[發明專利]一種相變存儲器器件單元及制備方法

有效

• 申請號: 201010152455.7
• 申請日: 2010-04-20
• 公開（公告）號: CN102237488A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 徐成;宋志棠;劉波;吳關平
• 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
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種相變存儲器，尤其是一種相變存儲器的器件單元及其制備方法。本發明屬于微納電子學技術領域。?

背景技術

相變存儲器(Phase?Change?Random?Access?Memory，PCRAM)技術是基于S.R.Ovshinsky在20世紀60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450-1453，1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.，18，254-257，1971)提出相變薄膜可以應用于相變存儲介質的構想建立起來的。相變存儲器與目前的動態隨機存儲器(DRAM)、閃存(FLASH)相比有很明顯的優勢：體積小、驅動電壓低、功耗小、讀寫速度快以及非揮發特性。PCRAM不僅是非揮發性存儲器，能抗高低溫沖擊，抗輻照、抗振動，因此不僅將被廣泛應用到民用的日常便攜電子產品，而且在航空航天等軍事領域有巨大的潛在應用。國際上已有Ovonyx、Intel、Samsung、Hitachi、STMicroelectronics和British?Aerpspace等大公司在開展PCM存儲器的研究，正在進行技術的完善與可制造性等方面的研發工作。?

目前PCRAM研究的目標在于實現相變存儲器操作時的低操作電流和低功耗。PCRAM實現信息的寫入和擦除的方式是利用焦耳熱使微小區域的相變材料發生相變，相變區域的尺寸越小，發生相變所需的功耗就越低。當器件單元的尺寸越小甚至達到三維納米尺度，PCRAM的優越性將越充分地體現。因此，對PCRAM器件結構的開發成為了研究的熱點。目前已研究的PCRAM器件單元結構有很多種，包括“蘑菇型”器件結構(International?Electron?Devices?Meeting，2006)、邊緣接觸(Symposium?on?VLSI?Technology?Digest?of?TechnicalPapers，175，2003)、u形結構(IEEE?Solid-State?Circuits，40，1557，2005)、環形電極結構(Jpn.J.Appl.Phys.，46，2007)、相變材料橋式結構(IEDM，2006)?和垂直二極管與自對準下電極結構(ISSCC，472，2007)等等。然而，這些結構中，除了邊緣接觸的結構相變材料與加熱電極接觸在橫向方向，其余結構中相變材料都位于加熱電極的上方，相變區域為相變材料的下沿，在這些結構中，進一步縮小加熱電極的尺寸存在技術瓶頸。?

發明內容

本發明主要解決的技術問題在于提供一種相變存儲器器件單元及制備方法。?

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：?

一種相變存儲器器件單元，包括：襯底、位于所述襯底上的第一絕緣層、位于所述第一絕緣層上的下電極層，位于所述下電極層上的第二絕緣層、位于所述第二絕緣層上的相變材料單元；?

在所述第二絕緣層中設有第一電極材料，分別與其下的下電極層和其上的相變材料單元接觸；在所述相變材料單元上設有相變材料保護層將所述相變材料單元包裹；?

在所述相變材料單元及所述第二絕緣層上設有第三絕緣層，所述第三絕緣層中設有加熱電極材料和第二電極材料；所述加熱電極材料為倒錐形，其底面面積小于頂面面積，位于所述相變材料單元上方，并向下延伸與所述相變材料單元接觸；所述第二電極材料向下延伸至所述下電極層，并與所述下電極層接觸，而與所述相變材料單元不接觸；?

在所述加熱電極材料和第二電極材料上分別設有上電極；在所述第三絕緣層上和所述上電極周圍設有第四絕緣層，僅露出所述上電極的上表面。?

其中，所述相變材料單元的橫截面形狀為環形、圓形、矩形、橢圓形和多邊形中的任意一種；所述相變材料單元的高度為3-300nm；所述相變材料單元的橫截面周長上任意兩點的最大距離為3-500nm。?

所述第一電極材料、第二電極材料和加熱電極材料的橫截面形狀為環形、圓形、矩形、橢圓形和多邊形中的任意一種；所述第一電極材料和第二電極材料的?高度為3-300nm，橫截面周長上任意兩點的最大距離為3-500nm。?