相变存储器及其制造方法技术

一种相变存储器及其制造方法，其中相变存储器包括：字线、位线以及相变存储单元，选通管；所述相变存储单元包括底部电极、顶部电极、以及底部电极与顶部电极之间的相变层；所述选通管一端与字线电连接，另一端与底部电极电连接，所述顶部电极与位线电连接；所述底部电极与相变层连接的一端呈倒锥形，且锥顶与相变层形成欧姆接触。与现有的相变存储器相比，本发明专利技术所述相变存储器在同等驱动电流下底部电极对相变层具有更优异的加热效果，从而提高了相变存储器的读写速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体存储器，特别涉及相变存储器(PCRAM，Phase change RAM)及其 制造方法。
技术介绍
相变存储器作为一种新兴的不挥发存储技术，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对快闪存储器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主 流产品最有力的竞争者之一。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，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。随着集成电路制造技术的发展，半导体制造已经进入45nm技术阶段。现有的相变 存储器均采用一选通管一存储单元结构(1T1R，T transistor, R :RAM)，且选通管多用二极 管来获得较大的驱动电流。公开号为CN1832190A的中国专利“使用二极管的相变存储器及 制造方法”提供一种典型的相变存储器结构，如图1所示，包括相互垂直的字线1、位线2以及相变存储单元3，选通二极管4 ；所述相变存储单元包括底部电极301、顶部电极303、以及底部电极301与顶部电 极303之间的相变层302 ；选通二极管4 一端与字线1电连接，另一端与底部电极301电连接，所述顶部电极 303与位线2电连接。在相变存储器中，相变层302的晶态转变过程需要较高的温度，一般使用底部电 极301对相变层302进行加热，而顶部电极303仅起到互连作用。底部电极301对相变302 的加热效果好坏将直接影响相变存储器的读写速率。为了获得良好的加热效果，相变存储 器一般采用大驱动电流，因此其写操作电流要达到ImA左右，然而驱动电流并不能无限制 地上升，大驱动电流会造成外围驱动电路以及逻辑器件的小尺寸化困难。还有一种提高加 热效果的方法是，缩小底部电极301与相变层302的接触面积，提高接触电阻。然而现有工 艺中，底部电极301的形成过程主要是先在间隔层中形成接触孔，然后填充金属，所述接触 孔的顶部宽度总是大于底部，因此所形成的底部电极301呈倒喇叭状，难以进一步缩小底 部电极301与相变层302的接触面积。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种相变存储器结构，其相变存储单元中底部电极与相 变层之间的接触面积较小，使得底部电极对相变层具有更优异的加热效果。本专利技术提供的一种相变存储器，包括字线、位线以及相变存储单元，选通管；所述相变存储单元包括底部电极、顶部电极、以及底部电极与顶部电极之间的相 变层；所述选通管一端与字线电连接，另一端与底部电极电连接，所述顶部电极与位线电连 接；所述底部电极与相变层连接的一端呈倒锥形，且锥顶与相变层形成欧姆接触。作为可选方案，所述底部电极的材料为Co，Ni，W，AL，Cu，Ti以及金属硅化物、多晶 硅中的一种或其组合；所述底部电极的倒锥形一端，优选锥角范围为15 45度。作为可选方案，所述底部电极形成于第一介质层以及第二介质层内，所述第一介 质层位于选通管表面，第二介质层位于第一介质层表面；其中第一介质层以及第二介质层 的材质为氧化硅、氮化硅或有机物绝缘层。本专利技术提供的一种相变存储器的制造方法，包括提供半导体衬底，在半导体衬底上形成字线以及与字线连接的选通管；在所述选通管的表面形成第一介质层；刻蚀所述第一介质层形成通孔，所述通孔底部露出选通管；在所述通孔内填充金属形成底部电极；减薄所述第一介质层，使得底部电极部分露出第一介质层；将底部电极露出第一介质层的部分锥形化；在第一介质层的表面形成第二介质层，所述第二介质层覆盖底部电极；减薄所述第二介质层，直至露出底部电极；在底部电极上形成相变层、顶部电极以及与顶部电极连接的位线。作为可选方案，所述锥形化方法为对底部电极露出第一介质层的部分进行离子轰 击，可以采用氩离子。作为可选方案，所述离子轰击具体为对底部电极露出第一介质层的部分进行RIE 等离子刻蚀；工艺参数为输入含氩气体，压强0. 5 2托，射频功率500 lOOOw，反应时 间1 10分钟。作为可选方案，所述离子轰击具体为使用离子束轰击底部电极露出第一介质层的 部分，且离子束与第一介质层表面形成夹角，同时旋转晶圆；工艺参数为使用氩离子束， 与第一介质层表面形成夹角15 45度，在真空环境下，射频功率500-1000W，晶圆旋转速度 15 50rpm，反应时间1 10分钟。作为可选方案，所述锥形化方法为对底部电极露出第一介质层的部分进行选择性 湿法刻蚀。作为可选方案，所述底部电极锥形化的一端，锥角范围为15 45度。作为可选方案，所述底部电极的材料为Co，Ni，W，AL，Cu，Ti以及金属硅化物、多晶 硅中的一种或其组合；所述第一介质层以及第二介质层为氧化硅、氮化硅或者有机绝缘层。本专利技术所提供的相变存储器中，底部电极与相变层连接的一端呈倒锥形，且锥顶 与相变层形成欧姆接触，两者之间接触面积较小。与现有的相变存储器相比，同等驱动电流 下底部电极对相变层具有更优异的加热效果，从而提高了相变存储器的读写速度。附图说明通过附图中所示的本专利技术的优选实施例的更具体说明，本专利技术的上述及其他目 的、特征和优势将更加清晰。附图中与现有技术相同的部件使用了相同的附图标记。附图 并未按比例绘制，重点在于示出本专利技术的主旨。在附图中为清楚起见，放大了层和区域的尺 寸。图1是现有的相变存储器的剖面结构图；图2是本专利技术所述相变存储器的剖面结构图；图3为本专利技术所述相变存储器制造方法流程图；图4至图11为本专利技术所述相变存储器制造方法工艺的示意图；图7a为本专利技术所述对底部电极露出第一介质层的部分进行锥形化的另一实施例 示意图。具体实施例方式在现有的制造方法所形成的相变存储器中，底部电极为倒喇叭状，顶部的截面相 对底部较大，因此受现有工艺的限制，与相变层的接触面积难以进一步缩小，本专利技术通过将 底部电极的顶部一端锥形化，锥顶与相变层构成欧姆接触，而达到减小接触面积的目的。如图2所示，本专利技术所述的相变存储器，包括字线1、位线2以及相变存储单元3，选通管4 ；所述相变存储单元3包括底部电极301、顶部电极303、以及底部电极301与顶部 电极303之间的相变层302;所述选通管4 一端与字线1电连接，另一端与底部电极301电 连接，所述顶部电极303与位线2电连接；所述底部电极301与相变层302连接的一端呈倒锥形，且锥顶与相变层302形成 欧姆接触。作为可选方案，所述底部电极301的材料为Co，Ni, W，AL, Cu，Ti以及金属硅化物 中的一种或其组合；所述底部电极301的倒锥形一端，优选锥角范围为15 45度。作为可选方案，所述底部电极301形成于第一介质层102以及第二介质层103内， 所述第一介质层102位于选通管4表面，第二介质层103位于第一介质层102表面；其中第 一介质层102以及第二介质层103的材质为氧化硅、氮化硅或有机物绝缘层。在上述结构中，底部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器，其特征在于，包括：字线、位线以及相变存储单元，选通管；所述相变存储单元包括底部电极、顶部电极、以及底部电极与顶部电极之间的相变层；所述选通管一端与字线电连接，另一端与底部电极电连接，所述顶部电极与位线电连接；所述底部电极与相变层连接的一端呈倒锥形，且锥顶与相变层形成欧姆接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪中山，何其旸，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]