[發明專利]選通管相變存儲集成單元及其制備方法、相變存儲器件

有效

• 申請號: 202011447855.0
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112652710B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 徐明;徐開朗;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟

本發明公開了一種選通管相變存儲集成單元及其制備方法、相變存儲器件，屬于微納米電子技術領域。在襯底上形成底電極；在底電極上制備絕緣層，對絕緣層進行圖形化得到納米孔，并通過納米孔暴露出底電極；在納米孔中填充選通管材料；在選通管材料遠離底電極的一側進行離子注入，以在納米孔內遠離底電極的一側形成界面型相變存儲單元；在絕緣層上形成頂電極。通過對選通管材料進行表面離子注入處理實現了界面型相變存儲單元的制備，并同時實現了界面型相變存儲單元與選通管單元的集成，減少了工藝步驟。由于相變存儲材料由選通管材料經過表面離子注入而得到，避免了選通管單元和相變存儲單元界面的界面問題。

技術領域

本發明涉及微納米電子技術領域，特別涉及一種選通管相變存儲集成單元及其制備方法、相變存儲器件。

背景技術

隨著科技發展導致的數據量呈指數式增長，海量的數據需要速度更快、容量更大的存儲器來處理和存放，而且發展更高密度，更高速度的存儲器也是國家在當前的迫切需要；傳統的非易失固態存儲雖然通過一些工藝結構上的改進可以在容量上可以做到滿足基本要求，但是其讀寫速度相對較慢，使得其與速度很快但容量較小的內存之間存在一個較大的空白，這個空白需要容量較大和速度較快的新型存儲來填補。而最新的研究表明，三維堆疊的相變存儲交叉陣列是最有希望的候選者，相比其他新型存儲技術，其較好的CMOS工藝兼容性、耐用性、穩定性等優異性能使得其備受關注。

但是這種交叉點存儲陣列也存在著一些不可忽略的問題，其中最重要的就是在對存儲單元進行讀寫時由于漏電流的存在導致的串擾問題。而目前解決這個問題最行之有效的辦法之一是將每一個存儲單元與一個選通管單元集成在一起。選通管單元的作用是在對存儲單元進行擦寫操作時保持開啟導通狀態，而擦寫操作完成后保持關閉狀態，這樣能有效的避免讀寫串擾問題。因此，要使交叉點存儲陣列具有較好的性能，選通管單元和相變存儲單元的集成尤為重要。

在傳統的制備工藝中，相變存儲單元往往是通過各種薄膜沉積如磁控濺射、原子層沉積等技術集成到選通管單元上，這些工藝不僅在單元垂直尺寸上存在明顯的下限，而且由于不同材料沉積參數和沉積工藝不同，導致選通管單元和相變存儲單元界面處會出現結合不夠緊密的地方，產生大量缺陷，造成不良應力，從而影響了相變存儲單元與選通管單元集成之后的綜合性能。

發明內容

為了避免選通管單元和相變存儲單元集成的界面問題，本發明實施例提供了一種選通管相變存儲集成單元及其制備方法、相變存儲器件。所述技術方案如下：

一方面，本發明實施例提供了一種選通管相變存儲集成單元的制備方法，包括：

在襯底上形成底電極；

在所述底電極上制備絕緣層，對所述絕緣層進行圖形化得到納米孔，并通過所述納米孔暴露出所述底電極；

在所述納米孔中填充選通管材料；

在所述選通管材料遠離所述底電極的一側進行離子注入，以在所述納米孔內遠離所述底電極的一側的選通管材料改性為相變存儲材料，形成界面型相變存儲單元，所述納米孔內靠近所述底電極的一側的未參與材料改性的選通管材料形成選通管單元；

在所述絕緣層上形成頂電極，所述納米孔在所述襯底上的投影位于所述頂電極在所述襯底上的投影內。

可選地，所述選通管材料為硫系選通管材料，所述相變存儲材料為硫系相變存儲材料。

可選地，所述選通管材料為GeTe、GeS、GeSe、GeSbSe、GeSbS中的任意一種或其混合物；注入的離子為Sb。

可選地，所述選通管材料為GeTe_，注入的離子為Ge。

可選地，所述界面型相變存儲單元的高度為2~4nm。

可選地，所述制備方法還包括在所述絕緣層上形成頂電極之前，對所述絕緣層和所述界面型相變存儲單元的表面進行超快激光退火。