[发明专利]一种相变存储器单元及其制备方法

说明书

本发明公开了一种相变存储器单元，自下而上包括：底电极，加热电极，相变单元和顶电极，相变单元为纵向设置的柱体结构，其由内而外包括：柱形选择器件层，环形阻挡层和环形相变材料层；其中，底电极和加热电极为多个，且一一对应，底电极、加热电极与相变材料层依次连接，选择器件层连接顶电极。本发明通过将相变单元与多个加热电极组合在一起，形成多个相变电阻共用一个选择器件的结构，并且不同的相变电阻通过各自的加热电极可以连接位于不同金属互连层的底电极，因此不会增加芯片水平方面的面积，从而实现高密度存储，且相变材料和加热电极厚度很薄，能有效降低器件功耗。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺技术领域，特别是涉及一种高密度相变存储器单元结构及其制备方法。

背景技术

随着大数据、物联网、云计算和人工智能等一系列的新型信息技术的出现，对存储器提出了高读写速度、低功耗、高存储密度、长使用寿命和高可靠性等要求。目前，以相变存储器为代表的新型存储技术正在逐渐替代传统的DRAM和Flash，且在人工智能和存算一体芯片领域的应用前景广阔。

现有的相变存储器单元(以英特尔3DX-point技术为例)，自下而上由底电极01、选择器件层02、阻挡层03、相变材料层04和顶电极05组成，如图1所示。其相变单元由一个选择器件和一个相变电阻构成(1S1R)。

图1所示的3D X-point技术采用2层相变单元的垂直堆叠技术形成高密度存储，但由于第一层的相变单元中的相变材料层04对温度非常敏感，因此在制备第二层相变单元时，工艺的热预算非常受限(小于350℃)，这对于选择器件层02和相变材料层04的材料筛选和制备工艺都提出了很高的要求，会影响器件的性能和良率。

因此，需要一种新型的高密度相变存储器单元结构，来解决上述这些工艺不足所带来的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种相变存储器单元及其制备方法，以提高相变存储器单元的存储密度，改善器件性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种相变存储器单元，自下而上包括：底电极，加热电极，相变单元和顶电极，所述相变单元为纵向设置的柱体结构，其由内而外包括：柱形选择器件层，环形阻挡层和环形相变材料层；其中，所述底电极和所述加热电极为多个，且一一对应，所述底电极、所述加热电极与所述相变材料层依次连接，所述选择器件层连接所述顶电极。

进一步地，所述底电极为通孔。

进一步地，所述加热电极为纵向设于所述底电极上的扇形体结构、立方体结构或通孔，并对应连接在所述相变材料层的环形下端；或者，所述加热电极为设于所述底电极上的L形结构，所述L形结构的水平底边连接在所述底电极的表面上，所述L形结构的竖直侧壁上端对应连接在所述相变材料层的环形下端。

进一步地，所述底电极连接一衬底，所述衬底上设有一至多层介质层，所述相变存储器单元嵌设于所述介质层中。

进一步地，所述衬底含有多层金属互连层，各所述底电极中的至少一个连接至与其他所述底电极不同层的所述金属互连层。

一种相变存储器单元的制备方法，包括以下步骤：

S01：提供一衬底，在所述衬底上沉积第一介质层，在所述衬底和第一介质层中形成多个底电极；

S02：在所述第一介质层上沉积第二介质层，在对应所述底电极位置的所述第二介质层中形成贯通的第一凹槽或通孔结构；其中，所述第一凹槽为一个，所述通孔为多个，且与所述底电极一一对应；

S03：在所述第一凹槽的内壁表面上或所述通孔中形成加热电极，使所述加热电极与所述底电极相连，并一一对应；