相变存储单元及其制造方法技术

公开了相变存储器(PCM)单元和用于形成PCM单元的方法。在一个示例中，存储单元包括第一电极层、选择器件、中间电极层、相变材料和第二电极层。在第一电极层上形成选择器件，并且在选择器件上形成中间电极层。在中间电极层上形成相变材料，并且在相变材料上形成第二电极层。相变材料嵌有不同于相变材料的多个颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相变存储单元及其制造方法
技术介绍
本公开涉及相变存储器(PCM)及其制造方法。通过改善工艺技术、电路设计、编程算法、和制造工艺将平面存储单元缩放到较小的尺寸。然而，随着存储单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性且成本高昂。结果，平面存储单元的存储密度接近上限。3D存储架构可以解决平面存储单元中的密度限制。3D存储架构包括存储阵列和用于控制通往和来自存储阵列的信号的外围器件。例如，PCM可以基于以电热方式对相变材料进行的加热和淬火来利用相变材料中的非晶相和晶相的电阻率之间的差异。PCM阵列单元可以以3D形式垂直堆叠以形成3DPCM。
技术实现思路
本文公开了存储器件及其形成方法。在示例中，存储单元包括第一电极层、选择器件、中间电极层、相变材料和第二电极层。在第一电极层上形成选择器件，并且在选择器件上形成中间电极层。在中间电极层上形成相变材料，并且在相变材料上形成第二电极层。相变材料嵌有不同于相变材料的多个颗粒。在另一示例中，公开了用于制造PCM单元的方法。在第一电极层上形成选择器件，并且在选择器件上形成中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储单元，包括：/n第一电极层；/n选择器件，所述选择器件形成在所述第一电极层上；/n中间电极层，所述中间电极层形成在所述选择器件上；/n相变材料，所述相变材料形成在所述中间电极层上；以及/n第二电极层，所述第二电极层形成在所述相变材料上，/n其中，所述相变材料嵌有不同于所述相变材料的多个颗粒。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种存储单元，包括：
第一电极层；
选择器件，所述选择器件形成在所述第一电极层上；
中间电极层，所述中间电极层形成在所述选择器件上；
相变材料，所述相变材料形成在所述中间电极层上；以及
第二电极层，所述第二电极层形成在所述相变材料上，
其中，所述相变材料嵌有不同于所述相变材料的多个颗粒。


2.根据权利要求1所述的存储单元，其中，所述多个颗粒是用于所述相变材料的成核内核。


3.根据权利要求1-2中的任一项所述的存储单元，其中，所述多个颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。


4.根据权利要求1-3中的任一项所述的存储单元，其中，所述多个颗粒具有在和5nm之间的直径。


5.根据权利要求1-4中的任一项所述的存储单元，其中，所述相变材料包括硫族化物成分，所述硫族化物成分包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。


6.根据权利要求1-5中的任一项所述的存储单元，其中，所述选择器件是二极管、隧穿结、双极结型晶体管(BJT)、混合离子电子传导(MIEC)器件、金属氧化物半导体(MOS)晶体管、或双向阈值开关(OTS)器件。


7.根据权利要求1-6中的任一项所述的存储单元，其中，所述选择器件是由以下中的至少一种制成的OTS器件：氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、锗(Ge)、锑(Sb)、硅(Si)、或砷(As)。


8.一种用于制造相变存储器(PCM)单元的方法，包括：
在第一电极层上形成选择器件；
在所述选择器件上形成中间电极层；
在所述中间电极层上形成嵌有多个颗粒的相变材料；以及
在所述相变材料上形成第二电极层。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个颗粒是用于所述相变材料的成核内核。


10.根据权利要求8-9中的任一项所述的方法，其中，所述多个颗粒包括氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)、或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。


11.根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其中，所述多个颗粒具有在和5nm之间的直径。


12.根据权利要求8-11中的任一项所述的方法，其中，所述相变材料包括硫族化物成分，所述硫族化物成分包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)、或镓(Ga)中的至少一种。


13.根据权利要求8所述的方法，其中，形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料包括：
执行第一沉积以在所述中间电极层上形成第一相变材料层；
执行第二沉积以在所述第一相变材料层上形成第一颗粒层；以及
执行第三沉积以在所述第一颗粒层上形成第二相变材料层。


14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
执行第四沉积以在所述第二相变材料层上形成第二颗粒层；以及
执行第五沉积以在所述第二颗粒层上形成第三相变材料层。


15.根据权利要求8和13-14中的任一项所述的方法，其中，嵌有所述多个颗粒的所述相变材料通过以下操作形成：物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、或原子层化学气相沉积(ALCVD)。


16.根据权利要求8和13-15中的任一项所述的方法，其中，嵌有所述多个颗粒的所述相变材料在600华氏度和900华氏度之间的温度下形成。


17.根据权利要求8所述的方法，其中，形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料包括：
在具有衬底的反应室中提供第一靶材和第二靶材；以及
执行共溅射操作以在所述衬底上形成嵌有所述多个颗粒的所述相变材料，
其中，所述第一靶材包括所述相变材料，并且所述第二靶材包括所述多个颗粒。

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【专利技术属性】
技术研发人员：刘峻，
申请(专利权)人：长江先进存储产业创新中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42