專利名稱：低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制備領(lǐng)域，特別是涉及一種低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)及制備方法。
背景技術(shù)：
相變存儲(chǔ)器技術(shù)是基于Ovshinsky在20世紀(jì)60年代末70年代初提出的相變薄膜可以應(yīng)用于相變存儲(chǔ)介質(zhì)的構(gòu)想建立起來的，是一種價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定的存儲(chǔ)器件。相變存儲(chǔ)器可以做在硅晶片襯底上，其關(guān)鍵材料是可記錄的相變薄膜、加熱電極材料、絕熱材料和引出電極材料等。相變存儲(chǔ)器的基本原理是利用電脈沖信號(hào)作用于器件單元上，使相變 材料在非晶態(tài)與多晶態(tài)之間發(fā)生可逆相變，通過分辨非晶態(tài)時(shí)的高阻與多晶態(tài)時(shí)的低阻，可以實(shí)現(xiàn)信息的寫入、擦除和讀出操作。相變存儲(chǔ)器利用操作信號(hào)產(chǎn)生焦耳熱對相變材料進(jìn)行操作，使其在不同的相之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而體現(xiàn)出高低電阻值差異，進(jìn)而完成對信息的存儲(chǔ)。相變存儲(chǔ)器由于其操作速度快，數(shù)據(jù)保持力好，循環(huán)操作能力強(qiáng)，與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容，并且在小尺寸時(shí)仍能保持其操作性能，所以被認(rèn)為是最有希望的下一代非揮發(fā)性存儲(chǔ)器之一。隨著器件尺寸的縮小，低功耗仍是現(xiàn)在相變存儲(chǔ)器研究的熱點(diǎn)。相變存儲(chǔ)器尺寸隨著工藝水平的提高而不斷減小，這不但有利于制備高密度芯片的制備，同時(shí)也降低了操作功耗。相變存儲(chǔ)器操作功耗降低主要原因是由于操作過程中所需相變的區(qū)域隨著器件尺寸微縮而減小或相變區(qū)域加熱效率的大幅提高。研究表明，現(xiàn)有的相變存儲(chǔ)器中只有0. 29T1. 4%的能量被真正利用到材料的相變過程中，將近609^70%的能量以熱傳導(dǎo)的形式從下電極(W電極)流失，這些能量并沒有利用于相變材料的相轉(zhuǎn)變。而有研究表明在傳統(tǒng)T型結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)單元中在W電極和相變材料之間加入一層WOx絕熱加熱層可以提高器件的熱效率，降低功耗。但是上述方法是利用PVD方法沉積WOx絕熱加熱層，需要后續(xù)600°C退火才能使所述WOx絕熱加熱層的性能符合絕熱加熱層的要求。在芯片生產(chǎn)過程中，600°C高溫退火會(huì)惡化MOS管性能，是與CMOS工藝不兼容的。因而，如何在給定的工藝水平下進(jìn)一步降低所需相變的區(qū)域或提升加熱效率，降低操作功耗，實(shí)已成為本領(lǐng)域從業(yè)者亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)及制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中相變存儲(chǔ)器的相變材料中能量利用率低以及現(xiàn)有提高器件熱效率的手段與傳統(tǒng)的CMOS工藝不兼容等問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟I)提供一具有金屬層及覆蓋于所述金屬層上的絕緣層的基底；2)利用光刻刻蝕工藝刻蝕所述絕緣層直至所述金屬層，在所述基底上形成一底面為所述金屬層的凹槽；3)利用化學(xué)氣相沉積工藝于所述基底上沉積鎢材料，并使所述鎢材料填充于所述凹槽內(nèi)并覆蓋于所述絕緣層的上表面；4)利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層的上表面的鎢材料拋除；5)利用光刻刻蝕工藝刻蝕填充于所述凹槽內(nèi)的鎢材料，直至填充于所述凹槽內(nèi)的鎢材料的厚度小于所述凹槽的深度并達(dá)到一預(yù)設(shè)范圍值，形成底部為鎢材料、側(cè)壁為絕緣層的淺槽結(jié)構(gòu)；6)利用化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)及絕緣層的表面沉積C-TOx材料；7)利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層的上表面的C-WOx材料拋除，使沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料的頂面與所述絕緣層的上表面共平面；8)利用光刻刻蝕工藝刻蝕沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料，直至沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料的厚度達(dá)到預(yù)設(shè)厚度范圍，形成底部為C-WOx材料、側(cè)壁為絕緣層的電極槽結(jié)構(gòu)；9)于所述絕緣層的上表面及電極槽結(jié)構(gòu)內(nèi)沉積相變材料；10)利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層的上表面的相變材料拋除，使沉積于所述電極槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的相變材料的頂面與所述絕緣層的上表面共平面，形成低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)。于本發(fā)明制備方法的步驟I)中，所述絕緣層為SiO2，所述絕緣層的厚度為5(Tl000nm。于本發(fā)明制備方法的步驟2)中，在所述基底上刻蝕形成的凹槽為圓孔狀槽，所述圓孔狀槽的孔徑為4(T70nm，且所述圓孔狀槽的深度等于所述絕緣層的厚度。于本發(fā)明制備方法的步驟3)中，利用化學(xué)氣相沉積工藝于所述基底上沉積鎢材料的反應(yīng)溫度為10(T20(TC。于本發(fā)明制備方法的步驟5)中，所述預(yù)設(shè)范圍值為5 100nm。所述淺槽結(jié)構(gòu)與所述金屬層之間的鎢材料形成鎢電極，所述鎢電極的高度為l(Tl000nm，直徑為4(T70nm。于本發(fā)明制備方法的步驟6)中，沉積于所述絕緣層表面的C-WOx材料厚度為2(T500nm。沉積所述C-WOx材料的反應(yīng)溫度為35(T600°C。于本發(fā)明制備方法的步驟8)中，刻蝕沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料，直至其厚度達(dá)到預(yù)設(shè)厚度為f 20nm。所述C-WOx材料的熱導(dǎo)率范圍為O. f 5W/mK，電導(dǎo)率范圍為 I X IO1Q V1 I X lOfnr1。本發(fā)明還提供一種低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)，所述限制型電極結(jié)構(gòu)包 括基底，具有金屬層及覆蓋于所述金屬層上的絕緣層，所述絕緣層中具有一深度直達(dá)所述金屬層的凹槽；鎢材料，填充于所述凹槽內(nèi)，其厚度小于所述凹槽的深度至一預(yù)設(shè)范圍值，以使所述凹槽形成一底部為鎢材料、側(cè)壁為絕緣層的淺槽結(jié)構(gòu)；c_W0x材料，沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)中并與所述鎢材料上表面相結(jié)合，形成底部為C-WOx材料、側(cè)壁為絕緣層的電極槽結(jié)構(gòu)；相變材料，填充于所述電極槽結(jié)構(gòu)中，其頂面與所述絕緣層的上表面共平面。于本發(fā)明的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)中，所述絕緣層為SiO2,所述絕緣層的厚度為5(Tl000nm。所述凹槽為圓孔狀槽，所述圓孔狀槽的孔徑為4(T70nm，且所述圓孔狀槽的深度等于所述絕緣層的厚度。
于本發(fā)明的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)中，所述預(yù)設(shè)范圍值為5 100nm。所述淺槽結(jié)構(gòu)與所述金屬層之間的鎢材料形成鎢電極，所述鎢電極的高度為l(TlOOOnm，直徑為40 70nm。于本發(fā)明的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)中，所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料厚度為f 20nm。所述C-WOx材料的熱導(dǎo)率范圍為O. f 5W/mK，電導(dǎo)率范圍為I X IO1Q-V1 I X lOfnT1。如上所述，本發(fā)明的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)及制備方法，利用低熱導(dǎo)率的C-WOx材料電極抑制了熱量的散失，并在相變材料中形成平行電場，進(jìn)一步提升了加熱效率從而顯著降低操作功耗，由于在操作相變存儲(chǔ)單元時(shí)相變材料中所需相變區(qū)域介于C-WOx材料與上電極之間、被SiO2包圍的區(qū)域，C-WOx材料由于可傳遞電流給上方的相變材料，并在整個(gè)相變材料層中形成均勻的平行電場，從而使得限制型電極結(jié)構(gòu)獲得更低的相變功耗，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中相變存儲(chǔ)器的相變材料中能量利用率低以及現(xiàn)有提高器件 熱效率的手段與傳統(tǒng)的CMOS工藝不兼容等問題。


圖I至圖10顯示為本發(fā)明低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法中各步驟呈現(xiàn)的電極結(jié)構(gòu)示意圖。元件標(biāo)號(hào)說明I 基底11 金屬層12 絕緣層13 凹槽14 鎢材料15 淺槽結(jié)構(gòu)16 C-WOx 材料17 電極槽結(jié)構(gòu)18 相變材料
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請參閱圖I至圖10。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。實(shí)施例一本發(fā)明提供一種低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟步驟I)，請參閱圖I，提供一具有金屬層11及覆蓋于所述金屬層11上的絕緣層12的基底I ;于本實(shí)施例中，所述絕緣層12為SiO2材料，所述絕緣層12的厚度為5(Tl000nm。但并不局限于此，在其他的實(shí)施方式中，所述絕緣層12亦可為其他絕緣材料，所述金屬層11可為鎢、金等具有導(dǎo)電性能的金屬材料。
步驟2)，請參閱圖2，利用光刻刻蝕工藝刻蝕所述絕緣層12直至所述金屬層11，在所述基底I上形成一底面為所述金屬層11的凹槽13，于本實(shí)施例中，所述光刻刻蝕工藝具體為進(jìn)行涂膠、光刻，顯影，刻蝕，去膠操作，對SiO2層進(jìn)行開孔，所開設(shè)的孔為圓柱形，孔徑為4(T70nm，孔貫穿SiO2層，直達(dá)所述金屬層11，換言之，在所述基底I上刻蝕形成的凹槽13為圓孔狀槽，所述圓孔狀槽的孔徑為4(T70nm，例如為60nm，且所述圓孔狀槽的深度等于所述絕緣層12的厚度。步驟3),請參閱圖3,利用化學(xué)氣相沉積工藝(CVD, Chemical Vapor Deposition)于所述基底I上沉積鎢材料14，并使所述鎢材料14填充于所述凹槽13內(nèi)并覆蓋于所述絕緣層12的上表面；于本實(shí)施例中，在上述圖2的基礎(chǔ)上采用化學(xué)氣相沉積工藝沉積鎢材料14 (W)，直到所述圓孔狀槽被鎢材料14完全填滿，具體的反應(yīng)方程式為WF6 (g)+3H2 (g)-ff(s)+6HF (g)，反應(yīng)溫度為 100^200°C ο在另一實(shí)施方式中，在上述圖2的基礎(chǔ)上亦可米用原子層沉積工藝(ALD, Atomic layer Deposition)沉積鶴材料14, ALD沉積的具體反應(yīng)方程為W (CH3) 6 (g) +3 (g) — W (s) +6CH4 (g)。步驟4)，請參閱圖4，利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層12的上表面的鎢材料14拋除；于本實(shí)施例中，在上述圖3的基礎(chǔ)上對位于為SiO2的絕緣層12上的鎢材料14進(jìn)行拋光，最終將鎢材料14的頂部拋光到與SiO2頂部齊平。步驟5)，請參閱圖5，利用光刻刻蝕工藝刻蝕填充于所述凹槽13內(nèi)的鎢材料14，直至填充于所述凹槽13內(nèi)的鎢材料14的厚度小于所述凹槽13的深度并達(dá)到一預(yù)設(shè)范圍值，形成底部為鎢材料14、側(cè)壁為絕緣層12的淺槽結(jié)構(gòu)15 ;于本實(shí)施例中，在圖4的基礎(chǔ)上刻蝕填充于所述凹槽13內(nèi)的鎢材料14，使其厚度小于所述凹槽13的深度至5 100nm，換言之，填充于所述凹槽13內(nèi)的鎢材料14的厚度小于為SiO2的所述絕緣層12厚度5 100nm，則形成了一個(gè)底部為鎢材料14、側(cè)壁為SiO2的淺槽結(jié)構(gòu)15，所述淺槽結(jié)構(gòu)15與所述金屬層11之間的鎢材料14形成圓柱形的鎢電極，該圓柱形的鎢電極的高度為l(Tl000nm，直徑為4(T70nm。在本實(shí)施例中，其直徑等于所述圓孔狀槽的直徑，例如為60nm。該圓柱形的鎢電極的高度為500nm。步驟6)，請參閱圖6，利用化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝(ALD，Atomic layer Deposition)于所述淺槽結(jié)構(gòu)15內(nèi)及絕緣層12的表面沉積c_W0x材料16 ;于本實(shí)施例中，所述C-WOx材料16的熱導(dǎo)率范圍為0. r5ff/mK,電導(dǎo)率范圍為IXlO1Q I X IO3 Ω V10沉積于所述絕緣層12表面的c_W0x材料16厚度為2(T500nm，在具體的實(shí)施方式中，利用化學(xué)氣相沉積工藝沉積所述C-WOx材料16的反應(yīng)方程式為=WF6(g)+H20 (g)-W0x(s)+HF (g)，沉積所述 C-WOxMW 16 的反應(yīng)溫度為 35(T600°C。利用原子層沉積工藝沉積所述C-WOx材料16的反應(yīng)方程式為W (CH3) 6 (g) +3H20 (g) — WO3 (s) +6CH4 (g)。
步驟7)，請參閱圖7，利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層12的上表面的C-WOx材料16拋除，使沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)15內(nèi)的C-WOx材料16的頂面與所述絕緣層12的上表面共平面；于本實(shí)施例中，在上述圖6的基礎(chǔ)上將覆蓋于所述絕緣層12的上表面的C-WOx材料16進(jìn)行涂膠、光刻，顯影，刻蝕，去膠等操作，將高于SiO2層的C-WOx拋去，使得C-WOx頂部與SiO2頂部齊平。步驟8)，請參閱圖8，利用光刻刻蝕工藝刻蝕沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)15內(nèi)的C-WOx材料16，直至沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)15內(nèi)的C-WOx材料16的厚度達(dá)到預(yù)設(shè)厚度，形成底部為C-WOx材料16、側(cè)壁為絕緣層12的電極槽結(jié)構(gòu)17 ;于本實(shí)施例中，刻蝕沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)15內(nèi)的C-WOx材料16，直至其厚度達(dá)到預(yù)設(shè)厚度為f20nm，即通過涂膠、光刻，顯影，刻蝕,去膠過程,將C-WOx頂部制備成低于SiO2頂部的結(jié)構(gòu)。所述C-WOx材料16厚度可以為I 20nm，較佳地，所述C-WOx材料16厚度可以為10nm。具體地，所述C-WOx材料為C-WO3材料，所述C-WO3材料中的c指為晶態(tài)(crystalline)，即具備長程有序結(jié)構(gòu)，原子按照一定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行有序重復(fù)的排列，SP晶態(tài)氧化鎢材料。步驟9),請參閱圖9,于所述絕緣層12的上表面及電極槽結(jié)構(gòu)17內(nèi)沉積相變材料18 ;于本實(shí)施例中，于所述絕緣層12的上表面及電極槽結(jié)構(gòu)17內(nèi)沉積的相變材料18厚度為l(T200nm，具體地，沉積的相變材料18厚度為lOOnm，以確保將所述電極槽結(jié)構(gòu)17填滿。步驟10)，請參閱圖10，利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層12的上表面的相變材料18拋除，使沉積于所述電極槽結(jié)構(gòu)17內(nèi)的相變材料18的頂面所述絕緣層12的上表面共平面，形成低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)。于本實(shí)施例中，具體是將高于SiO2層的相變材料18拋去，使得相變材料18頂部與SiO2頂部齊平，確保沉積于所述電極槽結(jié)構(gòu)17內(nèi)的相變材料18的頂面所述絕緣層12的上表面共平面，形成低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)。以上步驟完成了與使用C-WOx加熱電極的限制型結(jié)構(gòu)電極相關(guān)的制備過程，通過后續(xù)上電極的制備就可以制備出PCRAM的操作單元。上述的限制型結(jié)構(gòu)電極為使用低熱導(dǎo)率、適中電導(dǎo)率C-WOx材料的限制結(jié)構(gòu)電極，限制結(jié)構(gòu)電極將相變材料限制在孔內(nèi)，在操作過程中，四周被SiO2包裹相變材料的全部區(qū)域均發(fā)生相變，被限制在孔內(nèi)的相變材料體積小于傳統(tǒng)T型結(jié)構(gòu)操作時(shí)所需相變的蘑菇型相變材料體積，且相變材料內(nèi)部存在平行電場，使材料各處產(chǎn)生焦耳熱更均一，提升了加熱效率，因此這種限制結(jié)構(gòu)電極有效減小相變材料的相變體積，降低了操作功耗。實(shí)施例二本發(fā)明還提供一種低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)，請參閱圖10，如圖所示，所述限制型電極結(jié)構(gòu)包括基底1，鎢材料14，C-WOx材料16，以及相變材料18。所述基底具有金屬層11及覆蓋于所述金屬層11上的絕緣層12，所述絕緣層12中具有一深度直達(dá)所述金屬層11的凹槽13。于本實(shí)施例中，所述絕緣層12為SiO2材料，所述SiO2材料厚度為5(Tl000nm。但并不局限于此，在其他的實(shí)施方式中，所述絕緣層12亦可為其他絕緣材料，所述金屬層11可為鎢、金等具有導(dǎo)電性能的金屬材料。所述凹槽13為圓孔狀槽，所述圓孔狀槽的孔徑為4(T70nm，例如為60nm，且所述圓孔狀槽的深度等于所述絕緣層12的厚度。、
所述鎢材料14填充于所述凹槽13內(nèi)，其厚度小于所述凹槽13的深度至一預(yù)設(shè)范圍值，以使所述凹槽13形成一底部為鎢材料14、側(cè)壁為絕緣層12的淺槽結(jié)構(gòu)15。于本實(shí)施例中，填充于所述凹槽13內(nèi)的鎢材料14的厚度小于為SiO2的所述絕緣層12厚度5 100nm，則形成了一個(gè)底部為鎢材料14、側(cè)壁為SiO2的淺槽結(jié)構(gòu)15，所述淺槽結(jié)構(gòu)15與所述金屬層11之間的鎢材料14形成圓柱形的鎢電極，該圓柱形的鎢電極的高度為l(Tl000nm，直徑為4(T70nm。在本實(shí)施例中，其直徑等于所述圓孔狀槽的直徑，例如為60nm。該圓柱形的鎢電極的高度為500nm。所述C-WOx材料16沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)15中并與所述鎢材料14上表面相結(jié)合，形成底部為C-WOx材料16、側(cè)壁為絕緣層12的電極槽結(jié)構(gòu)17 ;于本實(shí)施例中，所述淺槽結(jié)構(gòu)15內(nèi)的C-WOx材料16厚度為f 20nm。較佳地，所述C-WOx材料16厚度可以為10nm。所述C-WOx材料16的熱導(dǎo)率范圍為O. I 5W/mK，電導(dǎo)率范圍為I X IO1 Ω-V1 I X IO3 ΩL具體地，所述C-WOx材料為C-WO3材料,所述C-WO3材料中的c指為晶態(tài)(crystalline),即具備長程有序結(jié)構(gòu)，原子按照一定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行有序重復(fù)的排列，即晶態(tài)氧化鎢材料。所述相變材料18填充于所述電極槽結(jié)構(gòu)17中，其頂面與所述絕緣層12的上表面共平面。本發(fā)明的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)為使用低熱導(dǎo)率、適中電導(dǎo)率C-WOx材料的限制結(jié)構(gòu)電極，限制結(jié)構(gòu)電極將相變材料限制在孔內(nèi)，在操作過程中，四周被SiO2包裹相變材料的全部區(qū)域均發(fā)生相變，被限制在孔內(nèi)的相變材料體積小于傳統(tǒng)T型結(jié)構(gòu)操作時(shí)所需相變的蘑菇型相變材料體積，且相變材料內(nèi)部存在平行電場，使材料各處產(chǎn)生焦耳熱更均一，提升了加熱效率，因此這種限制結(jié)構(gòu)電極有效減小相變材料的相變體積，降低了操作功耗。綜上所述，如上所述，本發(fā)明的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)及制備方法，利用低熱導(dǎo)率的C-WOx材料電極抑制了熱量的散失，并在相變材料中形成平行電場，進(jìn)一步提升了加熱效率從而顯著降低操作功耗。由于在操作相變存儲(chǔ)單元時(shí)相變材料中所需相變區(qū)域介于C-WOx材料與上電極之間、被SiO2包圍的區(qū)域，C-WOx材料由于可傳遞電流給上方的相變材料，并在整個(gè)相變材料層中形成均勻的平行電場，從而使得限制型電極結(jié)構(gòu)獲得更低的相變功耗，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中相變存儲(chǔ)器的相變材料中能量利用率低以及現(xiàn)有提高器件熱效率的手段與傳統(tǒng)的CMOS工藝不兼容等問題。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。 上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括以下步驟 1)提供一具有金屬層及覆蓋于所述金屬層上的絕緣層的基底； 2)利用光刻刻蝕工藝刻蝕所述絕緣層直至所述金屬層，在所述基底上形成一底面為所述金屬層的凹槽； 3)利用化學(xué)氣相沉積工藝于所述基底上沉積鎢材料，并使所述鎢材料填充于所述凹槽內(nèi)并覆蓋于所述絕緣層的上表面； 4)利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層的上表面的鎢材料拋除； 5)利用光刻刻蝕工藝刻蝕填充于所述凹槽內(nèi)的鎢材料，直至填充于所述凹槽內(nèi)的鎢材料的厚度小于所述凹槽的深度并達(dá)到一預(yù)設(shè)范圍值，形成底部為鎢材料、側(cè)壁為絕緣層的淺槽結(jié)構(gòu)； 6)利用化學(xué)氣相沉積工藝或原子層沉積工藝于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)及絕緣層的表面沉積C-WOx材料； 7)利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層的上表面的C-WOx材料拋除，使沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料的頂面與所述絕緣層的上表面共平面； 8)利用光刻刻蝕工藝刻蝕沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料，直至沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料的厚度達(dá)到預(yù)設(shè)厚度，形成底部為C-WOx材料、側(cè)壁為絕緣層的電極槽結(jié)構(gòu)； 9)于所述絕緣層的上表面及電極槽結(jié)構(gòu)內(nèi)沉積相變材料； 10)利用拋光工藝將覆蓋于所述絕緣層的上表面的相變材料拋除，使沉積于所述電極槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的相變材料的頂面所述絕緣層的上表面共平面，形成低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于于所述步驟I)中，所述絕緣層為SiO2，所述絕緣層的厚度為5(Tl000nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于于所述步驟2)中，在所述基底上刻蝕形成的凹槽為圓孔狀槽，所述圓孔狀槽的孔徑為4(T70nm，且所述圓孔狀槽的深度等于所述絕緣層的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于于所述步驟3)中，利用化學(xué)氣相沉積工藝于所述基底上沉積鎢材料的反應(yīng)溫度為100 200。。。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于于所述步驟5)中，所述預(yù)設(shè)范圍值為5 100nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于于所述步驟5)中，所述淺槽結(jié)構(gòu)與所述金屬層之間的鎢材料形成鎢電極，所述鎢電極的高度為l(Tl000nm，直徑為40 70nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于于所述步驟6)中，沉積于所述絕緣層表面的C-WOx材料厚度為2(T500nm，沉積所述C-WOx材料的反應(yīng)溫度為35(T600°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于于所述步驟8)中，刻蝕沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料，直至其厚度達(dá)到預(yù)設(shè)厚度為I 20nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述C-WOx材料的熱導(dǎo)率范圍為0. r5ff/mK,電導(dǎo)率范圍為I X IO1 m X IO3 QV1。
10.一種低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述限制型電極結(jié)構(gòu)包括 基底，具有金屬層及覆蓋于所述金屬層上的絕緣層，所述絕緣層中具有一深度直達(dá)所述金屬層的凹槽； 鎢材料，填充于所述凹槽內(nèi)，其厚度小于所述凹槽的深度至一預(yù)設(shè)范圍值，以使所述凹槽形成一底部為鎢材料、側(cè)壁為絕緣層的淺槽結(jié)構(gòu)； C-WOx材料，沉積于所述淺槽結(jié)構(gòu)中并與所述鎢材料上表面相結(jié)合，形成底部為C-WOx材料、側(cè)壁為絕緣層的電極槽結(jié)構(gòu)； 相變材料，填充于所述電極槽結(jié)構(gòu)中，其頂面與所述絕緣層的上表面共平面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述絕緣層為SiO2，所述絕緣層的厚度為5(Tl000nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述凹槽為圓孔狀槽，所述圓孔狀槽的孔徑為4(T70nm，且所述圓孔狀槽的深度等于所述絕緣層的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述預(yù)設(shè)范圍值為5 lOOnm。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述淺槽結(jié)構(gòu)與所述金屬層之間的鎢材料形成鎢電極，所述鎢電極的高度為l(Tl000nm，直徑為40 70nmo
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述淺槽結(jié)構(gòu)內(nèi)的C-WOx材料厚度為f20nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求10或15所述的低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述C-WOxMW的熱導(dǎo)率范圍為0. I 5W/mK，電導(dǎo)率范圍為I X IO1 Q^iT1 I X IO3Q^iT1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)及制備方法，所述限制型電極結(jié)構(gòu)包括基底，具有金屬層及覆蓋于金屬層上的絕緣層，絕緣層中具有一深度直達(dá)金屬層的凹槽；鎢材料，填充于凹槽內(nèi)，其厚度小于凹槽的深度至一預(yù)設(shè)范圍值，以使凹槽形成一底部為鎢材料、側(cè)壁為絕緣層的淺槽結(jié)構(gòu)；c-WOx材料，沉積于淺槽結(jié)構(gòu)中并與鎢材料上表面相結(jié)合，形成底部為c-WOx材料、側(cè)壁為絕緣層的電極槽結(jié)構(gòu)；相變材料，填充于電極槽結(jié)構(gòu)中并與絕緣層的上表面共平面。本發(fā)明低功耗相變存儲(chǔ)器用限制型電極結(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)有技術(shù)中相變存儲(chǔ)器的相變材料中能量利用率低以及現(xiàn)有提高器件熱效率的手段與傳統(tǒng)的CMOS工藝不兼容等問題。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102637823SQ20121015278
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者任堃, 宋志棠, 饒峰 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所