[發(fā)明專利]相變存儲器及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210287381.7
• 申請日: 2012-08-13
• 公開（公告）號: CN103594619A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪中山
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種相變存儲器及其形成方法。

背景技術(shù)

相變存儲器作為一種新興的非易失性存儲技術(shù)，在讀寫速度、讀寫次數(shù)、數(shù)據(jù)保持時間、單元面積、多值實(shí)現(xiàn)等諸多方面較快閃存儲器FLASH都具有較大的優(yōu)越性，成為目前不揮發(fā)存儲技術(shù)研究的焦點(diǎn)。相變存儲技術(shù)的不斷進(jìn)步使之成為未來不揮發(fā)存儲技術(shù)市場的主流產(chǎn)品。

在相變存儲器（PCRAM）中，可以通過對記錄了數(shù)據(jù)的相變層進(jìn)行熱處理，而改變存儲器的值。構(gòu)成相變層的相變材料會由于所施加電流的加熱效果而進(jìn)入結(jié)晶狀態(tài)或非晶狀態(tài)。當(dāng)相變層處于結(jié)晶狀態(tài)時，PCRAM的電阻較低，此時存儲器賦值為“0”。當(dāng)相變層處于非晶狀態(tài)時，PCRAM的電阻較高，此時存儲器賦值為“1”。因此，PCRAM是利用當(dāng)相變層處于結(jié)晶狀態(tài)或非晶狀態(tài)時的電阻差異來寫入/讀取數(shù)據(jù)的非易失性存儲器。

現(xiàn)有技術(shù)形成相變存儲器的方法為：

如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯底101，所述半導(dǎo)體襯底101內(nèi)形成有底部電極層103；形成覆蓋所述底部電極層103和半導(dǎo)體襯底101的絕緣層105，刻蝕所述絕緣層105形成溝槽（未圖示），所述溝槽底部暴露出半導(dǎo)體襯底101內(nèi)的所述底部電極層103；

如圖2所示，在所述溝槽內(nèi)填充相變層107；

如圖3所示，平坦化所述相變層107（如圖2所示），使所述相變層107a與所述絕緣層105齊平；

如圖4所示，形成覆蓋所述相變層107a和絕緣層105的隔離層109，并刻蝕所述隔離層109形成開口（未圖示），所述開口暴露出所述相變層107a的表面；在所述開口中形成頂部電極層111。

其中，相變層107a的晶態(tài)轉(zhuǎn)變過程需要加熱，該加熱一般是使用底部電極層103對相變層13進(jìn)行加熱，而頂部電極層111僅起到互連作用。底部電極層103對相變層13的加熱效果好壞將直接影響相變存儲器的讀寫速率。

然而，現(xiàn)有技術(shù)形成的相變存儲器的性能仍然有待提高，更多關(guān)于相變存儲器及其形成方法，請參考公開號為“US20020319751”的美國專利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提高一種性能優(yōu)越的相變存儲器及其形成方法。

為解決上述問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種相變存儲器的形成方法，包括：

提供基底，所述基底表面形成有第一絕緣層，所述第一絕緣層內(nèi)形成有開口；形成覆蓋所述開口側(cè)壁的第一導(dǎo)電層；采用離子注入工藝向所述第一導(dǎo)電層內(nèi)注入離子，使部分所述第一導(dǎo)電層形成第二絕緣層，剩余部分的第一導(dǎo)電層形成底部電極層，所述第二絕緣層、底部電極層表面與第一絕緣層表面齊平；待形成底部電極層后，在所述開口內(nèi)形成第三絕緣層，所述第三絕緣層表面與所述第一絕緣層表面齊平；在所述第一絕緣層、第二絕緣層、第三絕緣層和底部電極層表面形成相變層；形成位于所述相變層表面的頂部電極層。

可選地，所述向所述第一導(dǎo)電層內(nèi)注入離子的氧離子或氮離子。

可選地，所述離子注入工藝時離子注入的方向與第一絕緣層表面呈10度-60度。

可選地，所述離子注入工藝時離子注入的方向與第一絕緣層表面呈30度-45度。

可選地，所述離子注入工藝的次數(shù)為1-3次。

可選地，當(dāng)離子注入工藝的次數(shù)為2次時，在完成第1次離子注入工藝后，將基底旋轉(zhuǎn)90度或180度，進(jìn)行第2次離子注入工藝。

可選地，當(dāng)離子注入工藝的次數(shù)為3次時，在完成第1次離子注入工藝后，將基底旋轉(zhuǎn)90度，進(jìn)行第2次離子注入工藝，然后將基底再旋轉(zhuǎn)90度，進(jìn)行第3次離子注入工藝。

可選地，所述第一導(dǎo)電層的材料為氮化鈦、鈦、鉭、氮化鉭、鋁、銀和硅中的一種或多種組合。

可選地，還包括：在形成第二絕緣層前，形成覆蓋開口底部的第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層表面低于所述第一絕緣層表面，所述第二導(dǎo)電層和剩余的第一導(dǎo)電層共同形成底部電極層。

可選地，所述開口包括第一子開口和第二子開口，所述第二子開口位于第一子開口的底部，且所述第二子開口的寬度大于所述第一子開口的寬度，所述第二導(dǎo)電層填充滿所述第二子開口，所述第一導(dǎo)電層位于所述第一子開口的側(cè)壁。

可選地，所述第二導(dǎo)電層的材料為鎢和銅中的一種或組合。

可選地，所述開口沿第一絕緣層表面的截面為圓形、橢圓形、方形或三角形。

可選地，所述相變層的材料為Ge_iSb_jTe_k，且0＜i，j，k＜1，i+j+k=1。