[發明專利]一種降低相變存儲器功耗的單元結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201010102213.7
• 申請日: 2010-01-28
• 公開（公告）號: CN101834273A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 杜小鋒;馬小波;宋志棠;劉衛麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍;余明偉

技本領域

本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種降低相變存儲器功耗的單元結構及其制備方法。

背景技術

相變存儲器(Phase?Change?Memory，PCM)至今已經被研究了40年，但由于加工技術和只有存儲單元的尺寸達到納米尺度才能充分體現出其優越性這兩個因素的制約，在1970到1999年近30年的時間內，相變存儲器進展緩慢。隨著半導體工業的制備技術和工藝達到深亞微米甚至是納米尺度，器件中相變材料的尺寸可以縮小到納米量級，發生相變所需的電壓和功耗大大降低，可與現有的CMOS相匹配，相變存儲器的優勢才體現出來。在2001年之后，Intel、Samsung、Ovonyx、STMicroelectronics、IBM、Hitachi等大公司對該技術非常重視，紛紛投入大量的精力開展相變存儲器的可制造性和商業化推進的研究工作，在最近幾年取得了很大的突破，相變存儲技術進入了快速的發展階段。

相變存儲器以相變材料為存儲介質，利用電能(熱量)使材料在晶態(低阻)與非晶態(高阻)之間相互轉換實現信息的寫入與擦除，信息的讀出靠測量電阻的變化實現。采用傳統結構的相變存儲器，Reset過程(由低阻到高阻)的電流過大，造成功耗過高。Sadegh?M.Sadeghipour等研究發現針對T型結構的相變存儲單元，真正應用于硫系材料薄膜層相變的熱量僅僅占到外部供給熱量總額的0.21.4％，卻有60-72％的熱量通過底W電極擴散回襯底方向(ITHERM′06.TheTenth?Intersociety?Conference?on，660，2006)。針對此，工業界提出了各種解決方案，其中之一就是在電極和相變材料之間添加加熱電極。目前通常采用的加熱電極材料包括W(IEDM，897，2003)、TiN(IEDM，901，2003)、TiON(Jpn.J.Appl.Phys.，43(8A)：5243，2004)等，通過低熱導率電極或者過渡層的引入，試圖提高熱量的利用率，降低功耗，使相變存儲器更加符合低功耗的要求，但效果有限。本發明從另一個角度出發，提出了一種在下電極和驅動器件之間加入低熱導率過渡層的結構，達到降低相變存儲器功耗的目的。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提出一種降低相變存儲器功耗的結構及其制備方法能夠降低編程過程中經由下電極的熱散失，同時能夠對下邊的二極管加熱增大其正向導通電流，從而達到降低相變存儲器功耗。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種降低相變存儲器功耗的單元結構，該單元結構包括集成電路襯底、位于集成電路襯底上的第一絕緣介質層、被第一絕緣介質層包圍并與集成電路襯底連接的驅動二極管、被第一絕緣介質層包圍并位于驅動二極管上的過渡層、位于第一絕緣介質層上的第二絕緣介質層、被第二絕緣介質層包圍并位于過渡層上的下電極、位于第二絕緣介質層上的第三絕緣介質層、被第三絕緣介質層包圍并位于下電極上的相變材料層和位于相變材料層上的上電極。

本發明還涉及一種降低相變存儲器功耗的單元結構的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

(1)利用標準工藝制備出集成電路襯底，其中包括相變存儲器單元結構所需的字線；

(2)在步驟(1)的基礎上用等離子化學氣相沉積PECVD方法制備第一絕緣介質層，光刻刻蝕出所要求的第一孔洞，該第一孔洞與集成電路襯底的字線相連；

(3)在步驟(2)所刻孔洞處，用固相外延方法生長N型單晶硅和P型單晶硅并形成驅動二極管；

(4)在步驟(3)形成的驅動二極管的上表面，沉積過渡層，然后采用CMP磨平或者光刻出要求的形狀；

(5)在步驟(4)的基礎上，用等離子體化學氣相沉積PECVD方式制備第二絕緣介質層，光刻刻蝕要求的第二孔洞，直至露出過渡層；

(6)在步驟(5)所刻第二孔洞內，沉積下電極，然后采用CMP磨平或者光刻出要求的形狀；

(7)在步驟(6)的基礎上，用等離子化學氣相沉積PECVD方式制備第三絕緣介質層，光刻刻蝕要求的第三孔洞，直至露出下電極；

(8)在步驟(7)所刻第三孔洞內，依次沉積相變材料層和上電極，然后光刻刻蝕或者采用CMP磨平到要求的形狀。