[发明专利]一种提高相变存储器存储单元可靠性的结构及其制作方法

权利要求书

1、一种提高相变存储器存储单元可靠性的结构，包括底电极、介质层、柱状加热电极、相变材料、绝热材料和顶电极，其特征在于：

(1)在纳米尺度的加热电极和同一直径的柱状相变材料之间增加一薄层TiN缓冲材料；

(2)在相变材料和顶电极之间增加一薄层GeWN或GeSiN热阻材料；

(3)相变材料中的可逆相变区被限制在介质孔洞中。

2、按权利要求1所述的提高相变存储器存储单元可靠性的结构，其特征在于所述的缓冲材料与加热电极材料和相变材料的力学和电学匹配，缓冲材料的电阻量级在相变材料低态阻值的量级以下。

3、按权利要求1所述的提高相变存储器存储单元可靠性的结构，其特征在于所述的热阻材料与相变材料、顶电极材料的力学和电学性能匹配，它的电阻量级在相变材料低态阻值的量级以下。

4、按权利要求1或3所述的提高相变存储器存储单元可靠性的结构，其特征在于所述的热阻材料的厚度为5nm～50nm。

5、制备如权利要求1所述的提高相变存储器存储单元可靠性的结构的方法，其特征在于：

(a)首先在衬底上淀积一层底电极，在底电极上生长SiO₂介质层；然后在SiO₂介质层中制备纳米孔洞阵列，孔洞的底部与底电极相连；最后在小孔内淀积加热电极材料，填满整个孔洞；

(b)采用化学机械抛光方法将小孔外的加热电极材料去除，形成柱状加热电极；

(c)刻蚀掉一定厚度的加热电极，从而在加热电极上端形成加热电极顶端介质孔洞；

(d)在加热电极上端的介质孔洞中填充缓冲材料，然后抛光；

(e)刻蚀掉一定厚度的缓冲材料，从而在缓冲材料上端形成缓冲材料顶端介质孔洞；

(f)在缓冲材料上端的介质孔洞中填充相变材料，然后抛光形成柱状相变材料图形；

(g)在柱状相变材料顶端制备一层热阻材料并刻蚀形成图形；

(h)在热阻材料上制备顶电极，从而形成可测试的相变存储单元。

6、按权利要求5所述的提高相变存储器存储单元可靠性的结构的制备方法，其特征在于：

(a)所述的底电极上生长的基质层厚度为100nm～900nm；介质层材料为SiO₂、SiN_x、Al₂O₃或HfO₂；

(b)所述的底电极为导体材料Al、Cu或W，厚度为200nm～400nm；

(c)所述的加热电极材料为W或Pt；或在W或Pt上沉积一层TiN或TiAlN的，几个纳米厚的高电阻率的加热材料；

(d)所述的相变材料为Ge-Sb-Te系列、Si-Sb-Te系列或Si-Sb系列。

7、按权利要求5所述的提高相变存储器存储单元可靠性的结构的制备方法，其特征在于加热电极、缓冲层材料和相变材料区域限制在同一介质孔洞中，三者形成的自对准柱状结构。

8、按权利要求5所述的提高相变存储器存储单元可靠性的结构的制备方法，其特征在于所述的纳米孔洞阵列的孔洞直径为50nm～300nm。

9、按权利要求5或6所述的提高相变存储器存储单元可靠性的结构的制备方法，其特征在于所述的加热电极用聚焦离子束、电子束曝光或反应离子刻蚀方法制备。