[发明专利]相变随机存取存储器及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119(a)要求2011年9月26日提交韩国知识产权局的韩国申请编号10-2011-0096810的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及相变随机存取存储器(PRAM)，更特别涉及相变随机存取存储器及其制造方法。

背景技术

通常，相变随机存取存储器(PRAM)通过向由硫族(chalcogenide)化合物形成的相变层施加电脉冲利用非晶态和晶态之间的电阻差异来存储数据。相变层的非晶态是通过施加高电流以使相变物质的温度升高超过熔点并随后进行即时冷却得到的。相变层的晶态是通过在非晶态中施加低电流并经过生长过程而产生晶核得到的。

在此，在相变随机存取存储器中，虽然从非晶态到晶态的转变是容易实现的，但是从晶态到非晶态的转变要消耗大工作电流。

为了在相变随机存取存储器中降低工作电流和提高可靠性，可以使用用于形成作为受限结构的相变层的方法。

在形成受限结构中，通过镶嵌工艺而不是蚀刻来限定孔形的相变区，并且将相变物质填充在相变区中以提高相变效率。

在使用受限结构中，如果相变物质在孔中具有均匀的组成比例，则工作电流由于相变区变宽而增加。通常，相变层是通过化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)来填充的。在这方面，由于工艺在相对高的温度(约300℃)下进行，所以相变区因原子间扩散和化学反应而变宽，并且工作电流增加。

而且，随着相变随机存取存储器的集成度增加，单元间距减小，并且由于热而造成干扰，使得相变随机存取存储器的可靠性变差。

发明内容

本文描述一种相变随机存取存储器及其制造方法，其中相变物质在低温下嵌入以降低所述相变随机存取存储器的工作电流和提高所述相变随机存取存储器的可靠性。

在本发明的一个实施方案中，一种相变随机存取存储器包括：半导体衬底，其具有形成在所述半导体衬底之上的底电极；和形成在所述底电极上的相变层，其中所述相变层包括第一相变层和第二相变层，所述第一相变层形成在所述底电极之上并且包括第一元素、第二元素和第三元素中的至少一种；所述第二相变层形成在所述第一相变层的表面之上，并由所述第一元素形成以防止所述第一相变层的区域通过扩散而增加。

在本发明的另一实施方案中，一种相变随机存取存储器包括：半导体衬底，其具有形成在所述半导体衬底之上的底电极；和形成在所述底电极之上的相变层，其中所述相变层包括第一相变层和第二相变层，所述第一相变层形成在所述底电极之上，并且包括第一元素与第二元素的二元化合物、第一元素与第三元素的二元化合物和第二元素与第三元素的二元化合物中的任一种；所述第二相变层形成在所述第一相变层的表面之上，并包括所述第一元素与第二元素的二元化合物或所述第一元素与第三元素的二元化合物，其中所述第一元素在所述第二相变层中的比例为使得防止所述第一相变层的区域通过扩散而增加。

在本发明的又一实施方案中，一种相变随机存取存储器包括：半导体衬底，其具有形成在所述半导体衬底之上的底电极；和形成在所述底电极之上的相变层，其中所述相变层包括第一相变层和第二相变层，所述第一相变层形成在所述底电极之上，并且包括第一元素、第二元素与第三元素的三元化合物；所述第二相变层形成在所述第一相变层的表面之上，并由所述第一元素、第二元素与第三元素的三元化合物形成，其中所述第一元素的比例为使得防止所述第一相变层的区域通过扩散而增加。

在本发明的另一实施方案中，一种用于制造相变随机存取存储器的方法包括：在半导体衬底之上形成底电极；使用第一元素、第二元素和第三元素中的至少一种，在所述底电极之上形成第一相变层；以及使用所述第一元素在所述第一相变层的表面之上形成第二相变层。

在本发明的又一实施方案中，一种用于制造相变随机存取存储器的方法包括：在半导体衬底之上形成底电极；使用第一元素与第二元素的二元化合物、第一元素与第三元素的二元化合物和第二元素与第三元素的二元化合物中的任一种，在所述底电极之上形成第一相变层；以及使用所述第一元素与第二元素的二元化合物或所述第一元素与第三元素的二元化合物，在所述第一相变层的表面之上形成第二相变层。

在本发明的再一实施方案中，一种用于制造相变随机存取存储器的方法包括：在半导体衬底之上形成底电极；使用第一元素、第二元素与第三元素的三元化合物，在所述底电极之上形成第一相变层；以及使用所述第一元素、第二元素与第三元素的三元化合物，在所述第一相变层的表面之上形成第二相变层。