[发明专利]低功耗相变存储器用环形电极结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制备领域，特别是涉及一种低功耗相变存储器用环形电极结构及制备方法。

背景技术

相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材料等。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。

相变存储器利用操作信号产生焦耳热对相变材料进行操作，使其在不同的相之间进行转变，从而体现出高低电阻值差异，进而完成对信息的存储。相变存储器由于其操作速度快，数据保持力好，循环操作能力强，与传统CMOS工艺兼容，并且在小尺寸时仍能保持其操作性能，所以被认为是最有希望的下一代非挥发性存储器之一。随着器件尺寸的缩小，低功耗仍是现在相变存储器研究的热点。

相变存储器尺寸随着工艺水平的提高而不断减小，这不但有利于制备高密度芯片的制备，同时也降低了操作功耗。相变存储器操作功耗降低主要原因是由于操作过程中所需相变的区域随着器件尺寸微缩而减小或相变区域加热效率的大幅提高。研究表明，现有的相变存储器中只有0.2%~1.4%的能量被真正利用到材料的相变过程中，将近60%~70%的能量以热传导的形式从下电极（W电极）流失，这些能量并没有利用于相变材料的相转变。而有研究表明在传统T型结构的相变存储单元中在W电极和相变材料之间加入一层WO_x绝热加热层可以提高器件的热效率，降低功耗。但是上述方法是利用PVD方法沉积WO_x绝热加热层，需要后续600℃退火才能使所述WO_x绝热加热层的性能符合绝热加热层的要求。在芯片生产过程中，600℃高温退火会恶化MOS管性能，是与CMOS工艺不兼容的。

因而，如何在给定的工艺水平下进一步降低所需相变的区域或提升加热效率，降低操作功耗，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低功耗相变存储器用环形电极结构及制备方法，用于解决现有技术中相变存储器的相变材料中能量利用率低以及现有提高器件热效率的手段与传统的CMOS工艺不兼容等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低功耗相变存储器用环形电极结构的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

1）提供一具有金属层及覆盖于所述金属层上的绝缘层的基底；

2）利用光刻刻蚀工艺刻蚀所述绝缘层直至所述金属层，在所述基底上形成一底面为所述金属层的凹槽，

3）利用化学气相沉积工艺于所述基底上沉积钨材料，并使所述钨材料填充于所述凹槽内并覆盖于所述绝缘层的上表面；

4）利用抛光工艺将覆盖于所述绝缘层的上表面的钨材料抛除；

5）利用光刻刻蚀工艺刻蚀填充于所述凹槽内的钨材料，直至填充于所述凹槽内的钨材料的厚度小于所述凹槽的深度并达到一预设范围值，形成底部为钨材料、侧壁为绝缘层的浅槽结构；

6）利用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于所述浅槽结构的表面及所述绝缘层的表面沉积导电薄膜材料；

7）利用抛光工艺将覆盖于所述绝缘层的上表面的导电薄膜材料抛除，并保留所述浅槽结构底面及侧壁的导电薄膜材料，形成环形电极结构；

8）利用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于所述环形电极结构内及绝缘层的表面沉积绝热材料；

9）利用抛光工艺将覆盖于所述绝缘层的上表面的绝热材料抛除，使沉积于所述环形电极结构内的绝热材料的顶面与所述绝缘层的上表面共平面；

10）于所述绝缘层的上表面及绝热材料上沉积相变材料，以形成低功耗相变存储器用环形电极结构。

所述制备方法的步骤2）中，所述绝缘层为SiO₂，所述绝缘层的厚度为50~1000nm。在所述基底上刻蚀形成的凹槽为圆孔状槽，所述圆孔状槽的孔径为40~70nm，且所述圆孔状槽的深度等于所述绝缘层的厚度。

所述制备方法的步骤3）中，利用化学气相沉积工艺于所述基底上沉积钨材料的反应温度为100~200℃。