[發(fā)明專利]一種抗輻照高可靠的相變存儲器器件單元及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710044534.4
• 申請日: 2007-08-03
• 公開（公告）號: CN101114666A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋志棠;吳良才;劉衛(wèi)麗;劉波;封松林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L23/552;H01L21/84;G11C11/56
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

1.一種抗輻照高可靠相變存儲器器件單元，其特征在于：

(a)存儲單元由一個(gè)可逆相變電阻和一個(gè)pn結(jié)二極管組成，形成IDIR結(jié)構(gòu)；可逆相變電阻作為信息存儲介質(zhì)，pn結(jié)作為開關(guān)；

(b)每個(gè)IDIR結(jié)構(gòu)的pn結(jié)和可逆相變電阻縱向排列，pn結(jié)在下，可逆相變電阻在上，IDIR結(jié)構(gòu)周圍是介質(zhì)材料；

(c)相變存儲器器件單元構(gòu)成存儲陣列和外圍電路制作在抗輻照加固的襯底材料上，由尺寸小的IDIR結(jié)構(gòu)存儲單元組成的相變存儲器陣列位于襯底材料的相應(yīng)區(qū)域。

2.按權(quán)利要求1所述的抗輻照高可靠相變存儲器器件單元，其特征在于所述抗輻照的襯底材料為絕緣層上硅、絕緣層上鍺硅或絕緣層上鍺。

3.按權(quán)利要求1所述的抗輻照高可靠相變存儲器器件單元，其特征在于所述的存儲陣列各單元之間的IDIR結(jié)構(gòu)由介質(zhì)材料隔開。

4.按權(quán)利要求3所述的抗輻照高可靠相變存儲器器件單元，其特征在于隔開的介質(zhì)材料為SiO₂、SiN_x、Al₂O₃和HfO₂中的任一種；厚度為100nm-500nm。

5.按權(quán)利要求1所述的抗輻照高可靠相變存儲器器件單元，其特征在于在pn結(jié)和可逆相變電阻之間加有一層Ta₂O₅、Al₂O₃或ZrO₂介質(zhì)材料層。

6.制作如權(quán)利要求1所述的抗輻照高可靠相變存儲器器件單元的方法，其特征在于制作步驟是：

(1)在抗輻照加固的襯底材料上，利用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制備外圍控制電路，所述的外圍控制電路包括控制邏輯電路、譯碼電路、寫擦驅(qū)動電路和讀出放大電路；

(2)步驟1制作有外圍控制電路的襯底材料的相應(yīng)區(qū)域，利用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制備1D1R存儲陣列的pn結(jié)，并且原位形成納米級相變材料的孔洞，孔洞的深度50nm-150nm，孔洞直徑100-300nm；孔洞的底部與pn結(jié)上端相連；

(3)利用化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、高真空磁控濺射方法或電子束蒸發(fā)方法在孔洞中淀積一層電極材料，與pn結(jié)的頂端相連；

(4)利用化學(xué)機(jī)械拋光方法將表面拋平，去掉表面的金屬材料，形成柱狀的金屬電極陣列，作為相變單元的底電極；

(5)在底電極上濺射生長10nm-80nm厚的SiO₂、SiN_x、Al₂O₃和HfO₂介質(zhì)層；

(6)在步驟5制作的介質(zhì)層上相變單元底電極的相應(yīng)位置，刻蝕制備50-250nm的孔洞，孔洞的底部與底電極頂端相連；

(7)利用磁控濺射技術(shù)在上述孔洞內(nèi)填充W、TiN等加熱電極材料，直至孔洞填滿，接著進(jìn)行CMP，除去表面的加熱電極材料，形成柱狀加熱電極陣列；

(8)在柱狀加熱電極上濺射生長50nm-200nm厚的SiO₂或SiN_x介質(zhì)層；

(9)在SiO₂或SiN_x介質(zhì)層上柱狀加熱電極的相應(yīng)位置，刻蝕制備50-200nm的孔洞，孔洞的底部與柱狀加熱電極頂端相連；

(10)利用磁控濺射方法在上述孔洞內(nèi)填充加熱相變材料；

(11)拋除孔洞以外區(qū)域的相變材料，形成柱狀可逆相變材料陣列；

(12)利用化學(xué)相沉積、原子層沉積、高真空磁控濺射方法或電子束蒸發(fā)方法在柱狀相變材料陣列上淀積一層頂電極材料；

(13)進(jìn)行濕法刻蝕，從而得到抗輻照加固的襯底上的1D1R結(jié)構(gòu)的相變存儲器器件單元；

(14)將該相變存儲器器件單元連接到電學(xué)測量系統(tǒng)中，進(jìn)行相變存儲器器件單元的寫、擦、讀操作；

(15)1D1R存儲陣列加上邏輯、譯碼、寫擦驅(qū)動和讀出放大等外圍電路，構(gòu)成基于抗輻加固的照襯底和1D1R結(jié)構(gòu)存儲陣列的具有抗輻照的可靠相變存儲器芯片。

7.按權(quán)利要求6所述的抗輻照高可靠相變存儲器器件單元的制作方法，其特征在于所述的底電極為鋁或銅，厚度為200-400nm。