[发明专利]一种相变存储器单元

说明书

本发明涉及微电子技术领域，具体公开了一种相变存储器单元，通过高电热绝缘的非晶介质材料与八面体构型的晶态介质材料叠层生长形成介质层，其中八面体构型的晶态介质材料与相变材料结构相同，在与相变材料接触的界面为相变材料提供晶核生长中心，诱导相变材料加速结晶，而与高电热绝缘的非晶介质材料叠层生长，则可避免晶态介质材料电阻过低而带来发漏电问题，从而在不失结晶速度的前提下起到更好的绝缘作用，进而更好地防止漏电。

技术领域

本发明属于微电子领域，更具体地，涉及一种相变存储器单元。

背景技术

相变存储器由于器件结构相对简单，且具有高擦写速度、功耗低及抗辐照等优良的存储性能被国际半导体工业协会认为未来最有可能取代目前闪存存储器而成为存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。其基本原理是利用相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻实现信息的写入、擦除和读写操作。

然而随着闪存技术的快速发展，也对相变存储器的速度提出了越来越高的要求，目前针对于提升相变存储器的速度主要一方面对于相变材料进行掺杂，通过掺杂元素提供晶核减少成核的随机性来提升结晶速度；另一方面与相变材料接触的介质材料在接触界面处为相变材料提供晶核中心从而也在一定程度上提升了结晶速度。

后者除了能够提升结晶速度，还具有其它额外优势，例如结构为八面体构型的介质材料与相变材料层的接触界面，对于存储器单元器件是固有存在的，而无需额外引入，对整个半导体工艺的影响降到最低，且这种相变存储器单元设计没有对相变材料进行优化改性，避免由于相变材料优化从而带来其他一系列问题。因此，对该提升结晶速度的方法进行进一步改进，以提高该方法的应用价值，具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种相变存储器单元，其目的在于在提高相变材料结晶速度的同时避免漏电现象。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种相变存储器单元，与硫系相变材料层所接触的所有介质材料层中至少有一侧介质材料层，一方面其介质材料为八面体构型的晶态介质材料，在所述硫系相变材料结晶过程中所述介质材料在两者接触的界面处为所述硫系相变材料的结晶提供晶核生长中心，加速所述相变材料结晶过程；另一方面其上层叠有电热绝缘的非晶态介质材料，用于减少漏电。

进一步，所述非晶态介质材料独立选自：氧化硅、氮化硅中的任意一种或任意组合。

进一步，所述晶态介质材料独立选自：氧化钛、氧化钇、氧化钪、氧化铝中的任意一种或任意组合。

进一步，所述硫系相变材料插塞柱为GeSbTe、GeTe、SbTe、BiTe、单质Sb中的任意一种或任意组合并掺入S、N、O、Cu、Si、Cr、Y、Sc、Ti、Ni中至少一种元素所形成的混合物。

进一步，包括：

一衬底；

一下电极，所述下电极设置在所述衬底上；

一电热叠层介质材料层，包括介质诱导层及电热隔离层，其中介质诱导层为八面体构型的晶态介质材料；电热隔离层为电热绝缘的非晶态介质材料；该电热叠层介质材料层位于所述衬底上，所述电热叠层介质材料层中间有一个或多个小孔，小孔底部为所述下电极；

一硫系相变材料插塞柱，所述硫系相变材料插塞柱位于所述电热叠层介质材料层包裹的所述小孔中，所述硫系相变材料插塞柱底部形成于所述下电极顶部；

一上电极，该上电极位于所述电热叠层绝缘介质材料层上，所述上电极设置在所述硫系相变材料插塞柱的顶部。

进一步，所述电热叠层介质材料层由多层晶态介质材料层和非晶态介质材料层交替层叠构成。

进一步，每层晶态介质材料层和每层非晶态介质材料层的层厚均大于10nm。