[发明专利]三端原子开关器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其是一种适用于无源交叉阵列集成选通管的三端原子开关器件及其制备方法。

背景技术

电阻型存储器，如阻变存储器、相变存储器和磁存储器，由于其在单元面积、三维集成、低功耗、高擦写速度和多值存储等方面的优异特性，受到了国内外的高度关注。

阻变存储器的阵列架构可以分为无源交叉阵列和有源阵列。在无源交叉阵列中，每个存储器单元由相互交叉的字线和位线构成的上下电极所确定，在平面结构中可以实现最小的存储单元面积——4F²，其中F为特征尺寸。无源交叉阵列由于不依赖于半导体工艺的前段工艺，可以进行多层堆叠，实现三维存储结构，每个存储器单元的有效单元面积仅为4F²/N，其中N为堆叠的层数。但无源交叉阵列架构阻变存储器的低阻态呈欧姆导电特性，在读取相邻交叉点的阻值时容易产生串扰效应，以图1所示的2×2交叉阵列为例，如果三个相邻的交叉节点(1，2)、(2，2)和(2，1)处于低阻状态，那么(1，1)点的实际电阻不论处于高阻态还是低阻态，其读出的电阻都为低阻。当存储阵列变大或多层阵列堆叠时，漏电现象将更加严重。

为解决串扰问题引起的误读现象，通常的解决方法为与电阻转变器件串联一个具有非线性电阻，如阈值转变器件，肖特基二极管等两端器件。

目前报道的两端非线性电阻的开关比普遍较低，漏电流较大，且阈值转变器件的转变电压需要与电阻型存储器的操作电压相匹配，增加了两端非线性电阻的设计难度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种适用于电阻型存储器无源交叉阵列集成的选通管的三端原子开关器件及其制备方法，以提高选通器件的开关比，消除无源交叉阵列中的漏电流。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种三端原子开关器件，包括：包含有源端301和漏端302的堆叠结构；刻蚀该堆叠结构而形成的垂直沟槽；在该垂直沟槽内壁及底部形成的M₈XY₆沟道层501；以及在该M₈XY₆沟道层501表面形成的控制端601，且该控制端601充满该垂直沟槽。

上述方案中，所述包含有源端301和漏端302的堆叠结构中，漏端302形成于源端301之上，且源端301与漏端302之间由第二绝缘介质层202进行隔离，漏端302之上还覆盖有第三绝缘介质层203，且源端301通过其下的第一绝缘介质层201与衬底隔离。

上述方案中，所述源端301和漏端302，是采用金属材料W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Pb、Co、Mo、Ir或Ni，以及金属化合物TiN、TaN、IrO₂、CuTe、Cu₃Ge、ITO或IZO中任一种导电材料，或者是采用金属材料W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Pb、Co、Mo、Ir或Ni，以及金属化合物TiN、TaN、IrO₂、CuTe、Cu₃Ge、ITO或IZO中任两种或两种以上导电材料的合金；所述源端301和漏端302采用电子束蒸发、化学气相沉积、脉冲激光沉积、原子层沉积或磁控溅射方法沉积而形成，厚度为1nm～500nm。

上述方案中，所述垂直沟槽依次贯穿漏端302之上覆盖的第三绝缘介质层203、漏端302、源端301与漏端302之间的第二绝缘介质层202，以及源端301，该垂直沟槽的底部形成于该源端301之下的第一绝缘介质层201中。

上述方案中，所述在该垂直沟槽内壁及底部形成的M₈XY₆沟道层501中，M为Cu、Ag、Li、Ni或Zn中的任一种，X为Ge、Si、Sn、C或N中的任一种，Y为Se、S、O或Te中的任一种。

上述方案中，所述M₈XY₆沟道层501还采用掺杂的M₈XY₆材料，掺杂元素为N、P、Zn、Cu、Ag、Li、Ni、Zn、Ge、Si、Sn、C、N、Se、S、O、Te，Br、Cl，F或I中的一种或几种。

上述方案中，所述M₈XY₆沟道层501采用电子束蒸发、化学气相沉积、脉冲激光沉积、原子层沉积或磁控溅射方法沉积而形成，厚度为1nm～500nm。