[發明專利]一種相變存儲器件及其制造方法、操作方法

有效

• 申請號: 202010797732.3
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111969105B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 潘緒文
• 申請（專利權）人: 長江存儲科技有限責任公司
• 主分類號: H10N70/20
• 分類號: H10N70/20;H10B63/10;G11C13/00
• 代理公司: 深圳紫藤知識產權代理有限公司 44570
• 代理人: 楊艇要

本發明公開了一種相變存儲器件及其制造方法、操作方法，包括位于襯底上的第一電極、圍繞第一電極的加熱電極、圍繞加熱電極的相變層、和圍繞相變層的第二電極，由于相變層包裹加熱電極，相變時散熱小，具有更高的能量轉換率，可以減小能耗。而且加熱電極接地，在相變層與加熱電極發生體積分離時可以導通輔加熱路線，進而可以增加操作的可靠性、以及器件性能的穩定性。

技術領域

本發明總體上涉及半導體領域，具體的，涉及一種相變存儲器件及其制造方法、操作方法。

背景技術

目前已有的多種半導體存儲技術包括常規的易失性技術和非易失性技術，其中，采用常規的易失性技術的存儲器如靜態隨機存儲器(SRAM)、動態隨機存儲器(DRAM)等，采用非易失性技術的存儲器如鐵電隨機存儲器(FERAM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、閃速存儲器(FLASH)等，而相變存儲器(PCRAM)作為一種新興的半導體存儲器，與前述的各種半導體存儲技術相比，具有非易失性、循環壽命長(＞10¹³次)、組件尺寸小、功耗低、可多級存儲、高速讀取、抗輻照、耐高低溫(-55-125℃)、抗振動、抗電子干擾和制造工藝簡單(能和現有的集成電路工藝相匹配)等諸多優點。

根據文獻報道，在相變存儲器中85％的熱量被耗散，只有約15％的熱量被用于相變，這是現在相變存儲器低功耗、高速的一個制約因素。文獻報道不同結構的PCRAM有不同的RESET電流，RESET電流與結構中熱量的利用率有關系，熱量的利用率高的結構，RESET電流小。從能量平衡的角度，設計與優化新型器件結構是可行的方案之一，能否進一步提高熱量用于相變的效率，降低器件功耗，已成為關心的焦點之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種相變存儲器件及其制造方法，旨在減小加熱電極對相變層加熱時的熱量散失，提高能量轉換效率，從而減小能耗。

一方面，本發明提供一種相變存儲器件，包括：

襯底；

位于所述襯底上的第一電極；

位于所述襯底上且圍繞所述第一電極的加熱電極；

位于所述襯底上且圍繞所述加熱電極的相變層；

位于所述襯底上且圍繞所述相變層的第二電極。

進一步優選的，所述第一電極包括圓柱形。

進一步優選的，所述加熱電極包括圍繞所述第一電極側壁的環形結構，所述相變層包括圍繞所述加熱電極側壁的環形結構，所述第二電極圍繞所述相變層的側壁。

進一步優選的，所述第一電極為垂直于所述襯底的圓柱形，并具有與存儲芯片的位線電連接的頂部。

進一步優選的，所述第一電極為垂直于所述襯底的圓柱形，所述加熱電極具有與地線電連接的底部。

進一步優選的，還包括位于所述襯底上的開關組件，所述開關組件控制所述加熱電極與所述地線導通或斷開。

進一步優選的，所述第二電極被配置成字線。

進一步優選的，還包括位于所述襯底上且圍繞所述第二電極，并具有長方形橫截面的字線。

另一方面，本發明提供一種相變存儲器件的操作方法，所述相變存儲器件包括：襯底，位于所述襯底上的第一電極，位于所述襯底上且圍繞所述第一電極的加熱電極，位于所述襯底上且圍繞所述加熱電極的相變層，位于所述襯底上且圍繞所述相變層的第二電極，位于所述襯底上的開關組件，所述加熱電極具有與地線電連接的底部，所述開關組件控制所述加熱電極與所述地線導通或斷開；所述操作方法包括：

向所述第一電極輸入操作電流，以形成從所述第一電極、經由所述加熱電極、所述相變層、至所述第二電極的主加熱路線；