[发明专利]相变存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变存储器及其制造方法，更特别地，涉及一种包括通过选择生长法形成的相变层的相变存储器及其制造方法。

背景技术

常规相变材料可以根据温度在晶态和非晶态之间转变。晶态的相变材料的电阻低于非晶态的电阻。相变材料的晶态和非晶态可以是可逆的。当相变材料应用于存储器时，该器件称为相变存储器。

常规相变存储器可包括经由接触塞(contact plug)电连接至晶体管的源区或漏区的相变材料层。可以使用源自相变材料层的晶态改变的电阻差异来驱动相变存储器。

在常规制造工艺中，可以通过在顺序沉积相变材料层和上电极之后顺序蚀刻该上电极和相变材料层来形成存储节点。

然而，在常规制造工艺中，当蚀刻相变材料层时，相变材料层的侧面会被损坏且该损坏会影响常规相变存储器的特性。例如，蚀刻气体会穿入相对弱的相变材料层中及其下面的界面中，这会负面影响相变材料层的编程体积(program volume)。

在另一常规相变存储器中，其中相变材料层形成在接触孔中的相对受限制的结构可具有较低的重置电流。在该常规相变存储器中，当在接触孔内形成相变材料层时，接触孔的开口会被悬突(overhang)限制或阻挡。因此，缝(seam)或空洞(void)可形成在相变材料层中。相变材料层中的缝或空洞可增大相变材料层的设置电阻(set resistance)。另外，缝或空洞的尺寸和形状会根据每个单元的接触孔轮廓的差异而改变。这会导致单元之间设置电阻、重置电阻(reset resistance)和/或重置电流的较大偏差。

发明内容

示例性实施例涉及半导体存储器及其制造方法，例如包括由选择生长法形成的相变层的相变存储器。

示例性实施例提供相变材料层中具有减少的蚀刻损坏的相变存储器。示例性实施例还提供制造相变存储器的方法。

至少一个示例性实施例提供一种相变存储器。根据至少该示例性实施例，存储节点可包括相变层。开关器件可连接到存储节点。相变层可选择生长在籽层上。

至少另一示例性实施例提供一种相变存储器。根据至少该示例性实施例，存储节点可包括相变层，开关器件可连接到该存储节点。该相变层可选择生长在下电极上。

至少再一示例性实施例提供一种相变存储器。根据至少该示例性实施例，存储节点可包括下电极和相变层。开关器件可连接到该存储节点。该下电极和该相变层可顺序堆叠在相同的接触孔中。

根据示例性实施例，籽层可形成在下电极上。籽层可以是从由硫族化物层、导电过渡金属层、过渡金属氮化物层、三元氮化物层、金属氧化物层等组成的或包含它们的组中选择的层。该相变存储器还可包括形成在下电极和籽层之间的下电极接触层。

根据至少一些示例性实施例，部分下电极可形成在接触孔的第一部分中且相变层可形成在接触孔的第二部分中。接触孔可包括整个下电极和相变层。下电极可以包括下电极接触层和连接部分。下电极接触层可以至少部分地填充接触孔。连接部分可以连接下电极接触层和开关器件。

至少又一示例性实施例提供一种制造相变存储器的方法。根据至少该示例性实施例，绝缘中间层可形成在半导体衬底上。绝缘中间层可形成为覆盖开关器件。可以形成连接到开关器件的下电极。下电极接触层可以形成在下电极上。相变层可以选择生长在下电极接触层上。

至少又一示例性实施例提供一种制造相变存储器的方法。根据至少该示例性实施例，绝缘中间层可以形成在包括开关器件的半导体衬底上。绝缘中间层可以形成为覆盖开关器件。下电极可以连接到开关器件。相变层可以选择生长在下电极上。

根据至少一些示例性实施例，绝缘层可以在选择生长相变层之后形成。该绝缘层可以围绕相变层的侧壁。相变层可以通过在下电极接触层上形成籽层并在该籽层上选择生长相变层来形成。绝缘层可以通过形成覆盖相变层的绝缘层并平坦化绝缘层的顶表面至暴露该相变层来形成。

根据至少一些示例性实施例，籽层可以是从由硫族化物层、导电过渡金属层、过渡金属氮化物层、三元氮化物层、过渡金属氧化物层等组成的或包含它们的组中选择的层。在至少该示例性实施例中，硫族化物层可以是从由Ge层、Sb层、GeTe层、GeSbTe层等组成的或包含它们的组中选择的层。