專利名稱：相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PCRAM)的存儲(chǔ)單元。
背景技術(shù)：
相變材料(例如Ge-Sb-Te相變材料)通過(guò)電脈沖引起的局部發(fā)熱而將其相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)和非晶態(tài)，相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器就是利用這一特性存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的半導(dǎo)體器件。 相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器是基于電阻的存儲(chǔ)器，通過(guò)相變材料在晶態(tài)和非晶態(tài)間的轉(zhuǎn)換而相應(yīng)呈現(xiàn)低阻和高阻的電阻特性來(lái)達(dá)到存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的目的。在相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的存儲(chǔ)單元包括相變材料層和電極。圖IA是現(xiàn)有技術(shù)的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)圖。如圖IA所示，其中包括頂部電極101、相變材料層102和底部電極103。不同強(qiáng)度的電流流經(jīng)相變材料層 102，通過(guò)電流流過(guò)相變材料層102所產(chǎn)生的熱效應(yīng)將相變材料由晶態(tài)(SET態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)(RESET態(tài))，即可以對(duì)相變材料進(jìn)行復(fù)位(RESET)操作。而將相變材料由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)的操作相應(yīng)稱為SET。當(dāng)進(jìn)行SET操作時(shí)，需要施加一個(gè)長(zhǎng)且強(qiáng)度中等的電壓或電流脈沖，使相變材料的溫度升高到結(jié)晶溫度以上、熔化溫度以下，并保持一定的時(shí)間(一般大于 50 ns)，使相變材料由非晶態(tài)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)，由高阻變?yōu)榈妥?。?dāng)進(jìn)行RESET操作時(shí)，需要施加一個(gè)短而強(qiáng)的電流脈沖，將電能轉(zhuǎn)變成熱能，使相變材料的溫度升高到熔化溫度以上，經(jīng)快速冷卻就可以實(shí)現(xiàn)相變材料的由晶態(tài)向非晶態(tài)的轉(zhuǎn)化，即由低阻變?yōu)楦咦?，從而?shí)現(xiàn)基于電阻的存儲(chǔ)器功能。由于RESET操作需要使相變材料的溫度升高到融化溫度以上，因此其需要的電流脈沖較高。而相應(yīng)較高的電流脈沖會(huì)給由大量存儲(chǔ)單元構(gòu)成的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器帶來(lái)發(fā)熱量大的問(wèn)題，進(jìn)而會(huì)給相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路帶來(lái)功耗高、不穩(wěn)定的因素，影響相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的性能。因此，如何有效地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的RESET電流就成為亟待解決的問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的RESET電流的方法有以下幾種第一種方法是對(duì)相變材料進(jìn)行改進(jìn)，使相變材料的由晶態(tài)向非晶態(tài)轉(zhuǎn)化的溫度降低。從而使較低的 RESET電流所產(chǎn)生的熱量也能使相變材料由晶態(tài)轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)，從而達(dá)到進(jìn)行RESET操作的目的。這種方法的缺陷在于改變現(xiàn)有相變材料的由晶態(tài)向非晶態(tài)轉(zhuǎn)化的溫度的技術(shù)困難很大、成本很高，并且會(huì)影響相變材料的穩(wěn)定性，很難在產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用。第二種方法是對(duì)相變材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，例如將相變材料層改為多孔結(jié)構(gòu)，從而增加RESET操作時(shí)單位相變材料流過(guò)的電流密度。這種方法的缺陷在于改變相變材料的結(jié)構(gòu)的技術(shù)困難較大，相應(yīng)降低的RESET操作的電流的幅度較小，同時(shí)需要在相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器制造工藝中相應(yīng)增加很多工序，不但大幅增加了生產(chǎn)成本，并且其產(chǎn)品的品質(zhì)也很難控制。第三種方法是減小底部電極103的接觸區(qū)域，進(jìn)而增大RESET操作時(shí)單位相變材料流過(guò)的電流密度。這種方法的缺陷在于其受相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和制造工藝的限制，底部電極103的接觸區(qū)域不可能無(wú)限減小。同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)所采用的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致流過(guò)相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的電流呈如圖IB所示的倒圓錐狀。此時(shí)流經(jīng)相變材料層102的電流的分布就會(huì)不均勻，會(huì)產(chǎn)生高電流密度區(qū)102A和低電流密度區(qū)102B，高電流密度區(qū)102A 流過(guò)的電流密度大，低電流密度區(qū)102B流過(guò)的電流密度小。這樣就導(dǎo)致相變材料層102的受熱不均，從而使降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的RESET電流的效果十分有限。因此，需要一種能夠有效且經(jīng)濟(jì)地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的RESET電流的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元，以降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的RESET電流和功耗。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。為解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法有效且經(jīng)濟(jì)地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的RESET電流的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元包括相變材料層和柱狀同軸電極；所述柱狀同軸電極包括位于所述柱狀同軸電極的軸線位置的第一電極、嵌套在所述第一電極之外并與所述第一電極同軸的第二電極及填充在所述第一電極和所述第二電極之間的第一絕緣層；所述相變材料層與所述第一電極和所述第二電極的同一側(cè)連接。進(jìn)一步的，所述相變材料層覆蓋有用于保護(hù)所述相變材料層的硬質(zhì)絕緣氧化物外殼，所述氧化物外殼由S^2構(gòu)成。進(jìn)一步的，所述第二電極的外柱面具有包裹所述第二電極的第二絕緣層。進(jìn)一步的，所述柱狀同軸電極的材料是氮化鈦或鎢。進(jìn)一步的，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層的材料是SiN。進(jìn)一步的，所述相變材料層的材料是Ge-Sb-Te相變材料、Ge-Sb-Te-O相變材料或 Si-Sb-Te相變材料。進(jìn)一步的，其特征在于，所述相變材料層的厚度為90nm至llOnm，直徑為90nm至 120nm，所述第一電極的直徑為25nm至35nm，且所述第二電極的厚度為25nm至35nm。進(jìn)一步的，所述第一絕緣層的厚度為25nm至35nm。本發(fā)明還提供了一種相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器包括控制電路、存儲(chǔ)單元層、選通器件層和襯底；
所述存儲(chǔ)單元層位于所述選通器件層上方，并包含權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元；
所述選通器件層位于所述襯底上，并包含選通器件，所述選通器件層用于控制所述存儲(chǔ)單元的選通，
所述控制電路與所述選通器件層連接，并通過(guò)所述選通器件控制所述存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)操作。進(jìn)一步的，所述選通器件為開(kāi)關(guān)二極管和/或開(kāi)關(guān)三極管。根據(jù)本發(fā)明的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元和包含該存儲(chǔ)單元的相變隨機(jī)存
4取存儲(chǔ)器可以有效地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的RESET電流，從而減小相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的發(fā)熱量和功耗。同時(shí)在制造本發(fā)明披露的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的過(guò)程中，不需對(duì)相變材料和相變材料層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，可以有效且經(jīng)濟(jì)地提高相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的性能。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施方式及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
圖IA是現(xiàn)有技術(shù)的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)圖； 圖IB是電流流過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元時(shí)的電流密度分布示意
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的剖視結(jié)構(gòu)
圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的柱狀同軸電極的立體結(jié)構(gòu)圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元進(jìn)行RESET 操作時(shí)的溫度分布示意圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便說(shuō)明本發(fā)明是如何有效且經(jīng)濟(jì)地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的RESET電流的。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施方式詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。為了有效地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的RESET電流，從而有效且經(jīng)濟(jì)地提高相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的性能。本發(fā)明提出了一種相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的剖視結(jié)構(gòu)圖，圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的柱狀同軸電極的立體結(jié)構(gòu)圖。如圖2A和2B所示，本實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元可以包括
相變材料層201和柱狀同軸電極202。相變材料層201與柱狀同軸電極202連接，柱狀同軸電極202包括位于柱狀同軸電極202的軸線位置的第一電極202A、嵌套在第一電極202A之外并與第一電極202A同軸的第二電極202B和填充在第一電極202A和第二電極202B之間的第一絕緣層203。相變材料層201與第一電極202A和第二電極202B的同一側(cè)連接。具體地，相變材料層201與第一電極202A和第二電極202B的同一側(cè)連接，可以保證在對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鲿r(shí)電流可以正常流過(guò)相變材料層201。就結(jié)構(gòu)方面來(lái)說(shuō)， 柱狀同軸電極202的結(jié)構(gòu)與同軸電纜的結(jié)構(gòu)類似，電流由第一電極202A流入，流經(jīng)相變材料層201至第二電極202B流出。此時(shí)，流經(jīng)相變材料層201的電流以第一電極202A為中心呈放射狀地流向第二電極202B。相比將電極置于相變材料層兩端的技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，本實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元在進(jìn)行RESET操作時(shí)，電流流過(guò)的面積要大很多，并且不會(huì)發(fā)生電流分布不均勻的情況。在總電流大小不變的前提下，可以有效地增加單位相變材料中所流過(guò)的電流。同時(shí)，通過(guò)電流流經(jīng)相變材料層201所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使相變材料層201中的相變材料由晶態(tài)轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)，由低阻變?yōu)楦咦?，從而?shí)現(xiàn)相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的基于電阻的存儲(chǔ)器功能。由于本實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元在進(jìn)行RESET操作時(shí)，電流流過(guò)的面積較大且分布均勻，因此存儲(chǔ)單元中的相變材料的受熱也均勻，可以以較低的總電流使相變材料層中的相變材料由晶態(tài)轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)。并且由于存儲(chǔ)單元中的相變材料受熱均勻，相變材料由晶態(tài)轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)縮短，這樣就可以相應(yīng)減少存儲(chǔ)單元進(jìn)行RESET 操作所需的時(shí)間。需要說(shuō)明的是，雖然本實(shí)施方式的附圖中給出了圓柱狀的柱狀同軸電極 202，但其并非是對(duì)本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，隨著正多邊形的邊數(shù)的增加， 其越來(lái)越接近圓形，橫截面為相應(yīng)正多邊形的柱體也就越來(lái)越接近圓柱體。因此，橫截面為正多邊形的同軸電極也應(yīng)納入本發(fā)明的范圍。并且為了更好地說(shuō)明本實(shí)施方式的技術(shù)方案，以第一電極202A為正極為例進(jìn)行了說(shuō)明。但這種舉例說(shuō)明不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，以第二電極202B為正極，使電流由第二電極202B流向第一電極202A可以達(dá)到同樣的技術(shù)效果。填充在第一電極202A和第二電極202B之間的第一絕緣層203可以有效地防止第一電極202A和第二電極202B之間短路，可以提高相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的穩(wěn)定性。同時(shí)，本實(shí)施方式所提供的柱狀同軸電極202可以方便用戶連接相變存儲(chǔ)器中各存儲(chǔ)單元和由開(kāi)關(guān)二極管和/或開(kāi)關(guān)三極管構(gòu)成的選通器件層。并且與圖IA所示的現(xiàn)有技術(shù)的存儲(chǔ)單元相比，本實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元的第一電極202A和第二電極202B位于相變材料層201的同側(cè)。這樣就使存儲(chǔ)單元和選通器件層的連接更加方便，可以降低電路的復(fù)雜程度，有利于提高相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的穩(wěn)定性。優(yōu)選地，基于相變材料的可熔特性，相變材料層201覆蓋有用于保護(hù)相變材料層 201的硬質(zhì)絕緣氧化物外殼204，用以防止相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元間和/或其他功能單元間的短路，該氧化物外殼可以由S^2構(gòu)成。優(yōu)選地，相變材料層201可由本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的Ge-Sb-Te相變材料、 Ge-Sb-Te-O相變材料或Si-Sb-Te相變材料構(gòu)成。柱狀同軸電極202可由導(dǎo)電性良好的導(dǎo)體材料構(gòu)成，例如氮化鈦或鎢。第一絕緣層203可由本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的SiN構(gòu)成。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的有益效果的實(shí)現(xiàn)并不依賴對(duì)相變材料層201，絕緣層203和柱狀同軸電極202的材料的選擇，在選擇相同材料的情況下，采用如圖2A所示的本實(shí)施方式的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)單元的RESET電流的大小要明顯小于如圖IA所示的現(xiàn)有技術(shù)的存儲(chǔ)單元的 RESET電流大小，其RESET電流的大小與現(xiàn)有技術(shù)相比至少要降低一半。優(yōu)選地，第二電極202B的外柱面有包裹第二電極202B的第二絕緣層205。第二絕緣層205可由本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的SiN構(gòu)成。這樣可以有效地使第二電極202B與其他存儲(chǔ)單元或其他功能單元間絕緣，進(jìn)一步提高相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的穩(wěn)定性。本實(shí)施方式可以有效地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的RESET電流，從而減小相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的發(fā)熱量和功耗。同時(shí)在制造本實(shí)施方式披露的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的過(guò)程中，不需對(duì)相變材料和相變材料層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，可以有效且經(jīng)濟(jì)地提高相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的性能。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式在圖2A和圖2B所示的實(shí)施方式的基礎(chǔ)上包括 相變材料層201的厚度為90nm至llOnm，直徑為90nm至120nm，第一電極202A的直徑
為25nm至35nm，第二電極202B的厚度為25nm至35nm，且第一絕緣層203厚度為25nm至 35nm。本優(yōu)選實(shí)施方式是以現(xiàn)有相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的尺寸為基礎(chǔ)提出的優(yōu)選實(shí)施方式。需要說(shuō)明的是，本優(yōu)選實(shí)施方式僅是為了更形象地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，其并不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明所披露的內(nèi)容的基礎(chǔ)上得出的其他尺寸的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元及相應(yīng)的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器也應(yīng)納入本發(fā)明的范圍。進(jìn)一步優(yōu)選地，相變材料層201的厚度為lOOnm，直徑為105nm，第一電極202A的直徑為30nm，第二電極202B的厚度為30nm，且第一絕緣層203厚度為30nm。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元進(jìn)行 RESET操作時(shí)的溫度分布示意圖。如圖3所示，存儲(chǔ)單元選擇的相變材料由晶態(tài)變?yōu)榉蔷B(tài)的溫度為800K 900K，當(dāng)進(jìn)行RESET操作時(shí)，相變材料層201中的A曲線處的溫度為891， B位置處的溫度為12MK。此時(shí)，流經(jīng)第一電極202A的電流大小為0. 8mA，而當(dāng)采用如圖IA 所示的現(xiàn)有技術(shù)的存儲(chǔ)單元并選擇相同的相變材料時(shí)，其RESET電流的大小在2mA左右。本優(yōu)選實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的RESET電流相比現(xiàn)有技術(shù)的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的RESET電流降低了一半以上。采用本優(yōu)選實(shí)施方式所披露的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元，可以有效地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的RESET電流。并且由于其不對(duì)相變材料和相變材料層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，因此還有成本低、 經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4 所示，本實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器可以包括
控制電路401、存儲(chǔ)單元層402、選通器件層403和襯底404。存儲(chǔ)單元層402位于選通器件層403上方，并包含前幾個(gè)實(shí)施方式中的存儲(chǔ)單元。選通器件層403位于襯底404上，并包含選通器件，選通器件層403用于控制存儲(chǔ)單元的選通?？刂齐娐?01與選通器件層403連接，通過(guò)選通器件控制存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)操作。
優(yōu)選地，選通器件可以為開(kāi)關(guān)二極管和/或開(kāi)關(guān)三極管。選通器件的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)單元的選通，在設(shè)計(jì)選通器件層403時(shí)，可以只選擇開(kāi)關(guān)二極管或開(kāi)關(guān)三極管來(lái)作為選通器件，也可以令選通器件層403中的選通器件既有開(kāi)關(guān)二極管，又有開(kāi)關(guān)三極管。本實(shí)施方式披露的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器可通過(guò)以下方法制造利用本領(lǐng)域技術(shù)人員所用的常規(guī)方法在襯底404上形成前端器件結(jié)構(gòu)，前端器件結(jié)構(gòu)可以包括源極、柵極和漏極。例如，利用沉積、刻蝕和化學(xué)機(jī)械拋光等工藝步驟在襯底上形成選通器件層403。再利用沉積、刻蝕和化學(xué)機(jī)械拋光等工藝步驟在選通器件層403上形成存儲(chǔ)單元層402，最后將分別與選通器件層403中的選通器件連接的字線和位線相應(yīng)與控制電路401連接。本實(shí)施方式的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的RESET電流相比現(xiàn)有技術(shù)降低了一半以上。 采用本實(shí)施方式所披露的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，可以有效地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的 RESET電流。并且由于本實(shí)施方式不對(duì)相變材料和相變材料層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，因此還具有成本低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。本發(fā)明的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元和相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器可以有效地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的RESET電流，從而減小相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的發(fā)熱量和功耗。同時(shí)在制造本發(fā)明披露的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器及其存儲(chǔ)單元的過(guò)程中，不需對(duì)相變材料和相變材料層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，可以有效且經(jīng)濟(jì)地提高相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的性能。根據(jù)本發(fā)明的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器可用于例如用戶電子產(chǎn)品，如個(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、蜂窩式電話、個(gè)人數(shù)字助理、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等各種電子產(chǎn)品中，尤其是裝有閃存隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電子產(chǎn)品中。本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施方式只是用于舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施方式范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書(shū)及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述存儲(chǔ)單元包括相變材料層和柱狀同軸電極；所述柱狀同軸電極包括位于所述柱狀同軸電極的軸線位置的第一電極、 嵌套在所述第一電極之外并與所述第一電極同軸的第二電極及填充在所述第一電極和所述第二電極之間的第一絕緣層；所述相變材料層與所述第一電極和所述第二電極的同一側(cè)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述相變材料層覆蓋有用于保護(hù)所述相變材料層的硬質(zhì)絕緣氧化物外殼，所述氧化物外殼由SiO2構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述第二電極的外柱面具有包裹所述第二電極的第二絕緣層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述柱狀同軸電極的材料是氮化鈦或鎢。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層的材料是SiN。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述相變材料層的材料是Ge-Sb-Te 相變材料、Ge-Sb-Te-O相變材料或Si-Sb-Te相變材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述相變材料層的厚度為90nm至llOnm，直徑為90nm至120nm，所述第一電極的直徑為25nm至35nm，且所述第二電極的厚度為25nm至35nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述第一絕緣層的厚度為25nm至 35nm0
9.一種相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其特征在于，所述存儲(chǔ)器包括控制電路、存儲(chǔ)單元層、 選通器件層和襯底；所述存儲(chǔ)單元層位于所述選通器件層上方，并包含權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元；所述選通器件層位于所述襯底上，并包含選通器件，所述選通器件層用于控制所述存儲(chǔ)單元的選通，所述控制電路與所述選通器件層連接，并通過(guò)所述選通器件控制所述存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其特征在于，所述選通器件為開(kāi)關(guān)二極管和/或開(kāi)關(guān)三極管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元，包括相變材料層和柱狀同軸電極；柱狀同軸電極包括位于柱狀同軸電極的軸線位置的第一電極、嵌套在第一電極之外并與第一電極同軸的第二電極及填充在第一電極和第二電極之間的第一絕緣層；相變材料層與第一電極和第二電極的同一側(cè)連接。本發(fā)明還公開(kāi)了一種相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，包括控制電路、存儲(chǔ)單元層、選通器件層和襯底。根據(jù)本發(fā)明的相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元和相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器可以有效地降低相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的發(fā)熱量和功耗。并經(jīng)濟(jì)地提高相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和使用相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的電路的性能。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102456831SQ20101052497
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉燕, 吳關(guān)平, 徐成 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司