[发明专利]集成多种电阻转换存储模块的芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属半导体存储器件技术领域，特别是涉及一种集成多种电阻转换存储模块的存储芯片及其制造方法。

背景技术

电阻转换存储器是目前炙手可热的新型存储手段，它将有望取代目前主流的闪存等存储器，从而成为下一代最有竞争力的半导体存储器。电阻转换存储器的原理是采用电脉冲使器件中的电阻转换存储材料的电阻率发生明显的变化，通过形成的电阻转换存储材料的高、低电阻的差异进行逻辑数据的存储。目前的电阻转换存储器主要包括相变存储器和电阻随机存储器两种，但是，无论是上述的哪一种存储器，器件的性能都主要取决于器件内存储材料的性能；另外，器件的结构也是决定器件性能的重要因素。换句话说，基于不同存储材料的电阻转换存储器的性能差异巨大，可以作为不同领域的存储器应用。

在电阻转换存储器的研发中，发现了很多种性能各异的存储材料，采用这些性能各异的存储材料获得的器件性能也自然大相径庭，比如在相变存储器领域中，Ge₂Sb₂Te₅是一种性能优越的相变材料，它具有较好的综合性能，各方面的性能比较均衡，可以作为大容量的数据存储的潜在应用(例如硬盘、大容量USB)；而SbTe材料则具有较快的相变速率，是一种高速的相变材料，可以作为一种高速存储器的应用(例如内存)；SiSbTe和SiSb则在数据保持能力方面优越于Ge₂Sb₂Te₅材料，可以应用在消费电子或者汽车电子中(数据保持能力要求较高，约为125度)。

从另外一方面，在半导体存储器的应用中，不同的应用领域需要不同的存储器产品，例如在个人计算机中，至少存在以下几种存储器件：硬盘(高容量、低速)，内存(中容量、中速)，缓存(低容量、高速)，闪存(中容量、中低速)等。上述的这些产品多数基于不同的原理，性能差异极大，因此能够满足不同的需求。为了满足不同侧重点的应用，在未来的电阻转换存储器应用中，上述不同的应用领域可采用性能不同的存储材料来实现。而如果采用一种集成多种电阻转换存储模块的芯片，便有望将各系统中的存储器种类精简到一种。

电阻转换存储器被认为是下一代通用的存储器，它有望在各个存储领域取代上述的一些存储器，如此日后的个人计算机或者便携式的设备中有望采用一块存储芯片，却能够满足所有的存储需求。为了实现这个目的，在电阻转换存储器本身所具备的优越性能的基础上，还要对其进行进一步地改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在同一块存储芯片上就能够满足设备对不同性能存储器件的需求的集成多种电阻转换存储模块的存储芯片及其制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种集成多种电阻转换存储模块的存储芯片，包括电阻转换存储模块和单一的存储芯片，在所述的单一的存储芯片内集成有至少2种具备不同的编程功耗、编程速率、疲劳特性和数据保持能力的电阻转换存储模块，所述不同的电阻转换存储模块具有不同性能的存储材料，或不同的器件结构(不同的电极材料、形状或尺寸，不同的器件保温结构，不同的加热及保温层，不同的存储单元形状和尺寸等)；不同的电阻转换存储模块在存储芯片中共享驱动电路及外围电路，各个存储模块是一体制造，或者是通过集成分立存储模块得到。

所述的电阻转换存储模块利用器件电阻的高、低进行数据的存储，作为相变存储器模块，或电阻随机存储器模块；电阻转换存储模块中数据的存储为双级存储，或为2级以上存储。

一种集成多种电阻转换存储模块的存储芯片的一体制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在存储材料薄膜沉积过程中，在制备有外围电路和底电极的基底上先沉积第一存储材料；

(2)第一存储材料沉积完毕或者加工完毕，通过介质材料的沉积保护第一存储材料；

(3)在没有被介质材料保护的区域沉积第二存储材料，而第一材料沉积区域由于介质材料的隔离作用并不受影响；

(4)第二存储材料沉积完毕或者加工完毕，通过介质材料的沉积保护第二存储材料；

(5)在没有介质材料保护的区域沉积第三存储材料，而第一和第二材料沉积区域由于介质材料的保护作用并不受影响；

(6)重复上述介质材料沉积和存储材料的沉积、以及材料加工过程，直至在同一存储芯片上制备了足够多的存储材料；

(7)通过半导体加工，制造出存储单元，获得电阻转换存储芯片，在单一的存储芯片上就获得了多个不同类型的电阻转换存储模块。