[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，尤其涉及一种相变存储器及其形成方法。

背景技术

随着信息技术的发展，特别是手机和其他便携式电子设备的普及，非易失性存储芯片应用已经渗透到现代人类生活的方方面面。闪存（Flash Memory）作为一种典型的非易失性存储器在过去的十数年间得到了长足的发展，但在半导体技术进入22nm节点后，基于浮栅存储电荷的闪存技术在尺寸缩小方面遇到了困难。此时，相变存储器（PCM：Phase Change Memory）技术由于其在单元面积、读写速度、读写次数和数据保持时间等诸多方面相对于闪存技术具有较大的优越性，成为了目前非挥发性存储器研究的热点。

请参考图1，图1示出了现有技术的一种相变存储器的剖面结构示意图，包括：半导体衬底100，所述半导体衬底100内包含半导体器件、或半导体器件和金属互联结构；位于所述半导体衬底100内的下电极101，所述下电极101的表面与所述半导体衬底100的表面齐平，所述下电极101与半导体衬底100内的半导体器件或金属互联结构电学连接；位于所述半导体衬底100上的第一介质层102；位于所述第一介质层102内的小电极103，所述小电极103与所述下电极101电学连接，所述小电极103的横截面积小于所述下电极101的横截面积，所述小电极103的表面与所述第一介质层102的表面齐平；位于所述小电极103上的相变材料层105；位于所述相变材料层105上的过渡金属层106，所述过渡金属层106起到粘合和隔热的作用；位于所述过渡金属层106上的上电极107，所述上电极107与外部电路连接；包覆所述相变材料层105、所述过渡金属层106和所述上电极107的第二介质层104，所述第二介质层104的表面与所述上电极107的表面齐平。

在相变存储器工作过程中通过半导体衬底100内的半导体器件供电，电流流经下电极101、小电极103、相变材料层105、过渡金属层106和上电极107的过程中产生焦耳热，对相变材料层105加热，促使位于所述小电极103顶部周围的相变材料发生相变，在晶体和非晶态之间转变。相变存储器就是利用相变材料的晶体和非晶态电阻值来记录信息。

但是，相变材料由晶体转换为非晶态的过程，需要将相变材料加热到熔化温度之上后淬火完成，此过程中需要较大电流。因此，现有技术的相变存储器功耗高。

其他有关相变存储器的形成方法还可以参考公开号为US2009236583A1的美国专利，其公开了一种相变存储器及其制备方法。

发明内容

本发明技术方案解决的问题是现有技术的相变存储器功耗高。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种相变存储器的形成方法，包括：提供半导体衬底、位于半导体衬底表面的第一介质层，位于所述半导体衬底表面、第一介质层内的环形电极，所述环形电极上表面与所述第一介质层表面齐平，且所述第一介质层填充所述环形电极内部；形成覆盖所述第一介质层和环形电极的第二介质层；在所述第二介质层内形成第一开口，所述第一开口暴露部分所述环形电极上表面；在所述第一开口内形成相变层。

可选的，还包括：在形成覆盖所述第一介质层和环形电极的第二介质层前，在所述第一介质层上形成隔离结构，所述隔离结构覆盖部分所述环形电极。

可选的，所述第二介质层为氧化硅层和氮化硅层的堆叠结构，所述氧化硅层位于氮化硅层上。

可选的，还包括：在所述第一开口内形成相变层后，在所述相变层上依次形成接触金属层和第三介质层；研磨所述第三介质层和接触金属层，直至暴露出所述第二介质层表面。

可选的，所述接触金属层为氮化钛层。

可选的，还包括：在研磨所述第三介质层、接触金属层和相变层后，形成覆盖所述第三介质层、接触金属层、相变层和第二介质层的第四介质层；形成位于所述第四介质层内的第二开口，所述第二开口暴露部分所述相变层；在所述第二开口内形成上电极，所述上电极与所述相变层电学连接。

可选的，还包括：在所述第一开口内形成相变层前，在所述第一开口内形成过渡层。

可选的，形成所述相变层的工艺为物理气相沉积或化学气相沉积。

可选的，所述相变层的材料为Ge_iSb_jTe_k，或者掺杂有氮、氧或碳的Ge_iSb_jTe_k，其中i，j，k为原子百分比，且0≤i＜1、0≤j＜1、0≤k＜1、i+j+k=1。