[發(fā)明專利]一種相變存儲(chǔ)單元

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011528520.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN112635666B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李震;唐韜;繆向水;萬祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H10N70/20
• 分類號(hào): H10N70/20;H10B63/10
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開了一種相變存儲(chǔ)單元，包括至上而下依次放置的上電極、OTS層、金屬隔離層、絕緣層、相變層和下電極；其中，金屬隔離層的下表面凹凸不平，金屬隔離層的凸起部分與相變層的上表面接觸，金屬隔離層的凹陷部分被絕緣層填充；金屬隔離層用于隔離OTS層和相變層，防止OTS層和相變層的材料發(fā)生擴(kuò)散；絕緣層用于減小金屬隔離層和相變層的接觸面積，以減緩相變層熱量的擴(kuò)散。本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)減小了需要高溫完成非晶化過程的相變層與導(dǎo)熱率良好的金屬隔離層的接觸面積，大大提高了相變存儲(chǔ)單元的電熱效率；且本發(fā)明中金屬隔離層的凸起部分分散在金屬隔離層的下表面，使相變存儲(chǔ)單元中的電流分布更加分散，增大了相變區(qū)域，提高了非晶化率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納半導(dǎo)體存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種相變存儲(chǔ)單元。

背景技術(shù)

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，對(duì)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)能力提出了越來越高的要求，相變存儲(chǔ)器因?yàn)槠鋬?yōu)良的擦寫速度以及更高的可靠性，成為了最具應(yīng)用潛力的下一代存儲(chǔ)器。同時(shí)，隨著對(duì)于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量需求的提升，以及因?yàn)榱孔有?yīng)的出現(xiàn)，摩爾定律的失效，存儲(chǔ)單元單位面積難以進(jìn)一步減小，三維交叉堆疊結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)器的應(yīng)用被認(rèn)為是提高存儲(chǔ)器件存儲(chǔ)密度的有效途徑。

三維交叉堆疊結(jié)構(gòu)的使用，有助于提高相變存儲(chǔ)器在單位面積的存儲(chǔ)單元數(shù)量。傳統(tǒng)的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單的T型相變單元結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生交叉串?dāng)_問題，即漏電流問題，會(huì)造成相變存儲(chǔ)器在讀取存儲(chǔ)信息時(shí)，高電阻狀態(tài)讀取為低電阻狀態(tài)。

為了解決漏電流的問題，現(xiàn)有的相變存儲(chǔ)單元，加入了具有高電壓導(dǎo)通，低電壓關(guān)斷功能的選通管層。并且為了避免由于選通管材料與相變層材料性質(zhì)相近而使得接觸面容易發(fā)生擴(kuò)散的問題，該相變存儲(chǔ)單元進(jìn)而在二者中間加入一個(gè)金屬層，以此來阻止材料之間的相互擴(kuò)散，提高器件可靠性。但是由于相變存儲(chǔ)器的相變過程需要產(chǎn)生大量的熱，在商用過程中對(duì)電熱效率要求較高，而該相變單元結(jié)構(gòu)本身并沒有針對(duì)電熱效率問題進(jìn)行優(yōu)化，電熱效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種相變存儲(chǔ)單元，其目的在于由此解決現(xiàn)有技術(shù)電熱效率較低的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種相變存儲(chǔ)單元，包括至上而下依次放置的上電極、OTS層、金屬隔離層、絕緣層、相變層和下電極；

其中，金屬隔離層的下表面凹凸不平，金屬隔離層的凸起部分與相變層的上表面接觸，金屬隔離層的凹陷部分被絕緣層填充；

金屬隔離層用于隔離OTS層和相變層，防止OTS層和相變層的材料發(fā)生擴(kuò)散；

絕緣層用于減小金屬隔離層和相變層的接觸面積，以減緩相變層熱量的擴(kuò)散。

進(jìn)一步優(yōu)選地，凸起部分分散在金屬隔離層的下表面，使相變存儲(chǔ)單元中的電流分布更加分散。

進(jìn)一步優(yōu)選地，凸起部分的最小寬度為6nm；凸起部分的寬度越小，相變存儲(chǔ)單元的電熱效率越高。

進(jìn)一步優(yōu)選地，凸起部分的寬度為6nm。

進(jìn)一步優(yōu)選地，金屬隔離層的材料為Ti、Au、Pt或W。

進(jìn)一步優(yōu)選地，絕緣層的材料為SiO₂。

進(jìn)一步優(yōu)選地，上述相變存儲(chǔ)單元適用于三維交叉堆疊結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)器。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：