面能夠高于第二介質(zhì)層203的表面，或所述第二電極層206的表面與第二介質(zhì)層203的表面齊平。此外，所形成的阻擋層206a還能夠防止導(dǎo)電層206b的材料向第二介質(zhì)層203和第一介質(zhì)層201中擴散,使所形成的第二電極層206性能穩(wěn)定。
[0062]所述阻擋層206a的材料為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合，所述阻擋層206a的形成工藝為沉積工藝；所述導(dǎo)電層206b的材料為鎢、銅、鋁或多晶硅，所述導(dǎo)電層206b的形成工藝為沉積工藝或電鍍工藝。本實施例中，所述阻擋層206a的材料為鈦和氮化鈦的組合，所述導(dǎo)電層206b的材料為鎢，所述阻擋層206a和導(dǎo)電層206b的形成工藝均為化學(xué)氣相沉積工藝。
[0063]在本實施例中，由于在形成阻擋薄膜之前，在開口 205底部的第一電極層202表面形成了導(dǎo)電層208，所述導(dǎo)電層208使開口 205的深寬比減小，當(dāng)采用化學(xué)氣相沉積工藝形成阻擋薄膜時，用于形成阻擋薄膜的材料易于進入開口 205底部，能夠使形成于開口 205側(cè)壁表面和底部表面的阻擋薄膜厚度均勻，避免了形成阻擋薄膜的材料在開口 205靠近頂部的側(cè)壁表面過度堆積的問題；當(dāng)采用化學(xué)氣相沉積工藝形成導(dǎo)電薄膜時，由于所述開口205頂部平行于襯底200表面方向的尺寸擴大，而開口 205底部的尺寸不變，能夠避免由于導(dǎo)電薄膜的材料在開口 205靠近頂部的側(cè)壁表面過度堆積而使開口 205過早閉合的問題，使所形成的導(dǎo)電薄膜內(nèi)部致密，因此所形成的導(dǎo)電層內(nèi)不會產(chǎn)生空洞擴縫隙，使所形成的第二電極層206的性能穩(wěn)定。
[0064]請參考圖10，在所述第二電極層206表面形成相變層207。
[0065]所述相變層207的材料為相變材料，本實施例中，所述相變層207的材料為GexSbyTez，其中，0〈x〈l，0〈y〈l，0〈z〈l，且x+y+z=l。所述相變層207與第二電極層206相接觸，所述第二電極層206能夠?qū)λ鱿嘧儗?07進行熱處理，使所述相變層207與第二電極層206相接觸的部分區(qū)域能夠在晶態(tài)和非晶態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)換。當(dāng)所形成的相變存儲器執(zhí)行擦除操作時，使所述相變層207轉(zhuǎn)換非晶態(tài)，則所述相變層具有較高電阻，則所述相變存儲器被賦值為“O” ；當(dāng)所形成的相變存儲器執(zhí)行寫入操作時，使所述相變層207轉(zhuǎn)換晶態(tài)，則所述相變層具有較低電阻，則所述相變存儲器被賦值為“ I ”。
[0066]需要說明的是，在形成相變層207之后，在所述相變層207表面形成第三電極層，所述第三電極層的材料為鎢、銅、鋁或多晶硅，所述第三電極層作為所形成的相變存儲器的頂部電極，所述第三電極層的形成工藝與第一電極層202的形成工藝相同，在此不做贅述。
[0067]在本實施例中，由于在形成第二電極層之前，在所述開口底部的第一電極層表面形成導(dǎo)電層，能夠使所述開口道深寬比降低，從而有利于使所形成的第二電極層內(nèi)部致密均勻，所形成的第二電極層電性能穩(wěn)定。而且，所述導(dǎo)電層的形成工藝為選擇性無電沉積工藝，所述選擇性無電沉積工藝盡在導(dǎo)電材料表面形成導(dǎo)電層，而不會在絕緣材料表面形成導(dǎo)電層，因此所述導(dǎo)電層僅形成于開口底部的第一電極層表面、并且從開口底部逐漸向開口頂部生長，所述導(dǎo)電層的形成工藝簡單，且所述導(dǎo)電層僅形成于開口底部，所述導(dǎo)電層的材料不會在靠近開口頂部的側(cè)壁表面堆積，從而能夠有效地減小開口的深寬比，使形成于開口內(nèi)的第二電極層致密均勻，從而使所形成的相變存儲器性能穩(wěn)定。此外，所述導(dǎo)電層的厚度有限，所述導(dǎo)電層表面依舊形成第二電極層，使第一電極層到相變層之間的電阻率等電性能不會發(fā)生過大變化。因此，所形成的相變存儲器的性能得到改善。具體的，在形成導(dǎo)電層之后，所述開口的深寬比由大于4降低至2?3.5之間，所述開口的深寬比減小至不會影響第二電極層質(zhì)量的范圍內(nèi)，則后續(xù)形成的第二電極層內(nèi)部致密均勻，避免了由于開口過早閉合而在第二電極層內(nèi)形成空洞或縫隙的問題，所形成的第二電極層電性能穩(wěn)定，相變存儲器的性能得到改善。此外，所述導(dǎo)電層的厚度為100埃?500埃，所述導(dǎo)電層的厚度有限，所述導(dǎo)電層在降低開口深寬比的同時，不會對第一電極層和相變層之間的電阻率造成過多影響，因此第一電極層和相變層之間的電性能能夠滿足工藝需求，且所形成的第二電極層致密均勻、性能穩(wěn)定。
[0068]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種相變存儲器的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底，所述襯底表面具有第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層內(nèi)具有第一電極層，所述第一電極層的表面與第一介質(zhì)層的表面齊平； 在所述第一介質(zhì)層和第一電極層表面形成第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層內(nèi)具有暴露出部分第一電極層表面的開口； 采用選擇性無電沉積工藝在所述開口底部的第一電極層表面形成導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層的表面低于第二介質(zhì)層表面； 在所述導(dǎo)電層表面形成填充滿所述開口的第二電極層； 在所述第二電極層表面形成相變層。
2.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層的材料為CoWP或 CoMoP。
3.如權(quán)利要求2所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述選擇性無電沉積包括:沉積液包括氧化劑、還原劑和堿性溶液，所述堿性溶液的PH值為8.9?9，溫度為20攝氏度?90攝氏度。
4.如權(quán)利要求3所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層的材料為CoWP時，所述氧化劑包括H3P (W3O10) 4和CoSO4.6H20,所述還原劑包括NaH2PO2，所述NaH2PO2的濃度為0.23摩爾/升?0.25摩爾/升。
5.如權(quán)利要求3所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述堿性溶液為KOH溶液。
6.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，在形成導(dǎo)電層之前，所述開口的深寬比大于4。
7.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，在形成導(dǎo)電層之后，形成第二電極層之前，所述開口的深寬比為2?3.5。
8.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層的厚度為100埃?500埃。
9.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述開口的形成工藝為:采用沉積工藝在第一電極層和第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層表面形成掩膜層，所述掩膜層暴露出與第一電極層位置對應(yīng)的第二介質(zhì)層表面；以所述掩膜層為掩膜，采用各向異性的干法刻蝕工藝刻蝕所述第二介質(zhì)層，直至暴露出第一電極層為止，在所述第二介質(zhì)層內(nèi)形成開口 ；在形成開口之后，去除所述掩膜層。
10.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述掩膜層的材料為無定形碳，去除所述掩膜層的工藝為灰化工藝。
11.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述第二電極層的形成工藝為:在所述第二介質(zhì)層表面、開口的側(cè)壁表面和導(dǎo)電層表面形成阻擋薄膜；在所述阻擋薄膜表面形成填充滿開口的導(dǎo)電薄膜；采用拋光工藝去除高于第二介質(zhì)層表面的導(dǎo)電薄膜和阻擋薄膜，形成導(dǎo)電層和阻擋層，所述導(dǎo)電層和阻擋層構(gòu)成第二電極層。
12.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述阻擋層的材料為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的一種或多種組合，所述阻擋層的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝；所述導(dǎo)電層的材料為鎢、銅、鋁或多晶硅，所述導(dǎo)電層的形成工藝為沉積工藝或電鍍工藝。
13.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述相變層的材料為GexSbyTez,其中，0〈x〈l, 0〈y〈l, 0〈ζ〈1,且 x+y+z=l。
14.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，在相變層表面形成第三電極層，所述第三電極層的材料為鎢、銅、鋁或多晶硅。
15.如權(quán)利要求1所述相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述第一電極層的材料為鶴、銅、招或多晶娃。
【文檔編號】H01L45/00GK104425711SQ201310365826
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】張翼英 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司