[发明专利]基于ZnO肖特基二极管的相变随机存储器阵列及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种相变随机存储器(PCRAM)及其制造方法，尤其是一种基于低温下形成的ZnO肖特基二极管选通的高密度相变随机存储器阵列及其制造方法。

背景技术

相变随机存储技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450～1453，1968)和70年代初(Appl.Phys.Lett.，18，254～257，1971)提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种成本低、速度快、存储密度高、制造工艺简单和性能稳定的电存储器件，并且它的制备与现有的标准CMOS工艺相兼容，因此受到全世界的广泛关注。

相变随机存储器(简称PCRAM)的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元电极上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态高电阻值与多晶态低电阻值，实现“0”和“1”状态的存储，从而完成信息的写入、擦除和读出操作。相变随机存储器由于具有高速读取、高循环次数、非易失性、器件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品，尤其在国防和航天航空领域有重大的应用前景。

在对相变随机存储器存储单元实施电操作过程中，一般认为在SET(设定)过程中(对应于结晶化)，施加一个低而宽的电脉冲对相变材料进行加热，当材料的温度高于结晶温度(650K)而又低于熔化温度(893K)时，相变材料就会结晶，从而形成具有较低电阻值的多晶态；而在RESET(重新设定)过程中(对应于非晶化)，则需要施加一个高而窄的电脉冲进行加热，使材料的温度高于相变材料的熔化温度以打断多晶材料中原有的化学键，随后经过一个骤冷的淬火过程(降温速度达到1011K/s)使材料中的原子来不及重新成键排列，形成了短程有序长程无序的非晶态，而这种非晶态相对于多晶态具有很高的电阻率，电阻值很高。相变随机存储器就是利用能够可逆转变的非晶态和多晶态的高、低电阻值的差异来实现数据“0”和“1”的存储。在读取(READ)过程中，电脉冲很弱，时间很短，不足以引起相变材料中的发生任何相变，故不会破坏其中存储的信息。

目前世界上从事相变随机存储器研发工作的机构大多数是半导体行业的大公司(Ovonyx，Intel，Samsung，IBM和AMD等)，他们关注的焦点都集中在如何尽快实现相变随机存储器的商业化上。其中，实现高密度，高速的海量存储阵列是研究的方向。相比以往的MOSFET(互补型金属氧化物场效应晶体管)驱动相变存储单元的1T1R结构而言，采用二极管驱动相变单元的1D1R结构，具有面积小，功耗低，电路速度快等优势。鉴于此，本发明将针对实现高速，高密度，低功耗海量存储阵列而提出一种低温下制作的基于ZnO肖特基二极管选通相变随机存储器阵列。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于提供一种基于ZnO肖特基二极管的相变随机存储器阵列及其制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于ZnO肖特基二极管的相变随机存储器阵列，包括：

第一导电类型的半导体衬底；

位于所述半导体衬底之上的绝缘缓冲层；

位于所述绝缘缓冲层之上的多条相互平行的第二导电类型的字线；

位于所述字线之上，电连接于所述字线的多个ZnO肖特基二极管，所述ZnO肖特基二极管由第一导体层和与之相连的n型ZnO多晶态薄膜组成；

分别位于每个所述ZnO肖特基二极管之上的第二导体层；

分别位于每个第二导体层之上的相变存储层；

位于所述相变存储层之上，电连接于所述相变存储层的多条位线，所述位线空间垂直于所述字线。

其中，所述第一导电类型为p型，第二导电类型为n型。

多条所述字线之间填充有绝缘隔离层，优选为TEOS(正硅酸乙酯)材料。

所述ZnO肖特基二极管中的第一导体层采用较大的金属公函数材料，如铜、铂或银；所述ZnO肖特基二极管之上的第二导体层采用铝或铝铜合金材料。

在所述ZnO肖特基二极管及其上的第二导体层周围设有第一介电隔离结构，所述第一介电隔离结构与所述ZnO肖特基二极管及其上的第二导体层之间设有第一介质障壁层；所述相变存储层周围设有第二介电隔离结构，所述第二介电隔离结构与所述相变存储层之间设有第二介质障壁层。所述第一介电隔离结构和第二介电隔离结构采用SiO₂或SiON等介电材料。所述第一介质障壁层和第二介质障壁层采用氮化硅或SiON等材料。