[發明專利]相變存儲器及其形成方法

在審

• 申請號: 201410598522.6
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN105552217A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 伏廣才;李志超
• 申請（專利權）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;H01L27/24
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 高靜;駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體領域，具體涉及一種相變存儲器及其形成方法。

背景技術

隨著信息技術的發展，市場對存儲器件的需求越來越大，這種需要促進 了存儲器件朝著高性能、低壓、低功耗、高速及高密度方向發展。

相變存儲器(phasechangeRandomAccessMemory,PCRAM)是在CMOS 集成電路基礎上發展起來的一種非易失性存儲器，其使用周期表中V族或VI 族的一種或一種以上元素的合金作為相變電阻，用相變電阻作為存儲單元， 構成相變層的相變材料會由于所施加電流的加熱效果而進入結晶狀態或非晶 狀態，進而相變材料能夠從有序的晶態(電阻較低)快速轉變為無序的非晶 態(電阻較高)；當相變層處于結晶狀態時，相變存儲器的電阻較低，此時 存儲器賦值為“0”。當相變層處于非晶狀態時，相變存儲器電阻較高，此時 存儲器賦值為“1”。因此，相變存儲器是利用當相變層處于結晶狀態或非晶 狀態時的電阻差異來寫入/讀取數據的非易失性存儲器。

然而現有技術中的相變存儲器的性能仍然不夠理想，如何進一步提升相 變存儲器的性能成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種相變存儲器的形成方法，以提升相變存儲 器的性能。

為解決上述問題，本發明提供一種相變存儲器的形成方法，包括：

提供襯底；

在所述襯底上形成包含碳化鈦的底部電極；

在所述底部電極上形成與所述底部電極相接觸的相變層；

在所述相變層上形成頂部電極。

可選的，形成底部電極的步驟包括：

采用原子層沉積、化學氣相沉積或者物理氣相沉積的方式形成所述包含 碳化鈦的底部電極。

可選的，底部電極的材料為摻雜有氮的碳化鈦。

可選的，采用化學氣相沉積的方式形成所述底部電極，并采用四氯化鈦 氣體、甲烷氣體以及氨氣作為化學氣相沉積的反應物。

可選的，化學氣相沉積形成所述摻雜有氮的碳化鈦的底部電極的步驟包 括：使沉積環境壓強在0～40托的范圍內，溫度在300～700攝氏度的范圍內， 反應氣體流量在0～500標況毫升每分的范圍內。

可選的，底部電極的材料為TiCxN1-x，其中x的取值在0～0.5的范圍內。

可選的，形成底部電極的步驟包括：

在所述襯底上形成層間介質層；

在所述層間介質層中形成開口；

在所述開口以及層間介質層的表面形成包含碳化鈦的材料層；

去除部分所述包含碳化鈦的材料層，僅保留位于開口中的包含碳化鈦的 材料層，以在所述開口中形成所述底部電極。

可選的，相變層的材料由GeSbTe、H₂Se、GeH₄或者SbH₃的一種或其組合 形成。

可選的，在形成相變層的步驟之后，在形成頂部電極的步驟之前，所述 形成方法還包括：

對所述相變層進行熱處理。

可選的，對相變層進行熱處理的步驟包括：

采用氮氣和氫氣作為熱處理的保護氣，并使熱處理的溫度在310～390攝 氏度的范圍內，熱處理時間在0～10分鐘的范圍內。

可選的，在形成相變層的步驟之后，在形成頂部電極的步驟之前，所述 形成方法還包括：

在所述相變層上形成接觸層；

在所述接觸層上形成蓋帽層；

形成頂部電極的步驟包括：形成貫穿所述蓋帽層，并接觸所述接觸層的 頂部電極。

可選的，蓋帽層的材料為氮化物。

此外，本發明還一種相變存儲器，包括：

襯底；

位于所述襯底上的底部電極，所述底部電極采用包含碳化鈦的材料形成；

位于所述底部電極上，并與所述底部電極相接觸的相變層；

位于所述相變層上的頂部電極。

可選的，所述底部電極的材料為摻雜有氮的碳化鈦。

可選的，底部電極的材料為TiCxN1-x，其中x的取值在0～0.5的范圍內。