專利名稱：一種制作相變存儲單元相變單元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變存儲器的制作領(lǐng)域，尤其涉及一種制作相變存儲單元相變單元的 方法。
背景技術(shù)：
目前，相變存儲器(Phase Change Memory :PCM)是一種非常具有發(fā)展前景的非揮 發(fā)性存儲器。相變存儲器的每個存儲單元包括兩個金屬電極以及位于所述兩個金屬電極之 間的相變材料。鍺銻碲(GeSbTe =GST)材料是目前普遍應(yīng)用到相變存儲單元中的相變材料。 GST材料包括Ge2Sb2Te5, Ge1Sb2Te4, Ge1Sb4Te7等。相變材料還可采用摻雜GST材料，例如摻 氧GST材料，摻氮GST材料或者摻碳GST材料。在形成存儲單元的過程中，常需要在鈍化層 構(gòu)成的槽內(nèi)填充相變材料層，并對所述相變材料層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以形成存儲單元相 變單元。傳統(tǒng)的相變存儲單元相變單元的制作方法，請參見圖Ia和圖lb，首先對金屬層3 上的鈍化層2進(jìn)行蝕刻，形成預(yù)填充相變材料的預(yù)填充開口 1 ；請參見圖2，然后沉積GST相 變材料4，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，去掉沉積在鈍化層2上的相變材料。然而GST相變材料4 與相變存儲單元的鈍化層2之間的粘附性較差，在沉積GST相變材料4時，GST相變材料4 與鈍化層2的界面不致密，容易產(chǎn)生空洞或?qū)恿眩虼嗽诓捎没瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)去掉沉積 在鈍化層表面的GST相變材料或者摻雜GST相變材料時，GST相變材料或者摻雜GST相變 材料容易大面積的脫落，導(dǎo)致填充在預(yù)填充開口 1中的、與鈍化層接觸的相變材料剝離出， 產(chǎn)生預(yù)填充開口 1中相變材料填充缺口，從而造成化學(xué)機(jī)械拋光后的表面不平坦。為克服CMP對預(yù)填充開口中相變材料產(chǎn)生的問題，傳統(tǒng)的解決方法是在鈍化層與 GST相變材料之間填充金屬或金屬化合物，例如氧化鉭、金屬鈦等作為粘附層以提高GST相 變材料或摻雜GST相變材料與鈍化層之間的粘附性。然而增加的粘附層通常需要制作的很 薄以便于相變存儲單元的金屬電極的電子能夠基于隧穿效應(yīng)穿過此粘附層，由于粘附層的 引入還會很大程度改變相變存儲單元相變材料的加熱機(jī)制；同時，增加的粘附層例如金屬 鈦在較高的溫度下較易與相變材料GST或者摻雜GST反應(yīng)，污染相變材料影響整個相變存 儲單元的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制作相變存儲單元相變單元的方法，以解決傳統(tǒng)制作 相變存儲單元的相變材料時，相變材料易受損傷的問題。同時，可解決傳統(tǒng)增加粘附層可能 導(dǎo)致的相變材料污染以及相變存儲單元GST材料加熱機(jī)制變化的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種制作相變存儲單元相變單元的方法，包括提供相變單元基底，所述相變單元基底包括第一鈍化層、貫穿所述第一鈍化層的 金屬層、以及位于所述第一鈍化層上的第二鈍化層；在所述相變單元基底上形成粘附層；刻蝕所述粘附層和所述第二鈍化層至露出所述金屬層，形成預(yù)填充預(yù)填充開口，所述預(yù)填充開口的位置和所述金屬層的位置對應(yīng)；在所述粘附層及預(yù)填充開口上形成相變材料；依次去除所述第二鈍化層上的所述相變材料和所述粘附層。優(yōu)選的，所述第一鈍化層和所述第二鈍化層的材料相同。優(yōu)選的，所述粘附層的通式為MOxNy，其中M為金屬、N為氮、0為氧，0彡χ彡1、 0 ^ y ^ I0優(yōu)選的，所述金屬是鈦或鉭。優(yōu)選的，所述粘附層的厚度為20nm。優(yōu)選的，所述相變材料是銻碲混合物。優(yōu)選的，所述第二鈍化層為氧化硅。優(yōu)選的，去除所述第二鈍化層上的相變材料的方法是化學(xué)機(jī)械拋光方法。優(yōu)選的，所述金屬層的材料可以是鎢或銅。優(yōu)選的，所述粘附層的厚度小于所述第二鈍化層的厚度。與傳統(tǒng)制作相變存儲單元的相變單元相比，本發(fā)明制作相變存儲單元相變單元的 方法，未引入新的結(jié)構(gòu)層，通過在所述第二鈍化層蝕刻預(yù)填充預(yù)填充開口之前，在所述第二 鈍化層上制作粘附層，改善相變材料薄膜與粘附層以及粘附層與鈍化層之間的界面，這樣 在去除相變材料過程中，不會出現(xiàn)由于界面質(zhì)量導(dǎo)致相變材料的剝落產(chǎn)生預(yù)填充開口填充 缺口的問題。采用兩次化學(xué)機(jī)械拋光時去除填充鈍化層上粘附層和相變材料時，不易出現(xiàn) 相變材料的剝離導(dǎo)致預(yù)填充開口中相變材料剝離的問題。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的制作相變存儲單元相變材料的方法作進(jìn) 一步詳細(xì)具體的描述。

圖1是傳統(tǒng)制作相變單元的方法中形成相變單元槽的示意圖。圖2是傳統(tǒng)制作相變單元的方法中沉積相變材料以及去除相變材料示意圖。圖3是本發(fā)明制作相變單元的方法中形成粘附層示意圖。圖4是本發(fā)明形成預(yù)填充開口的示意圖。圖5a至5c是本發(fā)明去除第二鈍化層上粘附層以及相變材料的示意圖。圖6是本發(fā)明制作相變存儲單元相變單元的整個流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚易懂，下面將根據(jù)本發(fā)明的具體實施例對本發(fā) 明進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不局限于所列舉的實施例。請參照圖3至圖5c對本發(fā)明相變存儲單元的相變單元的制作方法作詳細(xì)說明。首先，提供相變單元基底；如圖3所示，相變單元基底包括第一鈍化層21，貫穿所述第一鈍化層21的金屬層 3、以及位于第一鈍化層21上的金屬層3第二鈍化層22 ；所述金屬層3的材料可以是鎢、銅 等金屬材料，所述第一鈍化層21和第二鈍化層22的材料可以是氧化硅、氮化硅等；其次，在所述相變基底上形成粘附層5 ；
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形成的所述粘附層5和所述第二鈍化層22有很好的粘附性，所述粘附層5的材料 可以是金屬氮氧化物，所述金屬氮氧化物的通式為M0xNy，M為金屬例如鈦(Ti)或鉭(Ta)， 所述x、y的值取0 < χ < 1、0 < y < 1時，所述粘附層5和所述第二鈍化層22以及GST相 變材料的粘附性最佳，如可以是鈦Ti、Ta、氧化鉭，氮化鉭或者氮氧化鉭；所述粘附層的形 成工藝可以是物理氣象沉積；所述粘附層5的厚度為20nm ；接著，刻蝕所述粘附層5和所述第二鈍化層22至露出所述金屬層3，形成預(yù)填充開 口 6，如圖4所示，所述預(yù)填充開口 6的位置與金屬層3的位置對應(yīng)。所述刻蝕可以是干法刻蝕，也可以是濕法刻蝕；接著，如圖5a所示，在所述預(yù)填充開口內(nèi)以及粘附層5上形成相變材料4 ；所述相變材料4可以但不限于GST相變材料，形成所述TGS相變材料的工藝和現(xiàn) 有技術(shù)中的方法可以相同；最后，如圖5b和圖5c所示，依次去除所述第二鈍化層22上的所述相變材料4和 所述粘附層5 ；去除所述第二鈍化層22上的相變材料4的方法可以是但不限于化學(xué)機(jī)械拋光方 法；去除所述粘附層5的方法可以是通過過化學(xué)機(jī)械拋光實現(xiàn)的，也可以是化學(xué)溶解實現(xiàn) 的；去掉所述粘附層5可以避免其影響存儲單元的特性。由于第二鈍化層的材料氧化硅和GST材料以及摻雜GST材料的粘附性均較差，通 過在第二鈍化層22 (如氧化硅)上形成粘附層5，該粘附層5材料采用與氧化硅和GST或摻 雜GST材料具有良好粘附性的金屬或金屬化合物。針對第二鈍化層22為氧化硅，該粘附層 5采用金屬鈦和鉭，因為金屬鈦和鉭與氧化硅和GST相變材料或者摻雜GST相變材料均具有 良好粘附性。所述粘附層5的材料為金屬化合物氧化鉭或者氮化鉭或者氮氧化鉭均與氧化 硅和GST相變材料或者摻雜GST相變材料也具有良好的粘附性。這樣，在沉積GST相變材 料或者摻雜GST相變材料時，生長在粘附層上的GST相變材料或者摻雜GST相變材料與粘 附層結(jié)合力好，不易剝落也不易層分裂，形成的相變單元的表面平整度很好。在去除所述第 二鈍化層22上的粘附層4及相變材料5時可以采用兩次化學(xué)機(jī)械拋光，先去除粘附層上的 相變材料5，然后去除粘附層4及部分第二鈍化層22和相變材料5，因此在去除所述第二鈍 化層上的相變材料5時，不易剝離所述預(yù)填充開口 6中的相變材料5，可解決在傳統(tǒng)制作方 法中采用機(jī)械拋光去除第二鈍化層上的相變材料時，由于GST相變材料或者摻雜GST相變 材料與第二鈍化層粘附性差，界面產(chǎn)生空洞導(dǎo)致GST相變材料或者摻雜GST相變材料大面 積剝落并將預(yù)填充開口中的相變材料帶出，從而導(dǎo)致的相變材料填充缺口的問題。本發(fā)明的制作相變存儲單元相變單元的方法的整個流程示意圖，請參見圖6。整個 相變存儲單元結(jié)構(gòu)中未引入新的結(jié)構(gòu)部分，因此不存在對相變材料的污染問題和改變相變 材料加熱機(jī)制的問題。通過增加粘附層提高相變材料薄膜與粘附層界面質(zhì)量，這樣在第一 次化學(xué)機(jī)械拋光去除粘附層上相變材料時，不易出現(xiàn)相變材料大面積剝離而導(dǎo)致預(yù)填充開 口中表面的相變材料的缺口問題。同時，粘附層厚度相對相變材料要薄，在第二次采用化學(xué) 機(jī)械拋光時去除填充鈍化層上粘附層和相變材料時不易出現(xiàn)鈍化層上相變材料的去除導(dǎo) 致的預(yù)填充開口中填充的相變材料缺口問題。
權(quán)利要求
一種制作相變存儲單元相變單元的方法，包括提供相變單元基底，所述相變單元基底包括第一鈍化層、貫穿所述第一鈍化層的金屬層、以及位于所述第一鈍化層上的第二鈍化層；在所述相變單元基底上形成粘附層；刻蝕所述粘附層和所述第二鈍化層至露出所述金屬層，形成預(yù)填充開口，所述預(yù)填充開口的位置和所述金屬層的位置對應(yīng)；在所述粘附層及預(yù)填充開口上形成相變材料；依次去除所述第二鈍化層上的所述相變材料和所述粘附層。
2.如權(quán)利要求1所述的制作相變存儲單元相變單元的方法，其特征在于，所述第一鈍 化層和所述第二鈍化層的材料相同。
3.如權(quán)利要求2所述的制作相變存儲單元相變單元的方法，其特征在于，所述粘附層 的通式為MOxNy，其中M為金屬、N為氮、O為氧，O彡χ彡1、0彡y彡1。
4.如權(quán)利要求3所述的制作相變存儲單元相變單元的方法，其特征在于，所述金屬是 鈦或鉭。
5.如權(quán)利要求1所述的制作相變存儲單元相變單元的方法，其特征在于，所述粘附層 的厚度為20nm。
6.如權(quán)利要求5所述的制作相變存儲單元相變單元的方法，其特征在于，所述相變材 料是銻碲混合物。
7.如權(quán)利要求6所述的制作相變存儲單元相變單元的方法，其特征在于，所述第二鈍 化層為氧化硅。
8.如權(quán)利要求7所述的制作相變存儲單元相變單元的方法，其特征在于，去除所述第 二鈍化層上的相變材料的方法是化學(xué)機(jī)械拋光方法。
9.如權(quán)利要求8所述的制作相變存儲單元相變單元的方法，其特征在于，所述金屬層 的材料可以是鎢或銅。
10.如權(quán)利要求9所述的制作相變存儲單元相變單元的方法，其特征在于，所述粘附層 的厚度小于所述第二鈍化層的厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制作相變存儲單元相變單元的方法，包括提供相變單元基底，所述相變單元基底包括第一鈍化層、貫穿所述第一鈍化層的金屬層、以及位于所述第一鈍化層上的第二鈍化層；在所述相變單元基底上形成粘附層；刻蝕所述粘附層和所述第二鈍化層至露出所述金屬層，形成預(yù)填充開口，所述預(yù)填充開口的位置和所述金屬層的位置對應(yīng)；在所述粘附層及預(yù)填充開口上形成相變材料；依次去除所述第二鈍化層上的所述相變材料和所述粘附層。可有效解決傳統(tǒng)制作方法中存在的相變材料易從預(yù)填充開口中剝落的問題和引入新的存儲單元結(jié)構(gòu)導(dǎo)致相變材料加熱機(jī)制改變以及相變材料污染的問題。
文檔編號G11C11/56GK101964394SQ20091005538
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者向陽輝, 宋志棠, 張復(fù)雄, 林靜, 王良詠, 鐘旻 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所