[发明专利]相变存储器及其制造方法和电子设备

说明书

本发明提供一种相变存储器及其制造方法和电子设备，在相变层顶部形成了一层氮浓度较大的第一顶部电极层以及一层电极金属浓度较大的第二顶部电极层，通过第一顶部电极层中富含的氮来抑制电极金属原子或离子向相变层中扩散，避免相变层内部相的分离并抑制与相变层的剥离，同时第二顶部电极层中富含的自由电极金属原子或金属离子，能够提高导电能力，减少功耗，且第一顶部电极层和第二顶部电极层的高低的含氮量能够调整对膜厚给相变层带来的膜压分布，进一步抑制相变层的剥离。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种相变存储器及其制造方法和电子设备。

背景技术

相变存储器(Phase Change Random Access Memory，PCRAM)是近年来兴起的一种非挥发性半导体存储器，可以制作在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材料等，其基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，实现信息的写入、擦除和读出操作。与传统的存储器相比，它具有存储单元尺寸小、高读写速度、高可擦写次数、非易失性、低功耗、循环寿命长、优异的抗强震动和抗辐射性能等优点。基于上述优点，相变存储器不仅能够取代现有的存储器，而且还在普通存储器达不到的一些领域(诸如航天技术和军事等领域)产生新的应用，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。

图1是现有技术的相变存储器单元的剖视图。如图1所示，相变存储器单元100包括底部电极101、相变插塞102和顶部电极103。底部电极101、相变插塞102和顶部电极103由介电层104包围以与周围器件隔离。相变插塞102由相变材料(例如Ge-Sb-Te相变材料)形成。不同强度的电流流经相变插塞102，通过电流流过相变插塞102所产生的热效应将相变材料由晶态(SET态)转变为非晶态(RESET态)，即可以对相变材料进行复位(RESET)操作。具体地，一个较低的电流经底部电极101对相变插塞102加热，使相变插塞102的相变材料的温度超过其相变温度，相变插塞102的相变材料逐渐结晶并呈现低阻态,这种状态转变称为“置位”(Set)操作，当相变插塞102处于结晶状态时，该相变存储器单元的的电阻较低，此时该相变存储器单元的赋值为“0”；反之，需要大到足以融化相变材料的电流流经该相变存储器单元，而此电流作用时间很短，相变材料在快速冷却的过程中，从熔化态变为非晶态，使得相变材料呈现高阻态，这种状态转变称为“复位”(Reset)操作，此时该相变存储器单元的电阻较高，该相变存储器单元的赋值为“1”。也就是说，相变存储器是利用相变层处于结晶状态(低阻态)或非晶状态(高阻态)时的电阻差异来写入/读取数据的非挥发性存储器。

在相变存储器中，顶部电极的性能会直接影响相变存储器的性能。发明人发现，由于相变存储器的顶部电极直接接触相变层表面，顶部电极与相变层之间的元素扩散，会降低相变层的表面粘附力，甚至会引起相变层内部相的分离现象，例如产生新的相Ti-Te，进而有可能导致相变层与顶部电极之间剥离，降低相变存储器的读写速率以及可靠性，严重影响所形成相变存储器的良率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变存储器及其制造方法和电子设备，能够阻止顶部电极与相变层之间的元素扩散，避免相变层内部相的分离现象，同时抑制顶部电极与相变层的剥离，使所形成的相变存储器的性能改善。

为解决上述问题，本发明提出一种相变存储器的制造方法，包括：

提供一半导体衬底，所述半导体衬底的表面上形成有相变层；

在所述相变层的表面上依次形成第一顶部电极层和第二顶部电极层，且所述第一顶部电极层中氮浓度大于所述第二顶部电极层中的氮浓度，所述第一顶部电极层中的电极金属的浓度小于所述第二顶部电极层中的电极金属的浓度。

进一步的，所述第一顶部电极层的电极金属材料与所述第二顶部电极层的电极金属材料相同。