[发明专利]基于锥形衬底的相变存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳技术领域，特别涉及一种基于锥形衬底的相变存储器的制备方法。

背景技术

相变存储器PRAM(phasechangerandomaccessmemory)以硫系化合物为存储介质，通过电流的热效应控制相变材料在晶态(低阻)和非晶态(高阻)之间转化实现信息的写入与擦除，依靠探测存储区域电阻的变化实现信息的读出。PRAM具有非挥发性，与目前大多数的存储器相比，具有器件尺寸小、功耗低、读取速度快、抗辐照、能实现多级存储以及与现有的CMOS工艺兼容等诸多优点。具有类似器件结构，基于金属氧化物的电阻存储器RRAM由于其结构简单、成分精确可控、与逻辑工艺兼容等优点，被认为最有可能取代目前的SRAM、DRAM、FLASH等主流产品而成为未来主流存储的半导体存储器之一。

目前，操作电流过大是PRAM相变存储器面临的最主要问题之一，对驱动电路的要求较高，限制了存储功耗的降低、存储速度的提升和存储密度的提高。对于PRAM的量产结构，降低有效相变体积的方法中一类是制备更小尺寸的纳米插塞电极；另一类方法是制备相变材料限制性结构，通过减小可供于相变的体积减小有效相变体积。这两类方法都要受限于复杂的PVD、CVD填孔工艺和CMP表面平坦化工艺。本发明提出的基于锥形衬底的相变存储器的制备方法，采用锥形衬底，使得电极电场在相变材料中设计的局部区域(锥形衬底顶端上方)增强，诱导相变，在不缩小相变材料物理体积的情况下，减小有效的相变体积，从而达到降低器件功耗的目的。该设计不涉及复杂的薄膜填充工艺，工艺精度要求低，简便易行，此外，由于可用的相变材料储备充分，该结构还具有较好的疲劳特性，器件的工作可靠性高。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种基于锥形衬底的相变存储器的制备方法。本发明对于快速实现小单元功耗、大器件工作可靠性、与现有的CMOS工艺兼容，具有非常好的产业化应用前景。

本发明公开了一种基于锥形衬底的相变存储器的制备方法。该方法包括：

步骤1：在衬底100和锥形衬底101的上方上淀积第一电热绝缘材料层201；

步骤2：在第一电热绝缘材料层201上方，采用“光刻-薄膜淀积-剥离”的方法制备第一电极材料层301，其中第一电极材料层301应覆盖住锥形衬底101；

步骤3：在第一电极材料层301和锥形衬底101的上方，采用“光刻-薄膜淀积-剥离”的方法制备相变材料层401；

步骤4：淀积第二电热绝缘材料层202，并磨平第二电热绝缘层202和相变材料层401的上表面，形成相变材料节点层401A；

步骤5：在相变材料节点层401A的上方“光刻-薄膜淀积-剥离”的方法制备第二电极材料层302覆盖住相变材料节点层401A，然后，淀积一层第三电热绝缘材料层203，钝化器件；

步骤6：在第三电热绝缘材料层203上，采用“光刻-刻蚀-薄膜淀积-剥离”的方法制备下方接触至第一、第二电极材料层301和302上表面的第三电极材料层303，完成器件制备。

该制备方法对应的器件结构中基于锥形衬底的叠层设计能够把第一、第二电极材料层间的电场在锥形衬底尖端上方进行强化，其效果相当于减小了接触电极的物理尺寸，能够达到减小有效相变体积，降低器件功耗的目的。此外，在该锤形结构中，相变发生在电极尖端处的相变材料内。随着擦写次数的增加，尖端处相变材料中的部分组成元素会向着电极一层迁移，造成存储失效。这时储存在锥形电极四周的“备用”相变材料就会过来补充迁移走的相变元素，延长存储单元的疲劳寿命，器件的工作可靠性高。

解决了以往研发垂直结构中由于复杂的薄膜填充工艺的研发瓶颈所导致的研发周期长、难度大、成本高、适用性差的缺点，在制备效率、经济性以及与现有的CMOS工艺兼容性等方面具有较大的优越性。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1是本发明提供的基于锥形衬底的相变存储器的制备方法的流程图；

图2-7是基于锥形衬底的相变存储器的制备工艺流程示意图。

具体实施方式