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，相变存储器中具有呈阵列排布的多个相变存储单元和TiO2纳米多孔材料层，各个相变存储单元均具有依次堆叠的第一电极、相变材料层和第二电极，相邻的相变存储单元之间具有间隙，TiO2纳米多孔材料层填充在所述间隙中并至少包围各个相变存储单元的相变材料层。由此，一方面，利用TiO2纳米多孔材料的机械强度来保证相变存储单元的堆叠结构的稳定性，另一方面，利用TiO2纳米多孔材料的孔隙，来使得相邻的相变存储单元之间的间隙中具有类于空气气隙优良的绝热性，从而有效地解决热串扰带来的不利影响，最终使得相变存储器的信息存储的稳定性得以提高，功耗得以降低。功耗得以降低。功耗得以降低。

【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(Dynamic Random Access Memory，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，并且最有可能完全替代DRAM的新型非易失性存储器。特别地，PCRAM因具备非易失性以及可字节寻址等特点，从而同时具备了作为主存和外存的潜力，由此，PCRAM也被寄希望，以打破主存与外存之间的界限，为未来的存储体系结构带来重大的变革。
[0003]然后人们对更高性能产品的需求，如何进一步提高PCRAM的信息存储稳定性并进一步降低PCRAM的功耗，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

[0004]本专利技术的目的在于提供一种相变存储器，能够提高PCRAM的信息存储稳定性并进一步降低PCRAM的功耗。
[0005]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：
[0006]呈阵列排布的多个相变存储单元，各个相变存储单元均具有依次堆叠的第一电极、相变材料层和第二电极，相邻的相变存储单元之间具有间隙；
[0007]TiO2纳米多孔材料层，填充在所述间隙中并至少包围各个相变存储单元的相变材料层。
[0008]可选地，所述TiO2纳米多孔材料层的孔径不大于10nm，和/或，所述TiO2纳米多孔材料层的孔隙率介于40％～60％之间。
[0009]可选地，所述TiO2纳米多孔材料层的孔径介于3nm～10nm之间。
[0010]可选地，所述TiO2纳米多孔材料层的晶粒结构包括金红石结构、锐钛矿结构以及板钛矿结构中的一种或者多种组合。
[0011]可选地，所述TiO2纳米多孔材料层的孔隙内为真空，或者，所述TiO2纳米多孔材料层的孔隙内有空气。
[0012]可选地，所述TiO2纳米多孔材料层填充在所述间隙中并包围各个相变存储单元的从第一电极至第二电极的堆叠结构。
[0013]可选地，所述的相变存储器还包括填充在所述间隙中的第一绝缘介质填充层和第二绝缘介质填充层，所述TiO2纳米多孔材料层夹在所述第一绝缘介质填充层和所述第二绝缘介质填充层之间。
[0014]可选地，每个相变存储单元还具有位于第一电极和相变材料层之间且依次堆叠的选通层和中间电极，所述选通层位于所述第一电极和所述中间电极之间。
[0015]可选地，所述的相变存储器还包括：
[0016]多条字线，每条字线连接多个所述相变存储单元的第二电极；
[0017]多条位线，每条位线连接多个所述相变存储单元的第一电极。
[0018]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种相变存储器的制造方法，其包括以下步骤：
[0019]在衬底上形成呈阵列排布的多个相变存储单元，各个相变存储单元均具有依次堆叠的第一电极、相变材料层和第二电极，相邻的相变存储单元之间具有间隙；
[0020]填充TiO2纳米多孔材料层至所述间隙中，且所述TiO2纳米多孔材料层至少包围各个相变存储单元的相变材料层。
[0021]可选地，所述的制造方法，还包括：根据所述间隙的线宽和深度确定待形成的TiO2纳米多孔材料层的孔隙率和孔径尺寸的预设范围；在填充TiO2纳米多孔材料层至所述间隙中的步骤中，通过控制形成的TiO2纳米多孔材料层中的晶粒间距，以调整形成的TiO2纳米多孔材料层的孔隙率和孔径尺寸至所述预设范围内。
[0022]可选地，通过化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺或者溅射沉积工艺，填充TiO2纳米多孔材料层至所述间隙中。
[0023]可选地，在填充TiO2纳米多孔材料层至所述间隙中的步骤中，通过调控反应气压和/或反应温度，来实现TiO2纳米多孔材料层的孔径尺寸及孔隙率的调控。
[0024]可选地，所述反应气压为5Pa～500Pa，反应温度为100℃
‑
250℃。
[0025]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：
[0026]1、TiO2纳米多孔(nano
‑
porous)材料，具有明显孔隙特征和致密性特征，不仅可以保持超薄厚度下高的机械强度，并且具有比二氧化硅更低的热传导率，热稳定性也极好，因此，利用TiO2纳米多孔材料进行相邻的相变存储单元之间的间隙填充，不仅可以利用TiO2纳米多孔材料的机械强度来保证相变存储单元的堆叠结构的稳定性，还能利用TiO2纳米多孔材料的孔隙，来使得相邻的相变存储单元之间的间隙中具有类于空气气隙(air
‑
gap)优良的绝热性，从而有效地解决热串扰带来的不利影响，最终使得相变存储器的信息存储的稳定性得以提高，功耗得以降低，有利于获得耗能更低、体积更小的相变存储器。
[0027]2、通过控制形成的TiO2纳米多孔材料层中的晶粒间距，以调整形成的TiO2纳米多孔材料层的孔隙率和孔径尺寸，以使得形成的TiO2纳米多孔材料层具有要求的致密性和热导率，以有效地限制焦耳热在相变材料层材料内部的扩散，使得既能实现在需要操作的存储单元的相变材料层局部最小面积上快速加热，又能避免焦耳热对相邻存储单元的交叉影响，进而改善相变存储器操作期间相邻存储单元之间的热串扰问题。
附图说明
[0028]图1是一种相变存储器中产生热串扰问题的结构示意图。
[0029]图2是本专利技术一实施例的相变存储器的立体结构示意图。
[0030]图3是本专利技术一实施例的相变存储器的沿图2中的XX
’
的剖面结构示意图。
[0031]图4是本专利技术另一实施例的相变存储器的沿图2中的XX
’
的剖面结构示意图。
[0032]图5是本专利技术又一实施例的相变存储器的沿图2中的XX
’
的剖面结构示意图。
具体实施方式
[0033]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本文中的术语“和/或”的含义是二选一或者二者兼具。
[0034]相变存储器(phase change RAM，PCRAM)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，PCRAM的相变材料层的温度迅速升高，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：呈阵列排布的多个相变存储单元，各个相变存储单元均具有依次堆叠的第一电极、相变材料层和第二电极，相邻的相变存储单元之间具有间隙；TiO2纳米多孔材料层，填充在所述间隙中并至少包围各个相变存储单元的相变材料层。2.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述TiO2纳米多孔材料层的孔径不大于10nm之间，和/或，所述TiO2纳米多孔材料层的孔隙率介于40％～60％。3.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述TiO2纳米多孔材料层的晶粒结构包括金红石结构、锐钛矿结构以及板钛矿结构中的一种或者多种组合。4.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述TiO2纳米多孔材料层的孔隙内为真空，或者，所述TiO2纳米多孔材料层的孔隙内有空气。5.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述TiO2纳米多孔材料层填充在所述间隙中并包围各个相变存储单元的从第一电极至第二电极的堆叠结构。6.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，还包括填充在所述间隙中的第一绝缘介质填充层和第二绝缘介质填充层，所述TiO2纳米多孔材料层夹在所述第一绝缘介质填充层和所述第二绝缘介质填充层之间。7.如权利要求1
‑
6中任一项所述的相变存储器，其特征在于，每个相变存储单元还具有位于第一电极和相变材料层之间且依次堆叠的选通层和中间电极，所述选通层位于所述第一电极和所述中间电极之间。8.如权利要求1
‑
6中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭文林，刘峻，杨海波，刘广宇，付志成，
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：