相变存储器及其制备方法技术

本公开实施例公开了一种相变存储器及其制备方法，所述相变存储器包括：相变存储单元，包括：由下至上依次层叠设置的第一电极层、相变存储层和第二电极层；所述相变存储单元还包括：导电的缓冲层，位于所述第一电极层和所述相变存储层之间，和/或，位于所述相变存储层和所述第二电极层之间，用于缓冲所述相变存储层在晶态和非晶态转变过程中产生的应力。在晶态和非晶态转变过程中产生的应力。在晶态和非晶态转变过程中产生的应力。

【技术实现步骤摘要】
相变存储器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种相变存储器及其制备方法。

技术介绍

[0002]相变存储器(Phase Change Memory，PCM)是一种电阻式非易失向存储器，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，且相变存储器还可通过三维堆叠获得高的存储密度，被认为是极具发展前景的新型非易失性存储器。
[0003]相变存储器是以相变材料(例如硫系化合物)为存储介质，利用相变材料在晶态对应的低阻态和非晶态对应的高阻态分别写入“1”和“0”，从而实现数据存储。然而，相变存储器中还存在一些影响其可靠性的问题，亟待解决。

技术实现思路

[0004]根据本公开的第一个方面，提供了一种相变存储器，包括：
[0005]相变存储单元，包括：由下至上依次层叠设置的第一电极层、相变存储层和第二电极层；
[0006]所述相变存储单元还包括：导电的缓冲层，位于所述第一电极层和所述相变存储层之间，和/或，位于所述相变存储层和所述第二电极层之间，用于缓冲所述相变存储层在晶态和非晶态转变过程中产生的应力。
[0007]在一些实施例中，所述缓冲层包括具有准二维结构的材料。
[0008]在一些实施例中，所述缓冲层的结晶温度小于所述相变存储层的结晶温度。
[0009]在一些实施例中，所述缓冲层的材料包括锑单质、碲单质、铋单质、碲化锑或碲化铋中的至少一种。
[0010]在一些实施例中，所述缓冲层包括：
[0011]第一子缓冲层和第二子缓冲层；其中，所述第二子缓冲层位于所述第一子缓冲层和所述相变存储层之间；
[0012]所述第一子缓冲层的材料包括锑单质、碲单质或铋单质中的至少一种；
[0013]所述第二子缓冲层的材料包括碲化锑和/或碲化铋。
[0014]根据本公开的第二个方面，提供了一种相变存储器的制备方法，包括：
[0015]形成由下至上依次层叠设置的第一电极层、第一个缓冲层、相变存储层和第二电极层；其中，所述第一个缓冲层导电，所述第一个缓冲层用于缓冲所述相变存储层在晶态和非晶态转变过程中产生的应力。
[0016]在一些实施例中，所述制备方法还包括：
[0017]在形成所述相变存储层后，在所述相变存储层上形成导电的第二个缓冲层；其中，所述第二个缓冲层位于所述相变存储层和所述第二电极层之间，用于缓冲所述相变存储层在晶态和非晶态转变过程中产生的应力。
[0018]根据本公开的第三个方面，提供了一种相变存储器的制备方法，包括：
[0019]形成由下至上依次层叠设置的第一电极层、相变存储层、缓冲层和第二电极层；其中，所述缓冲层导电，所述缓冲层用于缓冲所述相变存储层在晶态和非晶态转变过程中产生的应力。
[0020]在一些实施例中，所述缓冲层包括具有准二维结构的材料；和/或，
[0021]所述缓冲层的结晶温度小于所述相变存储层的结晶温度；和/或，
[0022]所述缓冲层的材料包括锑单质、碲单质、铋单质、碲化锑或碲化铋中的至少一种。
[0023]在一些实施例中，所述缓冲层包括：第一子缓冲层和第二子缓冲层；
[0024]形成所述缓冲层的步骤包括：
[0025]形成层叠设置的所述第一子缓冲层和所述第二子缓冲层；其中，所述第一子缓冲层的材料包括锑单质、碲单质或铋单质中的至少一种，所述第二子缓冲层的材料包括碲化锑和/或碲化铋。
[0026]本公开实施例中，在第一电极层和相变存储层之间设置缓冲层，和/或在第二电极层和相变存储层之间设置缓冲层。缓冲层能够降低相变存储层在晶态和非晶态转变过程中产生的应力，缓冲应力对相变存储层的相变过程的影响，降低相变存储层被破坏的概率，降低相变存储层和第一电极层、第二电极层发生剥离的概率，进而提高相变存储器的可靠性和使用寿命。
附图说明
[0027]图1为本公开实施例提供的一种相变存储器的结构示意图；
[0028]图2为图1所示的相变存储器的剖视图；
[0029]图3为本公开实施例提供的又一种相变存储器的结构示意图；
[0030]图4为本公开实施例提供的又一种相变存储器的结构示意图；
[0031]图5为本公开实施例提供的又一种相变存储器的结构示意图；
[0032]图6a为本公开实施例提供的一种第一电极层和缓冲层的结构示意图；
[0033]图6b为本公开实施例提供的又一种第一电极层和缓冲层的结构示意图；
[0034]图7为本公开实施例提供的又一种相变存储器的结构示意图；
[0035]图8为本公开实施例提供的一种相变存储器的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0036]以下结合说明书附图及具体实施例对本公开的技术方案做进一步的详细阐述。
[0037]在本公开的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“深度”、“上”、“下”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
[0038]图1为本公开实施例提供的一种相变存储器的结构示意图，图2为图1所示的相变存储器的局部剖视图。如图1和图2所示，相变存储器包括沿X方向延伸的位线10和沿Y方向延伸的字线70，在Z方向上，位线10和字线70交替层叠。相变存储单元位于位线10和字线70的交叉点处，且每一相变存储单元包括相同的结构。具体地，每一相变存储单元均包括沿Z方向依次层叠设置的底电极20、选通层30、中间电极40、相变存储层50和顶电极60。
[0039]相变存储器的基本原理是：在向相变存储单元施加一个窄而强的电脉冲时，在焦耳热等作用下，初始晶态的相变存储层中有一部分由于温度高于熔融温度而熔融，中断电脉冲后熔融部分快速冷却，停留在原子有序度底的非晶态，从而完成了从低阻到高阻的转换，此即为擦除(Reset)过程。这个过程中熔融部分，被称为编程体积。如果施加较宽且强度中等的电脉冲，使得编程体积内的温度达到结晶温度以上，熔融温度以下，并持续足够的时间使编程体积内的非晶组织结晶，就得到低阻态，此即为写入(Set)过程。
[0040]相变存储层在晶态和非晶态之间的可逆相变过程，除了会发生电阻率变化外，还伴随着密度、杨氏模量、热膨胀系数、热导率等物理性质的变化。这些物理性质的变化使得相变存储层在相变过程中产生热应力、相变应力等应力。这些应力的释放会导致相变存储单元的结构破坏，例如相变存储层和中间电极层剥离，进而导致相变存储单元的耐久性劣化。
[0041]此外，当相变存储单元包括层叠设置的多层纳米尺寸的不同材料，且这些材料的晶格常数、杨氏模量、热膨胀系数等物理性质存在较大的差异时，也会导致相变存储单元中存在不可忽视的应力。这种应力通常可以采用高温退火工艺消除。然而，高温退火工艺并不适用于相变存储器。其原本文档来自技高网...

【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，包括：由下至上依次层叠设置的第一电极层、相变存储层和第二电极层；所述相变存储单元还包括：导电的缓冲层，位于所述第一电极层和所述相变存储层之间，和/或，位于所述相变存储层和所述第二电极层之间，用于缓冲所述相变存储层在晶态和非晶态转变过程中产生的应力。2.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述缓冲层包括具有准二维结构的材料。3.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述缓冲层的结晶温度小于所述相变存储层的结晶温度。4.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述缓冲层的材料包括锑单质、碲单质、铋单质、碲化锑或碲化铋中的至少一种。5.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述缓冲层包括：第一子缓冲层和第二子缓冲层；其中，所述第二子缓冲层位于所述第一子缓冲层和所述相变存储层之间；所述第一子缓冲层的材料包括锑单质、碲单质或铋单质中的至少一种；所述第二子缓冲层的材料包括碲化锑和/或碲化铋。6.一种相变存储器的制备方法，其特征在于，包括：形成由下至上依次层叠设置的第一电极层、第一个缓冲层、相变存储层和第二电极层；其中，所述第一个缓冲层导电，所述第一个缓冲层用于缓冲所述相变存...

【专利技术属性】
技术研发人员：周凌珺，杨红心，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：