[發明專利]寬帶隙半導體二極管作為選通管相變存儲器及方法

有效

• 申請號: 201010252343.9
• 申請日: 2010-08-13
• 公開（公告）號: CN101976675A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 吳良才;宋志棠;倪鶴南
• 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: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L29/861;H01L29/12;H01L21/77
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

1.一種利用寬帶隙半導體二極管作為選通管的相變存儲器器件單元，其特征在于

(a)所述的相變存儲器器件單元是由一個基于寬帶隙半導體二極管和一個相變存儲介質構成，其中寬帶隙半導體二極管作為開關；

(b)作為開關的寬帶隙半導體二極管是由寬帶隙半導體材料形成的p-n結二極管或是由寬帶隙半導體材料和金屬材料形成的肖特基勢壘二極管；

(c)寬帶隙半導體材料的禁帶寬度Eg在2.0-6.0eV之間；

(d)存儲單元中的寬帶隙半導體二極管在下，相變存儲介質在上，呈縱向排列結構，從而形成高密度的相變存儲器件單元。

2.按權利要求1所述的相變存儲器器件單元，其特征在于寬帶隙半導體材料包括金剛石，III族氮化物，碳化物，氮化硼、ZnO在內的氧化物半導體及固溶體。

3.按權利要求2所述的相變存儲器器件單元，其特征在于：

①所述的III族氮化物為GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN或AlInGaN；

②所述的碳化物為SiC、4H-SiC或6H-SiC；

③所述的氧化物為ZnO、TiO₂或W₂O₃。

4.按權利要求1所述的利用寬帶隙半導體二極管作為相變存儲器的選通管，其特征在于寬帶隙半導體材料和金屬材料形成的肖特基勢壘二極管的上、下電極為包含鋁、銅、鎢或鈦在內的金屬材料。

5.制備如權利要求1-3中任一項所述的相變存儲器器件單元，其特征在于

(A)制備寬帶隙半導體p-n結二極管的主要步驟：

(a)在襯底上制備p型寬帶隙半導體薄膜，厚度20-200nm；

(b)在p型寬帶隙半導體薄膜上制備n型半導體薄膜，厚度20-200nm；

(c)刻蝕形成p-n結；

(d)在p-n結上制備加熱電極，厚度在10-100nm；

(e)在加熱電極上制備相變材料，厚度在30-300nm；

(f)光刻和濕法刻蝕在相變材料上形成存儲單元的頂電極；

(B)制備寬帶隙半導體肖特基二極管的主要步驟：

(a)在襯底上制備陰極，陰極材料為鋁、金、鉬、鎳或鈦；厚度50-500nm；

(b)在陰極上制備寬帶隙半導體薄膜，厚度20-200nm；

(c)在寬帶隙半導體薄膜上制備陽極，陽極材料為鎢、鈦、TiN、金、鉬或鎳，厚度50-500nm；

(d)在陽極上制備介質材料層，在介質層上原位形成加熱電極材料的孔洞，孔洞底部與肖特基二極管陽極相連，孔洞的深度50nm-150nm，孔洞直徑20-200nm；

(e)利用磁控濺射、CVD或ALD方法在孔洞中淀積可逆加熱電極材料；

(f)在上述孔洞內填充相變材料后，進行刻蝕或CMP，除去孔洞以外的加熱電極材料，形成柱狀加熱電極陣列；

(g)在加熱電極上制備相變材料，厚度在30-300nm，然后光刻形成形變材料陣列；

(h)利用CVD、ALD或高真空磁控濺射方法、電子束蒸發方法在相變材料陣列上淀積一層電極材料；

(i)光刻形成存儲單元的頂電極。

6.按權利要求5所述的制備方法，其特征在于方法A和B中襯底材料為藍寶石、SiC、Si或GaN。

7.按權利要求5所述的制備方法，其特征在于：

①所述的介質層材料為包括SiO₂或SiN_x在內的介質材料；所述的加熱電極材料為W；

②介質層上原位形成孔洞的方法為聚焦離子束刻蝕、電子束曝光或反應離子刻蝕。

8.按權利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的可逆相變材料為Ge-Sb-Te、SbTe、Ge-Te、Si-Sb、Si-Sb-Te、或摻雜Sn、Ag或N的GeSbTe和SiSbTe。

9.按權利要求7所述的制備方法，其特征在于在W加熱電極上制備一層TiN或TiO₂高電阻率的薄膜，提高加熱效果。