本申請(qǐng)涉及微電子器件的，特別涉及一種基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)不斷地高度創(chuàng)新和穩(wěn)步前進(jìn)，相應(yīng)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，信息的存儲(chǔ)和共享成為社會(huì)進(jìn)步的關(guān)鍵。當(dāng)前，人們廣泛研究的新型存儲(chǔ)器主要包括鐵電存儲(chǔ)器(feram)、阻變存儲(chǔ)器(rram)、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(dram)、基于浮柵的閃存(flash)和相變存儲(chǔ)器(pcram)等。相變存儲(chǔ)器通過set和reset操作來存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，利用材料的晶態(tài)(低電阻)和非晶態(tài)(高電阻)來表示邏輯“1”和“0”，其中，reset操作是將存儲(chǔ)單元的材料從低電阻的晶態(tài)切換到高電阻的非晶態(tài)，set操作是將存儲(chǔ)單元的材料從高電阻的非晶態(tài)切換到低電阻的晶態(tài)。由于相變存儲(chǔ)器不依賴于電荷存儲(chǔ)，而是通過材料相變來存儲(chǔ)信息，因此它具有非易失性，即使在掉電后也能保持?jǐn)?shù)據(jù)。相變存儲(chǔ)器在尺寸、讀寫時(shí)間、功耗及cmos兼容性和成本等方面具有良好的表現(xiàn)，是新型存儲(chǔ)器件較優(yōu)的候選產(chǎn)品。

2、目前，pcram仍面臨諸多問題，如寫電流(reset電流)較大、能耗高，較大的reset電流意味著需要較大尺寸的晶體管來驅(qū)動(dòng)，使得整體芯片的尺寸較大，不利于高密度的存儲(chǔ)；隨著器件單元尺寸大小越發(fā)緊湊以及相關(guān)密度的逐步提升，器件單元內(nèi)部空隙便會(huì)逐步減小，一旦內(nèi)部相變材料呈現(xiàn)出高溫熔化狀態(tài)，基于熱擴(kuò)散效應(yīng)便會(huì)致使部分相鄰單元再結(jié)晶的現(xiàn)象產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致原有數(shù)據(jù)失真，這種存儲(chǔ)單元的熱串?dāng)_問題限制了存儲(chǔ)密度的進(jìn)一步提升。

3、相變存儲(chǔ)器的核心是以硫族化合物為基礎(chǔ)的相變材料，其中g(shù)st(ge-sb-te，鍺-銻-碲)系列是應(yīng)用最廣泛的材料，但ge2sb2te5的主要缺點(diǎn)是結(jié)晶溫度低，保留數(shù)據(jù)時(shí)間短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器及其制備方法。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器，包括底電極層、電熱隔離層、相變材料層和頂電極層，所述相變材料層為gete，所述電熱隔離層連接于所述底電極層上并設(shè)有圖形結(jié)構(gòu)，所述相變材料層設(shè)于所述圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)并與所述底電極層連接，所述頂電極層連接于所述電熱隔離層上并對(duì)應(yīng)所述圖形結(jié)構(gòu)設(shè)有凸出部，所述凸出部伸入所述圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)并連接于所述相變材料層。

3、在一實(shí)施例中，所述相變材料層的直徑小于所述底電極層、所述頂電極層的外徑；所述頂電極層的外徑小于所述底電極層的外徑。

4、在一實(shí)施例中，所述底電極層和所述頂電極層均采用tin、w、al或cu。

5、在一實(shí)施例中，所述電熱隔離層采用sio2或者si3n4。

6、在一實(shí)施例中，所述相變材料層的厚度為5nm～15nm。

7、在一實(shí)施例中，所述電熱隔離層的厚度與所述圖形結(jié)構(gòu)的深度相同，所述電熱隔離層的厚度為40nm～60nm；和/或，所述底電極層和所述頂電極層的厚度均為90nm～110nm。

8、在一實(shí)施例中，所述凸出部的寬度與所述圖形結(jié)構(gòu)的寬度相等，所述相變材料層的寬度與所述圖形結(jié)構(gòu)的寬度相等。

9、本申請(qǐng)還提供一種如上所述的基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器的制備方法，包括以下步驟：

10、s1：準(zhǔn)備一襯底，在所述襯底上依次生長(zhǎng)底電極層和電熱隔離層；

11、s2：在所述電熱隔離層上刻蝕圖形結(jié)構(gòu)；

12、s3：在所述圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)生長(zhǎng)gete的相變材料層；

13、s4：在所述相變材料層和所述電熱隔離層上生長(zhǎng)頂電極層，制得所述相變存儲(chǔ)器。

14、在一實(shí)施例中，所述制備方法還包括：在所述電熱隔離層上涂覆光刻膠并進(jìn)行電子束曝光以顯影出待蝕刻的圖形，利用等離子體刻蝕系統(tǒng)按照所述圖形在所述電熱隔離層上刻蝕出所述圖形結(jié)構(gòu)；所述相變材料層生長(zhǎng)后，去除所述電熱隔離層上位于所述圖形結(jié)構(gòu)外的光刻膠及所述相變材料層沉積在光刻膠上的部分。

15、在一實(shí)施例中，所述底電極層和所述頂電極層均采用高真空磁控濺射設(shè)備沉積制得；所述電熱隔離層采用電子束蒸鍍?cè)O(shè)備沉積制得；所述相變材料層采用分子束外延設(shè)備沉積制得；所述襯底采用半導(dǎo)體材料、石英玻璃或金屬材料。

16、綜上所述，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器及其制備方法，基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器包括底電極層、電熱隔離層、相變材料層和頂電極層，相變材料層為gete，電熱隔離層連接于底電極層上并設(shè)有圖形結(jié)構(gòu)，相變材料層設(shè)于圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)并與底電極層連接，頂電極層連接于電熱隔離層上并對(duì)應(yīng)圖形結(jié)構(gòu)設(shè)有凸出部，凸出部伸入圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)并連接于相變材料層。本申請(qǐng)的基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器具有高set速率、低reset功耗等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作，相比現(xiàn)有的ge2sb2te5材料，gete二元合金相變材料組成簡(jiǎn)單、相變性能好，具有晶化溫度高、數(shù)據(jù)保留時(shí)間長(zhǎng)和非晶穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在pcram領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器，其特征在于，包括底電極層、電熱隔離層、相變材料層和頂電極層，所述相變材料層為gete，所述電熱隔離層連接于所述底電極層上并設(shè)有圖形結(jié)構(gòu)，所述相變材料層設(shè)于所述圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)并與所述底電極層連接，所述頂電極層連接于所述電熱隔離層上并對(duì)應(yīng)所述圖形結(jié)構(gòu)設(shè)有凸出部，所述凸出部伸入所述圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)并連接于所述相變材料層。

2.如權(quán)利要求1所述的基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述相變材料層的直徑小于所述底電極層、所述頂電極層的外徑；所述頂電極層的外徑小于所述底電極層的外徑。

3.如權(quán)利要求1所述的基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述底電極層和所述頂電極層均采用tin、w、al或cu。

4.如權(quán)利要求1所述的基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述電熱隔離層采用sio2或者si3n4。

5.如權(quán)利要求1所述的基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述相變材料層的厚度為5nm～15nm。

6.如權(quán)利要求1所述的基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述電熱隔離層的厚度與所述圖形結(jié)構(gòu)的深度相同，所述電熱隔離層的厚度為40nm～60nm；和/或，所述底電極層和所述頂電極層的厚度均為90nm～110nm。

7.如權(quán)利要求1所述的基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述凸出部的寬度與所述圖形結(jié)構(gòu)的寬度相等，所述相變材料層的寬度與所述圖形結(jié)構(gòu)的寬度相等。

8.一種如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的基于亞微米級(jí)電極的超薄gete基相變存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：在所述電熱隔離層上涂覆光刻膠并進(jìn)行電子束曝光以顯影出待蝕刻的圖形，利用等離子體刻蝕系統(tǒng)按照所述圖形在所述電熱隔離層上刻蝕出所述圖形結(jié)構(gòu)；所述相變材料層生長(zhǎng)后，去除所述電熱隔離層上位于所述圖形結(jié)構(gòu)外的光刻膠及所述相變材料層沉積在光刻膠上的部分。

10.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述底電極層和所述頂電極層均采用高真空磁控濺射設(shè)備沉積制得；所述電熱隔離層采用電子束蒸鍍?cè)O(shè)備沉積制得；所述相變材料層采用分子束外延設(shè)備沉積制得；所述襯底采用半導(dǎo)體材料、石英玻璃或金屬材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于亞微米級(jí)電極的超薄GeTe基相變存儲(chǔ)器及其制備方法，基于亞微米級(jí)電極的超薄GeTe基相變存儲(chǔ)器包括底電極層、電熱隔離層、相變材料層和頂電極層，相變材料層為GeTe，電熱隔離層連接于底電極層上并設(shè)有圖形結(jié)構(gòu)，相變材料層設(shè)于圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)并與底電極層連接，頂電極層連接于電熱隔離層上并對(duì)應(yīng)圖形結(jié)構(gòu)設(shè)有凸出部，凸出部伸入圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)并連接于相變材料層。本申請(qǐng)的基于亞微米級(jí)電極的超薄GeTe基相變存儲(chǔ)器具有高SET速率、低RESET功耗等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制作，相比現(xiàn)有的Ge<subgt;2</subgt;Sb<subgt;2</subgt;Te<subgt;5</subgt;材料，GeTe二元合金相變材料組成簡(jiǎn)單、相變性能好，具有晶化溫度高、數(shù)據(jù)保留時(shí)間長(zhǎng)和非晶穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在PCRAM領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：彭英,陳恒杰,陳琰,樂宇喬,張法碧,劉興鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8