[发明专利]集成有选择元件的相变存储器及其制造方法

说明书

公开了一种相变存储器，为了减轻现有的OTS的问题和缺点，所述相变存储器包括由于消除了对中间电极的需要而具有改善的密度的选择元件，并且公开了一种包括该选择元件的相变存储器元件，该相变存储器元件具有高度密集的三维架构。该相变存储器元件具有包括P型相变材料层和N型金属氧化物层的PN二极管结构。此外，该相变存储器元件包括半导体材料层，该半导体材料层借助于电极界面的肖特基二极管性质而切换到相变材料层。

技术领域

本公开涉及集成有选择元件的相变存储器及其制造方法，更具体地，涉及用于包括集成有选择元件的相变元件的相变存储器的技术。

背景技术

随着IT技术的快速发展，需要适合于无线地处理大量信息的便携式信息通信系统和装置的发展的具有诸如超高速、大容量和高集成度的特性的下一代存储器件。因此，已经实现了具有最高集成度的三维V-NAND存储器。然而，预期串的高度将朝着更高层级增加，并且由于在将三维V-NAND存储器形成为100或更高层级的工艺中存在困难，所以三维V-NAND存储器在实现其超高集成度方面受到限制。

作为替代，已经研究了与普通存储器件相比具有功率的高质量特性以及数据的保留和写入/读取的高质量特性的诸如STT-MRAM、FeRAM、ReRAM和PCRAM的下一代存储器件。

在上述存储器当中的PCRAM(在下文中被称为相变存储器)中，由于相变材料层被供应由于电流或者第一电极与第二电极之间所施加的电压之差而产生的热，所以相变材料层的结晶状态在结晶态与非晶态之间变化。结果，相变材料层在其结晶状态为结晶态时具有低电阻，而在其结晶状态为非晶态时具有高电阻，从而显示出与每种电阻状态相对应的二进制值(例如，当相变材料层在结晶态的结晶状态下具有低电阻时，相变材料层显示出二进制值[0]的设置状态；并且，当相变材料层在非晶态的结晶状态下具有高电阻时，相变材料层显示出二进制值[1]的复位状态)。

因为如上所述的相变存储器可以以低成本制造并且以高速度运行，所以相变存储器已经作为下一代半导体存储器件被积极地研究，并且已经被提供为利用各种三维架构实现的结构，以改善二维相微缩的限制。

然而，在相变存储器中用作选择元件的现有OTS需要被布置成与相变材料层接触的中间电极，因此可能无法实现高微缩集成度，并且由于根据微缩的相变材料之间的热效应而可能具有低的材料可靠性。

因此，需要开发一种选择元件来代替现有的OTS。

发明内容

技术问题

提供一种不需要中间电极而具有提高的集成度的选择元件、一种包括该选择元件的相变存储器件以及一种被实现为使得该相变存储器件具有高度集成的三维架构的相变存储器。

还提供一种集成有选择元件的相变元件、一种包括该选择元件的相变存储器件以及一种被实现为使得该相变存储器件具有高度集成的三维架构的相变存储器，该集成有选择元件的相变元件具有PN二极管结构，该PN二极管结构包括的P型相变材料层和N型金属氧化物层，所述P型相变材料层具有由于供应的热而改变的结晶状态，所述N型金属氧化物层接触所述P型相变材料层，从而通过相变而用作存储单元，并且用作用于将热选择性地切换到相变材料层的选择元件。

还提供一种集成有选择元件的相变元件、一种包括该集成有选择元件的相变元件的相变存储器件以及一种被实现为使得该相变存储器件具有高度集成的三层架构的相变存储器，该集成有选择元件的相变元件包括由在相变材料中包括过渡金属的化合物形成的相变材料层，以具有相变材料层在其结晶状态为结晶态时具有高电阻而在其结晶状态为非晶态时具有低电阻的逆相变特性。

还提供一种相变存储器件以及一种被实现为使得该相变存储器件具有高度集成的三维架构的相变存储器，该相变存储器件包括布置在第一电极或第二电极中的一个电极与相变材料层之间的半导体材料层，并且通过利用与该一个电极的接触界面的肖特基二极管特性而操作为用于相变材料层的选择元件。