CN203871379U - 一种相变存储器加热电极及相变存储器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种相变存储器，具体地说是通过以纳米锥阵列为模板制备纳米阵列加热电极，从而减小加热电极的实际有效面积，减小加热电极与相变材料的接触面积，提高加热电流密度。从而就避免了直接制备纳米加热电极(100nm以下)的困难，降低制造成本，更重要的是降低了相变存储器的功耗。
Description
技术领域
本申请属于半导体制造技术领域，特别是涉及一种相变存储器加热电极以及应用该加热电极的相变存储器。
背景技术
相变存储器（phase-change memory，PCM）以其优异的特性，包括快速读写速度、优异的尺寸缩放性能、多位元存储能力、抗辐射、制造成本低等，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。随着技术的发展，人们设计与制备出了多种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。
目前降低读写操作电流是PCM面向应用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
本实用新型就是针对如何避免微纳加工技术和降低制造成本，实现减小相变存储器纳米加热电极实际面积而提出的一种简单、实用的新方法。
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加热电极，所述加热电极为锥体形状。
优选的，在上述的相变存储器加热电极中，所述锥体顶端的直径为7~8nm；所述加热电极的高度为5~10nm。
优选的，在上述的相变存储器加热电极中，所述加热电极的材质选自W或TiW。
相应地，本申请还公开了一种相变存储器，包括：
衬底；
纳米锥模板，形成于所述衬底上，所述纳米锥模板包括至少一个锥体；
金属薄膜，覆盖于所述纳米锥模板上，位于所述每个锥体表面的金属薄膜构成一加热电极；
绝缘介质层，形成于所述金属薄膜上，定义所述加热电极的顶端为接触端，该接触端曝露在所述绝缘介质层的上方；
相变材料层，与所述加热电极的接触端接触。
优选的，在上述的相变存储器中，所述加热电极的接触端埋入在所述相变材料层下方。
优选的，在上述的相变存储器中，所述纳米锥模板的材质为InGaN。
优选的，在上述的相变存储器中，所述锥体的高度为500~1000nm，顶端的直径为7~8nm，底部的直径为300~400nm。
优选的，在上述的相变存储器中，所述金属薄膜的材质选自W或TiW；所述绝缘介质层的材质选自SiO2或SiNx，其中x为正整数；所述相变材料层的材质选自Ge2Sb2Te5、N掺杂Ge2Sb2Te5、O掺杂Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4。
优选的，在上述的相变存储器中，所述接触端的高度为5~10nm。
优选的，在上述的相变存储器中，所述绝缘介质层的上表面位于同一水平面上。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
本实用新型提供一种相变存储器纳米阵列加热电极，具体地说是通过以纳米锥阵列为模板制备纳米阵列加热电极，从而减小加热电极的实际有效面积，减小加热电极与相变材料的接触面积，提高加热电流密度。从而就避免了直接制备纳米加热电极(100 nm以下)的困难，降低制造成本，更重要的是降低了相变存储器的功耗。
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所述，相变存储器包括衬底1以及依次形成于衬底1上的纳米锥模板2、金属薄膜3、绝缘介质层4和相变材料层5。
衬底1的材料优选自Si02、石英玻璃、陶瓷基片等介质材料中的一种。
纳米锥模板2包括阵列设置的多个锥体，其材质优选为InGaN，每个锥体的顶端直径优选为7~8nm，底端直径优选为300~400nm，高度优选为500~1000nm。
易于想到的是，纳米锥模板2还可以仅仅包括一个锥体，以制备一个单独的存储单元。
金属薄膜3覆盖于纳米锥模板2上，由此可以获得尺寸在100nm以下的加热电极，金属薄膜3的材质优选为W或TiW，金属薄膜3的厚度优选为10~50nm。
绝缘介质层4形成于相邻的的锥体之间，其材质优选自SiO2或SiNx，其中x为正整数，绝缘介质层的厚度优选为1.5~2.5μm，绝缘介质层4的上表面位于同一水平面内。加热电极的顶端曝露在绝缘介质层4的上方，并定义该顶端为接触端，接触端的高度优选为5~10nm。
相变材料层5阵列设置于绝缘介质层4的上方，包括多个相变材料单元，其数量与加热电极的数量相同（锥体数量），相邻相变材料单元之间的间距为100~130nm。每个加热电极的接触端嵌入在对应相变材料单元的下方并形成接触。
上述相变存储器的制作方法包括如下步骤：
a、利用CVD技术（化学气相沉积技术）在衬底上制备出InGaN纳米锥阵列；
b、利用高真空磁控溅射工艺在步骤(a)制备的结构上淀积一层金属薄膜构成加热电极；
c、在带有加热电极的衬底上原位溅射生长绝缘介质层；
d、采用CMP技术（化学机械研磨）得到表面平整度很高的绝缘介质层；
e、利用RIE技术（反应离子刻蚀）刻蚀绝缘介质材料，使得加热电极的顶端曝露在绝缘介质材料的上方；
f、在步骤e获得的结构上利用亚微米CMOS标准工艺曝光技术制备出200-300 nm宽的光刻胶图形；
g、沉积相变材料，采用剥离技术得到周期排布的相变材料结构。
综上所述，本实用新型的优点在于：
本实用新型的相变存储器纳米阵列加热电极，具体地说是通过以纳米锥阵列为模板制备纳米阵列加热电极，从而减小加热电极的实际有效面积，减小加热电极与相变材料的接触面积，提高加热电流密度。从而就避免了直接制备纳米加热电极(100 nm以下)的困难，降低制造成本，更重要的是降低了相变存储器的功耗。
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)
1.一种相变存储器，其特征在于，包括：
衬底；
纳米锥模板，形成于所述衬底上，所述纳米锥模板包括至少一个锥体；
金属薄膜，覆盖于所述纳米锥模板上，位于所述每个锥体表面的金属薄膜构成一加热电极；
绝缘介质层，形成于所述金属薄膜上，定义所述加热电极的顶端为接触端，该接触端曝露在所述绝缘介质层的上方；
相变材料层，与所述加热电极的接触端接触。
2.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于：所述加热电极的接触端埋入在所述相变材料层下方。
3.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于：所述纳米锥模板的材质为InGaN。
4.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于：所述锥体的高度为500~1000nm，顶端的直径为7~8nm，底部的直径为300~400nm。
5.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于：所述金属薄膜的材质选自W或TiW；所述绝缘介质层的材质选自SiO2或SiNx，其中x为正整数；所述相变材料层的材质选自Ge2Sb2Te5、N掺杂Ge2Sb2Te5、O掺杂Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4。
6.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于：所述接触端的高度为5~10nm。
7.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于：所述绝缘介质层的上表面位于同一水平面上。
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| CN104900806B (zh) * | 2015-06-04 | 2018-06-05 | 江苏时代全芯存储科技有限公司 | 相变化记忆体元件的制造方法 |
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