CN111564553A - 钽-锑-碲相变材料的沉积方法及存储器单元的制备方法 - Google Patents

钽-锑-碲相变材料的沉积方法及存储器单元的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微电子技术领域，本发明公开了一种钽‑锑‑碲相变材料的沉积方法及存储器单元的制备方法，该钽‑锑‑碲相变材料的沉积方法包括提供一基底(1)；在该基底(1)上沉积钽(Ta)前驱体，得到Ta基底，该钽(Ta)前驱体包括TaCl5；在该Ta基底上沉积锑(Te)前驱体，得到Te基底，该锑(Te)前驱体包括Te(C4H9)2；在该Te基底上沉积碲(Sb)前驱体，得到该钽‑锑‑碲相变材料，该碲(Sb)前驱体包括Sb[(CH3)2N]3；该沉积的方法为原子层沉积(ALD)。本发明提供的钽‑锑‑碲相变材料的沉积方法具有填充能力强、厚度精确可控和薄膜致密性好的特点。

Description

钽-锑-碲相变材料的沉积方法及存储器单元的制备方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及钽-锑-碲相变材料的沉积方法及存储器单元的制备方法。
背景技术
一般，相变存储器(Phase Change Memory，PCM)的工作原理是以硫系化合物为存储介质，利用电能使材料在晶态与非晶态之间相互转化实现信息的写入和擦除，信息的读出靠测量电阻的变化实现。PCM凭借非易失性、高速、高密度、可三维集成和可实现多值存储等优点成为了人们关注的焦点。
随着工艺节点的推进和器件密度的增加，PCM器件结构由平板型转变为具有更低功耗的限制型结构，器件尺寸的不断缩小以及器件结构深宽比的不断加大使得相变材料的填充面临巨大的困难，而现有技术中常使用物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)制备PCM器件，物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源—固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。但物理气相沉积(PVD)技术由于在沟槽开口处沉积相变材料较快，而沟槽底部较慢，会导致沟槽底部的阶梯覆盖率不佳而造成器件失效，故而开发的制备技术势在必行。
Ge2Sb2Te5(GST)是研究最为广泛的相变材料，但其速度为百纳秒左右，达不到替代动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)的要求，并且功耗高，数据保持力较低，也不能满足例如汽车电子等对温度要求较高的应用领域。
随着对该领域的研究，发现钽-锑-碲(Ta-Sb-Te)是一种新型相变材料，具有相变速度快，热稳定性好和功耗低的特点，其数据保持力能满足汽车电子的要求，是一种非常有应用前景的相变材料，然而现有技术中，制备的钽-锑-碲(Ta-Sb-Te)应用于小尺寸工艺器件中，比如20nm、14nm或者更小尺寸工艺器件时，存在厚度可控性差、填充能力弱以及薄膜致密性差的缺点。
发明内容
为了解决的是背景技术中提到的缺点，本发明公开了一种钽-锑-碲相变材料的沉积方法，该工艺具有填充能力强、厚度精确可控和薄膜致密性好等优点，可实现相变材料的高密度填充，还公开了一种应用该相变材料的存储器的制备方法，通过该制备方法得到的相变存储器具有存储密度高和功耗低的特点。
具体地，本申请公开了一种钽-锑-碲相变材料的沉积方法，其包括以下步骤：
提供一基底(1)；
在该基底(1)上沉积钽(Ta)前驱体，得到Ta基底，该钽(Ta)前驱体包括TaCl5；
在该Ta基底上沉积锑(Te)前驱体，得到Te基底，该锑(Te)前驱体包括Te(C4H9)2；
在该Te基底上沉积碲(Sb)前驱体，得到该钽-锑-碲相变材料，该碲(Sb)前驱体包括Sb[(CH3)2N]3；
该沉积的方法为原子层沉积(ALD)。
可选地，沉积该钽(Ta)前驱体或者该锑(Te)前驱体或者该碲(Sb)前驱体，包括：
引入该钽(Ta)前驱体或者该锑(Te)前驱体或者该碲(Sb)前驱体中任一种前驱体之后，清洗未被吸收的该前驱体；
引入氢气等离子；
清洗反应副产物。
可选地，该氢气的通入速率为0.01～1000立方厘米/分钟。
可选地，该在该Te基底上沉积该碲(Sb)前驱体，包括：
在该Te基底上沉积该碲(Sb)前驱体，得到Sb基底；
在该Sb基底上沉积该锑(Te)前驱体，得到该钽-锑-碲相变材料。
可选地，该在该Te基底上沉积该碲(Sb)前驱体，还包括：
通过依次重复该沉积钽(Ta)前驱体、该沉积锑(Te)前驱体和该沉积碲(Sb)前驱体步骤中的两种或者三种的次数控制该钽-锑-碲相变材料的组分。
可选地，该钽-锑-碲相变材料的厚度通过沉积压力、沉积温度和前驱体供应时间控制。
可选地，该钽(Ta)前驱体还包括Ta[N(CH3)2]5；
该锑(Te)前驱体还包括Te(C3H7)2；
该碲(Sb)前驱体还包括Sb(C3H7)3。
可选地，沉积温度范围为50～350℃；
沉积压力的范围为0.001～10托。
本申请在另一方面还公开了一种存储器单元的制备方法，其包括以下步骤：
提供一衬底；
制备第一电极；
沉积氮化硅层；
制备沉积孔；
沉积钽-锑-碲相变材料，该钽-锑-碲相变材料位于该沉积孔内；
制备第二电极。
可选地，该制备沉积孔，包括：
通过蚀刻工艺在该氮化硅层刻蚀该沉积孔，该刻蚀工艺的曝光方式包括电子束曝光。
可选地，该沉积钽-锑-碲相变材料，包括：
沉积该钽-锑-碲相变材料；
通过化学机械抛光方法去除该氮化硅层表面的该该钽-锑-碲相变材料。
可选地，该制备第二电极，包括：
沉积氮化硅层；
在该氮化硅层上制备第二电极。
采用上述技术方案，本申请提供的钽-锑-碲相变材料的沉积方法及存储器单元的制备方法具有如下有益效果：
该钽-锑-碲相变材料的沉积方法包括以下步骤：提供一基底(1)；在该基底(1)上沉积钽(Ta)前驱体，得到Ta基底，该钽(Ta)前驱体包括TaCl5；在该Ta基底上沉积锑(Te)前驱体，得到Te基底，该锑(Te)前驱体包括Te(C4H9)2；在该Te基底上沉积碲(Sb)前驱体，得到该钽-锑-碲相变材料，该碲(Sb)前驱体包括Sb[(CH3)2N]3；该沉积的方法为原子层沉积(ALD)。采用本发明方法制备的钽-锑-碲相变材料具有厚度精确可控，薄膜致密性好，填孔能力强的特点。基于本方法可制备出相应的相变存储单元，适用于20纳米、14纳米、7纳米和5纳米等的相变存储器工艺中，该相变存储器可实现高密度存储，同时可以获得低功耗的器件。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请钽-锑-碲相变材料的沉积方法的流程图；
图2为本申请钽-锑-碲相变材料的沉积方法的过程示意图；
图3为本申请存储器单元的制备方法的流程图；
图4为本申请存储器单元的制备方法的过程示意图；
以下对附图作补充说明：
1-基底；2-Ta薄膜；3-Te薄膜；4-Sb薄膜；5-钽-锑-碲相变材料；6-衬底；7-第一电极；8-氮化硅层；9-沉积孔；10-第二电极。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
如图1和图2所示，图1为本申请钽-锑-碲相变材料的沉积方法的流程图；图2为本申请钽-锑-碲相变材料的沉积方法的过程示意图；该钽-锑-碲相变材料的沉积方法包括以下步骤：
S101：提供一基底(1)；
S102：在该基底(1)上沉积该钽(Ta)前驱体，得到Ta基底，该钽(Ta)前驱体包括TaCl5；
S103：在该Ta基底上沉积该锑(Te)前驱体，得到Te基底，该锑(Te)前驱体包括Te(C4H9)2；
S104：在该Te基底上沉积该碲(Sb)前驱体，得到该钽-锑-碲相变材料，该碲(Sb)前驱体包括Sb[(CH3)2N]3；
该沉积的方法为原子层沉积(ALD)。
采用本申请方法制备的钽-锑-碲相变材料5具有厚度精确可控，薄膜致密性好和填孔能力强的特点。基于本方法可制备出相应的相变存储单元，适用于20纳米、14纳米、7纳米和5纳米等的相变存储器工艺中，该相变存储器可实现高密度存储，同时可以获得低功耗的器件。
在一种可选地实施方式中，该沉积的方法包括化学气相沉积(CVD)或者原子层沉积(ALD)，优选地，沉积上述前驱体的方法为ALD，ALD技术是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底1表面的方法，该方法的最大优点是填充能力强，厚度精确可控，能解决传统物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)技术填孔能力差的问题。
在一种可选地实施方式中，步骤S104包括：
在该Te基底上沉积该碲(Sb)前驱体，得到Sb基底；
在该Sb基底上沉积该锑(Te)前驱体，得到该钽-锑-碲相变材料。该方法得到的钽-锑-碲相变材料薄膜性能更好。
在一种可选地实施方式中，步骤S102包括：
引入钽(Ta)前驱体之后，清洗未被吸收的该前驱体；引入氢气等离子；清洗反应副产物；
步骤S103包括：
引入锑(Te)前驱体之后，清洗未被吸收的该前驱体；引入氢气等离子；清洗反应副产物；
步骤S104包括：
引入碲(Sb)前驱体之后，清洗未被吸收的该前驱体；引入氢气等离子；清洗反应副产物。
在一种可选地实施方式中，该氢气的通入速率为0.01～1000立方厘米/分钟，具体通入速率根据实际沉积的前驱体和质量决定，以便保证前驱体与基质充分反应。
在一种可选地实施方式中，在步骤S104后，还包括通过依次重复步骤S102、步骤S103和步骤S104步骤中的任意两种的次数控制该钽-锑-碲相变材料5的组分；在另一种可选地实施方式中，在步骤S104后，还包括通过依次重复步骤S102、步骤S103和步骤S104步骤的次数控制该钽-锑-碲相变材料5的组分。
在另一种可选地实施方式中，该钽-锑-碲相变材料5的组份为Sb2Te3+Ta；在另一种可选地实施方式中，该钽-锑-碲相变材料5的组份Sb2Te3+TaTe2，得到的相变材料薄膜均具有较好的效果。
在一种可选地实施方式中，该钽-锑-碲相变材料5的厚度通过沉积压力、沉积温度和前驱体供应时间控制。
在一种可选地实施方式中，该钽(Ta)前驱体还包括Ta[N(CH3)2]5；
该锑(Te)前驱体还包括Te(C3H7)2；
该碲(Sb)前驱体还包括Sb(C3H7)3。
在一种可选地实施方式中，沉积温度范围为50～350℃；沉积压力的范围为0.001～10托。
如图3和图4所示，图3为本申请存储器单元的制备方法的流程图；图4为本申请存储器单元的制备方法的过程示意图；本申请在另一方面还公开了一种存储器单元的制备方法，其包括以下步骤：
S301：提供一衬底；
S302：制备第一电极7；
S303：沉积氮化硅层8；
S304：制备沉积孔9；
S305：沉积钽-锑-碲相变材料5，该钽-锑-碲相变材料5位于该沉积孔9内；
S306：制备第二电极10。
在一种可选地实施方式中，步骤S304包括：
通过蚀刻工艺在该氮化硅层8刻蚀该沉积孔9，该刻蚀工艺的曝光方式包括电子束曝光，具体地，蚀刻方式为离子刻蚀，具有刻蚀精度高和稳定性好的优点。
在一种可选地实施方式中，步骤S305包括：
沉积该钽-锑-碲相变材料5；
通过化学机械抛光方法去除该氮化硅层8表面的该钽-锑-碲相变材料5，该氮化硅用于将不同单元隔离。
在一种可选地实施方式中，步骤S306包括：
沉积氮化硅层8；
在该氮化硅层8上制备第二电极10。
为了更清楚地说明本申请的有益效果，以下将以具体实施例进行说明。
实施例1：
如图1和图2所示，沉积前驱体的方法为ALD，具体步骤如下：
1)将一基底1放置在沉积腔中之后，加热基底1，温度范围为为50～350℃，优选地，温度为320℃。
2)在基底1上引入TaCl5脉冲，脉冲长度为15s，然后清洗未被吸收的的TaCl5，时间为15s，在上述基底上引入氢气等离子体脉冲，脉冲长度为15s，清洗反应副产物，时间为35s；
3)然后在上述基底上引入Te(C4H9)2脉冲，脉冲长度为5s，清洗残余的Te(C4H9)2，时间为10s，在上述基底上引入氢气等离子体脉冲，脉冲长度为15s，清洗反应副产物，时间为35s；
4)在上述基底上引入Sb[(CH3)2N]3脉冲，脉冲长度为5s，清洗残余的Sb[(CH3)2N]3，时间为10s，在上述基底上引入氢气等离子体脉冲，脉冲长度为15s，清洗反应副产物，时间为35s；
5)在上述基底上引入Te(C4H9)2脉冲，脉冲长度为5s，清洗残余的Te(C4H9)2，时间为10s，在上述基底上引入氢气等离子体脉冲，脉冲长度为15s，清洗反应副产物，时间为35s；
6)重复上述步骤2)～步骤5)，形成循环周期，最终获得所需厚度和组成的钽-锑-碲相变材料5。
当然，该步骤6)中可以可通过控制步骤2)、3)、4)及5)各自的重复次数以获得不同组成的钽-锑-碲相变材料5。
选用TaCl5、Te(C4H9)2和Te(C4H9)2作为前驱体，通过上述方法制备的相变材料具有结合力好和成膜效果好的优点。
步骤2)～步骤5)中，通过流入惰性气体将前驱体带入沉积腔，具体地，惰性气体包括氩气，通过氩气带走反应剩余物，一种可选地实施方式中，惰性气体供应速率维持在0～1000立方厘米/分钟，沉积腔中的沉积压力维持在0.001～10托，该钽-锑-碲相变材料5的沉积速率通过沉积压力、沉积温度、前驱体脉冲长度以及清洗时间控制。
需要说明的是，在基底1上沉积不仅包括直接在基底1本身上沉积，还包括在三种反应物中已经沉积在基底1上的一种之上沉积另一种。另外，可以重复沉积方法以制造多层膜或者超晶格结构的薄膜。可以在50～350℃实施膜沉积。其中的脉冲时间和清洗时间仅为一种较优的方案，在其它的实施例中，可以采用不同的脉冲时间以及清洗时间，以实现不同需求的钽-锑-碲薄膜的制备。
依据本申请方法制备的钽-锑-碲层可以得到极好的阶梯覆盖。因而，可以形成其中钽-锑-碲层填充在具有100nm或更小直径的通孔中的相变存储器。这样，器件的RESET电流减小。并且由于选通管必须接受的最大电流减小，因此减小了选通管的尺寸并增加了相变存储器的集成度。
如图3和图4所示，本申请还提供一种存储单元的制备方法，相变存储单元组成的相变存储器可为各种采用相变原理而进行数据存储的功能器件，如为采用电脉冲编程的硫系化合物随机存储器，或为采用激光脉冲编程的存储光盘，或为采用电子束编程的存储器，或为采用其它能量粒子编程的存储器，该相变存储单元的制备方法包括以下步骤：
1)提供一衬底。具体的，该衬底为取向的硅衬底，于衬底表面制备第一电极7。具体地，先对衬底进行清洗，然后在其表面沉积第一电极7，可以去除该衬底表面的有机物、金属离子和氧化物等杂质，有利于提高器件的稳定性。该第一电极7为碳电极，厚度为50～100nm，具体地，该第一电极7的厚度为50nm。
2)于第一电极7表面沉积氮化硅层8。该氮化硅的厚度为30～120nm，具体为100nm。
3)利用曝光-刻蚀工艺于该氮化硅层8上刻出直至该第一电极7的沉积孔9，具体地，该曝光-刻蚀工艺采用的曝光方法为电子束曝光，刻蚀方法为反应离子刻蚀。在一种可选地实施方式中，该沉积孔9的孔径为15～300nm，具体地，沉积孔9的孔径为260nm，在另一种可选地实施方式中，沉积孔9的孔径为15nm～100nm，具体地，30nm。
4)依据上述采用原子层沉积法制备钽-锑-碲相变材料5的方法于沉积孔9内填充钽-锑-碲相变材料5，可以得到极好的阶梯覆盖。因而，可以形成其中钽-锑-碲层填充在具有100nm或更小直径的通孔中的相变存储器。这样，器件的重置RESET电流减小，并且由于选通管必须接受的最大电流减小，因此减小了选通管的尺寸并增加了相变存储器的集成度。
5)去除该氮化硅层8表面的钽-锑-碲相变材料5。具体地，采用化学机械抛光方法去除该氮化硅层8表面的钽-锑-碲相变材料5。
6)制作第二电极10，该第二电极10为碳电极，厚度为50～100nm。
实施例2：
如图1和图2所示，沉积前驱体的方法为ALD，具体步骤如下：
1)将一基底1放置在沉积腔中之后，加热基底1，温度范围为为50～350℃。
2)在基底1上引入Ta[N(CH3)2]5脉冲，脉冲长度为10-20s，然后清洗未被吸收的的Ta[N(CH3)2]5，时间为10-20s，在上述基底1上引入氢气等离子体脉冲，脉冲长度为10-20s，清洗反应副产物，时间为35s，使得基底1上形成连续地Ta薄膜2；
3)然后在上述基底上引入Te(C3H7)2脉冲，脉冲长度为5-10s，清洗残余的Te(C3H7)2，时间为10-15s，在上述基底上引入氢气等离子体脉冲，脉冲长度为10-20s，清洗反应副产物，时间为35s，使上述基底1上形成连续地Te薄膜3；
4)在上述基底上引入Sb(C3H7)3脉冲，脉冲长度为5-10s，清洗残余的Sb(C3H7)3，时间为10-15s，在上述基底上引入氢气等离子体脉冲，脉冲长度为10-20s，清洗反应副产物，时间为35s，使上述基底上形成连续地Sb薄膜4；
5)重复上述步骤2)～步骤4)，形成循环周期，最终获得所需厚度和组成的钽-锑-碲相变材料5。
当然，该步骤5)中可以通过控制步骤2)、3)及4)各自的重复次数以获得不同组成的钽-锑-碲相变材料5。
依据本申请方法制备的钽-锑-碲相变材料5可以得到极好的阶梯覆盖。因而，可以形成其中钽-锑-碲相变材料5填充在具有100nm或更小直径的通孔中的相变存储器，该钽-锑-碲沉积方法适用于20纳米、14纳米、7纳米和5纳米等的相变存储器工艺中，该相变存储器可实现高密度存储，同时可以获得低功耗的器件。
以上所述仅为本申请可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种钽-锑-碲相变材料的沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一基底(1)；
在所述基底(1)上沉积钽(Ta)前驱体，得到Ta基底，所述钽(Ta)前驱体包括TaCl5；
在所述Ta基底上沉积锑(Te)前驱体，得到Te基底，所述锑(Te)前驱体包括Te(C4H9)2；
在所述Te基底上沉积碲(Sb)前驱体，得到所述钽-锑-碲相变材料，所述碲(Sb)前驱体包括Sb[(CH3)2N]3；
所述沉积的方法为原子层沉积(ALD)。
2.根据权利要求1所述的钽-锑-碲相变材料的沉积方法，其特征在于，
所述沉积钽(Ta)前驱体或者锑(Te)前驱体或者碲(Sb)前驱体，包括：
引入钽(Ta)前驱体或者锑(Te)前驱体或者碲(Sb)前驱体中任一种前驱体之后，清洗未被吸收的所述前驱体；
引入氢气等离子；
清洗反应副产物。
3.根据权利要求2所述的钽-锑-碲相变材料的沉积方法，其特征在于，
所述氢气的通入速率为0.01～1000立方厘米/分钟。
4.根据权利要求1所述的钽-锑-碲相变材料的沉积方法，其特征在于，所述在所述Te基底上沉积(Sb)前驱体，包括：
在所述Te基底上沉积碲(Sb)前驱体，得到Sb基底；
在所述Sb基底上沉积所述锑(Te)前驱体，得到所述钽-锑-碲相变材料。
5.根据权利要求1所述的钽-锑-碲相变材料的沉积方法，其特征在于，
所述在所述Sb基底上沉积所述钽(Ta)前驱体后，还包括：
通过依次重复所述沉积钽(Ta)前驱体、所述沉积锑(Te)前驱体和所述沉积碲(Sb)前驱体步骤中的两种或者三种的次数控制所述钽-锑-碲相变材料(5)的组分。
6.根据权利要求1所述的钽-锑-碲相变材料的沉积方法，其特征在于，
所述钽-锑-碲相变材料(5)的厚度通过沉积压力、沉积温度和前驱体供应时间控制。
7.根据权利要求1所述的钽-锑-碲相变材料的沉积方法，其特征在于，
所述钽(Ta)前驱体还包括Ta[N(CH3)2]5；
所述锑(Te)前驱体还包括Te(C3H7)2；
所述碲(Sb)前驱体还包括Sb(C3H7)3。
8.根据权利要求1所述的钽-锑-碲相变材料的沉积方法，其特征在于，
沉积温度范围为50～350℃；
沉积压力的范围为0.001～10托。
9.一种存储器单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底(6)；
制备第一电极(7)；
沉积氮化硅层(8)；
制备沉积孔(9)；
沉积钽-锑-碲相变材料(5)，所述钽-锑-碲相变材料(5)位于所述沉积孔(9)内；
制备第二电极(10)。
10.根据权利要求9所述的存储器单元的制备方法，其特征在于，所述制备沉积孔(9)，包括：
通过蚀刻工艺在所述氮化硅层(8)刻蚀所述沉积孔(9)，所述刻蚀工艺的曝光方式包括电子束曝光。
11.根据权利要求9所述的存储器单元的制备方法，其特征在于，所述沉积钽-锑-碲相变材料(5)，包括：
沉积所述钽-锑-碲相变材料(5)；
通过化学机械抛光方法去除所述氮化硅层(8)表面的所述所述钽-锑-碲相变材料(5)。
12.根据权利要求9所述的存储器单元的制备方法，其特征在于，所述制备第二电极(10)，包括：
沉积氮化硅层(8)；
在所述氮化硅层(8)上制备第二电极(10)。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060172083A1 (en) * 2005-01-31 2006-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd Method of fabricating a thin film
US20080090326A1 (en) * 2006-10-13 2008-04-17 Samsung Electronics Co., Ltd Method of surface treating a phase change layer and method of manufacturing a phase change memory device using the same
CN102978588A (zh) * 2012-12-12 2013-03-20 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 制备钛-锑-碲相变材料的方法及相变存储单元制备方法
CN103000807A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 钛-锑-碲相变材料沉积方法及相变存储单元的制备方法
CN103898474A (zh) * 2012-12-27 2014-07-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 钨-锑-碲相变材料沉积方法及相变存储单元制备方法
CN105470386A (zh) * 2014-09-05 2016-04-06 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种相变存储器及其制造方法和电子装置
CN108899417A (zh) * 2018-07-02 2018-11-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Ta-Sb-Te相变材料、相变存储器单元及其制备方法
CN110061131A (zh) * 2019-04-23 2019-07-26 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种相变材料、相变存储单元及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060172083A1 (en) * 2005-01-31 2006-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd Method of fabricating a thin film
US20080090326A1 (en) * 2006-10-13 2008-04-17 Samsung Electronics Co., Ltd Method of surface treating a phase change layer and method of manufacturing a phase change memory device using the same
CN102978588A (zh) * 2012-12-12 2013-03-20 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 制备钛-锑-碲相变材料的方法及相变存储单元制备方法
CN103000807A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 钛-锑-碲相变材料沉积方法及相变存储单元的制备方法
CN103898474A (zh) * 2012-12-27 2014-07-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 钨-锑-碲相变材料沉积方法及相变存储单元制备方法
CN105470386A (zh) * 2014-09-05 2016-04-06 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种相变存储器及其制造方法和电子装置
CN108899417A (zh) * 2018-07-02 2018-11-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Ta-Sb-Te相变材料、相变存储器单元及其制备方法
CN110061131A (zh) * 2019-04-23 2019-07-26 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种相变材料、相变存储单元及其制备方法

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