一种抗辐照高可靠的相变存储器器件单元及其制作方法

摘要

本发明涉及一种抗辐照高可靠的相变存储器器件单元及其制作方法。该相变存储器的外围电路制作在抗辐照加固的衬底上。存储单元由一个可逆相变电阻和一个pn结二极管构成，形成1D1R结构。利用SiO₂等介质材料把1D1R封装起来，加上1D1R器件单元小以及射线、粒子可作用的几率小等优点，从而实现了抗辐照的1D1R存储单元。存储单元通过上下电极散热，通过相变材料与电极材料之间热阻层的厚度调节热量平衡点。由抗辐照的1D1R存储单元构成存储阵列，加上SOI衬底上的外围电路，从而形成抗辐照的相变存储器。

主权项

1、一种抗辐照相变存储器器件单元的制作方法，其特征在于制作步骤是：(1)在抗辐照加固的衬底材料上，利用标准的CMOS工艺制备外围控制电路，所述的外围控制电路包括控制逻辑电路、译码电路、写擦驱动电路和读出放大电路；(2)步骤1制作有外围控制电路的衬底材料的相应区域，利用标准的CMOS工艺制备1D1R存储阵列的pn结，并且原位形成纳米级相变材料的孔洞，孔洞的深度50nm-150nm，孔洞直径100-300nm；孔洞的底部与pn结上端相连；(3)利用化学气相沉积、原子层沉积、高真空磁控溅射方法或电子束蒸发方法在孔洞中淀积一层电极材料，与pn结的顶端相连；(4)利用化学机械抛光方法将表面抛平，去掉表面的金属材料，形成柱状的金属电极阵列，作为相变单元的底电极；(5)在底电极上溅射生长10nm-80nm厚的SiO2、SiNx、Al2O3或HfO2介质层；(6)在步骤5制作的介质层上相变单元底电极的相应位置，刻蚀制备直径为50-250nm的孔洞，孔洞的底部与底电极顶端相连；(7)利用磁控溅射技术在上述孔洞内填充W或TiN加热电极材料，直至孔洞填满，接着进行CMP，除去表面的加热电极材料，形成柱状加热电极阵列；(8)在柱状加热电极上溅射生长50nm-200nm厚的SiO2或SiNx介质层；(9)在SiO2或SiNx介质层上柱状加热电极的相应位置，刻蚀制备直径为50-200nm的孔洞，孔洞的底部与柱状加热电极顶端相连；(10)利用磁控溅射方法在上述孔洞内填充加热相变材料；(11)抛除孔洞以外区域的相变材料，形成柱状可逆相变材料阵列；(12)利用化学相沉积、原子层沉积、高真空磁控溅射方法或电子束蒸发方法在柱状相变材料阵列上淀积一层顶电极材料；(13)进行湿法刻蚀，从而得到抗辐照加固的衬底上的1D1R结构的相变存储器器件单元；(14)将该相变存储器器件单元连接到电学测量系统中，进行相变存储器器件单元的写、擦、读操作；(15)1D1R存储阵列加上逻辑、译码、写擦驱动和读出放大外围电路，构成基于抗辐照加固的衬底和1D1R结构存储阵列的具有抗辐照的相变存储器芯片。