[发明专利]多层级相变存储器单元及其制造方法

说明书

本发明公开了一种相变存储器单元，该相变存储器单元包括：第一电极；第二电极，该第二电极位于该第一电极上方；竖直柱结构，该竖直柱结构位于该第一电极和该第二电极之间，该柱结构包含第一相变存储器(PCM)材料部分、第二PCM材料部分和位于该第一PCM材料部分与该第二PCM材料部分之间的中间电极；以及电阻衬垫，该电阻衬垫包含第一区段和第二区段，该第一区段并联地电连接到该第一电极与该中间电极之间的该第一PCM材料部分，该第二区段并联地电连接到该中间电极与该第二电极之间的该第二PCM材料部分。该第一PCM材料部分具有与该第二PCM材料部分不同的电阻，并且该电阻衬垫的该第一区段具有与该电阻衬垫的该第二区段不同的电阻。

相关申请

本申请要求提交于2019年6月26日的美国非临时专利申请号16/453,372的优先权的权益，该美国非临时专利申请的全部内容据此以引用的方式并入以用于所有目的。

技术领域

本公开整体涉及半导体设备领域，并且具体地讲，涉及包括多层级相变存储器单元的存储器设备及其形成方法。

背景技术

相变存储器(PCM)设备(也称为相变随机存取存储器“PCRAM”或“PRAM”)是一种将信息存储为材料的电阻状态的非易失性存储器设备，该材料可处于与该材料的不同相位相对应的不同电阻状态。不同相位可包括具有高电阻率的无定形状态和具有低电阻率(即，比处于无定形状态时更低的电阻率)的结晶状态。

发明内容

根据本公开的实施方案，提供了包括至少一个相变存储器单元的存储器设备。相变存储器单元包括：第一电极，该第一电极位于衬底上方；第二电极，该第二电极位于第一电极上方；柱结构，该柱结构位于第一电极和第二电极之间并且沿着垂直于衬底的竖直方向延伸，该柱结构包含第一相变存储器(PCM)材料部分、第二PCM材料部分和位于第一PCM材料部分与第二PCM材料部分之间的中间电极；以及电阻衬垫，该电阻衬垫包含第一区段和第二区段，该第一区段并联地电连接到第一电极与中间电极之间的第一PCM材料部分，该第二区段并联地电连接到中间电极与第二电极之间的第二PCM材料部分。第一PCM材料部分具有与第二PCM材料部分不同的电阻，并且电阻衬垫的第一区段具有与电阻衬垫的第二区段不同的电阻。

根据本公开的另一个实施方案，形成存储器设备的方法包括：形成第一电极；在第一电极上形成柱结构，其中柱结构包括沿着竖直方向布置的第一相变存储器(PCM)材料部分、中间电极、第二PCM材料部分；形成位于柱结构的至少一个侧壁上的电阻衬垫；以及在柱结构上形成第二电极。第一PCM材料部分具有与第二PCM材料部分不同的电阻，并且电阻衬垫的第一区段具有与电阻衬垫的第二区段不同的电阻。

附图说明

图1是根据本公开的实施方案的本公开的示例性相变存储器单元的竖直剖面图和并置在示例性相变存储器单元上的示意性电路图。

图2A是根据本公开的实施方案的表示图1的示例性相变存储器单元的编程状态与其中的相变存储器材料部分的电阻状态之间的相关性的表格。

图2B是根据本公开的实施方案的表示各种部件的目标电阻值和图1的示例性相变存储器单元的总电阻的表格。

图3A是根据本公开的实施方案的表示在n＝1,000并且y＝10时随比例因子x变化的多层级相变存储器单元的电阻状态的曲线图。

图3B是根据本公开的实施方案的表示在x＝2并且n＝1,000时随线性因子y变化的ΔR’的曲线图。

图3C是根据本公开的实施方案的表示在x＝2并且y＝10时随电阻率因子n变化的ΔR’的曲线图。

图4A是根据本公开的实施方案的用于形成相变存储器单元的二维阵列的第一示例性结构的竖直剖面图。

图4B是图4A的第一示例性结构的透视图。线A–A’是包括图4A的视图的竖直剖面平面的线。