專利名稱：提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
相變隨機(jī)存儲(chǔ)器(phase change random access memory, PCRAM)是利用相變薄膜材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一種存儲(chǔ)器，被公認(rèn)為是最有希望的成功突破22nm 尺寸節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)器。由鍺(Ge)-銻(Sb)-碲(Te)構(gòu)成的硫系化合物Ge52Sb2I^5 (GST)，可以迅速實(shí)現(xiàn)晶態(tài)和非晶態(tài)之間的可逆相變，成為目前PCRAM上最常用的相變材料。GST在晶態(tài)是低電阻態(tài)，在非晶態(tài)是高電阻態(tài)，而相變存儲(chǔ)器正是利用GST在晶態(tài)和非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)變時(shí)的電阻差異來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的。圖1是目前相變存儲(chǔ)器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖，第一絕緣層101包圍在下電極102的側(cè)面，第二絕緣層103形成于第一絕緣層101和下電極102上表面，GST相變材料 104填充于第二絕緣層103的開孔中并與下電極102中心對(duì)準(zhǔn)，第三絕緣層105形成于第二絕緣層103上表面，上電極106形成于第三絕緣層105的開孔中，并與第二絕緣層103的開孔中的GST相變材料104中心對(duì)準(zhǔn)。在實(shí)現(xiàn)GST相變材料104填充于第二絕緣層103開孔中的工藝中，通常先采用物理氣相沉積(PVD)的方法，在第二絕緣層103上表面及第二絕緣層103的開孔中沉積GST 相變材料層，然后對(duì)所沉積的GST相變材料層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)處理，使GST相變材料104完全填充于第二絕緣層103開孔中。但是，由于GST相變材料與絕緣層之間的粘附性非常差，當(dāng)物理氣相沉積(PVD)的GST相變材料層較厚時(shí)，GST相變材料很容易從第二絕緣層103上剝落，工藝成本增加；在對(duì)GST相變材料層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)時(shí)，GST 相變材料極差的粘附性使得工藝性能降低，拋光切應(yīng)力容易把GST相變材料從第二絕緣層 103開孔中拉出，目前通過采用低拋光壓力對(duì)GST拋光來避免GST剝落，但是此方法會(huì)大量增加GST拋光時(shí)間，GST相變材料拋光的均勻性差，工藝窗口非常有限，后續(xù)工藝復(fù)雜度增力口，制得的器件綜合性能降低，所以提高相變材料的粘附性就成了目前迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，以解決目前制備過程中由于GST與絕緣層之間的粘附性非常差而造成GST在物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)時(shí)容易剝落的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提出一種提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括如下步驟提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層中形成有下電極；在所述第二絕緣層中刻蝕出GST相變材料填充孔，完全暴露出下電極上表面；在除下電極上表面以外的上述器件結(jié)構(gòu)表面生成粘附層；在GST相變材料填充孔內(nèi)填充GST相變材料；化學(xué)機(jī)械平坦化去除第二絕緣層上方的粘附層和GST相變材料。可選的，所述下電極下表面緊貼半導(dǎo)體襯底上表面，所述下電極上表面緊貼第二絕緣層下表面?？蛇x的，采用等離子體處理方法生成粘附層，厚度為20埃 300埃。可選的，所述第一絕緣層和第二絕緣層材料中含有氧化硅，所述等離子體處理方法采用的氣體為氮?dú)饣虬睔?，所述粘附層為氮氧化硅層?？蛇x的，所述GST相變材料層填充方法為物理氣相沉積法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明先在GST相變材料填充之前在器件結(jié)構(gòu)表面生成粘附層，提高了 GST相變材料的粘附性，避免了在進(jìn)行GST物理氣相沉積和GST化學(xué)機(jī)械平坦化時(shí)GST相變材料的剝落問題，并且工藝操作簡單方便，降低了工藝成本，提高了器件的綜合性能。


圖1是相變存儲(chǔ)器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程圖；圖3A至圖3E是本發(fā)明實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。如圖2所示，本發(fā)明提出一種提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括如下步驟S201，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層， 所述第一絕緣層中形成有下電極；S202，在所述第二絕緣層中刻蝕出GST相變材料填充孔，完全暴露出下電極上表面；S203，在除下電極上表面以外的上述器件結(jié)構(gòu)表面生成粘附層；S204,在GST相變材料填充孔內(nèi)填充GST相變材料；S205，化學(xué)機(jī)械平坦化去除第二絕緣層上表面的粘附層和GST相變材料。下面結(jié)合圖3A 3E，對(duì)上述提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法作詳細(xì)的描述。S201，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層， 所述第一絕緣層中形成有下電極。參考圖3A，提供半導(dǎo)體襯底300，在半導(dǎo)體襯底300上形成有第一絕緣層301，在第一絕緣層301上形成有第二絕緣層303，在第一絕緣層301中形成有下電極302，下電極302上下表面分別與第二絕緣層303和半導(dǎo)體襯底300緊貼。本實(shí)施例中第一絕緣層301 和第二絕緣層303的材料中含有氧化硅。S202，在所述第二絕緣層中刻蝕出GST相變材料填充孔，完全暴露出下電極上表面。參考圖:3B，在所述所述第二絕緣層303上刻蝕出GST相變材料填充孔304，并且 GST相變材料填充孔304的底部寬度不小于下電極302的上表面寬度，以完全暴露出下電極302的上表面。于本實(shí)施例中，相變材料填充孔304的底部寬度大于下電極302的上表面寬度，因而還暴露出一部分第一絕緣層301。S203，在除下電極上表面以外的上述器件結(jié)構(gòu)表面生成粘附層，即在圖;3B所示的器件結(jié)構(gòu)表面除下電極上表面以外的部分生成粘附層。參考圖3C，本實(shí)施例中采用隊(duì)或NH3氣體對(duì)第二絕緣層303和GST相變材料填充孔304表面進(jìn)行等離子體處理。此過程中隊(duì)或NH3氣體與暴露在外的第一絕緣層301 (位于GST相變材料填充孔304底部)以及第二絕緣層303 (包括第二絕緣層上表面和GST相變材料填充孔304的側(cè)壁)中的氧化硅發(fā)生反應(yīng)，生成氮氧化硅層305作為粘附層，而下電極302中的多晶硅等電極材料并不與隊(duì)或NH3氣體發(fā)生反應(yīng)，這使得下電極302上表面沒有生成氮氧化硅層。其中，本實(shí)施例中氮氧化硅層305厚度為20埃 300埃。S204,在GST相變材料填充孔內(nèi)填充GST相變材料；參考圖3D，本實(shí)施例中，采用物理氣相沉積法(PVD)在氮氧化硅層305上沉積一層GST相變材料層306。由于氮氧化硅層305的存在，當(dāng)GST相變材料層306的沉積厚度為 4000埃時(shí)，相應(yīng)的粘附性可提高約35%。S205，化學(xué)機(jī)械平坦化去除第二絕緣層上表面的粘附層和GST相變材料。參考圖3E，本實(shí)施例中采用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝去除第二絕緣層303上表面的氮氧化硅層305和GST相變材料層306，為上電極制作提供均勻性和工藝窗口良好的相變材料拋光效果。綜上所述，本發(fā)明在GST相變材料填充之前在器件結(jié)構(gòu)表面先生成粘附層，大大提高了物理氣相沉積和化學(xué)機(jī)械平坦化GST相變材料層時(shí)的粘附性，避免了 GST相變材料層在工藝過程中的剝落問題，無需額外的掩膜曝光工藝，操作簡單，降低了工藝成本，提高了器件性能。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層中形成有下電極；在所述第二絕緣層中刻蝕出GST相變材料填充孔，完全暴露出下電極上表面；在除下電極上表面以外的上述器件結(jié)構(gòu)表面生成粘附層；在GST相變材料填充孔內(nèi)填充GST相變材料；化學(xué)機(jī)械平坦化去除第二絕緣層上方的粘附層和GST相變材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述下電極下表面緊貼半導(dǎo)體襯底上表面，所述下電極上表面緊貼第二絕緣層下表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于采用等離子體處理方法生成所述粘附層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述第一絕緣層和第二絕緣層材料中含有氧化硅，所述等離子體處理方法采用的氣體為氮?dú)饣虬睔狻?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述粘附層為氮氧化硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述粘附層的厚度為20埃 300埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述GST相變材料層填充方法為物理氣相沉積法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高相變材料粘附性的實(shí)現(xiàn)方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層中形成有下電極；在所述第二絕緣層中刻蝕出GST相變材料填充孔，完全暴露出下電極上表面；在除下電極上表面以外的上述器件結(jié)構(gòu)表面生成粘附層；在GST相變材料填充孔內(nèi)填充GST相變材料；化學(xué)機(jī)械平坦化去除第二絕緣層上方的粘附層和GST相變材料。本發(fā)明先在GST相變材料填充之前在器件結(jié)構(gòu)表面先形成粘附層，提高了GST相變材料的粘附性，避免了在進(jìn)行GST物理氣相沉積和化學(xué)機(jī)械平坦化時(shí)GST相變材料的剝落問題，工藝操作簡單方便，成本降低，器件綜合性能提高。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102468430SQ201010534179
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者任萬春, 宋志棠 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司