[发明专利]一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构及制备方法

权利要求书

1.一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构，包括衬底以及位于所述衬底之上的由多个相变存储单元组成的相变存储单元阵列，其特征在于，每个所述相变存储单元包括：

一个二极管；

位于所述二极管之上的加热电极；

位于所述加热电极之上的可逆相变电阻；

位于所述可逆相变电阻之上的顶电极；

在所述加热电极和可逆相变电阻周围包裹有低k介质绝热层；

在所述可逆相变电阻与其周围的低k介质绝热层之间设有防扩散介质层。

2.根据权利要求1所述一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构，其特征在于：所述低k介质绝热层采用低k介质材料，所述低k介质材料包括：低k的掺杂氧化物、低k的有机聚合物和低k的多孔材料。

3.根据权利要求2所述一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构，其特征在于：所述低k介质绝热层采用氟掺杂氧化硅、多孔碳掺杂氧化硅、旋涂有机聚合物介质、旋涂有机硅基聚合物介质、多孔SiLK或多孔氧化硅材料。

4.根据权利要求1所述一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构，其征在于：所述防扩散介质层采用SiN、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃或ZrO₂材料。

5.一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)利用标准的CMOS工艺制备二极管阵列；

(2)在二极管阵列上制备50nm-1000nm厚的第一低k介质绝热层；

(3)在第一低k介质绝热层上分别形成多个直径为30-300nm的第一孔洞，每个第一孔洞的底部与二极管阵列的每个二极管顶端相连；

(4)在上述孔洞内填充加热电极材料，接着进行CMP工艺，除去表面多余的加热电极材料，形成柱状加热电极阵列；

(5)在柱状加热电极阵列上制备50nm-200nm厚的第二低k介质绝热层；在第二低k介质绝热层上分别形成多个直径为50-500nm的第二孔洞，每个第二孔洞的底部与柱状加热电极阵列中的每个柱状加热电极顶端相连；

(6)在第二孔洞中制备1-30nm厚的防扩散介质层；

(7)在制备了防扩散介质层的第二孔洞内接着填充相变材料，然后进行CMP工艺，除去表面多余的相变材料，形成柱状可逆相变电阻阵列；

(8)在柱状可逆相变电阻阵列上形成一层电极材料；

(9)利用光刻和湿法刻蚀形成相变存储单元阵列的顶电极。

6.根据权利要求5所述一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构的制备方法，其特征在于：制备所述第一低k介质绝热层和第二低k介质绝热层采用低k介质材料，所述低k介质材料包括：低k的掺杂氧化物、低k的有机聚合物和低k的多孔材料。

7.根据权利要求6所述一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构的制备方法，其特征在于：所述第一低k介质绝热层和第二低k介质绝热层采用氟掺杂氧化硅、多孔碳掺杂氧化硅、旋涂有机聚合物介质、旋涂有机硅基聚合物介质、多孔SiLK或多孔氧化硅材料。

8.根据权利要求5所述一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构的制备方法，其特征在于：所述第一孔洞和第二孔洞用聚焦离子束或电子束曝光和反应离子刻蚀法方法形成。

9.根据权利要求5所述一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构的制备方法，其特征在于：所述防扩散介质层利用ALD或CVD方法制备。

10.根据权利要求5所述一种具有低k介质绝热材料的相变存储器结构的制备方法，其特征在于：步骤(7)所用的CMP工艺，抛光压力在0.5psi以下，使用胶体氧化硅抛光液对第二低k介质绝热层和相变材料进行抛光。