專利名稱：一種新型的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米半導(dǎo)體存儲器件領(lǐng)域，是一種新型的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)及制備方法?？捎糜趯ο嘧兇鎯ζ鞯膶?shí)驗(yàn)研究，有利于提高相變存儲器的性能。同時(shí)，此種相變存儲器也可以作為未來相變存儲器大規(guī)模生產(chǎn)的單元結(jié)構(gòu)的原型。
背景技術(shù)：
近年來，隨著信息存儲技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對信息存儲器件的存取速度和容量以及保存時(shí)間的要求越來越高。隨著存儲器件的尺寸規(guī)模的不斷縮小，目前傳統(tǒng)的利用貯存電荷存儲信息的存儲器件越來越受到挑戰(zhàn)，當(dāng)傳統(tǒng)的動態(tài)存儲器(DRAM)，靜態(tài)存儲器 (SRAM)以及閃存(Flash memory)的存儲單元不斷縮小并達(dá)到量子隧穿效應(yīng)的尺度時(shí)，由于貯存電荷的單元中的電子的量子隧穿效應(yīng)，這些電荷將無法保存，使得這些傳統(tǒng)的存儲器件將失效。為了克服不遠(yuǎn)的將來就會面臨的這一問題，越來越多的研究機(jī)構(gòu)正在致力于研究能取代這些傳統(tǒng)存儲器件的非易失性統(tǒng)一存儲器技術(shù)，相變存儲器作為一種非常有前途的替代者而得到廣泛的研究和越來越多的關(guān)注。不同于傳統(tǒng)的存儲器的存儲方式，相變存儲器是利用在相變光盤中廣泛應(yīng)用的相變材料結(jié)構(gòu)特性來實(shí)現(xiàn)信息的記錄和存儲。具體來講，在相變存儲器中利用長的(一般在幾十個納秒)中等強(qiáng)度的電脈沖信號將相變材料加熱并晶化，實(shí)現(xiàn)信息的寫入，利用短的(一般在幾個納秒或十幾個納秒)強(qiáng)的電脈沖信號將相變材料熔化并快冷而非晶化，實(shí)現(xiàn)信息擦除。然后利用弱的脈沖可以重復(fù)的實(shí)現(xiàn)信息的讀出而不影響存儲的信息。由于這種信息的存儲是利用材料中原子排布的有序和無序的變化來存儲記錄信息，因此它不受到量子隧穿效應(yīng)的影響，由于同樣的原因，在斷電的情況下，相變存儲器存儲的信息也不會丟失，即具有非易失性。并且由于存儲信息的材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，存儲的信息能夠保存幾十年甚至幾百年。更令人關(guān)注的是，相變材料結(jié)構(gòu)在晶態(tài)和非晶態(tài)之間可逆變化的過程至少能實(shí)現(xiàn)10萬次以上的循環(huán)，是傳統(tǒng)閃存存儲次數(shù)的幾百倍以上。正是基于相變存儲器在非易失性，數(shù)據(jù)保存時(shí)間，可縮放性，循環(huán)次數(shù)高以及功耗低等諸多方面的優(yōu)異性能，使得相變存儲器的研究開發(fā)越來越受到廣泛關(guān)注。相變存儲器的典型結(jié)構(gòu)是上下電極，加熱頭和相變層(S.Lai and Τ. Lowrey, Tech. Dig. -Int. Electron Devices Meet. 2001，36. 5. 1)。本發(fā)明基于對相變材料的相變動力學(xué)過程的研究提出了一種新型的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)相變存儲器單元結(jié)構(gòu)相比，能有效地縮短相變存儲器的寫入時(shí)間和寫入功率。而且并未增加制備工藝的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于相變材料相變動力學(xué)過程研究的結(jié)果，提出了一種新型的相變存儲器的單元結(jié)構(gòu)和制備方法，與傳統(tǒng)相變存儲器單元結(jié)構(gòu)相比，此新型結(jié)構(gòu)能有效地縮短相變存儲器的寫入時(shí)間和寫入功率，有利于相變存儲器的信息的擦除。本發(fā)明的解決方案如下一種新型的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)及其制備方法，其特點(diǎn)是利用下電極(1)和上電極(7)將脈沖電流或電壓施加到加熱頭(3)，隔熱層( 能很好的隔絕電信號和熱量。加熱頭C3)對相變材料層(4)進(jìn)行加熱使其發(fā)生晶態(tài)和非晶態(tài)的循環(huán)可逆變換，實(shí)現(xiàn)信息的寫入和擦除。用弱電壓或電流脈沖可實(shí)現(xiàn)記錄信息的重復(fù)讀出。增加了導(dǎo)熱層(5)和粘附層(6)，粘附層(6)可以將上電極(7)很好的和導(dǎo)熱層(5)相連接，加入的導(dǎo)熱層(5)有利于信息的擦除，并有利于縮短寫入時(shí)間，提高相變存儲器的性能。新型相變存儲器單元結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是下電極(1)為厚度為0.5mm的TiN或鎢。隔熱層(2)為厚度為IO-IOOnm的SiN或&iS-Si02。加熱頭(3)為直徑為IO-IOOnm的TiN。相變層(4)為厚度為 5-50nm 的 Ge^yTe，AgInSbTe, GeTe, GeSb, SiSb, SKbTe 薄膜。導(dǎo)熱層 (5)為厚度為5-500nm的Ag或Al或Cu或Pt或Au薄膜。粘附層(6)為厚度為5nm的Ti 金屬薄膜。上電極(7)為厚度為200nm的TiN或鎢。新型相變存儲器單元結(jié)構(gòu)制備方法，特點(diǎn)是使用磁控濺射設(shè)備，在0.5mm的下電極(1)上濺射隔熱層O)、旋涂上光刻膠，曝光并顯影，通過干法或濕法刻蝕出深度 IO-IOOnm直徑IO-IOOnm小孔，沉積TiN薄膜，形成加熱頭(3)，升離處理后，沉積相變材料層G)，導(dǎo)熱層(5)和粘附層(6)，最后沉積200nm的上電極(7)。如附圖所示。本發(fā)明的技術(shù)效果與傳統(tǒng)相變存儲器單元結(jié)構(gòu)相比，能有效地縮短相變存儲器的寫入時(shí)間和寫入功率。而且并未增加制備工藝的復(fù)雜性。


附圖為本發(fā)明一種新型相變存儲器單元結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1 參閱附圖，附圖為本發(fā)明一種新型相變存儲器單元結(jié)構(gòu)示意圖。新型相變存儲器單元結(jié)構(gòu)的制備工藝過程大致是使用磁控濺射設(shè)備，在0.5mm厚的下電極(1) TiN上濺射SiN隔熱層(2)厚度為 20nm、旋涂上光刻膠，曝光并顯影，通過干法或濕法刻蝕出深度為30nm，直徑為40nm小孔， 濺射沉積TiN薄膜為30nm，形成加熱頭(3)，升離處理后，濺射沉積Ge2Sb2I^5相變材料層 ⑷厚度為30nm，Al導(dǎo)熱層(5)厚度為IOnm和Ti粘附層(6)厚度為5nm，最后濺射沉積 TiN上電極(7)厚度為200nm。實(shí)施例2:基本工藝過程大致是使用磁控濺射設(shè)備，在0.5mm厚的下電極(1) TiN上濺射&iS-Si02隔熱層(2)厚度為30nm、旋涂上光刻膠，曝光并顯影，通過干法或濕法刻蝕出深度為40nm，直徑為50nm小孔，濺射沉積TiN薄膜為40nm，形成加熱頭( ，升離處理后，濺射沉積Ge2Sb2Te5相變材料層⑷厚度為40nm，Al導(dǎo)熱層(5)厚度為20nm和Ti粘附層(6)厚度為5nm，最后濺射沉積TiN上電極(7)厚度為20nm。
其它應(yīng)用實(shí)例用下表給出
權(quán)利要求
1.一種新型的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)及其制備方法，其特點(diǎn)是利用下電極(1)和上電極(7)將脈沖電流或電壓施加到加熱頭(3)，隔熱層⑵能很好的隔絕電信號和熱量。加熱頭C3)對相變材料層(4)進(jìn)行加熱使其發(fā)生晶態(tài)和非晶態(tài)的循環(huán)可逆變換，實(shí)現(xiàn)信息的寫入和擦除。用弱電壓或電流脈沖可實(shí)現(xiàn)記錄信息的重復(fù)讀出。增加了導(dǎo)熱層( 和粘附層 (6)，粘附層(6)可以將上電極(7)很好的和導(dǎo)熱層(5)相連接，加入的導(dǎo)熱層(5)有利于信息的擦除，并有利于縮短寫入時(shí)間，提高相變存儲器的性能。
2.權(quán)利要求1中所述下電極(1)為厚度為0.5mm的TiN或鎢。
3.權(quán)利要求1中所述隔熱層O)為厚度為IO-IOOnm的SiN或&iS-Si02。
4.權(quán)利要求1中所述加熱頭(3)為直徑為IO-IOOnm的TiN。
5.權(quán)利要求1中所述相變層(4)為厚度為5-50nm的GeSbTe,AgInSbTe, GeTe, GeSb SiSb, SiSbTe 薄膜。
6.權(quán)利要求1中所述導(dǎo)熱層(5)為厚度為5-500nm的Ag或Al或Cu或Pt或Au薄膜。
7.權(quán)利要求1中所述粘附層(6)為厚度為5nm的Ti薄膜。
8.權(quán)利要求1中所述上電極(7)為厚度為200nm的TiN或鎢。
9.權(quán)利要求1中所述減小擦除功率和縮短寫入脈沖的時(shí)間是通過加入的導(dǎo)熱層(5)來實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
一種新型的相變存儲器單元結(jié)構(gòu)及其制備方法，其特點(diǎn)是利用下電極和上電極將脈沖電流或電壓施加到加熱頭，隔熱層能很好的隔絕電信號和熱量。加熱頭對相變材料進(jìn)行加熱使其發(fā)生晶態(tài)和非晶態(tài)的循環(huán)可逆變換，實(shí)現(xiàn)信息的寫入和擦除。用弱電壓或電流脈沖可實(shí)現(xiàn)記錄信息的重復(fù)讀出。增加了導(dǎo)熱層和粘附層，粘附層可以將上電極很好的和導(dǎo)熱層相連接，加入的導(dǎo)熱層有利于信息的擦除，并有利于縮短寫入時(shí)間，提高相變存儲器的性能。
文檔編號H01L45/00GK102237489SQ201010152470
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者陳芳, 黃歡 申請人:黃歡