CN203812919U - 相变存储结构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种相变存储结构，包括：下电极层；形成于所述下电极层上的绝热层，所述绝热层的上开设有沟槽；相变材料层，覆盖于所述沟槽的内壁表面，且所述相变材料层围成一容纳空间；上电极，填充于所述容纳空间内；下加热电极，连接于所述下电极层和相变材料层的底部之间；侧加热电极，连接于所述相变材料层的外侧壁；顶电极，连接于所述侧加热电极。本实用新型的相变存储单元中，引入了侧加热电极，与传统具有单一的下加热电极相比，本实用新型能够有效提高器件的存储密度，满足相变存储器的应用需求。
Description
技术领域
本申请属于半导体制造技术领域，特别是涉及一种高密度的相变存储结构。
背景技术
随着技术的发展，半导体存储器，如闪存（FLASH）、静态随机存储器（SRAM）及动态随机存储器（DRAM）等，正逐步面临其在更先进工艺技术节点下“技术瓶颈”问题。例如FLASH 在45 nm 工艺节点后，为维持一定的数据保持能力，浮栅厚度不能随器件尺寸的减小而无限制减薄，所需的工艺难度甚至达到FLASH 的物理极限。在这种情况下，发展新型存储技术，以克服当前半导体存储技术面临的限制，适应高容量、低功耗以及快速存取等应用需求具有重要的研发价值。
近年来，以相变材料为存储介质的相变存储器（phase-change memory，PCM）正受到高度关注。与半导体存储器相比，PCM 属于电阻型存储器，具有一些明显的优势，如具有优异的尺寸微缩性能及多位元存储能力以适应更高容量存储、制造成本低以及抗辐射等，目前已被认可为下一代主流存储技术。近年来，随着研发的不断深化，多种PCM单元结构，如经典的“蘑菇型”结构、侧墙结构、边缘接触结构、μ-Trench结构等，旨在减小电极与材料接触面积、降低读写操作电流以提高存储器工作性能。
目前提高PCM存储密度是PCM面向应用的进程中亟需解决的关键问题之一。当前主流的T-shape结构只能通过采用更先进的光刻工艺来获得更小的接触尺寸，这一结构在未来更进一步的发展中会大幅度地增加工艺成本。
实用新型内容
本实用新型的目的提供一种相变存储结构，以解决现有技术中存储器存储密度低、成本高的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本申请实施例公开一种相变存储结构，包括：
下电极层；
形成于所述下电极层上的绝热层，所述绝热层的上开设有沟槽；
相变材料层，覆盖于所述沟槽的内壁表面，且所述相变材料层围成一容纳空间；
上电极，填充于所述容纳空间内；
下加热电极，连接于所述下电极层和相变材料层的底部之间；
侧加热电极，连接于所述相变材料层的外侧壁；
顶电极，连接于所述侧加热电极。
优选的，在上述的相变存储结构中，所述侧加热电极连接于所述相邻的相变材料层之间。
优选的，在上述的相变存储结构中，所述侧加热电极于竖直方向的高度不超过相变材料层的高度。
优选的，在上述的相变存储结构中，所述顶电极位于相邻的相变材料层之间且不与相变材料层接触。
优选的，在上述的相变存储结构中，所述下电极层、上电极以及顶电极的材质选自铝、金、铂中的一种。
优选的，在上述的相变存储结构中，所述相变材料层的材质选自Ge2Sb2Te5、N掺杂Ge2Sb2Te5、GeSb2Te5中的一种。
优选的，在上述的相变存储结构中，所述下加热电极和侧加热电极的材质选自钨、氮化钛/钨双层膜中的一种。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型的相变存储结构中，引入了侧加热电极，与传统具有单一的下加热电极相比，本实用新型能够有效提高器件的存储密度，满足相变存储器的应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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所示为本实用新型具体实施例中相变存储结构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参图1所示，相变存储结构包括下电极层1，下电极层1的材质优选为铝，还可以为金、铂。
下电极层1上形成有绝热层2，绝热层2的材质优选为SiO2，还可以为氮化硅。绝热层2的上表面开设有多个沟槽6，沟槽6的形状优选为圆柱体或矩形体，也可以为规则或非规则的其他形状。当沟槽6的形状为矩形体时，其深度优选为15~200nm，横向宽度（图1中左右方向的间距）优选为10~100nm；当沟槽6的形状为圆柱体时，其深度优选为15~200nm，直径优选为10~100nm。
每个沟槽6的内壁表面覆盖有一层相变材料层4，相变材料层4的材质为Ge2Sb2Te5、N掺杂Ge2Sb2Te5、GeSb2Te5中的任一种，相变材料层4的厚度优选为5~50nm。相邻相变材料层4的间距优选为50~500nm。
相变材料层4围成一顶端开口的容纳空间，容纳空间内填充有上电极8，上电极8的材质优选为铝，还可以为金、铂。
每个相变材料层4与下电极层1之间连接有一下加热电极3，下加热电极3的材质选自钨、氮化钛/钨双层膜中的一种。
相邻相变材料层4的外侧壁之间还连接有侧加热电极5，侧加热电极5的厚度优选为5~100nm，其材质优选自钨、氮化钛/钨双层膜中的一种。
绝热层2的顶面上还设有顶电极7，顶电极7位于相邻的相变材料层4之间，且不与相变材料层4接触。顶电极7的材质优选为铝，还可以为金、铂。顶电极7还通过连接电极9与侧加热电极5相连接。
在一较为优选的实施方案中，一种高密度相变存储结构的制备工艺步骤如下：
首先利用金属薄膜沉积工艺，如电子束蒸发或磁控溅射沉积下电极层。
然后利用等离子增强化学气相沉积技术（PECVD）或低压化学气相沉积技术（LPCVD）在该下电极层表面沉积SiO2或氮化硅绝热层。
进一步地，利用电子束光刻工艺，结合干法刻蚀工艺（反应离子刻蚀RIE或离子束刻蚀）以及金属沉积工艺，在SiO2或氮化硅绝热层下部沉积下加热电极。
为了获得沟槽型结构的相变材料层，首先利用光刻技术及干法刻蚀技术在SiO2或氮化硅绝热层中制备孔洞，然后利用原子层沉积方法在孔洞表面沉积相变材料薄膜，通过控制沉积循环次数等参数制备5-50nm厚度相变材料薄膜。
进一步地，利用金属薄膜沉积工艺在沟槽内沉积Al构成上电极层。
进一步地，利用光刻工艺以及刻蚀工艺选择性地刻蚀沟槽之间的绝热层材料，以便于下一步侧加热电极的沉积。
进一步地，利用金属薄膜沉积工艺在上电极之间沉积侧加热电极，使侧加热电极与相变材料凹槽结构的侧壁接触。
进一步地，利用PECVD或LPCVD在侧加热电极表面沉积SiO2或氮化硅绝热层。
进一步地，利用光刻工艺结合刻蚀工艺与金属薄膜沉积工艺在SiO2或氮化硅绝热层表面开孔并沉积侧加热电极与顶电极之间的连接电极。
进一步地，利用光刻工艺以及金属薄膜沉积工艺在上电极之间沉积顶电极。
基于上述制备工艺，引入了侧加热电极，可有效提高存储密度，同时降低制造成本。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种相变存储结构，其特征在于，包括：
下电极层；
形成于所述下电极层上的绝热层，所述绝热层的上开设有沟槽；
相变材料层，覆盖于所述沟槽的内壁表面，且所述相变材料层围成一容纳空间；
上电极，填充于所述容纳空间内；
下加热电极，连接于所述下电极层和相变材料层的底部之间；
侧加热电极，连接于所述相变材料层的外侧壁；
顶电极，连接于所述侧加热电极。
2.根据权利要求1所述的相变存储结构，其特征在于：所述侧加热电极连接于所述相邻的相变材料层之间。
3.根据权利要求1所述的相变存储结构，其特征在于：所述侧加热电极于竖直方向的高度不超过相变材料层的高度。
4.根据权利要求1所述的相变存储结构，其特征在于：所述顶电极位于相邻的相变材料层之间且不与相变材料层接触。
5.根据权利要求1所述的相变存储结构，其特征在于： 所述下电极层、上电极以及顶电极的材质选自铝、金、铂中的一种。
6.根据权利要求1所述的相变存储结构，其特征在于：所述相变材料层的材质选自Ge2Sb2Te5、N掺杂Ge2Sb2Te5、GeSb2Te5中的一种。
7.根据权利要求1所述的相变存储结构，其特征在于：所述下加热电极和侧加热电极的材质选自钨、氮化钛/钨双层膜中的一种。
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| CN112635667A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-09 | 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 | 一种相变存储器单元及其制备方法 |
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