基于SiSb复合材料的相变存储器单元制造技术

本发明专利技术涉及一种基于ＳｉＳｂ复合材料的相变存储器单元。ＳｉＳｂ是一种复合材料，它既具备半导体特性，又具有相变特性，在电信号作用下材料具备在高、低电阻间的可逆转换能力。当ＳｉＳｂ中的硅含量较高（Ｓｉ含量大于百分之五十原子比）时，ＳｉＳｂ材料为一种ｎ型半导体；而当ＳｉＳｂ中的硅含量较低（Ｓｉ含量小于百分之三十原子比）时，ＳｉＳｂ材料为一种相变材料，以作为相变存储器单元的存储介质。本发明专利技术采用ｎ型的ＳｉＳｂ半导体与ｐ型硅形成二极管结构，并采用较低硅含量的ＳｉＳｂ相变材料作为存储介质，形成１Ｄ１Ｒ结构（一个二极管和一个电阻），从而实现数据的存储功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体存储器的相关领域，具体地说是一种基于SiSb复合材料的相变存储器单元。
技术介绍
相变随机存储器(phase change random access memory, PCRAM)被公认为是近四十年以 来半导体存储器技术最重大的突破，是最有希望的下一代非易失性存储器，其原理建立在相 变材料相变前后的电阻率的转变上，相变材料的非晶和多晶态具有不同的电阻率，因此可实 现逻辑数据的存储。PCRAM的速度快、密度高、数据保持能力佳、成本具有竞争力，它不仅 有着各方面的优越的性能，并且是一种通用的存储器，具有广阔的市场前景。在其实现产业 化之后，有望部分或者全面替代包括目前的包括flash(闪存)、DRAM(动态随机存储器)、硬盘 在内的多种存储器件，从而在半导体存储器市场中占据重要的地位。PCRAM的存储单元部分是可通过电信号进行编程调节的电阻(相变材料)，在实际的存 储芯片应用中，需要逻辑器件对存储单元进行选通和操作。目前，PCRAM的密度主要取决于 驱动的晶体管的尺寸，众所周知，二极管的面积要远小于同等技术节点制造的场效应晶体管， 所以，在高密度的PCRAM存储阵列中，二极管因为其相对较小的单元面积而成为目前各大 半导体公司发展的主流方向，在大容量PCRAM的应用中将被大幅采用。SiSb作为一种高性能的相变存储材料，具有各方面的性能优势，如成份简单、无碲、 较小的密度变化、高数据保持能力等。(T. Zhang等人，Advantages of SiSb phase-change material and its applications in phase-change memory, Appl. Phys. Lett. 91 222102 2007)。根据我们的研 究，硅含量较高的SiSb材料同时也是一种n型的半导体材料，因此，SiSb材料同时具备相变 特性与半导体特性，是一种复合材料。硅是最常见的半导体材料，而Sb对硅的掺杂是在半导 体工艺中常用的n型掺杂方法。SiSb作为一种n型的半导体，通过适当的工艺条件，可与p 型的半导体之间形成二极管，从而制成逻辑器件。SiSb半导体材料制备方法简单，用以制造 二极管成本具有竞争力。
技术实现思路
本专利技术的目的是涉及SiSb复合材料在相变存储器中的应用，进而提供了 一种制造工艺简单、成本低廉的基于SiSb复合材料的相变存储器单元。 为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案本专利技术公开了一种基于SiSb复合材料的相变存储器单元，在此相变存储器中，SiSb不仅 是存储材料，还是逻辑选通单元(二极管)的一部分，与其他半导体材料共同形成了选通的 一极管结构。在相变存储器中作为存储单元应用的SiSb材料的优选组份为硅含量少于百分 之三十原子比，具备在电信号下电阻可逆转变的能力；而作为逻辑选通单元一部分的SiSb材 料的优选组份为硅含量多于百分之五十原子比，该材料为n型导电，可与p型半导体之间 形成pn结。上述的相变存储器中，起到对存储单元选通作用的二极管单元包括n型的SiSb材料层和 p型的半导体材料层，两者之间形成pn结，即二极管结构，用以对对应存储单元的驱动。而 存储单元则为基于SiSb相变材料的单元，能够在电信号的作用下实现高、低电阻之间的可逆 变化，从而实现数据的存储功能。p型半导体材料的优选为p型硅，或为p型锗。如上所述的相变存储器，其特征是采用相变材料实现器件在高、低电阻之间的转变，从 而实现数据存储；在电信号的作用下实现相变存储器在高、低电阻之间的可逆变化。是双级 存储，也可以为多级存储。另外，SiSb材料的制备方法为溅射法、或为气相沉积法、或为原子层沉积法。 本专利技术优点在于开拓了SiSb复合材料在相变存储器中的应用，提供了一种制造工艺简 单、成本低廉的基于SiSb复合材料的相变存储器单元。附图说明图l为SiSb材料的性能曲线示意图。图2为一种基于SiSb复合材料的相变存储器单元结构示意图。 图3A-图3E为图2所示相变存储器单元结构的制造方法。 图4为另一种基于SiSb复合材料的相变存储器单元结构示意图。 图5A-图5C为图4所示相变存储器单元结构的制造方法。具体实施例方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述。SiSb是一种高性能的相变材料，具有优越的数据保持能力，如图1。从图中，还可以看至IJ， SiSb的结晶温度、数据保持能力等性能随着材料中的硅含量的改变而变化，材料的性能 可通过材料中的硅含量进行剪裁。SiSb同时也是一种半导体材料，导电类型为n型，通过适当的工艺，n型SiSb材料层与 p型半导体之间可以形成pn结，制造出二极管对存储单元进行选通和操作。图2所示为一种基于SiSb复合材料的相变存储器单元结构示意图，图中，l为绝缘基底， 2为p型重掺杂的半导体，3为n型导电的SiSb半导体，4为SiSb相变材料，不同于3层是 其硅含量较少，作为存储单元存在，而5为金属电极。图中2和3之间形成了二极管结构， 具有逻辑选通功能；4层的SiSb相变材料具备在电信号作用下可逆电阻转变的能力，为存储 单元；二极管与存储单元之间形成了 1D1R结构， 一个二极管一个电阻。图3所示为图2结构的制造流程，首先在硅基底6上通过光刻以及离子注入工艺制造出p 型重掺杂的硅7，如图3A所示采用化学气相沉积法沉积在上述结构上沉积多晶态Si9QSb1() 薄膜，衬底温度为400度，采用回刻工艺得到如图3B的剖面结构，再在450度氮气氛保护下 退火5小时；采用化学气相沉积法沉积继续沉积SiH)Sb90薄膜，薄膜制备时衬底温度为室温，沉积后采用化学机械抛光进行平坦化，得到的结构如图3C所示；制造电极W，通过光刻后 得到如图3D所示的结构。p型硅7与n型多晶态Si卯Sb,o薄膜之间形成二极管，而二极管上 方的SiK)Sb90薄膜层为存储单元，以上共同形成了相变存储器单元。图4所示为另一种基于SiSb复合材料的相变存储器单元结构示意图，图5为上述结构的 制造方法。首先在基底ll上制造p型硅12，方法为扩散法，得到如图5A所示的结构；原子 层沉积法沉积Si95Sb5薄膜13,采用化学机械抛光进行平坦化，将孔外的多于的Si95Sbs薄膜全部去除，如图5B所示；采用溅射法沉积SisSb95薄膜和TiN薄膜，采用光刻工艺制造出电极和存储单元，此方法相比与图3所述的方法制造工艺更为简单。p型硅12与n型多晶态Si95Sbs薄膜之间形成二极管，而二极管上方的SisSb95薄膜层为存储单元，以上共同形成了相变存储器单元。综上所述，本专利技术提供了SiSb复合材料在相变存储器中的应用，并提供了基于SiSb复 合材料相变存储器单元的结构和相关结构的制造方法。尽管仅详细描述了某些优选实施例， 但是对于本领域的技术人员显见，在不偏离由所附权利要求界定的本专利技术的范围的情形下， 可以进行某些改良和变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ＳｉＳｂ复合材料的相变存储器单元，包括逻辑选通单元以及储存介质，其特征在于：所述的储存介质由ＳｉＳｂ材料构成，所述的逻辑选通单元为由ｎ型的ＳｉＳｂ材料层和ｐ型的半导体材料层组成的ｐｎ结二极管。

【技术特征摘要】
1、基于SiSb复合材料的相变存储器单元，包括逻辑选通单元以及储存介质，其特征在于所述的储存介质由SiSb材料构成，所述的逻辑选通单元为由n型的SiSb材料层和p型的半导体材料层组成的pn结二极管。2、 按权利要求1所述的基f SiSb复合材料的相变存储器单元，其特征在于所述的作为储 存介质的SiSb材料中硅含量的原子比少于百分之三十。3、 按权利要求l所述的基于SiSb...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋志棠，张挺，刘波，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：31[中国|上海]