相变存储器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种相变存储器及其制作方法，相变存储器包括：沿纵向依次堆叠的P型相变材料层、N型热电材料层和选通层；P型相变材料层、N型热电材料层，及选通层外接电源以组成闭合回路，选通层具有开启状态和关闭状态；选通层开启时，P型相变材料层和N型热电材料层的接触界面为电子制冷模式。本实施例通过将P型相变材料层和N型热电材料层组成回路，回路中产生一个相应的电流，电流流过P型相变材料层和N型热电材料层的接触区域时，接触区域的热量会被吸收，产生制冷现象，从而降低读取时相变存储单元界面处的温度，减少读脉冲对相变存储单元的扰动，降低相变存储单元读取误差值，避免存储信息的丢失。储信息的丢失。储信息的丢失。

【技术实现步骤摘要】
相变存储器及其制作方法


[0001]本专利技术属于集成电路制造
，具体涉及一种相变存储器及其制作方法。

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]相变存储器中最为核心的是以硫系化合物为基础的相变材料层(phase change materials，PCM)。可用于存储数据的相变材料层至少存在两种可明显区分的固体相结构，例如，一个状态非晶状态(无序)可以具有高电阻，而另一状态晶体状态(有序)可以具有低电阻。将相变材料层应用于PCRAM时，主要使用它在无序和有序两种状态时差异明显的电阻值来作为数据存储的“0”和“1”态。从亚稳态的非晶相到稳定状态的结晶相的转变是通过在其结晶温度以上对其加热足够长的时间使其充分结晶而得到的。相反的过程则是，将晶态结构加热至熔化并使其快速冷却，即经历一个快速退火过程凝结而得到非晶态。
[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和稳定性，减少读取干扰，避免存储信息的丢失，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和稳定性，减少读脉冲或浪涌电流对相变存储单元的扰动，避免存储信息的丢失。
[0006]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依次堆叠的P型相变材料层、N型热电材料层和选通层；其中，所述P型相变材料层、所述N型热电材料层，及所述选通层外接电源以组成闭合回路，所述选通层具有开启状态和关闭状态；所述选通层开启时，所述P型相变材料层和所述N型热电材料层的接触界面为电子制冷模式。
[0008]进一步的，所述N型热电材料层包括Bi、Te、Sb、Sn和Se元素中的一种或两种以上的组合。
[0009]进一步的，所述N型热电材料层包括Bi2Te3、Sb2Te3、Bi2Se3和SnSe中的一种或两种以上的组合。
[0010]进一步的，所述N型热电材料层中还掺入有金属原子。
[0011]进一步的，所述P型相变材料层包括硫系化合物半导体材料。
[0012]进一步的，还包括：位于所述P型相变材料层上方的顶电极层、位于所述N型热电材料层和所述选通层之间的中间电极层，以及位于所述选通层下方的底电极层，所述外接电源正端连接所述底电极层，负端连接所述顶电极层。
[0013]进一步的，还包括多条沿第一方向延伸的字线和多条沿第二方向延伸的位线，所述第一方向和所述第二方向正交；所述相变存储单元呈阵列排布，每一所述相变存储单元分别设置在相应的字线和位线的交叉点处。
[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]沿纵向依次堆叠P型相变材料层、N型热电材料层和选通层；
[0016]其中，所述P型相变材料层、所述N型热电材料层，及所述选通层外接电源以组成闭合回路，所述选通层具有开启状态和关闭状态；所述选通层开启时，所述P型相变材料层和所述N型热电材料层的接触界面为电子制冷模式。
[0017]进一步的，所述N型热电材料层包括Bi2Te3、Sb2Te3、Bi2Se3和SnSe中的一种或两种以上的组合。
[0018]进一步的，所述N型热电材料层的制备方法包括：采用机械合金化制备SnSe前驱体粉末，使用放电等离子体烧结技术制备多晶SnSe块体材料，在SnSe中掺杂Bi、Ti、Pb中的一种或两种以上的组合，形成N型SnSe。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]本专利技术提供一种相变存储器及其制作方法，相变存储器包括相变存储单元，相变存储单元包括沿纵向依次堆叠的P型相变材料层、N型热电材料层和选通层；其中，P型相变材料层、N型热电材料层，及选通层外接电源以组成闭合回路，选通层具有开启状态和关闭状态；选通层开启时，P型相变材料层和N型热电材料层的接触界面为电子制冷模式。本实施例通过将P型相变材料层和N型热电材料层组成回路，回路中产生一个相应的电流，电流流过P型相变材料层和N型热电材料层的接触区域时，接触区域的热量会被吸收，产生制冷现象，从而降低读取时相变存储单元界面处的温度，减少读脉冲对相变存储单元的扰动，降低相变存储单元读取误差值，避免存储信息的丢失。
附图说明
[0021]图1为一种相变存储器的结构示意图。
[0022]图2为本专利技术实施例的相变存储器的立体示意图。
[0023]图3为本专利技术实施例的相变存储器沿图2中XOZ面的剖面结构示意图。
[0024]图4为本专利技术实施例的相变存储器制作方法流程示意图。
[0025]其中，附图标记如下：
[0026]01
‑
相变存储单元；PCM
‑
相变材料层；Ea
‑
顶电极；Eb
‑
中间电极；Ec
‑
底电极；OTS
‑
选通层；10
‑
相变存储单元；101
‑
P型相变材料层；102
‑
N型热电材料层；C
‑
冷端区域；WL
‑
字线；TE
‑
顶电极层；OTS
‑
选通层；BE
‑
底电极层；BL
‑
位线。
具体实施方式
[0027]如
技术介绍
所述，相变存储器的可靠性和稳定性有待提高，需减少读取干扰，避免存储信息的丢失。
[0028]具体的，如图1所示，相变存储器的相变存储单元01包括相变材料层PCM、顶电极Ea、中间电极Eb和底电极Ec，以及位于两电极Eb和Ec之间的选通层OTS。中间电极Eb、选通层OTS和底电极Ec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。
[0029]相变存储器是一种利用焦耳热诱导材料相变引起电阻变化的存储器，具体而言，相变存储器是利用相变材料(例如硫族元素化合物，诸如，GST(锗锑碲))在具有不同电阻之间进行的可逆地热辅助切换的非易失性固态存储技术；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依次堆叠的P型相变材料层、N型热电材料层和选通层；其中，所述P型相变材料层、所述N型热电材料层，及所述选通层外接电源以组成闭合回路，所述选通层具有开启状态和关闭状态；所述选通层开启时，所述P型相变材料层和所述N型热电材料层的接触界面为电子制冷模式。2.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述N型热电材料层包括Bi、Te、Sb、Sn和Se元素中的一种或两种以上的组合。3.如权利要求2所述的相变存储器，其特征在于，所述N型热电材料层包括Bi2Te3、Sb2Te3、Bi2Se3和SnSe中的一种或两种以上的组合。4.如权利要求3所述的相变存储器，其特征在于，所述N型热电材料层中还掺入有金属原子。5.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述P型相变材料层包括硫系化合物半导体材料。6.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，还包括：位于所述P型相变材料层上方的顶电极层、位于所述N型热电材料层和所述选通层之间的中间电极层，以及位于所述选通层下方的底电极层，所述外接电源正端连接所述底电极层，负端连接所述顶电...

【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：