專利名稱：相變存儲(chǔ)單元和其加熱層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變存儲(chǔ)器領(lǐng)域，尤其涉及一種相變存儲(chǔ)單元和其加熱層的制作方 法。
背景技術(shù)：
相變存儲(chǔ)器是目前存儲(chǔ)器件中具有廣大發(fā)展前景的一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器件。相變 存儲(chǔ)器所具有的高速讀取、高重復(fù)性可擦寫的次數(shù)、元件尺寸小、功耗低、抗強(qiáng)震動(dòng)和抗輻 射的優(yōu)點(diǎn)都使得相變存儲(chǔ)器備受存儲(chǔ)器制造商的青睞。相變存儲(chǔ)器技術(shù)的基本原理是以硫系化合物為存儲(chǔ)介質(zhì)，利用電能(熱量)使相 變層在晶態(tài)(低阻)與非晶態(tài)(高阻)之間相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)信息的寫入與擦除，信息的讀出 則靠測量電阻的變化實(shí)現(xiàn)。圖1為現(xiàn)有的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，相變存儲(chǔ)單元10包括 襯底100、位于所述襯底100上的絕緣層104、貫穿所述絕緣層104的相變單元，所述相變單 元包括依次形成在所述襯底100上的下電極110、加熱層108、相變層106、上電極102。所述襯底100的材料為硅，所述上電極102和所述下電極110的材料為鋁，或所述 上電極102的材料為鋁、下電極110的材料為鎢，所述加熱層的材料為TiN。而鎢、鋁、TiN 的電阻率均很低，不利于相變層106的加熱以及操作電流、功耗的減少。有鑒于此，有必要提出一種降低相變單元的操作電流解決的辦法，即在相變材料 和下電極之間添加一電阻率較高的薄層，添加高電阻率或接近相變材料薄膜電阻的薄層， 有利于集中產(chǎn)生熱量，減小熱損失，從而能減小操作電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法及其相變單元，以 解決現(xiàn)有技術(shù)中操作電流大、功耗高、相變層和加熱層粘附性低等問題，從而進(jìn)一步提高制 作的相變存儲(chǔ)單元器件的穩(wěn)定性和可靠性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，包括在基底上沉積氮化鈦薄膜；在氮氧混合氣體環(huán)境中，將所述氮化鈦薄膜進(jìn)行退火，形成氮氧化鈦薄膜?？蛇x的，所述在基底上沉積氮化鈦薄膜的方法是原子層沉積法?？蛇x的，所述在基底上沉積氮化鈦薄膜的方法是化學(xué)其相沉積法?？蛇x的，所述在基底上沉積氮化鈦薄膜的方法是使用金屬前驅(qū)體在基底上沉積氮 化鈦薄膜?？蛇x的，所述金屬前驅(qū)體為二乙氨基四鈦或二甲氨基四鈦?？蛇x的，氮?dú)庠谒龅趸旌蠚怏w中所占的體積比大于等于50%?？蛇x的，所述退火的溫度為大于等于150度小于等于350度?？蛇x的，所述退火的時(shí)間為60秒 3600秒。
可選的，形成的所述氮氧化鈦薄膜的厚度為Irm至lOnm、電阻率為10_4 1 Ω ·πι。本發(fā)明還提供一種相變存儲(chǔ)單元包括襯底、位于所述襯底上的絕緣層、貫穿所述 絕緣層的相變單元，所述相變單元包括依次形成在所述襯底上的下電極、第一加熱層、第一 相變層、上電極，所述第一加熱層的材料為氮氧化鈦?？蛇x的，所述下電極和所述第一加熱層之間還包括第二相變層?？蛇x的，所述相變層和所述上電極之間還包括第二加熱層?？蛇x的，所述襯底的材料為硅，絕緣層的材料為氧化硅、所述上電極的材料為鋁和 所述下電極的材料為氮化鈦，所述第一相變層的材料為硫族化合物合金薄膜?？蛇x的，形成的所述氮氧化鈦薄膜的厚度為Inm lOnm、電阻率為10_4 1 Ω ·πι。本發(fā)明的相變存儲(chǔ)單元的加熱層制造工藝簡單方便，本發(fā)明的相變存儲(chǔ)單元的加 熱層能保證相變層和加熱層之間有著良好的粘附性，以及相變存儲(chǔ)單元的操作電流較小、 功耗較低，這樣可減小相變層和加熱層之間的接觸電阻的浮動(dòng)，有利于提高相變存儲(chǔ)器的 穩(wěn)定性和可靠性。


圖1為現(xiàn)有的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例1的相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法流程圖；圖3為實(shí)施例2的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)圖；圖4為實(shí)施例3的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)圖；圖5為實(shí)施例4的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明的相變存儲(chǔ)單元及其加熱層的制作方法作進(jìn)一 步詳細(xì)具體地說明。實(shí)施例1如圖2所示，本實(shí)施例中，所述相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法包括首先，在基底上沉積氮化鈦(TiN)薄膜；其中，所述在基底上沉積氮化鈦薄膜的方法可以是原子層沉積法(ALD)，所述原子 層沉積法具有薄膜厚度控制精確、成分控制容易，優(yōu)秀的表面覆蓋率和沉積均勻性好等優(yōu) 點(diǎn)，對于在小面積內(nèi)沉積超薄薄膜，所述的原子層沉積法具有非常好的優(yōu)越性，所述基底是 指相變存儲(chǔ)單元中需要形成加熱層的結(jié)構(gòu)；其中，所述在基底上沉積氮化鈦薄膜的方法可以是化學(xué)其相沉積法(CVD)，所述的 化學(xué)氣相沉積法具有沉積速率快的優(yōu)點(diǎn)，有利于提高生產(chǎn)速率；其中，所述沉積氮化鈦(TiN)薄膜是使用金屬前驅(qū)體沉積氮化鈦(TiN)薄膜；所述 金屬前驅(qū)體為二乙氨基四鈦(TDEAT)或二甲氨基四鈦(TDMAT)，所述金屬前軀體可以在小 于300度的較低溫度下進(jìn)行沉積，獲得電阻率小于1000 μ Ω · cm的TiN薄膜；所述的TiN 薄膜多空易氧化，電阻率隨暴露在空氣中的時(shí)間的增加而增大，這一特性有利于后續(xù)退火 氧化步驟，從而獲得高電阻率的TiON薄膜，適合做相變存儲(chǔ)單元的加熱層；然后，在氮氧混合氣體環(huán)境中，將所述氮化鈦(TiN)薄膜進(jìn)行退火，形成氮氧化鈦(TiON)薄膜；其中，氮?dú)庠谒龅趸旌蠚怏w中所占的體積比大于等于50% ；其中，所述退火的溫度為大于等于150度小于等于350度；其中，所述退火的時(shí)間為60秒 3600秒；其中，形成的所述氮氧化鈦薄膜的厚度為Inm至lOnm、電阻率為10_4 1 Ω · m ；其中，形成的所述氮氧化鈦薄膜中含有氧(O)、Ge、Sb、Te和O的成鍵，其強(qiáng)于氧 (O)、Ge、Sb、Te和N的成鍵，相對于只使用TiN薄膜作為加熱層而言，將有助于增強(qiáng)加熱層 和相變層之間界面的結(jié)合度，即增加二者的粘合性，從而可減小相變層和加熱層之間的接 觸電阻及其浮動(dòng)，提高相變存儲(chǔ)器的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)本實(shí)施例得到的不同情況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1 表 權(quán)利要求
一種相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，包括在基底上沉積氮化鈦薄膜；在氮氧混合氣體環(huán)境中，將所述氮化鈦薄膜進(jìn)行退火，形成氮氧化鈦薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，其特征在于，所述在基底 上沉積氮化鈦薄膜的方法是原子層沉積法。
3.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，其特征在于，所述在基底 上沉積氮化鈦薄膜的方法是化學(xué)其相沉積法。
4.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，其特征在于，所述在基底 上沉積氮化鈦薄膜的方法是使用金屬前驅(qū)體在基底上沉積氮化鈦薄膜。
5.如權(quán)利要求4所述的相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，其特征在于，所述金屬前 驅(qū)體為二乙氨基四鈦(TDEAT)或二甲氨基四鈦(TDMAT)。
6.如權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，其特征在于，氮?dú)庠谒?氮氧混合氣體中所占的體積比大于等于50%。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，其特征在于， 所述退火的溫度為大于等于150度小于等于350度。
8.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，其特征在于， 所述退火的時(shí)間為60秒 3600秒。
9.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，其特征在于， 形成的所述氮氧化鈦薄膜的厚度為Inm至lOnm、電阻率為10_4 1 Ω · m。
10.一種相變存儲(chǔ)單元包括襯底、位于所述襯底上的絕緣層、貫穿所述絕緣層的相變 單元，所述相變單元包括依次形成在所述襯底上的下電極、第一加熱層、第一相變層、上電 極，所述第一加熱層的材料為氮氧化鈦。
11.如權(quán)利要求10所述相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述下電極和所述第一加熱層之 間還包括第二相變層。
12.如權(quán)利要求10所述相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述相變層和所述上電極之間還 包括第二加熱層。
13.如權(quán)利要求11或12所述相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述襯底的材料為硅，絕緣層 的材料為氧化硅、所述上電極的材料為鋁和所述下電極的材料為氮化鈦，所述第一相變層 的材料為硫族化合物合金薄膜。
14.如權(quán)利要求11或12所述相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，形成的所述氮氧化鈦薄膜的 厚度為Inm lOnm、電阻率為10_4 1 Ω · m。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種相變存儲(chǔ)單元的加熱層的制作方法，包括在基底上在基底上沉積氮化鈦薄膜；在氮氧混合氣體環(huán)境中，將所述氮化鈦薄膜進(jìn)行退火，形成氮氧化鈦薄膜。還提供一種相變存儲(chǔ)單元，包括襯底、位于所述襯底上的絕緣層、貫穿所述絕緣層的相變單元，所述相變單元包括依次形成在所述襯底上的下電極、第一加熱層、第一相變層、上電極，所述第一加熱層的材料為氮氧化鈦。所述加熱層與相變層的粘附性很好、且有利于降低相變存儲(chǔ)單元的功耗。
文檔編號H01L45/00GK101969099SQ20091005551
公開日2011年2月9日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者馮永剛, 向陽輝, 宋志棠, 張復(fù)雄, 林靜, 王良詠, 鐘 F 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所