一種相變存儲(chǔ)器加熱電極及相變存儲(chǔ)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種相變存儲(chǔ)器，具體地說是通過以納米錐陣列為模板制備納米陣列加熱電極，從而減小加熱電極的實(shí)際有效面積，減小加熱電極與相變材料的接觸面積，提高加熱電流密度。從而就避免了直接制備納米加熱電極(100nm以下)的困難，降低制造成本，更重要的是降低了相變存儲(chǔ)器的功耗。
【專利說明】一種相變存儲(chǔ)器加熱電極及相變存儲(chǔ)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請屬于半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種相變存儲(chǔ)器加熱電極以及應(yīng)用 該加熱電極的相變存儲(chǔ)器。

【背景技術(shù)】
[0002] 相變存儲(chǔ)器（phase-change memory, PCM)以其優(yōu)異的特性，包括快速讀寫速度、優(yōu) 異的尺寸縮放性能、多位元存儲(chǔ)能力、抗輻射、制造成本低等，被認(rèn)為是取代FLASH、SRAM及 DRAM等常規(guī)存儲(chǔ)器的下一代主流存儲(chǔ)器。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們設(shè)計(jì)與制備出了多種PCM 單元結(jié)構(gòu)，如經(jīng)典的"蘑菇型"結(jié)構(gòu)、側(cè)墻結(jié)構(gòu)、邊緣接觸結(jié)構(gòu)、μ -Trench結(jié)構(gòu)等，旨在減小 電極與材料接觸面積、降低讀寫操作電流以提高存儲(chǔ)器工作性能。
[0003] 目前降低讀寫操作電流是PCM面向應(yīng)用進(jìn)程中亟需解決的關(guān)鍵問題之一。當(dāng)前主 流的T-shape結(jié)構(gòu)只能通過采用更先進(jìn)的光刻工藝來獲得更小的接觸尺寸，這一結(jié)構(gòu)在未 來更進(jìn)一步的發(fā)展中會(huì)大幅度地增加工藝成本。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型就是針對如何避免微納加工技術(shù)和降低制造成本，實(shí)現(xiàn)減小相變存儲(chǔ) 器納米加熱電極實(shí)際面積而提出的一種簡單、實(shí)用的新方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：
[0006] 本申請實(shí)施例公開一種相變存儲(chǔ)器加熱電極，所述加熱電極為錐體形狀。
[0007] 優(yōu)選的，在上述的相變存儲(chǔ)器加熱電極中，所述錐體頂端的直徑為疒8nm ;所述加 熱電極的高度為5~10nm。
[0008] 優(yōu)選的，在上述的相變存儲(chǔ)器加熱電極中，所述加熱電極的材質(zhì)選自W或TiW。
[0009] 相應(yīng)地，本申請還公開了一種相變存儲(chǔ)器，包括：
[0010] 襯底；
[0011] 納米錐模板，形成于所述襯底上，所述納米錐模板包括至少一個(gè)錐體；
[0012] 金屬薄膜，覆蓋于所述納米錐模板上，位于所述每個(gè)錐體表面的金屬薄膜構(gòu)成一 加熱電極；
[0013] 絕緣介質(zhì)層，形成于所述金屬薄膜上，定義所述加熱電極的頂端為接觸端，該接觸 端曝露在所述絕緣介質(zhì)層的上方；
[0014] 相變材料層，與所述加熱電極的接觸端接觸。
[0015] 優(yōu)選的，在上述的相變存儲(chǔ)器中，所述加熱電極的接觸端埋入在所述相變材料層 下方。
[0016] 優(yōu)選的，在上述的相變存儲(chǔ)器中，所述納米錐模板的材質(zhì)為InGaN。
[0017] 優(yōu)選的，在上述的相變存儲(chǔ)器中，所述錐體的高度為50(Tl000nm，頂端的直徑為 7?8nm，底部的直徑為300?400nm。
[0018] 優(yōu)選的，在上述的相變存儲(chǔ)器中，所述金屬薄膜的材質(zhì)選自W或TiW;所述絕緣介 質(zhì)層的材質(zhì)選自Si02或SiNx，其中X為正整數(shù)；所述相變材料層的材質(zhì)選自Ge2Sb 2Te5、N摻 雜 Ge2Sb2Te5、0 慘雜 Ge2Sb2Te5、GeiSt^Tep
[0019] 優(yōu)選的，在上述的相變存儲(chǔ)器中，所述接觸端的高度為5~10nm。
[0020] 優(yōu)選的，在上述的相變存儲(chǔ)器中，所述絕緣介質(zhì)層的上表面位于同一水平面上。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0022] 本實(shí)用新型提供一種相變存儲(chǔ)器納米陣列加熱電極，具體地說是通過以納米錐陣 列為模板制備納米陣列加熱電極，從而減小加熱電極的實(shí)際有效面積，減小加熱電極與相 變材料的接觸面積，提高加熱電流密度。從而就避免了直接制備納米加熱電極（100 nm以 下）的困難，降低制造成本，更重要的是降低了相變存儲(chǔ)器的功耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024] 圖1所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中相變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施 例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所 獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0026] 參圖1所述，相變存儲(chǔ)器包括襯底1以及依次形成于襯底1上的納米錐模板2、金 屬薄膜3、絕緣介質(zhì)層4和相變材料層5。
[0027] 襯底1的材料優(yōu)選自Si02、石英玻璃、陶瓷基片等介質(zhì)材料中的一種。
[0028] 納米錐模板2包括陣列設(shè)置的多個(gè)錐體，其材質(zhì)優(yōu)選為InGaN，每個(gè)錐體的頂端直 徑優(yōu)選為疒8nm，底端直徑優(yōu)選為30(T400nm，高度優(yōu)選為50(Tl000nm。
[0029] 易于想到的是，納米錐模板2還可以僅僅包括一個(gè)錐體，以制備一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ) 單元。
[0030] 金屬薄膜3覆蓋于納米錐模板2上，由此可以獲得尺寸在100nm以下的加熱電極， 金屬薄膜3的材質(zhì)優(yōu)選為W或TiW，金屬薄膜3的厚度優(yōu)選為l(T50nm。
[0031] 絕緣介質(zhì)層4形成于相鄰的的錐體之間，其材質(zhì)優(yōu)選自Si02或SiNx，其中X為正 整數(shù)，絕緣介質(zhì)層的厚度優(yōu)選為1. 5~2. 5 μ m，絕緣介質(zhì)層4的上表面位于同一水平面內(nèi)。加 熱電極的頂端曝露在絕緣介質(zhì)層4的上方，并定義該頂端為接觸端，接觸端的高度優(yōu)選為 5~10nm〇
[0032] 相變材料層5陣列設(shè)置于絕緣介質(zhì)層4的上方，包括多個(gè)相變材料單元，其數(shù)量與 加熱電極的數(shù)量相同(錐體數(shù)量)，相鄰相變材料單元之間的間距為10(Tl30nm。每個(gè)加熱電 極的接觸端嵌入在對應(yīng)相變材料單元的下方并形成接觸。
[0033] 上述相變存儲(chǔ)器的制造方法包括如下步驟：
[0034] a、利用CVD技術(shù)(化學(xué)氣相沉積技術(shù)）在襯底上制備出InGaN納米錐陣列；
[0035] b、利用高真空磁控濺射工藝在步驟（a)制備的結(jié)構(gòu)上淀積一層金屬薄膜構(gòu)成加 熱電極；
[0036] c、在帶有加熱電極的襯底上原位濺射生長絕緣介質(zhì)層；
[0037] d、采用CMP技術(shù)(化學(xué)機(jī)械研磨）得到表面平整度很高的絕緣介質(zhì)層；
[0038] e、利用RIE技術(shù)(反應(yīng)離子刻蝕）刻蝕絕緣介質(zhì)材料，使得加熱電極的頂端曝露在 絕緣介質(zhì)材料的上方；
[0039] f、在步驟e獲得的結(jié)構(gòu)上利用亞微米CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝曝光技術(shù)制備出200-300 nm 寬的光刻膠圖形；
[0040] g、沉積相變材料，采用剝離技術(shù)得到周期排布的相變材料結(jié)構(gòu)。
[0041] 綜上所述，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0042] 本實(shí)用新型的相變存儲(chǔ)器納米陣列加熱電極，具體地說是通過以納米錐陣列為模 板制備納米陣列加熱電極，從而減小加熱電極的實(shí)際有效面積，減小加熱電極與相變材料 的接觸面積，提高加熱電流密度。從而就避免了直接制備納米加熱電極（100 nm以下）的困 難，降低制造成本，更重要的是降低了相變存儲(chǔ)器的功耗。
[0043] 需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí) 體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存 在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵 蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要 素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備 所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個(gè)……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0044] 以上所述僅是本申請的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本申請?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本申請的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種相變存儲(chǔ)器，其特征在于，包括： 襯底； 納米錐模板，形成于所述襯底上，所述納米錐模板包括至少一個(gè)錐體； 金屬薄膜，覆蓋于所述納米錐模板上，位于所述每個(gè)錐體表面的金屬薄膜構(gòu)成一加熱 電極； 絕緣介質(zhì)層，形成于所述金屬薄膜上，定義所述加熱電極的頂端為接觸端，該接觸端曝 露在所述絕緣介質(zhì)層的上方； 相變材料層，與所述加熱電極的接觸端接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器，其特征在于：所述加熱電極的接觸端埋入在所 述相變材料層下方。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器，其特征在于：所述納米錐模板的材質(zhì)為InGaN。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器，其特征在于：所述錐體的高度為50(Tl000nm，頂 端的直徑為疒8nm，底部的直徑為30(T400nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器，其特征在于：所述金屬薄膜的材質(zhì)選自W或 TiW ;所述絕緣介質(zhì)層的材質(zhì)選自Si02或SiNx，其中X為正整數(shù)；所述相變材料層的材質(zhì)選 自 Ge2Sb2Te5、N 摻雜 Ge2Sb2Te5、0 摻雜 Ge2Sb2Te5、GeiSb2Te 4。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器，其特征在于：所述接觸端的高度為5~10nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變存儲(chǔ)器，其特征在于：所述絕緣介質(zhì)層的上表面位于同 一水平面上。
【文檔編號(hào)】H01L45/00GK203871379SQ201420162810
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】孔濤, 張 杰, 黃榮, 衛(wèi)芬芬, 程國勝 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所