纳米级相变存储器单元新型电极配置结构的加工使用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于纳米级相变存储器单元的新型电极配置结构的加工及使用方法，按照工序依次生长下层电极材料层、中间相变材料层、上层电极材料层；加工时，上层电极材料层基于同一次光刻工序形成外环电极和内部源端电极，且将上层电极材料层和内部源端电极加工为非对称上下电极结构，水平投影为相交关系。从而在同一个单元中，同时构造了两种电极配置方式，在高阻非晶化过程中，采用水平工作模式，显著降低等效阻值R，读取电流增大，便于进行正确读取；在低阻晶化过程中，采用垂直工作模式，增大了等效阻值R，减小了工作电流，避免大电流的隧穿，延长器件寿命；因此平衡了纳米级相变材料的两相阻值的悬殊差异，简化并统一了外部接入电路。

Processing and application of new electrode configuration structure for nanometer phase change memory cell

【技术实现步骤摘要】
纳米级相变存储器单元新型电极配置结构的加工使用方法
本专利技术属于微电子领域，涉及一种用于纳米级相变存储器单元的新型电极配置结构的加工及使用方法，具体涉及一种以硫系相变材料为基底的相变存储器元件的设计、加工制造方法及其应用。
技术介绍
以硫系相变材料为基底的相变存储器，通过晶相和非晶相之间巨大的电阻差异来存储信息数据，甚至可以做到多级相变存储。这种相变过程随着尺寸减小而具有低功耗、高密度的成本优势，因而业界对纳米级相变存储器的开发极为关注。目前在相变单元结构设计上比较成熟应用有T型结构、侧墙接触型结构等，其目的是为了降低非晶化过程的电流，从而降低功耗。这种结构把一个相变存储单元视作一个不变的两端元件，通过限制其中一端的截面积，增大非晶化过程的电流密度，降低非晶化过程的电流，从而降低功耗。事实上在相变单元不断缩小的过程中，相变材料本身的纳米效应逐渐变得不可忽视。尤其是进入10nm尺度以下，非晶相的阻值变得非常大，导致读取电流过小无法正确读出，需要更大的电流才能读出；而晶相阻值非常小，大电流极易隧穿而表现出短接电路的特性，且与非晶态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于纳米级相变存储器单元的新型电极配置结构的加工及使用方法，其特征在于，所述新型电极配置结构(100)包括上层电极材料层(120)、中间相变材料层(130)、下层电极材料层(140)，其加工及使用方法包括如下步骤：/nS1、首先经过第一次光刻曝光工序在硅基底上形成下层电极材料层(140)的光刻胶掩膜版图形，以及用于中间相变材料层(130)、上层电极材料层(120)对准的定标图形；/nS2、然后生长下层电极材料层(140)，经过光刻去胶工序去除第一次光刻工序的光刻胶，此时需要沉积一层绝缘介质保护层(150)填充下层电极材料层(140)光刻后形成的侧方空隙；/nS3、在开始中间相变材料层(...

【技术特征摘要】
1.一种用于纳米级相变存储器单元的新型电极配置结构的加工及使用方法，其特征在于，所述新型电极配置结构(100)包括上层电极材料层(120)、中间相变材料层(130)、下层电极材料层(140)，其加工及使用方法包括如下步骤：
S1、首先经过第一次光刻曝光工序在硅基底上形成下层电极材料层(140)的光刻胶掩膜版图形，以及用于中间相变材料层(130)、上层电极材料层(120)对准的定标图形；
S2、然后生长下层电极材料层(140)，经过光刻去胶工序去除第一次光刻工序的光刻胶，此时需要沉积一层绝缘介质保护层(150)填充下层电极材料层(140)光刻后形成的侧方空隙；
S3、在开始中间相变材料层(130)制备前，利用步骤S1中的定标图形，使用第二次光刻曝光工序在下层电极材料层(140)的上表面形成中间相变材料层(130)的光刻胶掩膜版图形；
S4、然后在下层电极材料层(140)和绝缘介质保护层(150)上生长中间相变材料层(130)，随后经过光刻去胶工序去除第二次光刻工序的光刻胶；
S5、在开始上层电极材料层(120)制备前，利用步骤S1中的定标图形，使用第三次光刻曝光工序在中间相变材料层(130)的上表面形成诸多并排圆环状的光刻胶掩膜版图形；
S6、然后以与下层电极材料层(140)形成非对称上下电极结构的方式，生长上层电极材料层(120)；上下电极结构具有水平投影面积重叠的正对面积分量，也具有投影面积不重叠的非正对面积分量，且正对面积分量全部对应设置有所述中间相变材料层(130)，部分或全部非正对面积分量也对应设置有所述中间相变材料层(130)；
S7、随后经过光刻去胶工序去除第三次光刻工序的光刻胶，在所述上层电极材料层(120)上形成外环电极(122)和内部源端电极(124)，所述内部源端电极(124)位于所述外环电极(122)中，两者之间留下环形槽；且使得所述上层电极材料层(120)和内部源端电极(124)的水平投影为相交关系；
S8、在水平工作状态下，所述内部源端电极(124)接源端，所述外环电极(122)接漏端，所述下层电极材料层(140)接高电位；
在垂直工作状态下，所述内部源端电极(124)接源端，所述外环电极(122)接高电位，所述下层电极材料层(140)接漏端。


2.如权利要求1的用于纳米级相变存储器单元的新型电极配置结构的加工及使用方法，其特征在于：
在步骤S2、步骤S4、步骤S6中所述下层电极材料层(140)、中间相变材料层(130)和上层电极材料层(120)任一的生长，是以磁控溅射的方式进行。


3.如权利要求1的用于纳米级相变存储器单元的新型电极配置结构的加工及使用方法，其特征在于：
在步骤S2、步骤S4、步骤S7中的光刻去胶工序中的任一，采用剥离或刻蚀的方式。


4.如权利要求1的用于纳米级相变存储器单元的新型电极配置结构的加工及使用方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：马平，童浩，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42