[發明專利]相變存儲器及其制作方法

在審

• 申請號: 202111328779.6
• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN113871531A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 彭文林;劉峻;楊海波;劉廣宇;付志成
• 申請（專利權）人: 長江先進存儲產業創新中心有限責任公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 田婷

本發明提供一種相變存儲器及其制作方法，相變存儲器包括：沿縱向依次堆疊的P型相變材料層、N型熱電材料層和選通層；P型相變材料層、N型熱電材料層，及選通層外接電源以組成閉合回路，選通層具有開啟狀態和關閉狀態；選通層開啟時，P型相變材料層和N型熱電材料層的接觸界面為電子制冷模式。本實施例通過將P型相變材料層和N型熱電材料層組成回路，回路中產生一個相應的電流，電流流過P型相變材料層和N型熱電材料層的接觸區域時，接觸區域的熱量會被吸收，產生制冷現象，從而降低讀取時相變存儲單元界面處的溫度，減少讀脈沖對相變存儲單元的擾動，降低相變存儲單元讀取誤差值，避免存儲信息的丟失。

技術領域

本發明屬于集成電路制造技術領域，具體涉及一種相變存儲器及其制作方法。

背景技術

相變存儲器(Phase Change RAM，PCRAM)是一種固態半導體非易失性存儲器，其具有高速讀取、高可擦寫次數、非易失性、元件尺寸小、功耗低等優點，且相比于動態隨機存儲器(DRAM)來說，其成本更低，斷電后信息不會丟失，存儲密度更大，功耗也更低，因此被認為是極具發展前景的新型非易失性存儲器。

相變存儲器中最為核心的是以硫系化合物為基礎的相變材料層(phase changematerials，PCM)。可用于存儲數據的相變材料層至少存在兩種可明顯區分的固體相結構，例如，一個狀態非晶狀態(無序)可以具有高電阻，而另一狀態晶體狀態(有序)可以具有低電阻。將相變材料層應用于PCRAM時，主要使用它在無序和有序兩種狀態時差異明顯的電阻值來作為數據存儲的“0”和“1”態。從亞穩態的非晶相到穩定狀態的結晶相的轉變是通過在其結晶溫度以上對其加熱足夠長的時間使其充分結晶而得到的。相反的過程則是，將晶態結構加熱至熔化并使其快速冷卻，即經歷一個快速退火過程凝結而得到非晶態。

隨著人們對更高性能產品的需求，如何進一步提高相變存儲器的可靠性和穩定性，減少讀取干擾，避免存儲信息的丟失，已經成為本領域技術人員亟需解決的技術問題之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種相變存儲器，提高相變存儲器的可靠性和穩定性，減少讀脈沖或浪涌電流對相變存儲單元的擾動，避免存儲信息的丟失。

本發明提供一種相變存儲器，包括：

相變存儲單元，所述相變存儲單元包括沿縱向依次堆疊的P型相變材料層、N型熱電材料層和選通層；其中，所述P型相變材料層、所述N型熱電材料層，及所述選通層外接電源以組成閉合回路，所述選通層具有開啟狀態和關閉狀態；所述選通層開啟時，所述P型相變材料層和所述N型熱電材料層的接觸界面為電子制冷模式。

進一步的，所述N型熱電材料層包括Bi、Te、Sb、Sn和Se元素中的一種或兩種以上的組合。

進一步的，所述N型熱電材料層包括Bi₂Te₃、Sb₂Te₃、Bi₂Se₃和SnSe中的一種或兩種以上的組合。

進一步的，所述N型熱電材料層中還摻入有金屬原子。

進一步的，所述P型相變材料層包括硫系化合物半導體材料。

進一步的，還包括：位于所述P型相變材料層上方的頂電極層、位于所述N型熱電材料層和所述選通層之間的中間電極層，以及位于所述選通層下方的底電極層，所述外接電源正端連接所述底電極層，負端連接所述頂電極層。

進一步的，還包括多條沿第一方向延伸的字線和多條沿第二方向延伸的位線，所述第一方向和所述第二方向正交；所述相變存儲單元呈陣列排布，每一所述相變存儲單元分別設置在相應的字線和位線的交叉點處。

本發明還提供一種相變存儲器的制造方法，包括以下步驟：

沿縱向依次堆疊P型相變材料層、N型熱電材料層和選通層；