[发明专利]双层相变电阻以及相变存储器的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种形成相变存储器中双层相变电阻的方法，形成相变存储器的方法。

背景技术

随着信息技术的发展，存储器件的需要越来越大，因此促进了存储器件朝着高性能、低压、低功耗、高速及高密度方向发展。相变存储器(PCRAM，phase change Random Access Memory)是在CMOS集成电路基础上发展起来的新一代非易失性存储器，其使用周期表中V族或VI族的一种或一种以上元素的合金作为相变电阻，用相变电阻作为存储单元，相变电阻在以电脉冲的形式集中加热的情况下，能够从有序的晶态(电阻低)快速转变为无序的非晶态(电阻高得多)。典型的相变存储器使用硫族化物合金(比如GST，GeSbTe)作为相变电阻，存储单元是一种极小的硫族合金颗粒，相变电阻的非晶(a-GST，a-GeSbTe)和结晶(c-GST，c-GeSbTe)状态具有不同的电阻率，结晶状态具有大约为千欧姆(kQ)的典型电阻，而非晶状态具有大约为兆欧姆(MΩ)的典型电阻，因此通常利用硫族化物合金材料(比如GST，GeSbTe)制作相变电阻。通过测量PCRAM存储单元的电阻值(即相变电阻的电阻值)来读取PCRAM单元。关于相变存储器的详细描述可以参考公开号为CN101523505A的中国专利文献公开的“具有双层底部电极的相变存储器”。

现有技术中，具有双层相变电阻的相变存储器，在PCRAM存储单元传统结构的加热层和底部电极之间插入一层存储介质GST，设计出含双层GST相变电阻的PCRAM存储单元结构。含双层GST相变电阻的新型结构一方面实现了存储单元与CMOS晶体管的热兼容，增强了器件的稳定性；另一方面，将复位(reset)电流减小到0.5mA，降低了器件功耗。

图1a～图1c为现有技术的形成双层相变电阻的方法的剖面结构示意图，现有技术中形成双层GST相变电阻的方法为：参考图1a，提供基底10，所述基底10上形成有第一层相变电阻11，所述第一层相变电阻11上形成有介质层12。参考图1b，图形化所述介质层12，用干法刻蚀在所述介质层12形成开口13，该开口13暴露出所述第一层相变电阻11。参考图1c，用GST相变材料沉积在所述介质层12上，并填充所述开口13形成第二层相变电阻14。之后利用刻蚀工艺刻蚀沉积的相变材料形成第二层相变电阻14。第二层相变电阻14与第一层相变电阻11的连接部(即填充在开口13内的相变材料)的关键尺寸(CD)影响相变存储器的复位性能。连接部的关键尺寸取决于开口的13关键尺寸(CD)，而获得关键尺寸小的开口13的工艺困难，这将阻碍相变存储器的进一步发展。

发明内容

本发明解决的问题是形成双层相变电阻时，获得关键尺寸小的开口工艺困难，导致连接部的关键尺寸很难缩小。

为解决上述问题，本发明提供一种双层相变电阻的形成方法，包括：

提供基底，所述基底上形成有第一层相变电阻；

在所述第一层相变电阻上形成具有第一开口的第一介质层，所述第一开口暴露出所述第一层相变电阻；

在所述第一开口的侧壁形成相变电阻，且所述相变电阻围成第二开口；

在所述第二开口内填充第二介质层；

形成第二层相变电阻，所述第二层相变电阻覆盖所述第一介质层、所述相变电阻以及第二介质层。

可选的，所述第一开口的特征尺寸为40nm～50nm。

可选的，所述第一开口侧壁的相变电阻的厚度小于150埃。

可选的，在所述第一开口的侧壁形成相变电阻包括：

利用磁控溅射方法形成相变电阻，覆盖所述第一介质层的表面以及第一开口的侧壁；

去除所述第一介质层表面的相变电阻。

可选的，所述在所述第一层相变电阻上形成具有第一开口的第一介质层包括：

在所述第一层相变电阻上形成第一介质层；

光刻、刻蚀所述第一介质层形成第一开口。

可选的，所述在所述第一开口的侧壁形成相变电阻包括：

形成相变电阻，覆盖所述第一介质层的表面以及第一开口的侧壁；

去除所述第一介质层表面的相变电阻。

可选的，在所述第二开口内形成第二介质层包括：

形成第二介质层，覆盖所述第一介质层、相变电阻的表面且填充所述第二开口；

去除所述第一介质层、相变电阻表面的第二介质层。

可选的，所述形成第二层相变电阻的方法为磁控溅射。