一种相变存储器单元的制作方法技术

本发明专利技术涉及相变存储器单元的制作方法。本发明专利技术针对包含加热电极过渡层材料TiON的相变存储器器件单元结构，提出一种TiON过渡层的制备方法，即采用氧等离子体处理TiN的方法，该方法在不增加相变存储器制作工艺复杂度的前提下，实现了TiON材料的均匀可控制备，方法简单易行，且与半导体工艺完全兼容，可有效提高加热电极的加热效率，降低相变存储器操作电流和功耗。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及相变存储器单元的制作方法。本专利技术针对包含加热电极过渡层材料TiON的相变存储器器件单元结构，提出一种TiON过渡层的制备方法，即采用氧等离子体处理TiN的方法，该方法在不增加相变存储器制作工艺复杂度的前提下，实现了TiON材料的均匀可控制备，方法简单易行，且与半导体工艺完全兼容，可有效提高加热电极的加热效率，降低相变存储器操作电流和功耗。【专利说明】-种相变存储器单元的制作方法
本专利技术涉及微电子
，更确切地说，涉及TiON加热过渡层材料的制备方 法。
技术介绍
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、高密度、高擦写循环次数、非易失性、功耗低、工艺兼容 性好等优点，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，他们关注的焦点都集中在如何尽快 实现相变存储器的商业化上，因此相应的研究热点也就围绕其器件工艺展开：器件的物理 机制研究，包括如何减小器件的操作电流，即降低功耗；器件结构设计和存储机理研究等； 高密度器件阵列的制造工艺研究，包括如何实现器件单元的纳米尺度化问题、高密度器件 芯片的工艺问题、器件单元的失效问题等。其中器件的功耗降低是非常关键和重要的，因 为相变存储器器件单元的相变过程最终要靠金属互补氧化物半导体管的驱动来实现，为了 实现与高密度存储芯片中的CMOS管功率相匹配，必需降低器件的功耗。降低器件功耗的 方法有：减小电极与相变材料的接触面积；提高相变材料的电阻；在电极与相变材料之间 或相变材料内部添加热阻层等等。而在电极与相变材料之间添加加热电极被认为是较简 单易行的方法，目前通常采用的加热电极材料有W(IEDM，897, 2003)、TiN(IEDM，901，2003)、 TiON (Jpn. J. Appl. Phys.，43(8A) :5243, 2004 ;J. Appl. Phys.，100:054506, 2006)、 TiSiN(Semicond. Sci. Technol.，2006, 21 (8) : 1196-1201)、SiTaN(J. Electrochemical Society,2006, 153 (7):G685-G691), GeSi (Appl.Phys. Lett. , 2006, 89:053517), GeSiN(Appl. Phys. Lett. , 2007, 91:073505)、多晶硅（Appl. Phys. Lett. , 2008, 92:113503)、 SiSb (Electrochemical and Solid-State Letters, 2008, 11 (6):H147-H149)> W03 (Appl. Phys. Lett.，2008, 92: 223507)、C6。（Appl. Phys. Lett.，2008, 92:013109)和 Ce02 (Appl. Phys. Lett. ,2010, 96:203504)等，其中TiON不仅与半导体工艺完全兼容，且效果很好。寻 求一种简单易行且与半导体工艺完全兼容的TiON制备方法就显得非常重要，这正是本发 明的出发点。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种相变存储器单元的制 备方法，用于达到与半导体工艺完全兼容的过渡层制备方法的效果。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种相变存储器单元的制备方法， 该方法包括以下步骤： 1)提供一衬底； 2)在所述衬底上形成下电极层； 3)在所述下电极层上形成加热电极TiN材料层； 4)在所述加热电极材料层上采用氧等离子体处理形成过渡层； 5)在所述过渡层上形成相变材料层； 6)在所述相变材料层上形成黏附层； 7)在所述黏附层上形成上电极层； 8)在所述下电极层上形成引出电极层； 9)继续后继常规工艺以形成相变存储器单元。 优选地，所述步骤3)中的加热电极材料层的材料为TiN。 优选地，所述步骤4)中形成过渡层时采用电容耦合等离子体发生器；其射频为 60MHz ;氧气流量为500-1500SCCM ;偏置功率为600-1800W ;腔体气压为100-300mTorr ;腔 体温度为20°C。 优选地，所述步骤4)中形成过渡层时氧等离子体处理时间为2-30s。 优选地，所述步骤4)中形成过渡层厚度为0. 5_5nm。 本专利技术利用氧等离子体处理使TiN加热电极氧化，获得非常薄的TiON加热电极过 渡层材料，方法简便易行，与半导体工艺完全兼容。采用上述方法制作的包含TiON加热过 渡层材料的相变存储器单元的加热效率得到显著提高，器件的操作电流和功耗明显降低。 【专利附图】【附图说明】 图1显示为制备下电极层的结构示意图； 图2显示为在下电极层上制备加热电极材料层的结构示意图； 图3显示为在加热电极材料层上制备加热电极过渡层的结构示意图； 图4显示为在加热电极过渡制备层上制备相变材料层的结构示意图； 图5显示为在相变材料层上制备电极与相变材料黏附层的结构示意图； 图6显示为在电极与相变材料黏附层上制备上电极层的结构示意图； 图7显示为在下电极层上制备引出电极层的结构示意图； 图8显示为TiN加热电极经氧等离子体处理15s后生成TiON过渡层的剖面高分 辨TEM图。 图9显示为包含加热电极过渡层材料的相变存储器单元剖面TEM图。 元件标号说明 10 衬底 20绝缘介质层 100下电极 200加热电极材料层 300加热电极过渡层 400相变材料层 500黏附层 600上电极 700引出电极 【具体实施方式】 以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。 请参阅附图所示。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本 专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器单元的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)提供一衬底；2)在所述衬底上形成下电极层；3)在所述下电极层上形成加热电极TiN材料层；4)在所述加热电极材料层上采用氧等离子体处理形成过渡层；5)在所述过渡层上形成相变材料层；6)在所述相变材料层上形成黏附层；7)在所述黏附层上形成上电极层；8)在所述下电极层上形成引出电极层；9)继续后继常规工艺以形成相变存储器单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，高丹，宋志棠，詹奕鹏，封松林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31