[发明专利]相变存储器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种相变存储器件及其制造方法。

前景技术

随着信息产业的高速发展，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。相变存储器件(PhaseChange-Random Access Memory，PC-RAM)由于具有高效读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、成本低、可多级存储、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器，而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。

相变存储器件包括由相变材料制成的相变层，相变材料处于晶态和晶态时的电阻有很大不同，即相变材料可具有两相，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，目前已开发出很多相变材料，例如，GST(Ge₂Sb₂Te₅)是一种传统采用的相变材料。

具体的说，在相变存储器件中，为了从非晶态转变到晶态，需要供应相变材料超过能量势垒的热量。非晶态表现出更高的电阻，对应数字值“1”，晶态表现出更低的电阻，对应数字值“0”，当电流通过电极时，在相变层和底部电极之间的接触区产生焦耳热，从而导致在晶态和非晶态之间产生可逆相变，以记录信息。其中集中发生相变的区域叫做程序容积(program volume，PV)区。

更具体的说，在接近熔点的温度供应相变材料以热量之后，当相变材料迅速冷却后，它转变为非晶态。在低于熔点的结晶温度长时间地供应相变材料以热量之后，当相变材料冷却时，它转变为晶态。以GST为例，在接近熔点(约610℃)的温度，在短时间(1至10ns)内供应GST以热量之后，当GST在约1ns内迅速冷却时，它转变为非晶态。在结晶温度(约450℃)，长时间(30至50ns)地供应GST以热量之后，当GST冷却时，它转变为晶态。

具体请参考图1，其为现有的相变存储器件的剖面示意图。如图所示，半导体基底11包括晶体管(未图示)，形成于半导体基底11上的中间绝缘层(inter-insulating layer)13，贯穿中间绝缘层13的插塞(contact plug)12，由GST构成的相变层14形成于中间绝缘层13上，上部电极15形成于相变层14上，其中虚线所示区域既是程序容积区，该插塞12有连接下部的晶体管和上部的相变层14的作用。

用于相变存储器件中的相变层材料，例如GST，需要发生相变以获得可靠的相变存储器件。而程序容积区的区域越小，即相变层与插塞的接触面积越小，能够有效加热相变层使其发生相变的电流越小，即相变存储器件所需的操作电流越小，其所需的功耗越小。

经过现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为200510110783.X的专利“采用硫系化合物纳米材料制备相变存储器器件单元的方法”，通过在一维绝缘的纳米材料表面覆盖一层硫系化合物薄膜，制备出硫系化合物纳米材料，进而再采用纳米加工技术，把硫系化合物纳米材料与相变存储器器件单元的电极集合在一起，制备出纳米尺度的相变存储器器件单元，提高相变层有效相变区域的热效率，降低操作电流，减小功耗。

美国专利申请号为US20060266992的专利“半导体存储器件及其制造方法中，通过在硫属化物材料层和层间绝缘膜之间、以及硫属化物材料层和插塞之间，插入兼具了结合层和高电阻层(热电阻层)的功能的、由极薄的绝缘体或半导体构成的界面层，减小相变存储器的操作电流。

美国专利申请号为US20080042118的专利“热效率下降最小化的相变存储器件及其制造方法”中，提供了一种相变存储器件，所述相变存储器件具有不同材料的接触插塞，所述不同材料接触插塞包括第一导电材料插塞和第二导电材料插塞，第二导电材料插塞的电阻率小于第一导电材料插塞的电阻率，以降低来自相变层上面的电极的热辐射。

发明内容

本发明提供一种相变存储器件及其制造方法，通过减小相变层和底部电极的接触面积，使得相变层仅需要施加小量的操作电流即可发生相变，且所述第二相变层的截面宽度大于第一相变层的截面宽度，可减少相变层的热量散失，减小了功耗，提高相变存储器件的成品率和可靠性。