[发明专利]相变存储器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种相变存储器及其形成方法。

背景技术

相变存储器作为一种新兴的非易失性存储技术，在读写速度、读写次数、数据保持时间、单元面积、多值实现等诸多方面较快闪存储器FLASH都具有较大的优越性，成为目前不挥发存储技术研究的焦点。相变存储技术的不断进步使之成为未来不挥发存储技术市场的主流产品。

在相变存储器（PCRAM）中，可以通过对记录了数据的相变层进行热处理，而改变存储器的值。构成相变层的相变材料会由于所施加电流的加热效果而进入结晶状态或非晶状态。当相变层处于结晶状态时，PCRAM的电阻较低，此时存储器赋值为“0”。当相变层处于非晶状态时，PCRAM的电阻较高，此时存储器赋值为“1”。因此，PCRAM是利用当相变层处于结晶状态或非晶状态时的电阻差异来写入/读取数据的非易失性存储器。

现有技术形成相变存储器的方法为：

如图1所示，提供半导体衬底101，所述半导体衬底101内形成有底部电极层103；形成覆盖所述底部电极层103和半导体衬底101的绝缘层105，刻蚀所述绝缘层105形成沟槽（未图示），所述沟槽底部暴露出半导体衬底101内的所述底部电极层103；

如图2所示，在所述沟槽内填充相变层107；

如图3所示，平坦化所述相变层107（如图2所示），使所述相变层107a与所述绝缘层105齐平；

如图4所示，形成覆盖所述相变层107a和绝缘层105的隔离层109，并刻蚀所述隔离层109形成开口（未图示），所述开口暴露出所述相变层107a的表面；在所述开口中形成顶部电极层111。

其中，相变层107a的晶态转变过程需要加热，该加热一般是使用底部电极层103对相变层13进行加热，而顶部电极层111仅起到互连作用。底部电极层103对相变层13的加热效果好坏将直接影响相变存储器的读写速率。

然而，现有技术形成的相变存储器的性能仍然有待提高，更多关于相变存储器及其形成方法，请参考公开号为“US20020319751”的美国专利。

发明内容

本发明解决的问题是提高一种性能优越的相变存储器及其形成方法。

为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种相变存储器的形成方法，包括：

提供基底，所述基底表面形成有第一绝缘层，所述第一绝缘层内形成有开口；形成覆盖所述开口侧壁的第一导电层；采用离子注入工艺向所述第一导电层内注入离子，使部分所述第一导电层形成第二绝缘层，剩余部分的第一导电层形成底部电极层，所述第二绝缘层、底部电极层表面与第一绝缘层表面齐平；待形成底部电极层后，在所述开口内形成第三绝缘层，所述第三绝缘层表面与所述第一绝缘层表面齐平；在所述第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层和底部电极层表面形成相变层；形成位于所述相变层表面的顶部电极层。

可选地，所述向所述第一导电层内注入离子的氧离子或氮离子。

可选地，所述离子注入工艺时离子注入的方向与第一绝缘层表面呈10度-60度。

可选地，所述离子注入工艺时离子注入的方向与第一绝缘层表面呈30度-45度。

可选地，所述离子注入工艺的次数为1-3次。

可选地，当离子注入工艺的次数为2次时，在完成第1次离子注入工艺后，将基底旋转90度或180度，进行第2次离子注入工艺。

可选地，当离子注入工艺的次数为3次时，在完成第1次离子注入工艺后，将基底旋转90度，进行第2次离子注入工艺，然后将基底再旋转90度，进行第3次离子注入工艺。

可选地，所述第一导电层的材料为氮化钛、钛、钽、氮化钽、铝、银和硅中的一种或多种组合。

可选地，还包括：在形成第二绝缘层前，形成覆盖开口底部的第二导电层，所述第二导电层表面低于所述第一绝缘层表面，所述第二导电层和剩余的第一导电层共同形成底部电极层。

可选地，所述开口包括第一子开口和第二子开口，所述第二子开口位于第一子开口的底部，且所述第二子开口的宽度大于所述第一子开口的宽度，所述第二导电层填充满所述第二子开口，所述第一导电层位于所述第一子开口的侧壁。

可选地，所述第二导电层的材料为钨和铜中的一种或组合。

可选地，所述开口沿第一绝缘层表面的截面为圆形、椭圆形、方形或三角形。

可选地，所述相变层的材料为Ge_iSb_jTe_k，且0＜i，j，k＜1，i+j+k=1。