[发明专利]包含三明治型电极的相变存储结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳电子技术领域。特别涉及一种包含三明治型电极的相变存储结构及其制备方法。

背景技术

相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett.,21,1450～1453,1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.,18,254～257,1971)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。

相变存储器由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。

存储器的研究一直朝着高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向发展。目前世界上从事相变存储器研发工作的机构大多数是半导体行业的大公司，他们关注的焦点之一是如何减小相变存储器的加热电极尺寸，目前比较普遍采用的是三星公司的侧壁接触型加热电极（Proc.Symp.Very Large Scale Integr.(VLSI)Technol.,2003:175-176）、环形加热电极（Jpn.J.Appl.Phys.,2006,45(4B):3233-3237）与刀片状加热电极（IEEE Conference Proceedings of International Electron Devices Meeting,2011,3.1.1-3.1.4）和意法半导体公司的μ型加热电极（Proc.Symp.Very Large Scale Integr.(VLSI)Technol.,2004,3.1:18-19），但上述结构中的电极周围都以氧化物介质层为主，其缺点是在进行相变存储器的RESET操作时，所流过的电流密度很高，加热电极的温度很高，经过多次操作循环后，加热电极很容易因氧化物介质中的氧扩散被氧化，致使加热电极的电阻升高，在加热电极上的分压过多，使得相变材料的压降减少，最终导致无法使相变材料进行正常的写擦操作而失效。究其原因，主要是因加热电极的氧化导致其阻值变化较大造成的。

为此，本发明提出一种三明治型纳米加热电极结构，电极两侧的氮化物绝缘材料有助于避免加热电极的氧化，进而提高器件单元的成品率。

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三明治型电极结构的相变存储结构及其制备方法，用于解决现有技术中加热电极很容易因氧化物介质中的氧扩散被氧化，致使加热电极的电阻升高，在加热电极上的分压过多，使得相变材料的压降减少，最终导致无法使相变材料进行正常的写擦操作而失效的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三明治型电极结构的相变存储结构制备方法，该方法包括以下步骤：

一种包含三明治型电极的相变存储结构的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）提供一衬底，在该衬底内制备嵌于其中的若干下电极；在设置有下电极的衬底上表面形成第一绝缘材料层；

2）刻蚀所述第一绝缘层，暴露出所述下电极的上表面；接着制备加热电极层，所述加热电极层与所述下电极接触；

3）继续依次沉积第二绝缘材料层、第三绝缘材料层；

4）利用第一分隔槽相邻所述下电极，形成三明治型电极结构；

5）在所述第三绝缘材料层上表面、第一分隔槽内壁上形成相变材料层；

6）在所述相变材料层上形成上电极；

7）利用与所述第一分隔槽垂直的第二分隔槽分割相邻的三明治型电极结构；

8）在所述相变材料层上、第二分隔槽内壁形成第四绝缘层；

9）平坦化并暴露出该第四绝缘层下方的上电极。

优选地，所述加热电极层材料为导电的氮化物；所述第一、第二绝缘材料层的材料为绝缘的氮化物。

优选地，所述支撑结构材料为绝缘的氮化物、氧化物、氮氧化物、碳化物中的任一种。

优选地，所述第一、第二绝缘材料层选自氮化硅、氮化钽或氮化锗；所述第一、第二绝缘材料层的厚度为1-50纳米。

优选地，所述加热电极层选自氮化钛、氮化硅钛或氮化铝钛；所述加热电极层的厚度为2-30纳米。