[發(fā)明專利]相變存儲器及其制造方法和電子設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610044348.X
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN106997924B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 汪昌州
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;中芯國際集成電路制造(北京)有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 31237 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 屈蘅;李時云<國際申請>=<國際公布>=

本發(fā)明提供一種相變存儲器及其制造方法和電子設備，在相變層頂部形成了一層氮濃度較大的第一頂部電極層以及一層電極金屬濃度較大的第二頂部電極層，通過第一頂部電極層中富含的氮來抑制電極金屬原子或離子向相變層中擴散，避免相變層內部相的分離并抑制與相變層的剝離，同時第二頂部電極層中富含的自由電極金屬原子或金屬離子，能夠提高導電能力，減少功耗，且第一頂部電極層和第二頂部電極層的高低的含氮量能夠調整對膜厚給相變層帶來的膜壓分布，進一步抑制相變層的剝離。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種相變存儲器及其制造方法和電子設備。

背景技術

相變存儲器(Phase Change Random Access Memory，PCRAM)是近年來興起的一種非揮發(fā)性半導體存儲器，可以制作在硅晶片襯底上，其關鍵材料是可記錄的相變薄膜、加熱電極材料、絕熱材料和引出電極材料等，其基本原理是利用電脈沖信號作用于器件單元上，使相變材料在非晶態(tài)與多晶態(tài)之間發(fā)生可逆相變，通過分辨非晶態(tài)時的高阻與多晶態(tài)時的低阻，實現信息的寫入、擦除和讀出操作。與傳統(tǒng)的存儲器相比，它具有存儲單元尺寸小、高讀寫速度、高可擦寫次數、非易失性、低功耗、循環(huán)壽命長、優(yōu)異的抗強震動和抗輻射性能等優(yōu)點。基于上述優(yōu)點，相變存儲器不僅能夠取代現有的存儲器，而且還在普通存儲器達不到的一些領域(諸如航天技術和軍事等領域)產生新的應用，被國際半導體工業(yè)協(xié)會認為最有可能取代目前的閃存存儲器而成為未來存儲器主流產品和最先成為商用產品的器件。

圖1是現有技術的相變存儲器單元的剖視圖。如圖1所示，相變存儲器單元100包括底部電極101、相變插塞102和頂部電極103。底部電極101、相變插塞102和頂部電極103由介電層104包圍以與周圍器件隔離。相變插塞102由相變材料(例如Ge-Sb-Te相變材料)形成。不同強度的電流流經相變插塞102，通過電流流過相變插塞102所產生的熱效應將相變材料由晶態(tài)(SET態(tài))轉變?yōu)榉蔷B(tài)(RESET態(tài))，即可以對相變材料進行復位(RESET)操作。具體地，一個較低的電流經底部電極101對相變插塞102加熱，使相變插塞102的相變材料的溫度超過其相變溫度，相變插塞102的相變材料逐漸結晶并呈現低阻態(tài),這種狀態(tài)轉變稱為“置位”(Set)操作，當相變插塞102處于結晶狀態(tài)時，該相變存儲器單元的的電阻較低，此時該相變存儲器單元的賦值為“0”；反之，需要大到足以融化相變材料的電流流經該相變存儲器單元，而此電流作用時間很短，相變材料在快速冷卻的過程中，從熔化態(tài)變?yōu)榉蔷B(tài)，使得相變材料呈現高阻態(tài)，這種狀態(tài)轉變稱為“復位”(Reset)操作，此時該相變存儲器單元的電阻較高，該相變存儲器單元的賦值為“1”。也就是說，相變存儲器是利用相變層處于結晶狀態(tài)(低阻態(tài))或非晶狀態(tài)(高阻態(tài))時的電阻差異來寫入/讀取數據的非揮發(fā)性存儲器。

在相變存儲器中，頂部電極的性能會直接影響相變存儲器的性能。發(fā)明人發(fā)現，由于相變存儲器的頂部電極直接接觸相變層表面，頂部電極與相變層之間的元素擴散，會降低相變層的表面粘附力，甚至會引起相變層內部相的分離現象，例如產生新的相Ti-Te，進而有可能導致相變層與頂部電極之間剝離，降低相變存儲器的讀寫速率以及可靠性，嚴重影響所形成相變存儲器的良率。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種相變存儲器及其制造方法和電子設備，能夠阻止頂部電極與相變層之間的元素擴散，避免相變層內部相的分離現象，同時抑制頂部電極與相變層的剝離，使所形成的相變存儲器的性能改善。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種相變存儲器的制造方法，包括：

提供一半導體襯底，所述半導體襯底的表面上形成有相變層；

在所述相變層的表面上依次形成第一頂部電極層和第二頂部電極層，且所述第一頂部電極層中氮濃度大于所述第二頂部電極層中的氮濃度，所述第一頂部電極層中的電極金屬的濃度小于所述第二頂部電極層中的電極金屬的濃度。

進一步的，所述第一頂部電極層的電極金屬材料與所述第二頂部電極層的電極金屬材料相同。