[发明专利]相变存储器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体存储器件及其制造方法，更具体地涉及相变存储器件及其制造方法，该相变存储器件包括由相变材料制成的底部电极接触(BEC)层以防止在其编程区域(programming area)中的恶化及热损耗。

背景技术

随着信息基产业的发展，处理大量信息的需求增长。因此，对能够存储大量信息的信息存储媒体的需求也随之增长。响应于对这种信息存储媒体的增长的需求，致力于可快速存储信息的小尺寸信息存储媒体的研究正在展开，并由此现已开发了各种类型的信息存储器件。

例如，作为下一代存储器件进行研究的相变存储器件(PRAM)。通常，相变存储器件包括由相变材料例如硫族化物材料制成的相变层。相变材料在其处于结晶相与非结晶相时的电阻有很大不同。即相变材料可具有两相，其可根据它们的电阻值区分所述两相。随温度的变化相变材料发生可逆变化。目前已经开发了很多相变材料。例如，GST(Ge₂Sb₂Te₅)是一种传统采用的相变材料。

图1A和1B是传统相变存储器件的截面图。具体地，图1A是T型相变存储器件的剖面图，和图1B是限制结构相变存储器件的剖面图。

参见图1A，底部电极接触(BEC)层13形成于底部电极12上。第一绝缘层11a形成于底部电极12的侧表面上，和第二绝缘层11b形成于BEC层13的侧表面上。相变层14形成于BEC层13和第二绝缘层11b上，以及接触层15和上部电极16依次形成在相变层14上。

参见图1B，BEC层103形成于底部电极102上。BEC层103宽度可小于底部电极102。第一绝缘层101a形成于底部电极102的侧表面上，和第二绝缘层101b形成于BEC层103的侧表面上。相变层104形成于BEC层103和第二绝缘层101b上。接触层105和上部电极106依次形成在相变层104上。图1B所示相变存储器件与图1A示出的相变存储器件不同之处在于：BEC层103形成为第二绝缘层101b厚度的一半并且相变层104形成在第二绝缘层101b内。

在相变存储器中，当电流通过下部和上部电极提供时在相变层和底部电极之间的接触区产生焦耳热，从而导致在结晶相和非晶相之间可逆的相变发生，以记录信息。具体地，集中发生相变的区域叫做程序容积(program volume，PV)区。图1A的附图标记17及图1B的107指示PV区。

用于相变存储器件中的相变层材料，例如GST，应当保持其特性以获得可靠的相变存储器件。相变存储器件持久性方面的欠缺归结于几个原因。例如，当相变重复发生时，在PV区和BEC层之间的界面处可发生粘合缺陷。此外，当相变发生时，在相变层和BEC层之间的界面处可产生特定电阻(specific resistance)，由此导致热损耗及改变PV区。由于PV区形成于如图1A及图1B所示的相变层和BEC层之间的界面处，因此这类问题无法得到完全解决。目前正在开展很多致力于解决这类问题的研究，但仍然未获得其解决方案。

发明内容

本发明提供了一种相变存储器件，当相变重复发生时，通过防止在相变层和底部电极接触(BEC)层之间界面处相变存储器件的恶化和热损耗，使得该相变存储器件仅需要施加小量的电流。

根据本发明的一方面，提供了一种在存储节点中包含相变层的相变存储器件，包括：底部电极；安置在底部电极上由相变材料制成的底部电极接触层；安置在底部电极接触层上、宽度小于底部电极接触层的第一相变层；安置在第一相变层上、宽度大于第一相变层的第二相变层；以及安置在第二相变层上的上部电极。

所述相变存储器件还可以包括形成于底部电极和底部电极接触层的侧表面上的第一绝缘层；以及形成于第一相变层的侧表面上的第二绝缘层。

底部电极接触层、第一相变层和第二相变层可使用同种相变材料制成。

底部电极接触层、第一相变层和第二相变层可以使用相变材料Ge₂Sb₂Te₅(GST)制成。

程序值(PV)区可以形成于底部电极接触层和第一相变层之间的界面处。

所述相变存储器件还可以包括插置在底部电极和底部电极接触层之间的Ti或TiN薄层。

所述相变存储器件还可以包括具有源极区和漏极区的半导体基板；安置在半导体基板上、与所述源极区和漏极区之一接触的栅绝缘层；安置在栅绝缘层上的栅电极层；以及形成于漏极区和底部电极之间的接触插塞。