[發明專利]一種相變存儲器單元及其制備方法

有效

• 申請號: 202011608134.3
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112635667B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 鐘旻;李銘;馮高明
• 申請（專利權）人: 上海集成電路裝備材料產業創新中心有限公司;上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;陳慧弘

1.一種相變存儲器單元，其特征在于，從下到上依次包括：位于襯底上的底電極、相變單元、加熱電極和頂電極；其中，

所述相變單元為縱向連接設置于所述底電極上的柱體，其由內而外依次設置有柱形相變材料層、環形散熱層和環形選擇器件層；所述頂電極與所述加熱電極和所述柱形相變材料層依次連接，所述環形選擇器件層連接所述底電極，其中，所述相變單元的柱體截面為圓形、橢圓形、矩形菱形或多邊形，

所述底電極、所述相變單元及所述加熱電極的橫截面積依次減小，且所述加熱電極的底部形狀位于柱形相變材料層頂部表面的范圍內。

2.根據權利要求1所述的相變存儲器單元，其特征在于，所述加熱電極與柱形相變材料層一個接觸面相連，所述環形散熱層和所述環形選擇器件層依次包覆所述柱形相變材料層的剩余接觸面，其中，所述加熱電極縱向設于柱形相變材料層的頂部表面上，所述加熱電極的頂部連接在所述頂電極的下端。

3.根 據權利要求1所述的相變存儲器單元，其特征在于，所述相變材料層108初始狀態為晶態；所述相變材料層108的材料包括GeTe-Sb2Te3體系、GeTe-SnTe體系、Sb2Te體系、In3SbTe2體系、Sb摻雜體系、摻雜Sc、Ag、In2 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的GeTe-Sb2Te3體系、摻雜Sc、Ag、In 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的GeTe-SnTe體系、摻雜Sc、Ag、In 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的Sb2Te體系、摻雜Sc、Ag、In 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的In3SbTe2體系、摻雜Sc、Ag、In 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的Sb摻雜體系中的至少一種。

4.根據權利要求1所述的相變存儲器單元，其特征在于，所述加熱電極為環形或通孔結構。

5.根據權利要求1所述的相變存儲器單元，其特征在于，所述環形散熱層的材料的導熱系數大于100W/mK。

6.根據權利要求1所述的相變存儲器單元，其特征在于，所述環形選擇器件層形成的選擇器件為二維材料晶體管、雙向閾值開關和金屬氧化物薄膜電阻開關中的一種。

7.根據權利要求1所述的相變存儲器單元，其特征在于，所述環形散熱層材料包括石墨烯、含碳化合物，二維材料、含Ti、W，Ta，Cu，WCN，WN，TaN等材料中的至少一種。

8.根據權利要求1所述的相變存儲器單元，其特征在于，所述散熱層材料的導熱系數大于100W/mK。

9.一種相變存儲器單元的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：提供一襯底，在所述襯底上沉積第一介質層，在所述襯底和第一介質層中形成底電極；

S2：在所述第一介質層上沉積第二介質層，在對應所述底電極位置的所述第二介質層中形成貫通的第一凹槽或通孔結構，第一凹槽或通孔結構的橫向尺寸小于等于底電極；

S3：在所述第一凹槽或通孔中依次填充選擇器件層，散熱層和相變材料層薄膜；

S4：采用化學機械拋光工藝去除第二介質層上表面的所述選擇器件層、所述散熱層和所述相變材料層，在第二介質層中形成相變單元；

S5：在所述第二介質層上沉積第三介質層，在所述第三介質層中形成連接所述選擇器件層的加熱電極，所述加熱電極橫向截面尺寸小于柱形所述相變材料層的橫向截面尺寸；

S6：在所述第三介質層上沉積第四介質層，在所述第四介質層中形成連接所述加熱電極的頂電極；其中，所述頂電極與所述加熱電極和所述柱形相變材料層依次連接，所述選擇器件層連接所述底電極，其中，所述相變單元的柱體截面為圓形、橢圓形、矩形菱形或多邊形。