[发明专利]形成可变电阻存储器件的方法

说明书

技术领域

示例实施方式涉及可变电阻存储器件的电极以及使用该电极的可变电阻半导体存储器件的形成方法。

背景技术

半导体存储器件可分为易失性存储器件和非易失性存储器件。即使在非易失性存储器件的电源被切断时，非易失性存储器件也能保持其储存的数据。非易失性存储器件的示例可包括可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电EPROM(EEPROM)、以及闪存器件。对能重复进行读写操作的非易失性存储器件的需求已经增大。

关于非易失性存储器件，可变电阻存储器件例如电阻随机存取存储器(ReRAM)和相变随机存取存储器(PRAM)当前正在被开发。构成这些可变电阻存储器件的材料根据电流或电压具有可变电阻值且即使在电流或电压源被切断时也维持其电阻值。

PRAM使用相变材料，例如，硫族化物(chalcogenide)。相变材料根据温度变化而具有晶体态和非晶态。当非晶态的相变材料层在结晶温度和熔点温度之间的温度下被加热预定时间且然后被冷却时，它从非晶态变为晶体态(设置编程)。相反，当相变材料层在比熔点温度更高的温度下被加热且然后被急剧冷却时，它从晶体态变为非晶态(重置编程)。

发明内容

示例实施方式提供一种可变电阻半导体存储器件及其形成方法。

示例实施方式提供形成可变电阻存储器件的方法，该方法可包括：形成加热电极；在该加热电极上形成可变电阻材料层；以及在该可变电阻材料层上形成顶电极。在示例实施方式中，该加热电极可包括金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛(Ti)的原子半径，且该加热电极可通过热化学气相沉积方法形成而没有使用等离子体。

根据示例实施方式，一种形成可变电阻存储器件的方法可包括：形成加热电极；在该加热电极上形成可变电阻材料层；以及在该可变电阻材料层上形成顶电极。在示例实施方式中，该加热电极可包括金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛的原子半径，且该加热电极通过热化学气相沉积方法形成而没有使用等离子体。

根据示例实施方式，一种可变电阻存储器件可包括加热电极、在该加热电极上的可变电阻材料层、以及在该可变电阻材料层上的顶电极。在示例实施方式中，该加热电极可包括金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛(Ti)的原子半径，且该加热电极具有大于约5000μΩ·cm的电阻率。

在示例实施方式中，加热电极的金属可具有在约68pm和约108pm之间的离子半径。金属的氮化物可选自包括钽(Ta)、锆(Zr)、镝(Dy)和铌(Nb)的组。金属的氮化物还可包括碳(C)。金属的氮化物可包括TaCN。加热电极可具有大于约5000μΩ·cm的电阻率。热化学气相沉积方法可使用第一反应气体和第二气体来实施，该第一反应气体可包括钽卤化物衍生物或钽胺衍生物，该第二气体可包括选自由H₂、NH₃、SiH₄和Si₂H₆组成的组的材料。热化学气相沉积方法可在约100℃至约550℃的温度范围进行第一反应气体和第二气体的反应。可变电阻材料层可包括基于硫族化物的相变材料。该方法还可包括用氢或卤素元素对该可变电阻材料层进行热处理操作或等离子体处理操作。

在示例实施方式中，可变电阻存储器件可包括加热电极、在该加热电极上的可变电阻材料层、以及在该可变电阻材料层上的顶电极。在示例实施方式中，该加热电极可包括金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛(Ti)的原子半径，且该加热电极可具有大于约5000μΩ·cm的电阻率。

在示例实施方式中，该可变电阻材料层可关于单位单元储存2位以上的电阻状态。该可变电阻材料层可包括在非晶态具有各自不同的电阻值的两个以上相变材料层。所述各自不同的两个以上相变材料层可具有各自不同的体积。所述各自不同的两个以上相变材料层中的一个相变材料层可接触该加热电极，接触加热电极的所述一个相变材料层可具有比该可变电阻材料层中的其他相变材料层更小的非晶态电阻值。

附图说明

包括附图以提供对示例实施方式的进一步理解，附图并入在本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出示例实施方式，并与文字描述一起用于说明示例实施方式的原理。附图中：

图1是曲线图，示出硫族元素(chalcogen)非晶材料的电阻漂移；

图2是曲线图，示出多级相变存储器件中数据状态的分布改变；

图3A至3C是示出根据示例实施方式形成可变电阻存储器件的方法的视图；

图4是流程图，示出根据示例实施方式形成金属氮化物层的方法；