[发明专利]一种相变存储单元及其制备方法

权利要求书

1.一种相变存储单元，包括：衬底、下电极金属层、第一绝缘层、加热材料层、第二绝缘层、下相变材料层、上相变材料层和上电极金属层，其特征在于，还包括阻挡层，所述阻挡层设置于所述下相变材料层和所述上相变材料层之间，所述阻挡层的材料为Nb₂O₅。

2.根据权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述阻挡层的厚度范围为5nm至20nm。

3.根据权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述阻挡层的材料电导率小于所述下相变材料层和上相变材料层的相变材料的电导率。

4.根据权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述阻挡层的材料热导率小于所述下相变材料层和上相变材料层的相变材料的热导率。

5.根据权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述下相变材料层和所述上相变材料层的相变材料为选自GeTe、SbTe、BiTe、SnTe、AsTe、GeSe、SbSe、BiSe、SnSe、AsSe、InSe、GeSbTe和AgInSbTe中的任意一种化合物，或由上述任意一种化合物掺杂S、N、O、Cu、Si、Au、Al、W、Ga中的至少一种元素后形成的混合物。

6.根据权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述下相变材料层和所述上相变材料层的相变材料为Ge_iSb_jTe_k，其中0<i，j，k<1；i+j+k=1。

7.根据权利要求1或5或6所述的相变存储单元，其特征在于，所述下相变材料层和所述上相变材料层的相变材料的晶体结构和晶格常数相近。

8.根据权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述下相变材料层和所述上相变材料层为蘑菇型、限制型或直线型。

9.根据权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述下电极金属层、上电极金属层的材料为TiW、W、Al或Pt中的任意一种，所述加热材料层的材料为W或TiW中任意一种。

10.根据权利要求1所述的相变存储单元，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的材料为SiO₂。

11.一种相变存储单元的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

在所述衬底上依次制备所述下电极金属层及所述第一绝缘层；

在所述第一绝缘层上形成孔洞；

沉积所述加热材料层，使所述加热材料层覆盖所述第一绝缘层，并充满所述孔洞；

去除所述孔洞之外的所述加热材料层，再沉积所述第二绝缘层；

刻蚀所述第二绝缘层直至所述加热材料层，并在所述衬底上形成直达所述加热材料层的绝缘孔洞；

在所述绝缘孔洞上依次沉积所述下相变材料层、所述阻挡层和所述上相变材料层，并去除所述绝缘孔洞外和所述第二绝缘层上的所述下相变材料层、所述阻挡层和所述上相变材料层；

在所述上相变材料层和所述第二绝缘层上沉积所述上电极金属层，形成相变存储单元。

12.根据权利要求11所述的相变存储单元的制备方法，其特征在于，在所述第一绝缘层上形成孔洞，具体为，利用电子束曝光和干法刻蚀工艺在所述第一绝缘层上光刻形成孔洞，所述孔洞的直径为20-500nm。

13.根据权利要求11所述的相变存储单元的制备方法，其特征在于，刻蚀所述第二绝缘层直至所述加热材料层，并在所述衬底上形成直达所述加热材料层的绝缘孔洞，具体为，采用电子束曝光和干法刻蚀工艺刻蚀所述第二绝缘层直至所述加热材料层，并在所述衬底上形成直达所述加热材料层的绝缘孔洞。