[發明專利]低功耗相變存儲器用限制型電極結構及制備方法

有效

• 申請號: 201210152787.4
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102637823A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 饒峰;任堃;宋志棠
• 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

本發明涉及半導體器件制備領域，特別是涉及一種低功耗相變存儲器用限制型電極結構及制備方法。

背景技術

相變存儲器技術是基于Ovshinsky在20世紀60年代末70年代初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，是一種價格便宜、性能穩定的存儲器件。相變存儲器可以做在硅晶片襯底上，其關鍵材料是可記錄的相變薄膜、加熱電極材料、絕熱材料和引出電極材料等。相變存儲器的基本原理是利用電脈沖信號作用于器件單元上，使相變材料在非晶態與多晶態之間發生可逆相變，通過分辨非晶態時的高阻與多晶態時的低阻，可以實現信息的寫入、擦除和讀出操作。

相變存儲器利用操作信號產生焦耳熱對相變材料進行操作，使其在不同的相之間進行轉變，從而體現出高低電阻值差異，進而完成對信息的存儲。相變存儲器由于其操作速度快，數據保持力好，循環操作能力強，與傳統CMOS工藝兼容，并且在小尺寸時仍能保持其操作性能，所以被認為是最有希望的下一代非揮發性存儲器之一。隨著器件尺寸的縮小，低功耗仍是現在相變存儲器研究的熱點。

相變存儲器尺寸隨著工藝水平的提高而不斷減小，這不但有利于制備高密度芯片的制備，同時也降低了操作功耗。相變存儲器操作功耗降低主要原因是由于操作過程中所需相變的區域隨著器件尺寸微縮而減小或相變區域加熱效率的大幅提高。研究表明，現有的相變存儲器中只有0.2%~1.4%的能量被真正利用到材料的相變過程中，將近60%~70%的能量以熱傳導的形式從下電極（W電極）流失，這些能量并沒有利用于相變材料的相轉變。而有研究表明在傳統T型結構的相變存儲單元中在W電極和相變材料之間加入一層WO_x絕熱加熱層可以提高器件的熱效率，降低功耗。但是上述方法是利用PVD方法沉積WO_x絕熱加熱層，需要后續600℃退火才能使所述WO_x絕熱加熱層的性能符合絕熱加熱層的要求。在芯片生產過程中，600℃高溫退火會惡化MOS管性能，是與CMOS工藝不兼容的。

因而，如何在給定的工藝水平下進一步降低所需相變的區域或提升加熱效率，降低操作功耗，實已成為本領域從業者亟待解決的技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種低功耗相變存儲器用限制型電極結構及制備方法，用于解決現有技術中相變存儲器的相變材料中能量利用率低以及現有提高器件熱效率的手段與傳統的CMOS工藝不兼容等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種低功耗相變存儲器用限制型電極結構的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟：

1）提供一具有金屬層及覆蓋于所述金屬層上的絕緣層的基底；

2）利用光刻刻蝕工藝刻蝕所述絕緣層直至所述金屬層，在所述基底上形成一底面為所述金屬層的凹槽；

3）利用化學氣相沉積工藝于所述基底上沉積鎢材料，并使所述鎢材料填充于所述凹槽內并覆蓋于所述絕緣層的上表面；

4）利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層的上表面的鎢材料拋除；

5）利用光刻刻蝕工藝刻蝕填充于所述凹槽內的鎢材料，直至填充于所述凹槽內的鎢材料的厚度小于所述凹槽的深度并達到一預設范圍值，形成底部為鎢材料、側壁為絕緣層的淺槽結構；

6）利用化學氣相沉積工藝或原子層沉積工藝于所述淺槽結構內及絕緣層的表面沉積c-WO_x材料；

7）利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層的上表面的c-WO_x材料拋除，使沉積于所述淺槽結構內的c-WO_x材料的頂面與所述絕緣層的上表面共平面；

8）利用光刻刻蝕工藝刻蝕沉積于所述淺槽結構內的c-WO_x材料，直至沉積于所述淺槽結構內的c-WO_x材料的厚度達到預設厚度范圍，形成底部為c-WO_x材料、側壁為絕緣層的電極槽結構；

9）于所述絕緣層的上表面及電極槽結構內沉積相變材料；

10）利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層的上表面的相變材料拋除，使沉積于所述電極槽結構內的相變材料的頂面與所述絕緣層的上表面共平面，形成低功耗相變存儲器用限制型電極結構。

于本發明制備方法的步驟1）中，所述絕緣層為SiO₂，所述絕緣層的厚度為50~1000nm。于本發明制備方法的步驟2）中，在所述基底上刻蝕形成的凹槽為圓孔狀槽，所述圓孔狀槽的孔徑為40~70nm，且所述圓孔狀槽的深度等于所述絕緣層的厚度。