[发明专利]含扩散势垒层的存储节点、相变存储器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括扩散势垒层的存储节点，具有这种存储节点的相变存储器件及其制造方法。其他的示范实施例涉及抑制钛(Ti)扩散的存储节点以及一种相变存储器件的制造方法。

背景技术

一般地，相变存储器件(例如相变随机存取存储器)包括具有相变层的存储节点和连接到该存储节点的晶体管。根据施加到其上的电压，相变层从结晶态变成非结晶态，或与此相反。如果所施加的电压为设置电压，相变层从非结晶态变成结晶态。如果所施加的电压为重置电压，相变层从结晶态转变成非结晶态。

相变层的结晶态和非结晶态之一对应数据1，则另一个对应数据0。如果相变层处于结晶态，相变层的电阻可能小于处于非结晶态的相变层的电阻。相变层处于结晶态时所测的电流大于相变层处于非结晶态时的电流。

通过对比通过施加读取电压到相变层所测量的电流与参考电流，可以读取相变层上记录的数据。

传统的相变存储器件包括具有相变层(例如一般称为“GST”层的锗-锑-碲(GeSbTe)层)的存储节点。钛(Ti)层和氮化钛(TiN)层可以顺序沉积(或形成)在相变层上。TiN层用作顶部电极接触层。Ti层用作粘合层以增加TiN层的粘附力。

由于在传统的存储器件中重复进行写操作或读操作，Ti从Ti层向相变层扩散。这样，相变层的成分和电阻可能改变从而在传统的存储器件中产生缺陷。例如，在传统存储器件的耐久试验时由于Ti扩散可能产生设置阻碍失败(set stuck failure)和重置阻碍失败。

可以从图1至3中了解Ti扩散到传统存储器件的存储节点的相变层。

图1举例说明了在350℃退火处理一个小时之后传统的相变存储器件的存储节点的透射电子显微镜(TEM)图像。

参考图1，底部电极2可以为TiN电极，相变层4可以为GST层，粘合层6可以为Ti层以及顶部电极8可以为TiN电极。

图2说明了图1的退火存储节点的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像。图3是沿图2的a-a’线显示元件剖面的能量色散光谱(EDS)数据。

参考图3，Ti扩散进GST层(也就是相变层)。对于Ti具有较高亲和力的Te运动(或迁移)到粘合层6。

Sb和Ge在与Te相反的方向上运动(或移动)(也就是远离粘合层)。如果Ti扩散到相变层，那么相变层的成分可能变化。

发明内容

示范实施例涉及包括扩散势垒层的存储节点，具有这种存储节点的相变存储器件及其制造方法。其他示范实施例涉及抑制钛(Ti)扩散的存储节点。

为了防止(或减小)相变层的退化，示范实施例提供了一种抑制杂质从层叠在相变层上的上部结构扩散入相变层的存储节点和相变存储器件。

根据示范实施例，提供了一种存储节点，包括底部电极和顶部电极、插入在底部电极和顶部电极之间的相变层以及插入在顶部电极和相变层之间的钛-碲(Ti-Te)基扩散势垒层。

根据示范实施例，提供了一种包括开关元件和如上所述的存储节点的相变存储器件。存储节点可以连接到开关元件。

钛-碲基扩散势垒层可以为其中满足表达式0＜x＜0.5的Ti_xTe_1-x层。钛-碲基扩散势垒层可以具有1nm至20nm的厚度。

粘合层可以形成在钛-碲基扩散势垒层和顶部电极之间。粘合层可以为钛(Ti)层。相变层可以为硫属化物(chalcogenide)材料层。硫属化物材料层可以为锗-锑-碲(GeSbTe)基层。

根据示范实施例，提供了一种存储节点的形成方法，包括：形成底部电极；在底部电极上形成相变层；在相变层上形成Ti-Te基扩散势垒层以及在Ti-Te基扩散势垒层上形成顶部电极。

根据示范实施例，提供了一种相变存储器件的制造方法，包括形成开关元件以及将存储节点连接到开关元件。

Ti-Te基扩散势垒层可以为其中满足表达式0＜x＜0.5的Ti_xTe_1-x层。Ti-Te基扩散势垒层可以具有1nm至20nm的厚度。Ti-Te基扩散势垒层可以通过溅射、化学气相沉积、蒸镀以及原子层沉积来形成。

在Ti-Te基扩散势垒层上的顶部电极的形成可以包括在Ti-Te基扩散势垒层上形成粘合层以及在粘合层上形成顶层。粘合层可以为钛(Ti)层。

相变层可以由硫属化物材料形成。硫属化物材料可以为GeSbTe基材料。