[發(fā)明專利]一種提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810041394.X
• 申請日: 2008-08-05
• 公開（公告）號: CN101335329A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳良才;宋志棠;饒峰;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: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;G11C11/56;G11C16/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

1、一種提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)，包括底電極、介質(zhì)層、柱狀加熱電極、相變材料、絕熱材料和頂電極，其特征在于：

(1)在納米尺度的加熱電極和同一直徑的柱狀相變材料之間增加一薄層TiN緩沖材料；

(2)在相變材料和頂電極之間增加一薄層GeWN或GeSiN熱阻材料；

(3)相變材料中的可逆相變區(qū)被限制在介質(zhì)孔洞中。

2、按權(quán)利要求1所述的提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的緩沖材料與加熱電極材料和相變材料的力學(xué)和電學(xué)匹配，緩沖材料的電阻量級在相變材料低態(tài)阻值的量級以下。

3、按權(quán)利要求1所述的提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的熱阻材料與相變材料、頂電極材料的力學(xué)和電學(xué)性能匹配，它的電阻量級在相變材料低態(tài)阻值的量級以下。

4、按權(quán)利要求1或3所述的提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的熱阻材料的厚度為5nm～50nm。

5、制備如權(quán)利要求1所述的提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：

(a)首先在襯底上淀積一層底電極，在底電極上生長SiO₂介質(zhì)層；然后在SiO₂介質(zhì)層中制備納米孔洞陣列，孔洞的底部與底電極相連；最后在小孔內(nèi)淀積加熱電極材料，填滿整個(gè)孔洞；

(b)采用化學(xué)機(jī)械拋光方法將小孔外的加熱電極材料去除，形成柱狀加熱電極；

(c)刻蝕掉一定厚度的加熱電極，從而在加熱電極上端形成加熱電極頂端介質(zhì)孔洞；

(d)在加熱電極上端的介質(zhì)孔洞中填充緩沖材料，然后拋光；

(e)刻蝕掉一定厚度的緩沖材料，從而在緩沖材料上端形成緩沖材料頂端介質(zhì)孔洞；

(f)在緩沖材料上端的介質(zhì)孔洞中填充相變材料，然后拋光形成柱狀相變材料圖形；

(g)在柱狀相變材料頂端制備一層熱阻材料并刻蝕形成圖形；

(h)在熱阻材料上制備頂電極，從而形成可測試的相變存儲(chǔ)單元。

6、按權(quán)利要求5所述的提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：

(a)所述的底電極上生長的基質(zhì)層厚度為100nm～900nm；介質(zhì)層材料為SiO₂、SiN_x、Al₂O₃或HfO₂；

(b)所述的底電極為導(dǎo)體材料Al、Cu或W，厚度為200nm～400nm；

(c)所述的加熱電極材料為W或Pt；或在W或Pt上沉積一層TiN或TiAlN的，幾個(gè)納米厚的高電阻率的加熱材料；

(d)所述的相變材料為Ge-Sb-Te系列、Si-Sb-Te系列或Si-Sb系列。

7、按權(quán)利要求5所述的提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于加熱電極、緩沖層材料和相變材料區(qū)域限制在同一介質(zhì)孔洞中，三者形成的自對準(zhǔn)柱狀結(jié)構(gòu)。

8、按權(quán)利要求5所述的提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的納米孔洞陣列的孔洞直徑為50nm～300nm。

9、按權(quán)利要求5或6所述的提高相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元可靠性的結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的加熱電極用聚焦離子束、電子束曝光或反應(yīng)離子刻蝕方法制備。