[发明专利]一种低操作功耗的相变存储单元及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低操作功耗的相变存储单元及其制备方法，属于微纳米电子技术领域。低操作功耗的相变存储单元包括衬底以及依次设置在衬底上的底电极、第一绝缘层、相变材料层、第二绝缘层和顶电极，第一绝缘层中设置有相变材料插塞柱，围绕相变材料插塞柱的周围设有第一应力材料层，第一应力材料层的材料为热应力材料，第二绝缘层中设置有顶电极插塞柱，相变材料插塞柱与顶电极插塞柱在衬底上的投影不重合。在相变材料插塞柱周围设置第一应力材料层，当相变材料插塞柱受热时，第一应力材料层会为相变材料插塞柱提供平行于衬底方向的压应力，进而降低相变材料的活化能，起到降低相变存储单元操作功耗的作用。

技术领域

本发明涉及微纳米电子技术领域，特别涉及一种低操作功耗的相变存储单元及其制备方法。

背景技术

随着科技发展导致的数据量呈指数式增长，海量的数据需要速度更快、容量更大的存储器来处理和存放，而且发展更高密度，更高速度的存储器是科技发展的迫切需要；传统的非易失固态存储虽然通过一些工艺结构上的改进可以在容量上可以做到满足基本要求，但是其读写速度相对较慢，使得其与速度很快但容量较小的内存之间存在一个较大的空白，这个空白需要容量较大和速度较快的新型存储来填补。而最新的研究表明，三维堆叠的相变存储交叉阵列是最有希望的候选者，相比其他新型存储技术，其较好的CMOS工艺兼容性、耐用性、稳定性等优异性能使得其备受关注。

相变存储器的存储原理是利用电脉冲产生的焦耳热使得相变存储材料单元在阻态较低的晶态和阻态较高的非晶态之间切换。这两个过程的能耗相对其他类型的存储较高，因此，传统相变存储器中存在较大的热量耗散。目前减小相变存储器件功耗的方案主要围绕在相变材料上，比如相变材料掺杂改性等。

发明内容

为了降低操作功耗，减少热量耗散，本发明实施例提供了一种低操作功耗的相变存储单元及其制备方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种低操作功耗的相变存储单元，所述相变存储单元包括：

衬底以及依次设置在所述衬底上的底电极、第一绝缘层、相变材料层、第二绝缘层和顶电极，

所述第一绝缘层中设置有相变材料插塞柱，所述相变材料插塞柱的一端与所述相变材料层连接，所述相变材料插塞柱的另一端与所述底电极连接，围绕所述相变材料插塞柱的周围设有第一应力材料层，所述第一应力材料层的材料为热应力材料，所述热应力材料的热膨胀系数大于所述相变材料的热膨胀系数；

所述第二绝缘层中设置有顶电极插塞柱，所述顶电极插塞柱的一端与所述相变材料层连接，所述顶电极插塞柱的另一端与所述顶电极连接，所述相变材料插塞柱与所述顶电极插塞柱在所述衬底上的投影不重合。

可选地，围绕所述顶电极插塞柱的周围设有第二应力材料层，所述第二应力材料层的材料为热应力材料。

可选地，所述相变材料插塞柱在所述衬底上的投影位于所述第二应力材料层在所述衬底上的投影内。

可选地，所述相变存储单元还包括：

位于所述第一绝缘层和所述相变材料层之间的下应力材料层和位于所述第二绝缘层和所述相变材料层之间的上应力材料层，所述上应力材料层和下应力材料层的材料均为热应力材料。

可选地，所述热应力材料的膨胀系数至少为所述相变材料热膨胀系数的1.5倍。

可选地，所述热应力材料为苯并环丁烯。

另一方面，本发明实施例还提供了一种低操作功耗的相变存储单元的制备方法，包括：

在衬底上形成底电极；