[發(fā)明專利]相變存儲器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410504612.4
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104201282B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王玉嬋;陳小剛;陳一峰;王月青;宋志棠;劉波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體器件及制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種相變存儲器及其制備方法，能夠支持塊擦除操作。

背景技術(shù)

存儲器是半導體產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，近兩年隨著計算機和移動通訊技術(shù)的快速發(fā)展，對于存儲器的要求越來越高，不但要求體積小、功耗低、成本低、讀/寫速度快，而且要求具有不揮發(fā)性，即在掉電的情況下仍能保存數(shù)據(jù)。目前市場上主流的存儲器包括SRAM、DRAM和FLASH等，這些存儲器在各個方面起著重要作用，但目前還沒有一種理想的存儲器，滿足所有需求的性能。新型非揮發(fā)存儲器主要有鐵電存儲器(FRAM)、磁存儲器(MRAM)和相變存儲器(PCRAM)。相變存儲器是一種新型的固態(tài)半導體存儲器，它是基于Ovshisky在20世紀60年代末提出的奧弗辛斯基電效應(yīng)的存儲器。相變存儲器可以做在硅晶片襯底上，其關(guān)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(tài)與多晶態(tài)之間發(fā)生可逆相變，通過分辨非晶態(tài)時的高阻與多晶態(tài)時的低阻，可以實現(xiàn)信息的寫入、擦除和讀出操作。

相變存儲器具有存儲單元尺寸小、非揮發(fā)性、循環(huán)壽命長、穩(wěn)定性好、功耗低和可嵌入功能強等優(yōu)點，特別是在器件尺寸的微縮方面優(yōu)勢尤為突出。因此，相變存儲器被認為是下一代非揮發(fā)存儲技術(shù)的最佳解決方案之一，在低壓、低功耗、高速、高密度和嵌入式存儲方面有著廣闊的商用前景。

典型的相變存儲器結(jié)構(gòu)都是在各個下電極或者下加熱電極上淀積相變材料，形成各個分立的相變存儲單元，這種結(jié)構(gòu)不能完成整塊操作，只能執(zhí)行單元操作。這種結(jié)構(gòu)很難滿足快速擦除和寫入的要求。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種相變存儲器及其制備方法，能夠支持塊擦除操作，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有相變存儲器不能完成塊操作，因而不能滿足快速擦除和寫入要求的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種相變存儲器，其中，所述相變存儲器至少包括：

下電極，所述下電極呈陣列式排布；

位于所述下電極上的下加熱電極；

位于多個下加熱電極上的相變材料層，所述相變材料層呈條狀等間距排布；

位于所述下加熱電極上方位置的相變材料層上的上電極，所述上電極呈條狀等間距排布，且與所述相變材料層相互垂直。

優(yōu)選地，所述相變存儲器還包括：位于所述相變材料層下部兩端的大電極，所述上電極還位于所述大電極上方位置的相變材料層上。

優(yōu)選地，所述相變存儲器還包括：位于所述下電極、所述下加熱電極、所述相變材料層和所述大電極的外側(cè)壁與內(nèi)側(cè)壁的絕熱材料層。

優(yōu)選地，所述上電極與控制信號連接，所述大電極通過所述相變材料層與所述上電極電連接，所述上電極通過所述相變材料層與所述下加熱電極及所述下電極電連接。

優(yōu)選地，所述相變存儲器還包括：位于所述下電極下部的二極管或晶體管。

優(yōu)選地，所述下加熱電極為與所述下電極形狀、大小相同的電極或者T型小電極。

本發(fā)明還提供一種相變存儲器的制備方法，其中，所述相變存儲器的制備方法至少包括如下步驟：

提供襯底，在所述襯底上形成第一絕熱材料層，圖形化所述第一絕熱材料層，在所述第一絕熱材料層上形成通至所述襯底的呈陣列式排布的第一通孔；在所述第一通孔內(nèi)淀積電極材料形成下電極，去除多余的電極材料；

形成第二絕熱材料層，覆蓋所述第一絕熱材料層和所述下電極，圖形化所述第二絕熱材料層，在所述第二絕熱材料層上形成通至各下電極的呈陣列式排布的第二通孔；在所述第二通孔內(nèi)淀積電極材料形成下加熱電極，去除多余的電極材料；

繼續(xù)圖形化所述第一絕熱材料層和所述第二絕熱材料層，在所述第一絕熱材料層和所述第二絕熱材料層的兩端形成通至所述襯底的與所述下電極位置相應(yīng)的第三通孔；在所述第三通孔內(nèi)淀積電極材料形成大電極，去除多余的電極材料；

形成第三絕熱材料層，覆蓋所述第二絕熱材料層、所述大電極和所述下加熱電極，圖形化所述第三絕熱材料層，形成通至所述下加熱電極和所述大電極的呈條狀等間距排布的溝道；在所述溝道內(nèi)淀積電極材料形成相變材料層，去除多余的電極材料；

形成電極材料層，覆蓋所述第三絕熱材料層和所述相變材料層，圖形化所述電極材料層，在所述下加熱電極和所述大電極上方位置的相變材料層上，形成呈條狀等間距排布、且與所述相變材料層相互垂直的上電極。