[发明专利]相变存储器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种相变存储器及其形成方法。

背景技术

相变存储器(Phase Change Random Access Memory，PCRAM)技术是基于S.R.Ovshinsky在20世纪60年代末提出相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的。作为一种新兴的非易失性存储技术，相变存储器在读写速度、读写次数、数据保持时间、单元面积、多值实现等诸多方面对快闪存储器都具有较大的优越性，已成为目前不挥发存储技术研究的焦点。

在相变存储器中，可以通过对记录了数据的相变层进行热处理，来改变存储器的值。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。

现有技术一般会在相变存储器的下电极与相变层之间加入一个尺寸更小的底部接触电极以提高相变存储器的效率，但是现有形成相变存储器的工艺步骤较为复杂，工艺成本较高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种相变存储器及其形成方法，降低相变存储器的工艺成本并提高相变存储器的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种相变存储器的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底内具有底部电极，所述底部电极的表面与衬底表面齐平；在所述衬底和底部电极表面形成掩膜层；在所述掩膜层内形成第一开口，所述第一开口暴露出所述底部电极的表面；在所述第一开口侧壁表面形成侧墙，侧墙底部之间暴露出部分底部电极的表面，所述侧墙底部之间的距离小于侧墙顶部之间的距离；在所述侧墙之间的底部电极表面形成加热层以及位于所述加热层表面并填充满所述第一开口的相变层，所述加热层的表面低于掩膜层的表面；在所述相变层和掩膜层表面形成顶部电极。

可选的，所述衬底内还具有外围金属互连结构，所述外围金属互连结构的表面与衬底表面齐平。

可选的，还包括：在形成所述第一开口之前，在所述掩膜层内形成第二开口，所述第二开口暴露出外围金属互连结构的表面；在所述外围金属互连结构表面形成填充满所述第二开口的金属层，所述金属层的表面与掩膜层的表面齐平。

可选的，所述相变层的材料为硫族化合物。

可选的，所述相变层的材料为Si-Sb-Te、Ge-Sb-Te、Ag-In-Te或Ge-Bi-Te化合物。

可选的，所述侧墙底部之间暴露出的部分底部电极的表面宽度为10nm～80nm。

可选的，形成所述侧墙的方法包括：在所述第一开口内壁表面和掩膜层表面形成侧墙材料层；采用无掩膜刻蚀工艺，刻蚀所述侧墙材料层，去除所述掩膜层表面以及第一开口底部表面的部分侧墙材料层，形成覆盖第一开口侧壁表面的侧墙。

可选的，所述侧墙的材料为SiN。

可选的，形成所述加热层的方法包括：在所述掩膜层表面、侧墙表面以及侧墙之间的底部电极表面形成加热材料层；回刻蚀所述加热材料层，去除所述掩膜层表面的加热材料层以及侧墙表面的部分加热材料层，形成所述加热层。

可选的，形成所述加热材料层的方法为物理气相沉积。

可选的，采用干法刻蚀工艺回刻蚀所述加热材料层。

可选的，所述加热材料层的厚度小于20nm。

可选的，所述加热材料层的材料为TiN、Ti、TaN或Ta。

为解决上述问题，本发明还提供一种相变存储器，包括：衬底；位于所述衬底内的底部电极，所述底部电极的表面与衬底表面齐平；位于所述衬底和底部电极表面的掩膜层；位于所述掩膜层内的第一开口，所述第一开口底部位于底部电极的表面；位于所述第一开口侧壁表面的侧墙，侧墙底部之间暴露出部分底部电极的表面，所述侧墙底部之间的距离小于侧墙顶部之间的距离；位于侧墙底部之间的底部电极表面的加热层；位于所述加热层表面并填充满所述第一开口的相变层；位于所述相变层和掩膜层表面的顶部电极。

可选的，还包括：位于所述衬底内的外围金属互连结构，所述外围金属互连结构的表面与衬底表面齐平。

可选的，还包括：位于所述掩膜层内的第二开口，所述第二开口的底部位于外围金属互连结构的表面；位于所述外围金属互连结构表面并填充满所述第二开口的金属层，所述金属层的表面与掩膜层的表面齐平。

可选的，所述侧墙底部之间暴露出的部分底部电极的表面宽度为10nm～80nm。