基于錐形襯底的相變存儲器的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微納技術領域，特別涉及一種基于錐形襯底的相變存儲器的制備方法。
【背景技術】
[0002]相變存儲器PRAM (phase change random access memory)以硫系化合物為存儲介質，通過電流的熱效應控制相變材料在晶態(低阻)和非晶態(高阻)之間轉化實現信息的寫入與擦除，依靠探測存儲區域電阻的變化實現信息的讀出。PRAM具有非揮發性，與目前大多數的存儲器相比，具有器件尺寸小、功耗低、讀取速度快、抗輻照、能實現多級存儲以及與現有的CMOS工藝兼容等諸多優點。具有類似器件結構，基于金屬氧化物的電阻存儲器RRAM由于其結構簡單、成分精確可控、與邏輯工藝兼容等優點，被認為最有可能取代目前的SRAM, DRAM、FLASH等主流產品而成為未來主流存儲的半導體存儲器之一。
[0003]目前，操作電流過大是PRAM相變存儲器面臨的最主要問題之一，對驅動電路的要求較高，限制了存儲功耗的降低、存儲速度的提升和存儲密度的提高。對于PRAM的量產結構，降低有效相變體積的方法中一類是制備更小尺寸的納米插塞電極；另一類方法是制備相變材料限制性結構，通過減小可供于相變的體積減小有效相變體積。這兩類方法都要受限于復雜的PVD、CVD填孔工藝和CMP表面平坦化工藝。本發明提出的基于錐形襯底的相變存儲器的制備方法，采用錐形襯底，使得電極電場在相變材料中設計的局部區域(錐形襯底頂端上方)增強，誘導相變，在不縮小相變材料物理體積的情況下，減小有效的相變體積，從而達到降低器件功耗的目的。該設計不涉及復雜的薄膜填充工藝，工藝精度要求低，簡便易行，此外，由于可用的相變材料儲備充分，該結構還具有較好的疲勞特性，器件的工作可靠性高。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種基于錐形襯底的相變存儲器的制備方法。本發明對于快速實現小單元功耗、大器件工作可靠性、與現有的CMOS工藝兼容，具有非常好的產業化應用前景。
[0005]本發明公開了一種基于錐形襯底的相變存儲器的制備方法。該方法包括:
[0006]步驟1:在襯底100和錐形襯底101的上方上淀積第一電熱絕緣材料層201 ;
[0007]步驟2:在第一電熱絕緣材料層201上方，采用“光刻-薄膜淀積-剝離”的方法制備第一電極材料層301，其中第一電極材料層301應覆蓋住錐形襯底101 ;
[0008]步驟3:在第一電極材料層301和錐形襯底101的上方，采用“光刻-薄膜淀積-剝離”的方法制備相變材料層401 ；
[0009]步驟4:淀積第二電熱絕緣材料層202，并磨平第二電熱絕緣層202和相變材料層401的上表面，形成相變材料節點層401A ;
[0010]步驟5:在相變材料節點層401A的上方“光刻-薄膜淀積-剝離”的方法制備第二電極材料層302覆蓋住相變材料節點層401A，然后，淀積一層第三電熱絕緣材料層203，鈍化器件；
[0011]步驟6:在第三電熱絕緣材料層203上，采用“光刻-刻蝕-薄膜淀積-剝離”的方法制備下方接觸至第一、第二電極材料層301和302上表面的第三電極材料層303，完成器件制備。
[0012]該制備方法對應的器件結構中基于錐形襯底的疊層設計能夠把第一、第二電極材料層間的電場在錐形襯底尖端上方進行強化，其效果相當于減小了接觸電極的物理尺寸，能夠達到減小有效相變體積，降低器件功耗的目的。此外，在該錘形結構中，相變發生在電極尖端處的相變材料內。隨著擦寫次數的增加，尖端處相變材料中的部分組成元素會向著電極一層迀移，造成存儲失效。這時儲存在錐形電極四周的“備用”相變材料就會過來補充迀移走的相變元素，延長存儲單元的疲勞壽命，器件的工作可靠性高。
[0013]解決了以往研發垂直結構中由于復雜的薄膜填充工藝的研發瓶頸所導致的研發周期長、難度大、成本高、適用性差的缺點，在制備效率、經濟性以及與現有的CMOS工藝兼容性等方面具有較大的優越性。
【附圖說明】
[0014]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明，其中:
[0015]圖1是本發明提供的基于錐形襯底的相變存儲器的制備方法的流程圖；
[0016]圖2-7是基于錐形襯底的相變存儲器的制備工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0017]請參閱圖1所示，本發明提供一種基于錐形襯底的相變存儲器的制備方法。基于絕緣錐形襯底的相變單元，電極電場在相變材料中設計的局部區域(錐形襯底頂端上方)得以增強，誘導相變。這樣就可以在不縮小相變材料物理體積的情況下，減小有效的相變體積，從而達到降低器件功耗的目的。該設計不涉及復雜的薄膜填充工藝，工藝精度要求低，簡便易行。此外，由于備用的相變材料儲備充分，該結構還具有較好的疲勞特性，器件的工作可靠性高，與現有的CMOS工藝兼容，具有非常好的產業化應用前景。
[0018]圖1示出了本發明提出的一種基于錐形襯底的相變存儲器的制備方法流程圖。圖2-7給出了本發明提出的一種基于錐形襯底的相變存儲器的制備工藝流程圖。本發明提供一種基于錐形襯底的相變存儲器的制備方法，該方法包括:
[0019]步驟1:在襯底100和錐形襯底101的上方上淀積第一電熱絕緣材料層201 ;
[0020]其中，所述襯底100的材料可以為硅、氮化鎵、藍寶石、碳化硅、砷化鎵或玻璃；作用在于提供器件制備所必須的平坦化支撐。
[0021]其中，所述錐形襯底101的材料可以是硅、氮化鎵、藍寶石，可以通過蒸鍍法、化學氣相淀積法、激光輔助淀積法、刻蝕中的一種或者幾種制備；作用在于提供強化相變材料節點層401A在錐形襯底上方的電場的必要條件。
[0022]其中，第一電熱絕緣層201的設計目的在于提供器件的電熱絕緣環境，其特征厚度不超過300納米。
[0023]步驟2:在第一電熱絕緣材料層201上方，采用“光刻-薄膜淀積-剝離”的方法制備第一電極材料層301，其中第一電極材料層301應覆蓋住錐形襯底101 ;
[0024]其中，第一電極材料層301作為三明治存儲結構的底部加熱電極，其特征厚度不超過300納米，應與第一電熱絕緣材料層201接觸緊密；其作用在于施加給相變材料節點層所需的電脈沖。
[0025]步驟3:在第一電極材料層301和錐形襯底101的上方，采用“光刻_薄膜淀積-剝離”的方法制備相變材料層401 ；