相變存儲器按比例縮小研究.pdf

1、相變存儲器（PCRAM）以其杰出的存儲性能而備受業(yè)界關(guān)注，國際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會認為其是最有可能代替 FLASH并成為下一代主流的非易失性存儲器之一。目前，閃存在32 nm技術(shù)節(jié)點下面臨巨大瓶頸，如果要將相變存儲器推向產(chǎn)業(yè)化，令其取代閃存的地位，并繼續(xù)遵循摩爾定律發(fā)展下去，則研究相變存儲器的按比例縮?。ㄓ绕涫瞧骷卣鞒叽缈s小至32 nm技術(shù)節(jié)點以下）特性就顯得十分重要。本文從理論以及實驗方面深入、系統(tǒng)地研究了基于GeTe、Ge2Sb2Te5

2、、AgInSbTe及GeTe/Sb2Te3超晶格硫系化合物相變材料的限制型相變存儲器器件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制備工藝及按比例縮小特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用有限元分析軟件模擬并優(yōu)化了特征尺寸低至10nm的限制型相變存儲器器件結(jié)構(gòu)，并進而分析了兩種按比例縮小方式下器件操作電流的變化趨勢。⑵遴選了四種相變材料；對特征尺寸為微米級的相變存儲器器件進行了版圖和工藝設(shè)計；利用紫外光刻、磁控濺射、剝離等微納制造工藝方法制備出了特征尺寸為微米

3、級的相變存儲器器件；介紹了器件電特性測試方法并搭建了器件性能測試系統(tǒng)。⑶開發(fā)了GeTe/Sb2Te3 superlattice-like相變材料納米尺度圖形的感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝，通過優(yōu)化參數(shù)首次刻蝕出亞-100 nm尺度GeTe/Sb2Te3相變材料圖形。利用該工藝成功地將 GeTe/Sb2Te3相變材料集成至相變存儲器器件中。測試結(jié)果表明上述器件性能優(yōu)良，能夠穩(wěn)定地存儲“0”和“1”狀態(tài)，最小的RESET電流僅有145μA。⑷設(shè)

4、計并詳細分析了三種特征尺寸從幾百納米減小至十幾納米絕緣層孔的制備方法，其中采用電子束光刻+熱固化的方法制備出直徑低至16 nm的絕緣層孔。利用該方法制備了相變存儲器器件并系統(tǒng)測試了器件的高低阻態(tài)比、操作電流及循環(huán)擦寫情況。⑸研究了基于GeTe、Ge2Sb2Te5、AgInSbTe及GeTe/Sb2Te3超晶格相變材料的器件在特征尺寸按比例縮小下的存儲特性的變化規(guī)律，包括非晶態(tài)閾值轉(zhuǎn)換電壓、SET時間、高低阻態(tài)比、電阻-電流關(guān)系及編程電流