[發明專利]基于ZnO肖特基二極管的相變隨機存儲器陣列及制作方法

有效

• 申請號: 201010292303.7
• 申請日: 2010-09-26
• 公開（公告）號: CN101976677A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 劉燕;宋志棠;凌云;龔岳峰;李宜謹
• 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;H01L29/872;H01L29/22;H01L21/82
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，涉及一種相變隨機存儲器(PCRAM)及其制造方法，尤其是一種基于低溫下形成的ZnO肖特基二極管選通的高密度相變隨機存儲器陣列及其制造方法。

背景技術

相變隨機存儲技術是基于Ovshinsky在20世紀60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450～1453，1968)和70年代初(Appl.Phys.Lett.，18，254～257，1971)提出的相變薄膜可以應用于相變存儲介質的構想建立起來的，是一種成本低、速度快、存儲密度高、制造工藝簡單和性能穩定的電存儲器件，并且它的制備與現有的標準CMOS工藝相兼容，因此受到全世界的廣泛關注。

相變隨機存儲器(簡稱PCRAM)的基本原理是利用電脈沖信號作用于器件單元電極上，使相變材料在非晶態與多晶態之間發生可逆相變，通過分辨非晶態高電阻值與多晶態低電阻值，實現“0”和“1”狀態的存儲，從而完成信息的寫入、擦除和讀出操作。相變隨機存儲器由于具有高速讀取、高循環次數、非易失性、器件尺寸小、功耗低、抗強震動和抗輻射等優點，被國際半導體工業協會認為最有可能取代目前的閃存存儲器而成為未來存儲器主流產品，尤其在國防和航天航空領域有重大的應用前景。

在對相變隨機存儲器存儲單元實施電操作過程中，一般認為在SET(設定)過程中(對應于結晶化)，施加一個低而寬的電脈沖對相變材料進行加熱，當材料的溫度高于結晶溫度(650K)而又低于熔化溫度(893K)時，相變材料就會結晶，從而形成具有較低電阻值的多晶態；而在RESET(重新設定)過程中(對應于非晶化)，則需要施加一個高而窄的電脈沖進行加熱，使材料的溫度高于相變材料的熔化溫度以打斷多晶材料中原有的化學鍵，隨后經過一個驟冷的淬火過程(降溫速度達到1011K/s)使材料中的原子來不及重新成鍵排列，形成了短程有序長程無序的非晶態，而這種非晶態相對于多晶態具有很高的電阻率，電阻值很高。相變隨機存儲器就是利用能夠可逆轉變的非晶態和多晶態的高、低電阻值的差異來實現數據“0”和“1”的存儲。在讀取(READ)過程中，電脈沖很弱，時間很短，不足以引起相變材料中的發生任何相變，故不會破壞其中存儲的信息。

目前世界上從事相變隨機存儲器研發工作的機構大多數是半導體行業的大公司(Ovonyx，Intel，Samsung，IBM和AMD等)，他們關注的焦點都集中在如何盡快實現相變隨機存儲器的商業化上。其中，實現高密度，高速的海量存儲陣列是研究的方向。相比以往的MOSFET(互補型金屬氧化物場效應晶體管)驅動相變存儲單元的1T1R結構而言，采用二極管驅動相變單元的1D1R結構，具有面積小，功耗低，電路速度快等優勢。鑒于此，本發明將針對實現高速，高密度，低功耗海量存儲陣列而提出一種低溫下制作的基于ZnO肖特基二極管選通相變隨機存儲器陣列。

發明內容

本發明主要解決的技術問題在于提供一種基于ZnO肖特基二極管的相變隨機存儲器陣列及其制作方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于ZnO肖特基二極管的相變隨機存儲器陣列，包括：

第一導電類型的半導體襯底；

位于所述半導體襯底之上的絕緣緩沖層；

位于所述絕緣緩沖層之上的多條相互平行的第二導電類型的字線；

位于所述字線之上，電連接于所述字線的多個ZnO肖特基二極管，所述ZnO肖特基二極管由第一導體層和與之相連的n型ZnO多晶態薄膜組成；

分別位于每個所述ZnO肖特基二極管之上的第二導體層；

分別位于每個第二導體層之上的相變存儲層；

位于所述相變存儲層之上，電連接于所述相變存儲層的多條位線，所述位線空間垂直于所述字線。

其中，所述第一導電類型為p型，第二導電類型為n型。

多條所述字線之間填充有絕緣隔離層，優選為TEOS(正硅酸乙酯)材料。

所述ZnO肖特基二極管中的第一導體層采用較大的金屬公函數材料，如銅、鉑或銀；所述ZnO肖特基二極管之上的第二導體層采用鋁或鋁銅合金材料。

在所述ZnO肖特基二極管及其上的第二導體層周圍設有第一介電隔離結構，所述第一介電隔離結構與所述ZnO肖特基二極管及其上的第二導體層之間設有第一介質障壁層；所述相變存儲層周圍設有第二介電隔離結構，所述第二介電隔離結構與所述相變存儲層之間設有第二介質障壁層。所述第一介電隔離結構和第二介電隔離結構采用SiO₂或SiON等介電材料。所述第一介質障壁層和第二介質障壁層采用氮化硅或SiON等材料。