[發明專利]一種光電混合存儲的相變存儲器結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201310534339.5
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103559909A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 劉波;宋志棠;封松林
• 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: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H01L27/24;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

本發明屬于微納電子技術領域。本發明具體涉及一種光電混合存儲的相變存儲器結構及其制備方法。

背景技術

相變存儲器技術是基于Ovshinsky在20世紀60年代末(Phys.Rev.Lett.,21,1450～1453,1968)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。

相變存儲器的關鍵材料是硫系化合物合金材料，它的特點是當給它一個電脈沖或采用激光加熱的方法時可以使材料在非晶態與多晶態之間發生可逆相變。伴隨著材料結構的可逆相變，材料的光學和電學等性能發生可逆相變，處于非晶態時呈現高阻(低反射率)，多晶態時呈現低阻(高反射率)，電阻變化幅度可達幾個數量級，這樣就可以作為一個非揮發性存儲器。硫系化合物光學性能的可逆變化特性已成功用于CD-RW(Compact?Disk?Rewritable)、DVD±RW(Digital?Versatile?Disk?Rewritable)、DVD-RAM(Digital?Versatile?Disk?Random?Access?Memory)和HD-DVD(High-Density?Digital?Versatile?Disk)等系列可擦重寫相變光盤。而利用其電阻性能的相變存儲器技術也已進入市場。

存儲器的研究一直朝著高速的方向發展。但是相變存儲器的擦除過程涉及相變材料的結晶，所需時間往往在幾百甚至幾千納秒，是制約相變存儲器速度的瓶頸所在。利用激光誘導相變材料發生結晶可以在皮秒甚至飛秒量級時間內完成，但是結晶前后相變材料的光學性能差異太小，信息存儲的載噪比很低；而利用脈沖電信號誘導相變材料發生結晶，結晶前后相變材料的電學性能差異非常大，可獲得很高的信息存儲載噪比，但是發生結晶的時間太長，無法滿足高速存儲要求。如果利用激光誘導相變材料相變實現信息的寫入和擦除，而利用測量相變材料的電阻變化可實現信息的準確無誤讀出，這就是所謂的光寫入、電讀出的光電混合存儲相變存儲器技術，借此可充分發揮傳統意義的光存儲和相變存儲器的各自優勢，實現高速存儲的目的。但如何實現光電混合存儲的器件結構設計是一大難題，為此，本發明提出一種光電混合存儲的相變存儲器結構解決上述技術問題。

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光電混合存儲的相變存儲器結構及其制備方法，用于解決現有技術中信息存儲速度慢或載噪比低的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種光電混合存儲的相變存儲器結構，該相變存儲結構包括上表面制備有若干字線的襯底；位于所述字線上表面的若干導電通孔下電極；所述導電通孔下電極上表面設有選擇開關器件；所述選擇開關器件上設有與其接觸的導電互連通孔電極；所述導電通互連孔電極上設有與其接觸的半導體激光器；所述半導體激光器上方設有與其接觸的導電透明電極；所述導電透明電極上方設有與其接觸的相變材料層；所述相變材料層上表面設有導電反射層；所述導電反射層上表面設有若干導電通孔上電極；所述導電通孔上電極上表面設有若干位線。

優選地，所述字線為導電連線，其材料選自多晶硅、鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦、氮化鋁鈦或氮化鉭。

優選地，所述導電通孔下電極的材料選自多晶硅、鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦、氮化鋁鈦或氮化鉭。

優選地，所述選擇開關器件為用于尋址、單向導電開關和提供驅動電流的單向導電開關。

優選地，所述導電互連通孔電極的材料選自多晶硅、鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦、氮化鋁鈦或氮化鉭。

優選地，所述導電反射層用于反射半導體激光器產生的激光和導通選擇開關器件產生的電流，其材料選自鋁、銀、金、銅、鎢或鈦。

優選地，所述導電通孔上電極材料選自多晶硅、鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦、氮化鋁鈦或氮化鉭。

優選地，所述位線為導電連線，材料選自多晶硅、鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦、氮化鋁鈦或氮化鉭。

本發明還包括一種光電混合存儲的相變存儲器結構制備方法，該方法包括以下步驟：

a)提供一襯底，在該襯底內制備嵌于其中的若干字線；

b)在所述字線層上制備若干導電通孔下電極；