[發明專利]一種新型的相變存儲器結構及其制備工藝

無效

• 申請號: 201010153350.3
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN102237490A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 黃歡;陳芳
• 申請（專利權）人: 黃歡;陳芳
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G11C11/56
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及納米半導體存儲器件領域，是一種新型的相變存儲器結構及制備工藝。可用于對相變存儲器的實驗研究，有利于提高相變存儲器的性能。同時，此種相變存儲器也可以作為未來相變存儲器大規模生產的結構的原型。?

背景技術

近年來，隨著信息存儲技術的不斷發展，人們對信息存儲器件的存取速度和容量以及保存時間的要求越來越高。隨著存儲器件的尺寸規模的不斷縮小，目前傳統的利用貯存電荷存儲信息的存儲器件越來越受到挑戰，當傳統的動態存儲器(DRAM)，靜態存儲器(SRAM)以及閃存(Flash?memory)的存儲單元不斷縮小并達到量子隧穿效應的尺度時，由于貯存電荷的單元中的電子的量子隧穿效應，這些電荷將無法保存，使得這些傳統的存儲器件將失效。為了克服不遠的將來就會面臨的這一問題，越來越多的研究機構正在致力于研究能取代這些傳統存儲器件的非易失性統一存儲器技術，相變存儲器作為一種非常有前途的替代者而得到廣泛的研究和越來越多的關注。不同于傳統的存儲器的存儲方式，相變存儲器是利用在相變光盤中廣泛應用的相變材料結構特性來實現信息的記錄和存儲。具體來講，在相變存儲器中利用長的(一般在幾十個納秒)中等強度的電脈沖信號將相變材料加熱并晶化，實現信息的寫入，利用短的(一般在幾個納秒或十幾個納秒)強的電脈沖信號將相變材料熔化并快冷而非晶化，實現信息擦除。然后利用弱的脈沖可以重復的實現信息的讀出而不影響存儲的信息。由于這種信息的存儲是利用材料中原子排布的有序和無序的變化來存儲記錄信息，因此它不受到量子隧穿效應的影響，由于同樣的原因，在斷電的情況下，相變存儲器存儲的信息也不會丟失，即具有非易失性。并且由于存儲信息的材料結構的穩定性，存儲的信息能夠保存幾十年甚至幾百年。更令人關注的是，相變材料結構在晶態和非晶態之間可逆變化的過程至少能實現10萬次以上的循環，是傳統閃存存儲次數的幾百倍以上。正是基于相變存儲器在非易失性，數據保存時間，可縮放性，循環次數高以及功耗低等諸多方面的優異性能，使得相變存儲器的研究開發越來越受到廣泛關注。?

相變存儲器的典型結構是上下電極，加熱頭和相變層(S.Lai?and?T.Lowrey，Tech.Dig.-Int.Electron?Devices?Meet.2001，36.5.1)。本發明基于對相變材料的相變動力學過程的研究提出了一種新型的相變存儲器結構，與傳統相變存儲器結構相比，能有效地縮短相變存儲器的寫入時間和寫入功率。而且并未增加制備工藝的復雜性。?

發明內容

本發明基于相變材料相變動力學過程研究的結果，提出了一種新型的相變存儲器的結構和制備工藝，與傳統相變存儲器結構相比，此新型結構能有效地縮短相變存儲器的寫入時間和寫入功率，有利于相變存儲器的信息的擦除。?

本發明的解決方案如下：?

一種新型的相變存儲器結構及其制備工藝，其特點是：利用下電極(1)和上電極(7)將脈沖電流或電壓施加到加熱頭(3)，隔熱層(2)能很好的隔絕電信號和熱量。加熱頭(3)對相變材料層(4)進行加熱使其發生晶態和非晶態的循環可逆變換，實現信息的寫入和擦除。用弱電壓或電流脈沖可實現記錄信息的重復讀出。增加了導熱層(5)和粘附層(6)，粘附層(6)可以將上電極(7)很好的和導熱層(5)相連接，加入的導熱層(5)有利于信息的擦除，并有利于縮短寫入時間，提高相變存儲器的性能。?

新型相變存儲器結構，特點是：下電極(1)為厚度為0.5mm的TiN或鎢。隔熱層(2)為厚度為10-100nm的SiN或ZnS-SiO₂。加熱頭(3)為直徑為10-100nm的TiN。相變層(4)為厚度為5-50nm的GeSbTe，AgInSbTe，GeTe，GeSb，SiSb，SiSbTe薄膜。導熱層(5)為厚度為5-500nm的Ag或Al或Cu或Pt或Au薄膜。粘附層(6)為厚度為5nm的Ti金屬薄膜。上電極(7)為厚度為200nm的TiN或鎢。?

新型相變存儲器結構制備工藝，特點是：使用磁控濺射設備，在0.5mm的下電極(1)上濺射隔熱層(2)、旋涂上光刻膠，曝光并顯影，通過干法或濕法刻蝕出深度10-100nm直徑10-100nm小孔，沉積TiN薄膜，形成加熱頭(3)，升離處理后，沉積相變材料層(4)，導熱層(5)和粘附層(6)，最后沉積200nm的上電極(7)。如附圖所示。?

本發明的技術效果：?

與傳統相變存儲器結構相比，能有效地縮短相變存儲器的寫入時間和寫入功率。而且并未增加制備工藝的復雜性。?

附圖說明