[发明专利]一种低功耗相变存储器的制备方法

说明书

本发明涉及一种低功耗相变存储器的制备方法。该制备方法包括：(1)在衬底上生长第一介质层，并形成圆柱状底电极；(2)在第一介质层上形成第二介质层，光刻和刻蚀形成纵向的沟槽1，(3)在沟槽1内形成“倒几字”型相变材料层，回刻蚀；(4)在形成的侧壁相变结构上生长第三电介质层，然后生长第四电介质层并填满沟槽1，抛光；(5)生长导电薄膜层，并通过光刻和刻蚀形成纵向条状导电线条；(6)生长第五电介质层，然后生长第六电介质层并填满导电线条之间的沟槽2，抛光；(7)圆孔1光刻和刻蚀，孔内填充导电材料，然后抛光，形成顶电极。该方法制备的相变材料层以片状形式存在，大大减小了相变材料的体积有利于功耗的降低。

技术领域

本发明属于半导体存储器的制备领域，特别涉及一种低功耗相变存储器的制备方法。

背景技术

由于机器学习与人工智能技术的不断发展，对于海量的数据存储提出了更高的要求，例如存储密度高，存储容量大，读写速度快，功耗低，单元窜扰小，热稳定性优异等等，传统存储器难以全部满足，新型的存储器及存储结构应运而生。

存储器通常存在于计算机或其他电子装置的内部电路、半导体电路和集成电路中。由于冯·诺依曼架构，存储器分为内部存储器和外部存储器，分别有着不同的任务和功能。内存储器是执行程序时的临时存储区，掉电后数据全部丢失；外存储器是用来存储原始数据和运算结果的，需要长期保存，掉电后数据不会丢失。内存储器最突出的特点是存取速度快，但是容量小、价格贵；外存储器的特点是容量大、价格低，但是存取速度慢。内存储器用于存放那些立即要用的程序和数据；外存储器用于存放暂时不用的程序和数据。内存储器和外存储器之间常常频繁地交换信息。

相变存储器(Phase Change Random Access Memory,PCRAM)是基于奥弗辛斯基在20世纪60年代末提出的的奥弗辛斯基电子效应的存储器。它是利用硫系材料在不同的宽度和强度的脉冲作用下，可以在晶态与非晶态之间进行可逆转换最终实现信息存储的一种新型非挥发性存储器。其非晶态和晶态状态呈现出不同的反光特性和电阻特性，因此可以利用非晶态和晶态分别代表电路中的“0”和“1”来存储数据。相变存储器具有功耗低，读取速度快，稳定性强，存储密度高，没有工艺上的物理极限并且与传统的CMOS工艺兼容等诸多优点，因此受到广泛关注。

通常改善相变存储器性能通过两种方式：1.通过对不同基体材料进行掺杂实现对相变材料改性从而提升相变材料的性能。2.通过对器件的结构进行优化从而提升相变存储单元的器件性能。

CGeSbTe(Understanding Phase-Change Behaviors of Carbon-DopedGe2Sb2Te5 for Phase-Change Memory Application，Xilin Zhou，Applied MaterialsInterfaces，2014,14207-14214)，TaSbTe(Phase change memory based on TaeSbeTealloy eTowards a universal memory，Yuan Xue，Materials Today Physics，2020，100266)，InGeSbTe(Phase-change memory based on matched Ge-Te,Sb-Te,and In-Teoctahedrons:Improved electrical performances and robust thermal stability，Ruobing Wang，InfoMat，2021，12233)等材料都是被证明过具有极佳的相变特性的相变材料，与传统的Ge₂Sb₂Te₅相比，都展现了更快的相变速度与更优异的热稳定性。其中CGST十年数据保持温度达到112℃，TaST和InGST更是分别达到了更优异的165℃和180℃，远远高于GST的89℃，这对于存储器的热稳定性具有巨大的改善作用。