相变存储器单元的形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种相变存储器单元的形成方法。
【背景技术】
[0002] 相变存储器（PhaseChangeRandomAccessMemory，PCRAM)技术是基于相变薄膜 可以应用于相变存储介质的构想建立起来的。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，已成为目前非易失性存储器技术研究的焦点。
[0003] 在相变存储器中，可以通过对记录了数据的相变层进行热处理，来改变存储器的 存储数值。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。当相变层处于结晶状态时，PCRAM的电阻较低，此时存储器赋值为"1"。当相变层处于 非晶状态时，PCRAM的电阻较高，此时存储器赋值为"0"。因此，PCRAM是利用当相变层处于 结晶状态或非晶状态时的电阻差异来写入/读取数据的非易失性存储器。
[0004] 请参考图1，为现有相变存储器单元的结构示意图。
[0005] 所述相变存储器单元包括：衬底10,所述衬底10内形成有金属互连结构；位于所 述衬底10上的介质层20,所述介质层20具有底部接触电极21，所述底部接触电极21与衬 底10内的金属互连结构连接；位于所述介质层20和底部接触电极21表面的相变层22。
[0006] 所述底部接触电极21通电后会产生热量，对相变层22加热，改变相变层22的结 晶状态，从而改变所述相变层22所存储的逻辑值。
[0007] 现有通常采用TiN作为底部接触电极21的材料，所述相变存储器单元的性能还有 待进一步提1?。
【发明内容】
[0008] 本发明解决的问题是提供一种相变存储器单元的形成方法，提高所述相变存储器 单元的性能。
[0009] 为解决上述问题，本发明提供一种相变存储器单元的形成方法，包括：提供衬底； 在所述衬底表面形成介质层；形成穿透介质层的通孔，所述通孔包括位于衬底表面的第一 部分通孔和位于所述第一部分通孔上方与所述第一部分通孔连通的第二部分通孔，所述第 一部分通孔的侧壁垂直于衬底表面，第二部分通孔的侧壁倾斜且顶部宽度大于底部宽度； 在所述通孔内壁表面以及介质层表面形成金属层，所述金属层填充满所述第一部分通孔， 且覆盖第二部分通孔的侧壁；在所述金属层表面形成牺牲层，所述牺牲层填充满所述第二 部分通孔；进行平坦化处理，去除高于第一部分通孔的牺牲层、部分金属层和部分介质层； 在剩余的介质层表面、以及第一部分通孔内的金属层表面形成相变层。
[0010] 可选的，所述金属层的材料为TiN或TiCN。
[0011] 可选的，所述牺牲层的材料为W、A1或Cu。
[0012] 可选的，所述牺牲层与介质层之间的反射率比大于1. 5。
[0013] 可选的，在形成所述金属层之前，在所述通孔内壁表面以及介质层表面形成粘附 层。
[0014] 可选的，所述粘附层的材料为Ti或Ta。
[0015] 可选的，所述粘附层的厚度为5()A~50()A。
[0016] 可选的，所述牺牲层的顶部表面高于介质层的顶部表面。
[0017] 可选的，采用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺形成所述牺牲层。
[0018] 可选的，采用原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺形成所述金属层。
[0019] 可选的，所述通孔的宽度为40nm~400nm。
[0020] 可选的，所述金属层的厚度为2:0:0Λ~:85〇Λ。
[0021] 可选的，所述牺牲层的厚度为2000Α以上。
[0022] 可选的，所述介质层包括：位于衬底表面的第一子介质层、位于第一子介质层表面 的第二子介质层和位于第二子介质层表面的第三子介质层。
[0023] 可选的，形成所述通孔的方法包括：刻蚀所述第三子介质层，在所述第三子介质层 内形成开口；在所述开口侧壁表面形成侧墙，剩余开口作为第二部分通孔；沿所述第二部 分通孔刻蚀第二子介质层和第一子介质层，形成第一部分通孔。
[0024] 可选的，所述第一子介质层为氧化硅层、第二子介质层为底部抗反射层、第三子介 质层为氧化娃层。
[0025] 可选的，所述平坦化处理包括：首先，采用化学机械研磨工艺对所述牺牲层进行 平坦化至金属层表面；然后对所述金属层进行平坦化至第三子介质层表面；然后更换研磨 垫，对所述介质层进行平坦化，至第一部分通孔位置处。
[0026] 可选的，对牺牲层进行平坦化时，通过测量被研磨表面的反射率变化获得研磨的 停止位置。
[0027] 可选的，反射率变化最大处作为研磨的停止位置。
[0028] 可选的，所述相变层的材料为Si-Sb-Te、Ge-Sb-Te、Ag-In_Te或Ge-Bi-Te化合物。
[0029] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0030] 本发明的技术方案中，在衬底表面的介质层内形成通孔，所述通孔包括位于衬底 表面的第一部分通孔和位于所述第一部分通孔上方与所述第一部分通孔连通的第二部分 通孔，所述第一部分通孔的侧壁垂直于衬底表面，第二部分通孔的侧壁倾斜且顶部宽度大 于底部宽度；在所述通孔内壁表面以及介质层表面形成金属层，所述金属层填充满所述第 一部分通孔，且覆盖第二部分通孔的侧壁；在所述金属层表面形成牺牲层，所述牺牲层填充 满所述第二部分通孔。在后续进行平坦化的过程中，所述第二部分通孔内的牺牲层可以保 护其下方的金属层，避免所述第一部分通孔内的金属层受到过研磨产生凹陷等缺陷，使得 形成的底部接触电极表面平坦，从而提高所述底部接触电极与相变层之间的界面质量，提 高相变存储器单元的性能。
[0031] 进一步的，所述牺牲层与金属层之间的反射率比值大于1. 5,从而使得后续在采用 化学机械研磨工艺对牺牲层进行平坦化的过程中，可以通过测量反射率的变化，判断研磨 停止位置，避免对金属层造成过研磨。
[0032] 进一步的，所述牺牲层的顶部表面高于介质层的顶部表面，使得所述牺牲层能够 完全填充满所述第二部分通孔且牺牲层的表面较为平坦，所述牺牲层的表面越平坦，后续 采用化学机械研磨工艺进行平坦化的过程中，牺牲层表面各处的研磨速率更均匀，可以避 免局部过研磨的问题。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明的现有技术的相变存储器单元的结构示意图；
[0034] 图2至图12是本发明的实施例的相变存储器单元的形成过程的结构示意图。
【具体实施方式】
[0035] 如【背景技术】中所述，现有相变存储器单元的性能还有待进一步提高。
[0036] 形成所述相变存储器单元的底部接触电极的过程中，一般是在介质层内形成通 孔，然后再在所述通孔内填充金属材料，形成底部接触电极。但是在采用TiN作为底部接触 电极材料时，由于TiN的通孔填充能力较差，为了提高形成的通孔内的金属材料的沉积质 量，所述通孔通常包括侧壁垂直的第一部分以及位于第一部分上的侧壁倾斜的第二部分， 所述第二部分的顶部宽度大于底部宽度，从而提高了通孔的顶部开口宽度，降低了在所述 通孔内填充TiN的难度。在形成填充满所述通孔并覆盖介质层的TiN层之后，采用化学机 械研磨工艺对所述TiN层和介质层进行平坦化处理，直至通孔的第一部分顶部，使得通孔 第一部分内的侧壁垂直的TiN层作为底部接触电极。
[0037] 研究发现，在形成TiN层后，所述通孔第二部分上的TiN会有一定的凹陷，在对TiN 进行平坦化过程中，所述研磨液容易驻留在所述凹陷内，从而会加快所述凹陷处的TiN凹 陷程度；当去除介质层表面的TiN层之后，暴露出通孔第二部分内的TiN层，通孔第二部分 内的TiN层表面低于介质层的表面；在继续对介质层进行平坦化过程中，会对通孔第二部 分内的TiN层进行研磨，研磨液进入所述通孔第二部分内，进一步加快对TiN的研磨速率，