相变存储器件及其制造方法技术

一种相变存储器件及其制造方法，所述相变存储器件在其存储节点中包括相变层，还包括：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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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 )中的恶化及热损一毛。技术背景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lla形成于底部电极12的侧表面上，和第二绝缘层llb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llb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IB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),由此导致热损库毛及改变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。
技术实现思路
本专利技术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。根据本专利技术的一方面，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。根据本专利技术的另 一方面，提供了 一种在存储节点中包含相变层的相变存 储器件的制造方法，所述方法包括(a)打开第一绝缘层，和形成并平坦化 底部电极和底部电极接触层；(b)在第一绝缘层和底部电极上形成第二绝缘 层，并形成宽度小于底部电极的孔洞以暴露底部电极；(c)在第二绝缘层上 并在孔洞中形成相变层；(d)在相变层上形成上部电极。步骤(a)包括形成第一绝缘层；打开第一绝缘层，和形成底部电极 并蚀刻掉所述底部电极的顶端部分；在底部电纟及上添加相变材料；以及对所 述相变材料进行平坦化以形成底部电极接触层。附图说明通过参考附图对其示范实施例的详细描述，本专利技术的上述及其他特性及 优点将呈现得更为明显，其中图1A和1B是传统的相变存储器件的截面图；图2是依照本专利技术一个实施例的相变存储器件的截面图，图示了存储节 点区；图3是图2所示相变存储器件连接到晶体管的截面图； 面图；以及图5A和5B图示出当电流通过依照本专利技术实施例的相变存储器件的下 部及上部电极提供时各区域的温度测量结果。具体实施方式下面将参考示出了本专利技术示范实施例的附图对本专利技术进行更全面的说明。为清楚起见，在附图中，放大了层和区域的厚度。图2的截面示了依照本专利技术实施例的相变存储器件的存储节点区。 参见图2，底部电极接触(BEC)层23形成于底部电极22上。BEC层23的宽度可以等于底部电极22或与之近似。第一绝缘层21a可以形成于底部电极22的侧表面和BEC层23的侧表面上。第一相变层24a和第二绝缘 层21b形成于BEC层23上。第一相变层24a的宽度可以相对小于BEC层 23的宽度。第二相变层24b形成于第一相变层24a和第二绝缘层21b上，以 及接触层25和上部电极26依次形成于第二相变层24b上。如果需要，在底 部电极22和BEC层23之间可进一步形成作为阻挡金属(BM)层的Ti/TiN 薄层。在依照本专利技术当前实施例的相变存储器件中，BEC层23和第一相变层 24a可以采用相同类型的材料制成。例如，BEC层23、第一相变层24a和第 二相变层24b可由Ge2Sb2TeGST)制成。底部电极22和上部电极26可采用 传统存储器件中使用的任何导电材料制成。例如，底部电极22和上部电极 26可由贵金属制成。接触层25可由Ti材料制成。在相变存储器件工作并且 电流通过底部电极22和上部电极26施加时，发生相变的PV区27形成于 BEC层23和第一相变层24a之间。由于PV区27形成于BEC层23和第一相变层24a的界面，而BEC层 23和第一相变层24a由同种材料制成，因此可避免在不同种材料的界面处产 生的界面恶化及热损耗。由于BEC层23、第一相变层24a和第二相变层24b 由同 一种相变材料制成，依照当前实施例的相变存储器件可以是I形相变存 储器件。图3是根据本专利技术 一 个实施例所述的相变存储器件电连接到作为开关器 件的晶体管的截面图的。参见图3，与源极32a和漏极32b接触的栅绝缘层 33及栅电极层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器件，包括在其存储节点中的相变层，所述相变存储器件包括：底部电极；底部电极接触层，由相变材料制成且安置在所述底部电极上；第一相变层，宽度小于所述底部电极接触层且安置在所述底部电极接触层上；第二相变层，宽度大于所述第一相变层且安置在所述第一相变层上；以及上部电极，安置在所述第二相变层上。

【技术特征摘要】
KR 2007-1-5 1696/071.一种相变存储器件，包括在其存储节点中的相变层，所述相变存储器件包括底部电极；底部电极接触层，由相变材料制成且安置在所述底部电极上；第一相变层，宽度小于所述底部电极接触层且安置在所述底部电极接触层上；第二相变层，宽度大于所述第一相变层且安置在所述第一相变层上；以及上部电极，安置在所述第二相变层上。2. 根据权利要求1所述的相变存储器件，还包括第一绝缘层，形成于所述底部电极和所述底部电极接触层的侧表面上；以及形成于所述第一相变层的侧表面上的第二绝缘层。3. 根据权利要求1或2所述的相变存储器件，其中所述底部电极接触层、 所述第 一相变层和所述第二相变层由同类相变材料制成。4. 根据权利要求1或2所述的相变存储器件，其中所述底部电极层、所 述第 一相变层和所述第二相变层由相变材料Ge2Sb2Te5制成。5. 根据权利要求1或2所述的相变存储器件，其中程序值(PV)区形 成于所述底部电极接触层和所述第一相变层之间的界面处。6. 根据权利要求1或2所述的相变存储器件，还包括插置在所述底部电 极和所述底部电极接触层之间的Ti或TiN薄层。7. 根据权利要求1或2所述的相变存储器件，还包括 具有源极区和漏极区的半导体基板；安置在所述半导体基板上的与所述源...

【专利技术属性】
技术研发人员：申雄澈，金基俊，许智贤，李孝锡，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]