層15均浸于研磨液中，但隧穿絕緣層15將互連層12和底電極材料隔開，隧穿絕緣層15具有絕緣性，電阻非常大，能夠阻斷半導體襯底10上的有源器件與研磨液之間形成通路，研磨液不會帶電，浸潤在研磨液中的底電極材料不會產生電化學腐蝕；
[0074]第二步，研磨隧穿絕緣層15和底電極材料，至第二層間介質層13露出；
[0075]第三步，過研磨隧穿絕緣層15和底電極材料，至通孔14中的底電極17上表面與第二層間介質層13上表面基本持平，在該過程中，由于隧穿絕緣層15的絕緣性，底電極17上表面不會發生電化學腐蝕，底電極17上表面不會產生凹坑，比較平坦。這樣，后續相變材料層能夠與底電極17形成良好接觸電連接，這能保證相變存儲器的信號傳遞通暢，確保在寫入和擦除數據時，能夠對相變材料層進行有效加熱以轉換其狀態，且相變存儲器的靈敏度較高，性能較佳。
[0076]參照圖13，在第二層間介質層13、隧穿絕緣層15和底電極17上形成第三層間介質層18，具體使用化學氣相沉積。
[0077]參照圖14，在第三層間介質層18中形成相變材料層19，相變材料層19與底電極17接觸電連接，還與隧穿絕緣層15接觸，相變材料層19的材料為鍺-銻-碲合金(GeSbTe，簡寫為GST)，由于GST在非晶態和晶態的電阻率相差較大，約相差三個數量級，使得較容易識別和確定當前存儲器的狀態，相變材料層19與底電極17之間能夠形成良好接觸，當相變材料層19被加熱后能夠與底電極17形成良好的信號傳遞，而且底電極17上表面較為平坦，在相變材料層寫入和擦除數據時，與底電極17接觸的相變材料部分能夠被充分加熱，以避免相變材料層19失效。形成相變材料層19的方法包括:首先在第三層間介質層18中形成通孔，通孔露出底電極17和隧穿絕緣層15的上表面以及部分第三層間介質層18的上表面；之后，沉積相變材料，相變材料覆蓋第三層間介質18和填充滿通孔；接著，平坦化相變材料，至通孔中的相變材料層材料與第三層間介質層18基本持平，通孔中剩余的相變材料作為相變材料層。
[0078]參照圖15，在第三層間介質層18和相變材料層19上形成第四層間介質層20 ；
[0079]參照圖16，在第四層間介質層20中形成頂電極21，頂電極21與相變材料層19接觸電連接。
[0080]本發明還提供一種相變存儲器，參照圖16，該相變存儲器包括:
[0081]半導體襯底10 ;
[0082]位于半導體襯底10上的第一層間介質層11、和位于第一層間介質層11中的互連層12 ；
[0083]位于第一層間介質層11和互連層12上的第二層間介質層13 ；
[0084]位于第二層間介質層13中的通孔14(請參照圖8)，通孔14連通互連層12 ;
[0085]位于通孔14側壁和底部的隧穿絕緣層15 ;
[0086]位于通孔14中且為隧穿絕緣層15所包圍的底電極17，底電極17填充滿通孔14，且其上表面與第二層間介質層13的上表面持平；
[0087]位于第二層間介質層13、隧穿絕緣層15和底電極17上的第三層間介質層18 ；
[0088]位于第三層間介質層18中的相變材料層19，與底電極17接觸電連接；
[0089]位于第三層間介質層18和相變材料層19上的第四層間介質層20 ；
[0090]位于第四層間介質層20中的頂電極21，與相變材料層19接觸電連接。
[0091]在本實施例中，隧穿絕緣層15的材料為隧穿金屬氧化物，如Ta205、1102或Al 203。其中，隧穿金屬氧化物為Ta2O5時，其厚度范圍為1.5nm?4nm。
[0092]在本實施例中，底電極17MWSW、TiN、TaN、TiCSTiCN。
[0093]雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
【主權項】
1.一種相變存儲器的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有第一層間介質層和位于所述第一層間介質層中的互連層； 在所述第一層間介質層和互連層上形成第二層間介質層； 在所述第二層間介質層中形成通孔，所述通孔連通互連層； 在所述第二層間介質層上、通孔側壁和底部形成隧穿絕緣層； 在所述隧穿絕緣層上和通孔中形成底電極材料，所述底電極材料填充滿通孔； 研磨去除高于所述第二層間介質層的隧穿絕緣層和底電極材料，所述通孔中的剩余底電極材料作為底電極。2.如權利要求1所述的相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述隧穿絕緣層的材料為隧穿金屬氧化物。3.如權利要求2所述的相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述隧穿絕緣層的形成方法為化學氣相沉積或物理氣相沉積。4.如權利要求3所述的相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述隧穿金屬氧化物為:Ta205、Ti02或 Al 203。5.如權利要求4所述的相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述物理氣相沉積為離子化的金屬等離子體濺射，所述隧穿金屬氧化物為Ta2O5; 在所述離子化的金屬等離子體濺射過程中，參數設置如下:所述濺射的功率范圍為630W?770W，反應腔內的壓強范圍為4.5mTorr?5.5mTorr06.如權利要求4所述的相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述隧穿金屬氧化物為Ta2O5, Ta2O5的厚度范圍 1.5nm ?4nm。7.如權利要求1所述的相變存儲器的形成方法，其特征在于，還包括: 在所述第二層間介質層和底電極上形成第三層間介質層； 在所述第三層間介質層中形成相變材料層，所述相變層與底電極電連接； 在所述第三層間介質層和相變材料層上形成第四層間介質層； 在所述第四層間介質層中形成頂電極，所述頂電極與相變材料層電連接。8.如權利要求1所述的相變存儲器的形成方法，其特征在于，所述底電極材料為W、TiN、TaN、TiC 或 TiCN。9.一種相變存儲器，其特征在于，包括: 半導體襯底； 位于所述半導體襯底上的第一層間介質層和位于所述第一層間介質層中的互連層； 位于所述第一層間介質層和互連層上的第二層間介質層； 位于所述第二層間介質層中的通孔，所述通孔連通互連層； 位于所述通孔側壁和底部的隧穿絕緣層； 位于所述通孔中且為所述隧穿絕緣層所包圍的底電極，填充滿通孔。10.如權利要求9所述的相變存儲器，其特征在于，所述隧穿絕緣層的材料為隧穿金屬氧化物。11.如權利要求10所述的相變存儲器，其特征在于，所述隧穿金屬氧化物為:Ta205、T12或 Al 203。12.如權利要求11所述的相變存儲器，其特征在于，所述隧穿金屬氧化物為Ta2O5,Ta2O5的厚度范圍1.5nm?4nm。13.如權利要求9所述的相變存儲器，其特征在于，還包括: 位于所述第二層間介質層、隧穿絕緣層和底電極上的第三層間介質層； 位于所述第三層間介質層中的相變材料層，與底電極電連接； 位于所述第三層間介質層和相變材料層上的第四層間介質層； 位于所述第四層間介質層中的頂電極，與相變材料層電連接。14.如權利要求9所述的相變存儲器，其特征在于，所述底電極材料為W、TiN,TaN, TiC或 TiCN。
【專利摘要】一種相變存儲器及其形成方法，其中形成方法包括：提供半導體襯底，在半導體襯底上形成有第一層間介質層和互連層；在第一層間介質層和互連層上形成第二層間介質層；在第二層間介質層中形成通孔；在第二層間介質層上、通孔側壁和底部形成隧穿絕緣層；在隧穿絕緣層上和通孔中形成底電極材料；研磨去除高于第二層間介質層的隧穿絕緣層和底電極材料，通孔中的剩余底電極材料作為底電極。在本案中，隧穿能夠阻斷半導體襯底上的有源器件與研磨液之間導通而使研磨液不帶電，浸潤在研磨液中的底電極材料不會遭到電化學腐蝕，這使底電極上表面與第二層間介質層上表面持平，良好的接觸電連接能夠確保底電極對相變材料層進行有效加熱以轉換其狀態。
【IPC分類】H01L45/00
【公開號】CN105655486
【申請號】
【發明人】伏廣才, 李志超
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2014年11月18日