CN203871378U - 相变存储器存储单元结构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种相变存储器存储单元结构，包括相变材料层以及分别位于所述相变材料层两侧的下电极层和上电极层，所述上电极层包括阵列设置的且沿第一方向延伸的金属电极，所述下电极层为平行设置的纳米线阵列，所述纳米线阵列沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述相邻的金属电极之间设有绝热层。本实用新型通过引入纳米线制备技术达到降低加热电极尺寸的目的，从而可以降低器件读写电流；进一步地，在单根纳米线上面引入多根上电极，提高了相变存储器存储密度，很好地满足了相变存储器的应用需求。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体制备技术领域，尤其涉及一种相变存储器存储单元结构。
背景技术
相变存储器（phase-change memory，PCM）以其优异的特性，被认为是取代FLASH、SRAM及DRAM等常规存储器的下一代主流存储器，然而当前仍面临相变存储器功耗较大，存储密度有待提高等缺陷。目前工业界可以通过减小加热电极与相变材料之间的接触面积来降低器件的工作功耗，而存储密度的改进则需要新型结构的设计。随着当前芯片设计与加工制造技术的发展，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结构等被开发出来，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。当前大多主流的器件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，这一点毫无疑问会在未来更进一步的发展中大幅度地增加工艺成本。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种相变存储器存储单元结构，解决现有技术中功耗大、存储密度低等技术问题。
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器存储单元结构，包括相变材料层以及分别位于所述相变材料层两侧的下电极层和上电极层，所述上电极层包括阵列设置的且沿第一方向延伸的金属电极，所述下电极层为平行设置的纳米线阵列，所述纳米线阵列沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述相邻的金属电极之间设有绝热层。
优选的，在上述的相变存储器存储单元结构中，所述纳米线的材质为硅。
优选的，在上述的相变存储器存储单元结构中，所述每根纳米线的长度为100nm~1μm，宽度为5~100nm
优选的，在上述的相变存储器存储单元结构中，所述相变材料层的材质选自Ge2Sb2Te5、N掺杂Ge2Sb2Te5、O掺杂Ge2Sb2Te5、GeSb2Te5中的任一种。
优选的，在上述的相变存储器存储单元结构中，所述相变材料层的厚度为10-200nm。
优选的，在上述的相变存储器存储单元结构中，所述上电极层包括2~10个金属电极。
优选的，在上述的相变存储器存储单元结构中，所述金属电极设置为两层，分别为第一层以及形成于所述第一层上的第二层，所述第一层的材质为钨、氮化钛或氮化钨，所述第二层的材质为铝。
优选的，在上述的相变存储器存储单元结构中，所述金属电极的宽度为10~100nm。
优选的，在上述的相变存储器存储单元结构中，所述绝热层的宽度为20~200nm，厚度为10~200nm。
优选的，在上述的相变存储器存储单元结构中，所述绝热层的材质选自二氧化硅或氮化硅。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型以纳米线做为下电极，采用尺寸为5-100nm，减小了电极与相变材料的接触面积，同时相比于传统光刻技术也极大地降低了制造成本。另外，在纳米线表面分布有多根上电极，依此能够提高器件的存储密度，满足了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器存储单元结构的俯视图；
图2所示为本实用新型具体实施例中相变存储器存储单元结构的剖视图。
具体实施方式
随着纳米技术的发展，一维纳米线的制备逐步实现了大面积、低成本以及定向生长等特征，基于一维纳米线的相变存储器存储单元可有效地获得更小的电极尺寸，从而降低工作功耗、提高存储密度并降低制造成本。
本申请实施例公开了一种相变存储器存储单元结构，包括相变材料层以及分别位于所述相变材料层两侧的下电极层和上电极层，所述上电极层包括阵列设置的且沿第一方向延伸的金属电极，所述下电极层为平行设置的纳米线阵列，所述纳米线阵列沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述相邻的金属电极之间设有绝热层。
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和图2所示，相变存储器存储单元结构包括相变材料层10以及分别位于相变材料层10两侧的下电极层20和上电极层30。
上电极层30包括阵列设置的且沿第一方向延伸的金属电极，金属电极的数量优选为2~10根，每个金属电极的宽度优选为10~100nm。金属电极设置为两层，分别为第一层31以及形成于第一层31上的第二层32，第一层31的材质优选为钨、氮化钛或氮化钨，第二层32的材质优选为铝。
下电极层20为平行设置的纳米线阵列，纳米线的材质优选为硅，每根纳米线的长度为100nm~1μm，宽度为5~100nm。纳米线阵列沿第二方向延伸，第一方向垂直于第二方向。
每根纳米线的两端还分别设有金属接触电极40，材料可选为Ni/Au、Ti/Au或Cr/Au双层膜中的一种，其中Au膜位于Ni、Ti或Cr膜的上方。
相邻的金属电极之间设有绝热层50，绝热层50的宽度优选为20~200nm，厚度为10~200nm；绝热层50的材质优选自二氧化硅或氮化硅。
相变材料层10的材质优选自Ge2Sb2Te5、N掺杂Ge2Sb2Te5、O掺杂Ge2Sb2Te5、GeSb2Te5中的任一种；相变材料层的厚度优选为10-200nm。
上述相变存储器存储单元结构的制作步骤如下：
首先利用化学气相沉积方法或者硅材料的各项异性腐蚀技术获得硅纳米线；
当采用硅材料各向异性腐蚀技术获取硅纳米线时，可以直接在衬底表面形成硅纳米线阵列，进一步利用磁控溅射技术选择性地在纳米线表面沉积相变材料层；当采用化学气相沉积方法制备硅纳米线时，首先通过磁控溅射技术在纳米线表面沉积相变材料层，然后进一步地将沉积有相变存储材料的纳米线定向排列至衬底表面。
进一步地，利用紫外光刻技术，在纳米线两端构建金属接触电极。
进一步地，利用光刻技术以及金属沉积技术制备上电极层，具体地，首先沉积钨或氮化钛/钨金属层，再沉积Al接触电极。
最后利用等离子增强化学气相沉积或低压化学气相沉积技术，结合光刻以及干法刻蚀技术沉积二氧化硅或氮化硅绝热层。
综上所述，本实用新型的优点在于：本实用新型通过引入纳米线制备技术达到降低加热电极尺寸的目的，从而可以降低器件读写电流；进一步地，在单根纳米线上面引入多根上电极，提高了相变存储器存储密度，很好地满足了相变存储器的应用需求。
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 (9)
1.一种相变存储器存储单元结构，其特征在于：包括相变材料层以及分别位于所述相变材料层两侧的下电极层和上电极层，所述上电极层包括阵列设置的且沿第一方向延伸的金属电极，所述下电极层为平行设置的纳米线阵列，所述纳米线阵列沿第二方向延伸，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述相邻的金属电极之间设有绝热层。
2.根据权利要求1所述的相变存储器存储单元结构，其特征在于：所述纳米线的材质为硅。
3.根据权利要求2所述的相变存储器存储单元结构，其特征在于：所述每根纳米线的长度为100nm~1μm，宽度为5~100nm。
4.根据权利要求1所述的相变存储器存储单元结构，其特征在于：所述相变材料层的厚度为10-200nm。
5.根据权利要求1所述的相变存储器存储单元结构，其特征在于：所述上电极层包括2~10个金属电极。
6.根据权利要求1所述的相变存储器存储单元结构，其特征在于：所述金属电极设置为两层，分别为第一层以及形成于所述第一层上的第二层，所述第一层的材质为钨、氮化钛或氮化钨，所述第二层的材质为铝。
7.根据权利要求1所述的相变存储器存储单元结构，其特征在于：所述金属电极的宽度为10~100nm。
8.根据权利要求1所述的相变存储器存储单元结构，其特征在于：所述绝热层的宽度为20~200nm，厚度为10~200nm。
9.根据权利要求1所述的相变存储器存储单元结构，其特征在于：所述绝热层的材质选自二氧化硅或氮化硅。
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Cited By (1)
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| CN110690846A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-14 | 西南大学 | 一种基于倾斜硅纳米线的光热电转换器件 |
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2014
- 2014-04-04 CN CN201420161782.2U patent/CN203871378U/zh not_active Expired - Lifetime
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