形成可变电阻存储器件的方法技术

本发明专利技术提供一种形成可变电阻存储器件的电极的方法和使用该方法的可变电阻半导体存储器件。该方法包括：形成加热电极；在该加热电极上形成可变电阻材料层；以及在该可变电阻材料层上形成顶电极，其中该加热电极包括金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛的原子半径，且所述加热电极通过热化学气相沉积方法形成而没有使用等离子体。

【技术实现步骤摘要】

示例实施方式涉及可变电阻存储器件的电极以及使用该电极的可变电阻半导体 存储器件的形成方法。
技术介绍
半导体存储器件可分为易失性存储器件和非易失性存储器件。即使在非易失性存 储器件的电源被切断时，非易失性存储器件也能保持其储存的数据。非易失性存储器件的 示例可包括可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电EPROM(EEPROM)、以及闪存器件。对 能重复进行读写操作的非易失性存储器件的需求已经增大。关于非易失性存储器件，可变电阻存储器件例如电阻随机存取存储器(ReRAM)和 相变随机存取存储器(PRAM)当前正在被开发。构成这些可变电阻存储器件的材料根据电 流或电压具有可变电阻值且即使在电流或电压源被切断时也维持其电阻值。PRAM使用相变材料，例如，硫族化物(chalcogenide)。相变材料根据温度变化而 具有晶体态和非晶态。当非晶态的相变材料层在结晶温度和熔点温度之间的温度下被加热 预定时间且然后被冷却时，它从非晶态变为晶体态(设置编程)。相反，当相变材料层在比 熔点温度更高的温度下被加热且然后被急剧冷却时，它从晶体态变为非晶态(重置编程)。
技术实现思路
示例实施方式提供一种可变电阻半导体存储器件及其形成方法。示例实施方式提供，该方法可包括形成加热电极； 在该加热电极上形成可变电阻材料层；以及在该可变电阻材料层上形成顶电极。在示例 实施方式中，该加热电极可包括金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛(Ti)的原子半 径，且该加热电极可通过热化学气相沉积方法形成而没有使用等离子体。根据示例实施方式，一种可包括形成加热电极； 在该加热电极上形成可变电阻材料层；以及在该可变电阻材料层上形成顶电极。在示例实 施方式中，该加热电极可包括金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛的原子半径，且该 加热电极通过热化学气相沉积方法形成而没有使用等离子体。根据示例实施方式，一种可变电阻存储器件可包括加热电极、在该加热电极上的 可变电阻材料层、以及在该可变电阻材料层上的顶电极。在示例实施方式中，该加热电极可 包括金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛(Ti)的原子半径，且该加热电极具有大于 约5000 μ Ω · cm的电阻率。在示例实施方式中，加热电极的金属可具有在约68pm和约108pm之间的离子半 径。金属的氮化物可选自包括钽(Ta)、锆(&)、镝(Dy)和铌(Nb)的组。金属的氮化物还 可包括碳(C)。金属的氮化物可包括TaCN。加热电极可具有大于约5000 μ Ω · cm的电阻 率。热化学气相沉积方法可使用第一反应气体和第二气体来实施，该第一反应气体可包括 钽卤化物衍生物或钽胺衍生物，该第二气体可包括选自由H2、NH3、SiH4和Si2H6组成的组的材料。热化学气相沉积方法可在约100°c至约550°C的温度范围进行第一反应气体和第二 气体的反应。可变电阻材料层可包括基于硫族化物的相变材料。该方法还可包括用氢或卤 素元素对该可变电阻材料层进行热处理操作或等离子体处理操作。在示例实施方式中，可变电阻存储器件可包括加热电极、在该加热电极上的可变 电阻材料层、以及在该可变电阻材料层上的顶电极。在示例实施方式中，该加热电极可包括 金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛(Ti)的原子半径，且该加热电极可具有大于约 5000 μ Ω · cm的电阻率。在示例实施方式中，该可变电阻材料层可关于单位单元储存2位以上的电阻状 态。该可变电阻材料层可包括在非晶态具有各自不同的电阻值的两个以上相变材料层。所 述各自不同的两个以上相变材料层可具有各自不同的体积。所述各自不同的两个以上相变 材料层中的一个相变材料层可接触该加热电极，接触加热电极的所述一个相变材料层可具 有比该可变电阻材料层中的其他相变材料层更小的非晶态电阻值。附图说明包括附图以提供对示例实施方式的进一步理解，附图并入在本说明书中且构成本 说明书的一部分。附图示出示例实施方式，并与文字描述一起用于说明示例实施方式的原 理。附图中图1是曲线图，示出硫族元素(chalcogen)非晶材料的电阻漂移；图2是曲线图，示出多级相变存储器件中数据状态的分布改变；图3A至3C是示出根据示例实施方式的视图；图4是流程图，示出根据示例实施方式形成金属氮化物层的方法；图5是示出根据示例实施方式的可变电阻存储器件的视图；图6是示出根据示例实施方式的多位可变电阻存储器件的视图；图7是框图，示出根据示例实施方式的包括相变存储器件的存储卡系统；以及图8是框图，示出根据示例实施方式的包括相变存储器件的电子器件。具体实施例方式示例实施方式的目的、其他目标、特征和优点将通过参照附图而没有困难地理解。 然而，示例实施方式可以以不同形式体现且不应解释为局限于这里阐述的示例实施方式。 而是，提供示例实施方式以使得本公开彻底和完整，并将向本领域技术人员充分传达本发 明构思的范围。在本说明书中，还将理解，当另一部件称为“在” 一个部件“上”时，它可以直接在 所述部件上，或者还可以存在中间第三部件。此外，在图中，层和区域的尺寸为了图示清楚 而被夸大。此外，将用作为理想示例视图的剖视图和/或平面图来描述示例实施方式。在图 中，层和区域的尺寸为了图示清楚而被夸大。从而，示例视图的形状可根据制造技术和/或 允许误差而被改变。因此，示例实施方式不限于示例视图中示出的具体形状，而是可包括根 据制造工艺可产生的其他形状。例如，示出为矩形的蚀刻区可具有圆化或弯曲特征。图中 举例的区域具有一般属性，用于示出半导体封装区域的具体形状。因此，这不应解释为局限于示例实施方式的范围。此外，虽然术语如第一、第二和第三被用来描述各种示例实施方式 中的各种区域和层，但是所述区域和层不受这些术语限制。这些术语仅用于一个部件与另 一部件。这里描述和例举的示例实施方式包括其互补实施方式。在下面的描述中，技术术语可仅用于说明示例实施方式，不应用于限制本专利技术。单 数形式的术语可包括复数形式，除非具体提及。“包括”和/或“包含”的含义不排除所提及 的部件以外的其他部件。参照图1和2，可变电阻存储器件例如相变存储器件的电阻漂移描述于下。具有非晶态的相变材料的电阻可由于各种因素而随时间流逝而增大。当相变材料 的电阻值较高时，与非晶态相关的电阻漂移可更大。参照图1，电阻漂移可表达为方程式R =RiniXta。Rini是在非晶态(即重置态)被编程时的初始电阻值。α是所谓的变化指数。 Toff是改变到非晶态且电流关闭之后的时间。相变层可变为各自具有不同电阻的多个状态。为了增大存储容量，多级技术可应 用到相变存储器件。在多级技术中，相变层可具有超过2位的状态。下文中，该存储器件称 为多级相变存储器件。在示例实施方式中，2位数据可储存在一个存储单元中。例如，如图 2所示，2位数据可具有可能的四个状态诸如00、01、10和11中的一种。与状态00对应的 分布101包括具有晶体态的存储单元。与其余状态01、10和11对应的分布102、103和104 包括具有非晶态的存储单元。与状态01对应的分布102中的存储单元的电阻值可小于与 状态10对应的分布103中的存储单元的电阻值。与状态10对应的分布103中的存储单元 的电阻值可小于与状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种形成可变电阻存储器件的方法，包括：形成加热电极；在该加热电极上形成可变电阻材料层；以及在该可变电阻材料层上形成顶电极，其中该加热电极包括金属的氮化物，所述金属的原子半径大于钛的原子半径，且所述加热电极通过热化学气相沉积方法形成而没有使用等离子体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朴瑛琳，李琎一，安东浩，李始炯，吴圭焕，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR