[發(fā)明專利]一種相變存儲單元及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410057134.7
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103794721B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔濤;黃榮;張杰;衛(wèi)芬芬;程國勝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種相變存儲單元及其制備方法，屬于半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相變存儲器（phase-change?memory，PCM）以其優(yōu)異的特性，包括快速讀寫速度、優(yōu)異的尺寸縮放性能、多位元存儲能力、抗輻射、制造成本低等，被認(rèn)為是取代FLASH、SRAM及DRAM等常規(guī)存儲器的下一代主流存儲器。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們設(shè)計與制備出了多種PCM單元結(jié)構(gòu)，如經(jīng)典的“蘑菇型”結(jié)構(gòu)、側(cè)墻結(jié)構(gòu)、邊緣接觸結(jié)構(gòu)、μ-Trench結(jié)構(gòu)等，旨在減小電極與材料接觸面積、降低讀寫操作電流以提高存儲器工作性能。

目前提高PCM存儲密度同時降低制備成本是PCM面向應(yīng)用的進(jìn)程中亟需解決的關(guān)鍵問題之一。當(dāng)前主流的T-shape結(jié)構(gòu)只能通過采用更先進(jìn)的光刻工藝來獲得更小的接觸尺寸，這一結(jié)構(gòu)在未來更進(jìn)一步的發(fā)展中會大幅度地增加工藝成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種相變存儲單元及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種相變存儲單元，包括自下而上依次設(shè)置的襯底、下電極、下絕熱層、相變材料層、上絕熱層和上電極，所述上電極還與所述相變材料膜電連接，其中，所述下絕熱層具有主要由復(fù)數(shù)個四棱臺狀單元組成的周期性結(jié)構(gòu)，所述相變材料層連續(xù)覆設(shè)在所述周期性結(jié)構(gòu)上，并形成復(fù)數(shù)個凹槽結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述周期性結(jié)構(gòu)的周期為10-100nm。

進(jìn)一步的，所述四棱臺狀單元頂邊尺寸為15-100nm，底邊尺寸為30-150nm。

進(jìn)一步的，所述下絕熱層的厚度為10-100nm。

進(jìn)一步的，所述上絕熱層的厚度為10-200nm。

進(jìn)一步的，所述相變材料層的厚度為10-100nm。

進(jìn)一步的，所述上電極的寬度小于或等于覆設(shè)在每一四棱臺型單元頂部的相變材料層或每一凹槽結(jié)構(gòu)槽底面的寬度的三分之二。

進(jìn)一步的，每一上電極與一引出電極一端連接，所述引出電極另一端穿過上絕熱層，并與所述相變材料層電性接觸。

進(jìn)一步的，所述上電極與引出電極一體設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述下電極包括鎢膜和氮化鈦/鎢雙層膜中的任一種。

進(jìn)一步的，前述相變材料可選自但不限于Ge₂Sb₂Te₅、N摻雜Ge₂Sb₂Te₅、O摻雜Ge₂Sb₂Te₅、GeSb₂Te₅中的任一種或多種。

進(jìn)一步的，前述上絕熱層的材料可選自但不限于二氧化硅、氮化硅中的任意一種或多種。

進(jìn)一步的，前述下絕熱層的材料可選自但不限于二氧化硅，亦即，所述下絕熱層可具有主要由復(fù)數(shù)個二氧化硅四棱臺組成的周期性結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，前述上電極的材料可選用但不限于鋁。

一種相變存儲單元的制備方法，包括：

（1）依次在襯底表面沉積下電極層以及絕熱材料前體層；

（2）采用光刻技術(shù)在該絕熱材料前體層表面制作周期性圖形結(jié)構(gòu)，并利用濕法腐蝕技術(shù)腐蝕上述絕熱材料前體層，獲得主要由復(fù)數(shù)個四棱臺狀單元組成的周期性結(jié)構(gòu)；

（3）采用氧化工藝處理前述周期性結(jié)構(gòu)，氧化形成下絕熱層；

（4）在下絕熱層上沉積相變存儲材料（亦稱“相變材料”），形成連續(xù)覆設(shè)在所述周期性結(jié)構(gòu)上的、并具有復(fù)數(shù)個凹槽結(jié)構(gòu)的相變材料層；

（5）在相變材料層上沉積上絕熱層，并在上絕熱層開通孔，而后在通孔內(nèi)沉積導(dǎo)電材料，形成與相變材料層電性接觸的上電極。

進(jìn)一步的，所述絕熱材料前體層為硅層。

在一典型實施方案中，前述下絕熱層的制備方法包括：首先采用濕法腐蝕工藝獲得由硅形成的前述周期性結(jié)構(gòu)，繼而采用熱氧化工藝獲得二氧化硅絕熱層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：

（1）該相變存儲單元中，下絕熱層結(jié)構(gòu)易于制備，與傳統(tǒng)光刻結(jié)合刻蝕工藝相比顯著降低了制造成本；