相变存储器及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，具体涉及一种相变存储器及其形成方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的发展，市场对存储器件的需求越来越大，这种需要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。
[0003]相变存储器(phasechange Random Access Memory, PCRAM)是在 CMOS 集成电路基础上发展起来的一种非易失性存储器，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，构成相变层的相变材料会由于所施加电流的加热效果而进入结晶状态或非晶状态，进而相变材料能够从有序的晶态(电阻较低)快速转变为无序的非晶态(电阻较高)；当相变层处于结晶状态时，相变存储器的电阻较低，此时存储器赋值为“O”。当相变层处于非晶状态时，相变存储器电阻较高，此时存储器赋值为“ I”。因此，相变存储器是利用当相变层处于结晶状态或非晶状态时的电阻差异来写入/读取数据的非易失性存储器。
[0004]然而现有技术中的相变存储器的性能仍然不够理想，如何进一步提升相变存储器的性能成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供一种相变存储器的形成方法，以提升相变存储器的性倉泛。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种相变存储器的形成方法，包括:
[0007]提供衬底；
[0008]在所述衬底上形成包含碳化钛的底部电极；
[0009]在所述底部电极上形成与所述底部电极相接触的相变层；
[0010]在所述相变层上形成顶部电极。
[0011]可选的，形成底部电极的步骤包括:
[0012]采用原子层沉积、化学气相沉积或者物理气相沉积的方式形成所述包含碳化钛的底部电极。
[0013]可选的，底部电极的材料为掺杂有氮的碳化钛。
[0014]可选的，采用化学气相沉积的方式形成所述底部电极，并采用四氯化钛气体、甲烷气体以及氨气作为化学气相沉积的反应物。
[0015]可选的，化学气相沉积形成所述掺杂有氮的碳化钛的底部电极的步骤包括:使沉积环境压强在O?40托的范围内，温度在300?700摄氏度的范围内，反应气体流量在O?500标况晕升每分的范围内。
[0016]可选的，底部电极的材料为TiCxNl-x，其中X的取值在O?0.5的范围内。
[0017]可选的，形成底部电极的步骤包括:
[0018]在所述衬底上形成层间介质层；
[0019]在所述层间介质层中形成开口 ；
[0020]在所述开口以及层间介质层的表面形成包含碳化钛的材料层；
[0021]去除部分所述包含碳化钛的材料层，仅保留位于开口中的包含碳化钛的材料层，以在所述开口中形成所述底部电极。
[0022]可选的，相变层的材料由GeSbTe、H2Se, GeH4或者SbH3的一种或其组合形成。
[0023]可选的，在形成相变层的步骤之后，在形成顶部电极的步骤之前，所述形成方法还包括:
[0024]对所述相变层进行热处理。
[0025]可选的，对相变层进行热处理的步骤包括:
[0026]采用氮气和氢气作为热处理的保护气，并使热处理的温度在310?390摄氏度的范围内，热处理时间在O?10分钟的范围内。
[0027]可选的，在形成相变层的步骤之后，在形成顶部电极的步骤之前，所述形成方法还包括:
[0028]在所述相变层上形成接触层；
[0029]在所述接触层上形成盖帽层；
[0030]形成顶部电极的步骤包括:形成贯穿所述盖帽层，并接触所述接触层的顶部电极。
[0031]可选的，盖帽层的材料为氮化物。
[0032]此外，本发明还一种相变存储器，包括:
[0033]衬底；
[0034]位于所述衬底上的底部电极，所述底部电极采用包含碳化钛的材料形成；
[0035]位于所述底部电极上，并与所述底部电极相接触的相变层；
[0036]位于所述相变层上的顶部电极。
[0037]可选的，所述底部电极的材料为掺杂有氮的碳化钛。
[0038]可选的，底部电极的材料为TiCxNl-x，其中X的取值在O?0.5的范围内。
[0039]如权利要求13所述的相变存储器，其特征在于，所述相变层的材料包括GeSbTe、H2Se, GeH4或者SbH3的一种或其组合。
[0040]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0041]本发明形成包含碳化钛的底部电极可以降低相变存储器的功耗，其原因在于，一方面，碳化钛的电阻率较大，在同样的电流下发热更多，更有利于提升相变层中相变材料的温度，这样可以在发热量相同的情况下，减少电流大小，进而降低相变存储器的功耗；另一方面，碳化钛的热导率相对较低，这样相变层中的热量不容易通过本发明的底部电极散失，进而提升了相变存储器的热效率，这样也有利于相变存储器降低功耗。
[0042]此外，碳化钛的化学性质稳定，在形成碳化钛材料的底部电极过程中不容易使碳化钛的底部电极受到工艺影响(例如，受到化学机械研磨过程中的腐蚀等)，这样进一步保证了底部电极的形成质量。
[0043]进一步，在现有技术中，形成的相变层与底部电极之间可能非完全接触，相变层与底部电极之间可能存在一些空隙，这些孔隙会导致相变层与底部电极之间的接触不稳定，进而导致相变存储器的稳定性受到影响，甚至直接影响生产相变存储器的良率；此外，由于相变存储器在首次使用时，相变层中的相变材料受热，相变材料中的晶粒会发生变化，进而使其体积会发生一定程度的变化(可能是收缩或者膨胀)，而且这种变化即使在不施加电流时也会一直保持，如果相变材料收缩，会与其他部件，例如底部电极之间产生缝隙，导致相变存储器内部接触不良或者性能变得不稳定；如果相变材料膨胀这会对周围构造产生挤压。
[0044]本发明在形成相变层的步骤之后，在形成顶部电极的步骤之前，对所述相变层进行热处理有利于增加形成的相变存储器的稳定性，因为热处理有利于使形成的相变层受热形变，进而能够将原本可能存在于相变层与底部电极之间的孔隙填满，从而增加了形成的相变存储器的稳定性；另一方面，在相变存储器首次使用时，相变层受热可能发生一定程度的形变，可能对位于相变层周围的器件结构产生挤压，影响相变存储器性能，进行所述热处理可以预先使相变层发生上述形变，这样在形成相变存储器后便基本不会再发生形变，进一部增加了形成相变存储器的性能。
【附图说明】
[0045]图1是现有技术中形成相变存储器的示意图；
[0046]图2至图9是本发明相变存储器的形成方法一实施例中各个步骤的结构示意图。
【具体实施方式】
[0047]现有的相变存储器的性能不够理想，一方面是因为现有的相变存储器的功耗较大，也就是说在相变存储器实际使用时所需要的操作电流较大，相变存储器实现信息的写入和擦除的方式是利用焦耳热使微小