基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相變存儲(chǔ)器PRAM (phase change random access memory)以硫系化合物為存儲(chǔ)介質(zhì)，通過電流的熱效應(yīng)控制相變材料在晶態(tài)(低阻)和非晶態(tài)(高阻)之間轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)信息的寫入與擦除，依靠探測存儲(chǔ)區(qū)域電阻的變化實(shí)現(xiàn)信息的讀出。PRAM具有非揮發(fā)性，與目前大多數(shù)的存儲(chǔ)器相比，具有器件尺寸小、功耗低、讀取速度快、抗輻照、能實(shí)現(xiàn)多級(jí)存儲(chǔ)以及與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容等諸多優(yōu)點(diǎn)。具有類似器件結(jié)構(gòu)，基于金屬氧化物的電阻存儲(chǔ)器RRAM由于其結(jié)構(gòu)簡單、成分精確可控、與邏輯工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為最有可能取代目前的SRAM, DRAM、FLASH等主流產(chǎn)品而成為未來主流存儲(chǔ)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器之一。
[0003]目前，操作電流過大是PRAM相變存儲(chǔ)器面臨的最主要問題之一，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求較高，限制了存儲(chǔ)功耗的降低、存儲(chǔ)速度的提升和存儲(chǔ)密度的提高。對(duì)于PRAM的量產(chǎn)結(jié)構(gòu)，降低有效相變體積的方法中一類是制備更小尺寸的納米插塞電極；另一類方法是制備相變材料限制性結(jié)構(gòu)，通過減小可供于相變的體積減小有效相變體積。這兩類方法都要受限于復(fù)雜的PVD、CVD填孔工藝和CMP表面平坦化工藝。本發(fā)明提出的基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備方法，采用錐形襯底，使得電極電場在相變材料中設(shè)計(jì)的局部區(qū)域(錐形襯底頂端上方)增強(qiáng)，誘導(dǎo)相變，在不縮小相變材料物理體積的情況下，減小有效的相變體積，從而達(dá)到降低器件功耗的目的。該設(shè)計(jì)不涉及復(fù)雜的薄膜填充工藝，工藝精度要求低，簡便易行，此外，由于可用的相變材料儲(chǔ)備充分，該結(jié)構(gòu)還具有較好的疲勞特性，器件的工作可靠性高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備方法。本發(fā)明對(duì)于快速實(shí)現(xiàn)小單元功耗、大器件工作可靠性、與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容，具有非常好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
[0005]本發(fā)明公開了一種基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備方法。該方法包括:
[0006]步驟1:在襯底100和錐形襯底101的上方上淀積第一電熱絕緣材料層201 ;
[0007]步驟2:在第一電熱絕緣材料層201上方，采用“光刻-薄膜淀積-剝離”的方法制備第一電極材料層301，其中第一電極材料層301應(yīng)覆蓋住錐形襯底101 ;
[0008]步驟3:在第一電極材料層301和錐形襯底101的上方，采用“光刻-薄膜淀積-剝離”的方法制備相變材料層401 ；
[0009]步驟4:淀積第二電熱絕緣材料層202，并磨平第二電熱絕緣層202和相變材料層401的上表面，形成相變材料節(jié)點(diǎn)層401A ;
[0010]步驟5:在相變材料節(jié)點(diǎn)層401A的上方“光刻-薄膜淀積-剝離”的方法制備第二電極材料層302覆蓋住相變材料節(jié)點(diǎn)層401A，然后，淀積一層第三電熱絕緣材料層203，鈍化器件；
[0011]步驟6:在第三電熱絕緣材料層203上，采用“光刻-刻蝕-薄膜淀積-剝離”的方法制備下方接觸至第一、第二電極材料層301和302上表面的第三電極材料層303，完成器件制備。
[0012]該制備方法對(duì)應(yīng)的器件結(jié)構(gòu)中基于錐形襯底的疊層設(shè)計(jì)能夠把第一、第二電極材料層間的電場在錐形襯底尖端上方進(jìn)行強(qiáng)化，其效果相當(dāng)于減小了接觸電極的物理尺寸，能夠達(dá)到減小有效相變體積，降低器件功耗的目的。此外，在該錘形結(jié)構(gòu)中，相變發(fā)生在電極尖端處的相變材料內(nèi)。隨著擦寫次數(shù)的增加，尖端處相變材料中的部分組成元素會(huì)向著電極一層迀移，造成存儲(chǔ)失效。這時(shí)儲(chǔ)存在錐形電極四周的“備用”相變材料就會(huì)過來補(bǔ)充迀移走的相變?cè)?，延長存儲(chǔ)單元的疲勞壽命，器件的工作可靠性高。
[0013]解決了以往研發(fā)垂直結(jié)構(gòu)中由于復(fù)雜的薄膜填充工藝的研發(fā)瓶頸所導(dǎo)致的研發(fā)周期長、難度大、成本高、適用性差的缺點(diǎn)，在制備效率、經(jīng)濟(jì)性以及與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容性等方面具有較大的優(yōu)越性。
【附圖說明】
[0014]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中:
[0015]圖1是本發(fā)明提供的基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備方法的流程圖；
[0016]圖2-7是基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備方法。基于絕緣錐形襯底的相變單元，電極電場在相變材料中設(shè)計(jì)的局部區(qū)域(錐形襯底頂端上方)得以增強(qiáng)，誘導(dǎo)相變。這樣就可以在不縮小相變材料物理體積的情況下，減小有效的相變體積，從而達(dá)到降低器件功耗的目的。該設(shè)計(jì)不涉及復(fù)雜的薄膜填充工藝，工藝精度要求低，簡便易行。此外，由于備用的相變材料儲(chǔ)備充分，該結(jié)構(gòu)還具有較好的疲勞特性，器件的工作可靠性高，與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容，具有非常好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
[0018]圖1示出了本發(fā)明提出的一種基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備方法流程圖。圖2-7給出了本發(fā)明提出的一種基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備工藝流程圖。本發(fā)明提供一種基于錐形襯底的相變存儲(chǔ)器的制備方法，該方法包括:
[0019]步驟1:在襯底100和錐形襯底101的上方上淀積第一電熱絕緣材料層201 ;
[0020]其中，所述襯底100的材料可以為硅、氮化鎵、藍(lán)寶石、碳化硅、砷化鎵或玻璃；作用在于提供器件制備所必須的平坦化支撐。
[0021]其中，所述錐形襯底101的材料可以是硅、氮化鎵、藍(lán)寶石，可以通過蒸鍍法、化學(xué)氣相淀積法、激光輔助淀積法、刻蝕中的一種或者幾種制備；作用在于提供強(qiáng)化相變材料節(jié)點(diǎn)層401A在錐形襯底上方的電場的必要條件。
[0022]其中，第一電熱絕緣層201的設(shè)計(jì)目的在于提供器件的電熱絕緣環(huán)境，其特征厚度不超過300納米。
[0023]步驟2:在第一電熱絕緣材料層201上方，采用“光刻-薄膜淀積-剝離”的方法制備第一電極材料層301，其中第一電極材料層301應(yīng)覆蓋住錐形襯底101 ;
[0024]其中，第一電極材料層301作為三明治存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的底部加熱電極，其特征厚度不超過300納米，應(yīng)與第一電熱絕緣材料層201接觸緊密；其作用在于施加給相變材料節(jié)點(diǎn)層所需的電脈沖。
[0025]步驟3:在第一電極材料層301和錐形襯底101的上方，采用“光刻_薄膜淀積-剝離”的方法制備相變材料層401 ；