[發(fā)明專利]一種具有緩沖層的低功耗的相變存儲單元及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112909161B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐明;徐開朗;繆向水
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 杭州宇信聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33401
• 代理人: 王健

本發(fā)明公開了一種具有緩沖層的低功耗的相變存儲單元及其制備方法，屬于微納米電子技術(shù)領(lǐng)域。一種具有緩沖層的低功耗的相變存儲單元包括襯底以及依次設(shè)置在襯底上的底電極、絕緣層和頂電極，絕緣層中具有連通頂電極和底電極的通孔，通孔內(nèi)依次設(shè)置有加熱電極、緩沖層和相變材料功能層，加熱電極的下表面與底電極接觸，相變材料功能層的上表面與頂電極接觸，緩沖層材料為CuSbM₂，其中，M為S或者Se。由于硫系化合物材料CuSbM₂(M＝S,Se)具有較高的電導(dǎo)率和較低的熱導(dǎo)率，當(dāng)其作為緩沖層，可以在不影響相變存儲器單元性能的前提下，阻止相變材料功能層向外的熱傳導(dǎo)，與未采用緩沖材料層的器件操作功耗有了明顯的降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納米電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有緩沖層的低功耗的相變存儲單元及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著科技發(fā)展導(dǎo)致的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)式增長，海量的數(shù)據(jù)需要速度更快、容量更大的存儲器來處理和存放，而且發(fā)展更高密度，更高速度的存儲器也是國家在當(dāng)前中美關(guān)系情況下的迫切需要；傳統(tǒng)的非易失固態(tài)存儲雖然通過一些工藝結(jié)構(gòu)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(nèi)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(shù)，其較好的CMOS工藝兼容性、耐用性、穩(wěn)定性等優(yōu)異性能使得其備受關(guān)注。

相變存儲器的存儲原理是利用電脈沖產(chǎn)生的焦耳熱使得相變存儲材料單元在阻態(tài)較低的晶態(tài)和阻態(tài)較高的非晶態(tài)之間切換。這兩個過程的能耗相對其他類型的存儲較高，因此，傳統(tǒng)相變存儲器中存在較大的熱量耗散。目前減小相變存儲器件功耗的方案主要圍繞在相變材料上，比如相變材料摻雜改性等。

發(fā)明內(nèi)容

為了降低操作功耗，減少熱量耗散，本發(fā)明實施例提供了一種具有緩沖層的低功耗的相變存儲單元及其制備方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種具有緩沖層的低功耗的相變存儲單元，所述相變存儲單元包括：

襯底以及依次設(shè)置在襯底上的底電極、絕緣層和頂電極，所述絕緣層中具有連通所述頂電極和所述底電極的通孔，所述通孔內(nèi)依次設(shè)置有加熱電極、緩沖層和相變材料功能層，所述加熱電極的下表面與所述底電極接觸，所述相變材料功能層的上表面與所述頂電極接觸，所述緩沖層材料為CuSbM₂，其中，M為S或者Se。

可選地，所述緩沖層的厚度為5～10nm。

可選地，所述加熱電極的寬度小于所述緩沖層的寬度，所述相變材料功能層的寬度與所述緩沖層的寬度相同。

可選地，所述頂電極靠近所述相變材料功能層的一側(cè)具有凸出部，所述凸出部的端面與所述相變材料功能層接觸。

可選地，所述凸出部的寬度小于所述相變材料功能層的寬度。

另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種具有緩沖層的低功耗的相變存儲單元的制備方法，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通孔，并通過所述通孔暴露出所述底電極，在所述通孔內(nèi)依次制備加熱電極、緩沖層和相變材料功能層，所述緩沖層材料為CuSbM₂，其中，M為S或者Se；

制備頂電極。

可選地，所述緩沖層的厚度為5～10nm。

可選地，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通孔，并通過所述通孔暴露出所述底電極，在所述通孔內(nèi)依次制備加熱電極、緩沖層和相變材料功能層，包括：

在所述底電極上制備第一絕緣層，對所述第一絕緣層進行圖形化得到第一通孔，在第一通孔內(nèi)制備加熱電極；