專利名稱：基于SiSb復合材料的相變存儲器單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體存儲器的相關領域，具體地說是一種基于SiSb復合材料的相變存儲器單元。
背景技術：
相變隨機存儲器(phase change random access memory, PCRAM)被公認為是近四十年以 來半導體存儲器技術最重大的突破，是最有希望的下一代非易失性存儲器，其原理建立在相 變材料相變前后的電阻率的轉(zhuǎn)變上，相變材料的非晶和多晶態(tài)具有不同的電阻率，因此可實 現(xiàn)邏輯數(shù)據(jù)的存儲。PCRAM的速度快、密度高、數(shù)據(jù)保持能力佳、成本具有競爭力，它不僅 有著各方面的優(yōu)越的性能，并且是一種通用的存儲器，具有廣闊的市場前景。在其實現(xiàn)產(chǎn)業(yè) 化之后，有望部分或者全面替代包括目前的包括flash(閃存)、DRAM(動態(tài)隨機存儲器)、硬盤 在內(nèi)的多種存儲器件，從而在半導體存儲器市場中占據(jù)重要的地位。
PCRAM的存儲單元部分是可通過電信號進行編程調(diào)節(jié)的電阻(相變材料)，在實際的存 儲芯片應用中，需要邏輯器件對存儲單元進行選通和操作。目前，PCRAM的密度主要取決于 驅(qū)動的晶體管的尺寸，眾所周知，二極管的面積要遠小于同等技術節(jié)點制造的場效應晶體管， 所以，在高密度的PCRAM存儲陣列中，二極管因為其相對較小的單元面積而成為目前各大 半導體公司發(fā)展的主流方向，在大容量PCRAM的應用中將被大幅采用。
SiSb作為一種高性能的相變存儲材料，具有各方面的性能優(yōu)勢，如成份簡單、無碲、 較小的密度變化、高數(shù)據(jù)保持能力等。(T. Zhang等人，Advantages of SiSb phase-change material and its applications in phase-change memory, Appl. Phys. Lett. 91 222102 2007)。根據(jù)我們的研 究，硅含量較高的SiSb材料同時也是一種n型的半導體材料，因此，SiSb材料同時具備相變 特性與半導體特性，是一種復合材料。硅是最常見的半導體材料，而Sb對硅的摻雜是在半導 體工藝中常用的n型摻雜方法。SiSb作為一種n型的半導體，通過適當?shù)墓に嚄l件，可與p 型的半導體之間形成二極管，從而制成邏輯器件。SiSb半導體材料制備方法簡單，用以制造 二極管成本具有競爭力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是涉及SiSb復合材料在相變存儲器中的應用，進而提供了 一種制造工藝簡單、成本低廉的基于SiSb復合材料的相變存儲器單元。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案
本發(fā)明公開了一種基于SiSb復合材料的相變存儲器單元，在此相變存儲器中，SiSb不僅 是存儲材料，還是邏輯選通單元(二極管)的一部分，與其他半導體材料共同形成了選通的 一極管結(jié)構(gòu)。在相變存儲器中作為存儲單元應用的SiSb材料的優(yōu)選組份為硅含量少于百分 之三十原子比，具備在電信號下電阻可逆轉(zhuǎn)變的能力；而作為邏輯選通單元一部分的SiSb材 料的優(yōu)選組份為硅含量多于百分之五十原子比，該材料為n型導電，可與p型半導體之間 形成pn結(jié)。
上述的相變存儲器中，起到對存儲單元選通作用的二極管單元包括n型的SiSb材料層和 p型的半導體材料層，兩者之間形成pn結(jié)，即二極管結(jié)構(gòu)，用以對對應存儲單元的驅(qū)動。而 存儲單元則為基于SiSb相變材料的單元，能夠在電信號的作用下實現(xiàn)高、低電阻之間的可逆 變化，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲功能。
p型半導體材料的優(yōu)選為p型硅，或為p型鍺。
如上所述的相變存儲器，其特征是采用相變材料實現(xiàn)器件在高、低電阻之間的轉(zhuǎn)變，從 而實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲；在電信號的作用下實現(xiàn)相變存儲器在高、低電阻之間的可逆變化。是雙級 存儲，也可以為多級存儲。
另外，SiSb材料的制備方法為濺射法、或為氣相沉積法、或為原子層沉積法。 本發(fā)明優(yōu)點在于開拓了SiSb復合材料在相變存儲器中的應用，提供了一種制造工藝簡 單、成本低廉的基于SiSb復合材料的相變存儲器單元。


圖l為SiSb材料的性能曲線示意圖。
圖2為一種基于SiSb復合材料的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3A-圖3E為圖2所示相變存儲器單元結(jié)構(gòu)的制造方法。 圖4為另一種基于SiSb復合材料的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5A-圖5C為圖4所示相變存儲器單元結(jié)構(gòu)的制造方法。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。
SiSb是一種高性能的相變材料，具有優(yōu)越的數(shù)據(jù)保持能力，如圖1。從圖中，還可以看至IJ， SiSb的結(jié)晶溫度、數(shù)據(jù)保持能力等性能隨著材料中的硅含量的改變而變化，材料的性能 可通過材料中的硅含量進行剪裁。
SiSb同時也是一種半導體材料，導電類型為n型，通過適當?shù)墓に?，n型SiSb材料層與 p型半導體之間可以形成pn結(jié)，制造出二極管對存儲單元進行選通和操作。
圖2所示為一種基于SiSb復合材料的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，l為絕緣基底， 2為p型重摻雜的半導體，3為n型導電的SiSb半導體，4為SiSb相變材料，不同于3層是 其硅含量較少，作為存儲單元存在，而5為金屬電極。圖中2和3之間形成了二極管結(jié)構(gòu)， 具有邏輯選通功能；4層的SiSb相變材料具備在電信號作用下可逆電阻轉(zhuǎn)變的能力，為存儲 單元；二極管與存儲單元之間形成了 1D1R結(jié)構(gòu)， 一個二極管一個電阻。
圖3所示為圖2結(jié)構(gòu)的制造流程，首先在硅基底6上通過光刻以及離子注入工藝制造出p 型重摻雜的硅7，如圖3A所示采用化學氣相沉積法沉積在上述結(jié)構(gòu)上沉積多晶態(tài)Si9QSb1() 薄膜，襯底溫度為400度，采用回刻工藝得到如圖3B的剖面結(jié)構(gòu)，再在450度氮氣氛保護下 退火5小時；采用化學氣相沉積法沉積繼續(xù)沉積SiH)Sb90薄膜，薄膜制備時襯底溫度為室溫，
沉積后采用化學機械拋光進行平坦化，得到的結(jié)構(gòu)如圖3C所示；制造電極W，通過光刻后 得到如圖3D所示的結(jié)構(gòu)。p型硅7與n型多晶態(tài)Si卯Sb,o薄膜之間形成二極管，而二極管上 方的SiK)Sb90薄膜層為存儲單元，以上共同形成了相變存儲器單元。
圖4所示為另一種基于SiSb復合材料的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為上述結(jié)構(gòu)的 制造方法。首先在基底ll上制造p型硅12，方法為擴散法，得到如圖5A所示的結(jié)構(gòu)；原子 層沉積法沉積Si95Sb5薄膜13,采用化學機械拋光進行平坦化，將孔外的多于的Si95Sbs薄膜
全部去除，如圖5B所示；采用濺射法沉積SisSb95薄膜和TiN薄膜，采用光刻工藝制造出電
極和存儲單元，此方法相比與圖3所述的方法制造工藝更為簡單。p型硅12與n型多晶態(tài)
Si95Sbs薄膜之間形成二極管，而二極管上方的SisSb95薄膜層為存儲單元，以上共同形成了相
變存儲器單元。
綜上所述，本發(fā)明提供了SiSb復合材料在相變存儲器中的應用，并提供了基于SiSb復 合材料相變存儲器單元的結(jié)構(gòu)和相關結(jié)構(gòu)的制造方法。盡管僅詳細描述了某些優(yōu)選實施例， 但是對于本領域的技術人員顯見，在不偏離由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明的范圍的情形下， 可以進行某些改良和變化。
權(quán)利要求
1、基于SiSb復合材料的相變存儲器單元，包括邏輯選通單元以及儲存介質(zhì)，其特征在于所述的儲存介質(zhì)由SiSb材料構(gòu)成，所述的邏輯選通單元為由n型的SiSb材料層和p型的半導體材料層組成的pn結(jié)二極管。
2、 按權(quán)利要求1所述的基f SiSb復合材料的相變存儲器單元，其特征在于所述的作為儲 存介質(zhì)的SiSb材料中硅含量的原子比少于百分之三十。
3、 按權(quán)利要求l所述的基于SiSb復合材料的相變存儲器單元，其特征在于所述的構(gòu)成二 極管的SiSb材料中硅含量的原子比高于百分之五十。
4、 按權(quán)利要求l所述的基于SiSb復合材料的相變存儲器單元，其特征在于所述的p型半 導體材料為p型硅，或為p型鍺。
5、 按權(quán)利要求l一4中任一項所述的基于SiSb復合材料的相變存儲器單元，其特征在于 所述的S!Sb材料的制備方法為濺射法、或為氣相沉積法、或為原子層沉積法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于SiSb復合材料的相變存儲器單元。SiSb是一種復合材料，它既具備半導體特性，又具有相變特性，在電信號作用下材料具備在高、低電阻間的可逆轉(zhuǎn)換能力。當SiSb中的硅含量較高(Si含量大于百分之五十原子比)時，SiSb材料為一種n型半導體；而當SiSb中的硅含量較低(Si含量小于百分之三十原子比)時，SiSb材料為一種相變材料，以作為相變存儲器單元的存儲介質(zhì)。本發(fā)明采用n型的SiSb半導體與p型硅形成二極管結(jié)構(gòu)，并采用較低硅含量的SiSb相變材料作為存儲介質(zhì)，形成1D1R結(jié)構(gòu)(一個二極管和一個電阻)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲功能。
文檔編號G11C11/56GK101414481SQ20081020335
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者波 劉, 宋志棠, 封松林, 挺 張 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所