相变存储器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种相变存储器及其制造方法，相变存储器包括：相变存储单元，相变存储单元包括沿纵向堆叠的相变材料层和n个选通器，n个选通器中至少有两个选通器的阈值电流不同。相变存储单元两端的字线和位线之间施加电压后，n个选通器按阈值电流从小到大的顺序先后开启导通，最小阈值电流的选通器最先开启导通；最先开启的选通器两端的电压降低，浪涌电流大大降低。n个选通器均开启后，相变存储单元的串连回路中以最小阈值电流运行，相变存储器的整体浪涌电流降低。本实施例n个选通器不在同一时刻开启，浪涌电流大大降低，有更好的抗读取干扰且提高了可靠性。读取干扰且提高了可靠性。读取干扰且提高了可靠性。

【技术实现步骤摘要】
相变存储器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及存储器
，特别涉及一种相变存储器及其制造方法。

技术介绍

[0002]相变存储器(Phase Change RAM，PCRAM)是一种固态半导体非易失性存储器，其具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低等优点，且相比于动态随机存储器(DRAM)来说，其成本更低，断电后信息不会丢失，存储密度更大，功耗也更低，因此被认为是极具发展前景的新型非易失性存储器。
[0003]相变材料层(phase change materials，PCM)不同物理状态具有不同的电阻水平。例如，一个状态(例如，非晶状态)可以具有高电阻，而另一状态(例如，晶体状态)可以具有低电阻。在PCM中，这些不同的电阻水平可以用于存储二元信息。每个状态表示不同的二元值，并且信息一旦被存储，就可以通过检测材料的电阻而读取信息。每个状态一旦被固定就会保持的事实使得PCM成为有价值的非易失性存储器类型。
[0004]随着人们对更高性能产品的需求，如何进一步提高相变存储器的可靠性，减少读取干扰，提高耐久性，已经成为本领域技术人员亟需解决的技术问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种相变存储器，提高相变存储器的可靠性，减少读取干扰，提高耐久性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种相变存储器，包括：
[0007]相变存储单元，所述相变存储单元包括沿纵向堆叠的相变材料层和n个选通器，n个所述选通器中至少有两个选通器的阈值电流不同，其中，n为大于等于2的整数。
[0008]进一步的，所述n个选通器包括第一选通器、第二选通器、第三选通器和第四选通器中的至少两个；每个所述选通器均包括选通层，所述相变材料层与其相邻的一个所述选通层之间设置有电极，相邻的所述选通层之间也设置有电极，与所述相变材料层最远的选通层其远离所述相变材料层的一侧也设置有电极，每个所述选通层与其两侧的电极构成对应的选通器。
[0009]进一步的，所述第一选通器的阈值电流范围：1nA～10μA；所述第二选通器的阈值电流范围：5nA～20μA；和/或，所述第一选通层的厚度范围在5nm～50nm之间，所述第二选通层的厚度范围在10nm～60nm之间。
[0010]进一步的，所述第三选通器的阈值电流范围：1nA～30μA；和/或，所述第三选通器中的第三选通层的厚度范围在5nm～60nm之间。
[0011]进一步的，所述第四选通器的阈值电流范围：1nA～30μA；和/或，所述第四选通器中第四选通层的厚度范围在5nm～60nm之间。
[0012]进一步的，所述第一选通器、所述第二选通器、所述第三选通器和所述第四选通器中至少有两个选通器的选通层中包括掺杂元素，且至少两个所述选通层中的掺杂浓度不
同。
[0013]进一步的，所述第一选通器、所述第二选通器、所述第三选通器和所述第四选通器各自的选通层的材料均包括GeSe组分和As3Se4组分，所述掺杂元素包括Ta、Si、Ge、Te、C、W、N、O和P中的至少一种。
[0014]本专利技术还提供一种相变存储器的制造方法，包括以下步骤：
[0015]沿纵向堆叠相变材料层和n个选通器，所述n个选通器中至少有两个选通器的阈值电流不同，其中n为大于等于2的整数。
[0016]进一步的，每个所述选通器均包括选通层，通过形成所述选通层的厚度和/或掺入所述选通层中的掺杂元素的浓度调控阈值电流的大小；选通层的厚度越大，对应的选通器的阈值电流越大；选通层中的掺杂浓度越大，对应的选通器的阈值电流越大。
[0017]进一步的，所述选通层采用溅射法、化学气相沉积法、原子层沉积法或电子束蒸镀法方法中的至少一种方法形成。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的技术方案至少具有以下有益效果之一：
[0019]本专利技术提供一种相变存储器及其制造方法，相变存储器包括：相变存储单元，相变存储单元包括沿纵向堆叠的相变材料层和n个选通器，n个选通器中至少有两个选通器的阈值电流不同。相变存储单元两端的字线和位线之间施加电压后，n个选通器按阈值电流从小到大的顺序先后开启导通，最小阈值电流的选通器最先开启导通；最先开启的选通器两端的电压降低，浪涌电流大大降低。n个选通器均开启后，相变存储单元的串连回路中以最小阈值电流运行，相变存储器的整体浪涌电流降低。本实施例n个选通器不在同一时刻开启，浪涌电流大大降低，有更好的抗读取干扰且提高了可靠性。
附图说明
[0020]图1是一种单选通器相变存储器的结构示意图。
[0021]图2为一种相变存储器在不同工作状态时电流变化曲线图。
[0022]图3是本专利技术一实施例的相变存储器的立体结构示意图。
[0023]图4a
‑
4e是本专利技术不同示例的相变存储器沿图3中的XOZ面的剖面结构示意图。
[0024]图5a是图1中单选通器相变存储器对应的选通器开启电流示意图。
[0025]图5b是本专利技术双选通器相变存储器中第一选通器开启电流示意图。
[0026]图6a是图1中单选通器相变存储器对应的电流/电压示意图。
[0027]图6b是本专利技术双选通器相变存储器对应的选通器电流/电压示意图。
[0028]图7是图1中单选通器相变存储器对应的脉冲电流示意图。
[0029]图8是单选通器相变存储器与本专利技术双选通器相变存储器的浪涌电流对比示意图。
具体实施方式
[0030]如
技术介绍
所述，相变存储器的可靠性有待提高，需减少读取干扰，提高耐久性。
[0031]图1为一种相变存储器的示例，图2为相变存储器不同工作状态时电流变化曲线图。具体如图1和图2所示，相变存储器的相变存储单元01包括相变材料层PCM，两电极Ea和Eb，以及位于两电极Ea和Eb之间的单个选通层OTS0。电极Ea、选通层OTS0和电极Eb一道构成
选通器，在对该相变存储单元进行擦写操作时，该选通器能够保持开启(导通)状态，使得相变材料层PCM发生相变，而擦写操作完成后选通器保持关闭状态。
[0032]相变存储器是一种焦耳热诱导材料相变引起电阻变化的存储器，在通入重置(reset)写电流后，相变存储器的相变材料层(phase change materials，PCM)的温度迅速升高，在达到相变材料层熔点后较短时间内相变材料层的材料快速冷却，此时固定在非晶态，为高阻态。为了使相变材料层的材料重新回到晶态，需要通入设置(set)电流，相变材料层需要被加热到结晶温度和熔化温度之间，进而使得相变材料层中的晶核和微晶快速生长。可见，焦耳热控制着相变存储器的整个相变存储过程。通过热量的自加热引发非晶或晶体状态以表示1或0，来对PCM单元编程或擦除。
[0033]专利技术人研究发现，相变存储器在读取/设置(set)/重置(reset)操作期间开启开关选通器(包含单个选通层OTS0)导致的浪涌电流(Inrush 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变存储器，其特征在于，包括：相变存储单元，所述相变存储单元包括沿纵向堆叠的相变材料层和n个选通器，n个所述选通器中至少有两个选通器的阈值电流不同，其中，n为大于等于2的整数。2.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述n个选通器包括第一选通器、第二选通器、第三选通器和第四选通器中的至少两个；每个所述选通器均包括选通层，所述相变材料层与其相邻的一个所述选通层之间设置有电极，相邻的所述选通层之间也设置有电极，与所述相变材料层最远的选通层其远离所述相变材料层的一侧也设置有电极，每个所述选通层与其两侧的电极构成对应的选通器。3.如权利要求2所述的相变存储器，其特征在于，所述第一选通器的阈值电流范围：1nA～10μA；所述第二选通器的阈值电流范围：5nA～20μA；和/或，所述第一选通层的厚度范围在5nm～50nm之间，所述第二选通层的厚度范围在10nm～60nm之间。4.如权利要求3所述的相变存储器，其特征在于，所述第三选通器的阈值电流范围：1nA～30μA；和/或，所述第三选通器中的第三选通层的厚度范围在5nm～60nm之间。5.如权利要求4所述的相变存储器，其特征在于，所述第四选通器的阈值电流范围：1nA～30μA；和/或，所述第四选...

【专利技术属性】
技术研发人员：周光乐，杨海波，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：