[發明專利]相變隨機存取存儲器及其制造方法

有效

• 申請號: 201210246602.6
• 申請日: 2012-07-17
• 公開（公告）號: CN103022349A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 李根
• 申請（專利權）人: 愛思開海力士有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 俞波;郭放

相關申請的交叉引用

本申請基于35U.S.C.§119(a)要求2011年9月26日提交韓國知識產權局的韓國申請編號10-2011-0096810的優先權，其全部公開內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及相變隨機存取存儲器(PRAM)，更特別涉及相變隨機存取存儲器及其制造方法。

背景技術

通常，相變隨機存取存儲器(PRAM)通過向由硫族(chalcogenide)化合物形成的相變層施加電脈沖利用非晶態和晶態之間的電阻差異來存儲數據。相變層的非晶態是通過施加高電流以使相變物質的溫度升高超過熔點并隨后進行即時冷卻得到的。相變層的晶態是通過在非晶態中施加低電流并經過生長過程而產生晶核得到的。

在此，在相變隨機存取存儲器中，雖然從非晶態到晶態的轉變是容易實現的，但是從晶態到非晶態的轉變要消耗大工作電流。

為了在相變隨機存取存儲器中降低工作電流和提高可靠性，可以使用用于形成作為受限結構的相變層的方法。

在形成受限結構中，通過鑲嵌工藝而不是蝕刻來限定孔形的相變區，并且將相變物質填充在相變區中以提高相變效率。

在使用受限結構中，如果相變物質在孔中具有均勻的組成比例，則工作電流由于相變區變寬而增加。通常，相變層是通過化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)來填充的。在這方面，由于工藝在相對高的溫度(約300℃)下進行，所以相變區因原子間擴散和化學反應而變寬，并且工作電流增加。

而且，隨著相變隨機存取存儲器的集成度增加，單元間距減小，并且由于熱而造成干擾，使得相變隨機存取存儲器的可靠性變差。

發明內容

本文描述一種相變隨機存取存儲器及其制造方法，其中相變物質在低溫下嵌入以降低所述相變隨機存取存儲器的工作電流和提高所述相變隨機存取存儲器的可靠性。

在本發明的一個實施方案中，一種相變隨機存取存儲器包括：半導體襯底，其具有形成在所述半導體襯底之上的底電極；和形成在所述底電極上的相變層，其中所述相變層包括第一相變層和第二相變層，所述第一相變層形成在所述底電極之上并且包括第一元素、第二元素和第三元素中的至少一種；所述第二相變層形成在所述第一相變層的表面之上，并由所述第一元素形成以防止所述第一相變層的區域通過擴散而增加。

在本發明的另一實施方案中，一種相變隨機存取存儲器包括：半導體襯底，其具有形成在所述半導體襯底之上的底電極；和形成在所述底電極之上的相變層，其中所述相變層包括第一相變層和第二相變層，所述第一相變層形成在所述底電極之上，并且包括第一元素與第二元素的二元化合物、第一元素與第三元素的二元化合物和第二元素與第三元素的二元化合物中的任一種；所述第二相變層形成在所述第一相變層的表面之上，并包括所述第一元素與第二元素的二元化合物或所述第一元素與第三元素的二元化合物，其中所述第一元素在所述第二相變層中的比例為使得防止所述第一相變層的區域通過擴散而增加。

在本發明的又一實施方案中，一種相變隨機存取存儲器包括：半導體襯底，其具有形成在所述半導體襯底之上的底電極；和形成在所述底電極之上的相變層，其中所述相變層包括第一相變層和第二相變層，所述第一相變層形成在所述底電極之上，并且包括第一元素、第二元素與第三元素的三元化合物；所述第二相變層形成在所述第一相變層的表面之上，并由所述第一元素、第二元素與第三元素的三元化合物形成，其中所述第一元素的比例為使得防止所述第一相變層的區域通過擴散而增加。

在本發明的另一實施方案中，一種用于制造相變隨機存取存儲器的方法包括：在半導體襯底之上形成底電極；使用第一元素、第二元素和第三元素中的至少一種，在所述底電極之上形成第一相變層；以及使用所述第一元素在所述第一相變層的表面之上形成第二相變層。

在本發明的又一實施方案中，一種用于制造相變隨機存取存儲器的方法包括：在半導體襯底之上形成底電極；使用第一元素與第二元素的二元化合物、第一元素與第三元素的二元化合物和第二元素與第三元素的二元化合物中的任一種，在所述底電極之上形成第一相變層；以及使用所述第一元素與第二元素的二元化合物或所述第一元素與第三元素的二元化合物，在所述第一相變層的表面之上形成第二相變層。

在本發明的再一實施方案中，一種用于制造相變隨機存取存儲器的方法包括：在半導體襯底之上形成底電極；使用第一元素、第二元素與第三元素的三元化合物，在所述底電極之上形成第一相變層；以及使用所述第一元素、第二元素與第三元素的三元化合物，在所述第一相變層的表面之上形成第二相變層。