[发明专利]高集成度相变存储器阵列结构

说明书

本发明属于存储设备技术领域，具体涉及一种高集成度相变存储器阵列结构，包括单元；单元包括芯骨，芯骨的相对两面或周向四面向外依次设置有相变材料层、沟道层、多晶硅层、门电极；数个单元通过三维堆叠成n×n×n的阵列结构，高度方向上相互堆叠的n个单元构成一条存储器链；还包括选通电路，位于存储器链底端单元与选通电路连接；选通电路包括芯骨，芯骨的相对两面或周向壁面外依次设置有沟道层、多晶硅层、门电极；选通电路的芯骨、沟道层、多晶硅层均为存储器链底端的单元沿其高度方向向下延伸而成；选通电路的门电极与其对应单元的门电极结构相同。本发明能够实现高集成度，同时不会有明显热串扰，保证存储器件可靠性。

技术领域

本发明属于存储设备技术领域，具体涉及一种高集成度相变存储器阵列结构。

背景技术

随着当下互联网、物联网行业的飞速发展，计算机需要存储和处理的信息量日益增大，人们对于高性能、大容量存储设备的需求日益增大。当下的主流存储设备基本分为两类：易失性存储器和非易失性存储器，二者以掉电后信息能否保存加以区分。本文中所涉及的相变存储器(Phase Change Memory，PCM)即一种新兴的非易失性存储器，其存储的数据在掉电后不会消失。此外，相变存储器还具有高集成度、低静态功耗、可字节寻址等优点，因此在实际应用中备受关注，被认为是最有可能替代DRAM的存储介质之一。

多年来，研究人员提出了多种不同的PCM结构，如蘑菇形结构和垂直电极结构等，其中最广为接受的莫过于蘑菇形单元。最基本的PCM单元是由上、下电极以及电极之间的GST薄层和加热细丝构成，GST材料和加热细丝构成了单元的主体部分。蘑菇结构的最大特点是它的结构简单，加热器与相变材料直接接触，这样有助于最大程度的减少热损失。但其不足就是每个单元中只有一个相变材料区域，而且尺寸较大，因此如果想存储较多数据就需要规模庞大的阵列，阵列的尺寸也会非常大，限制了其集成度的发展。而且在阵列工作时，其热串扰问题也比较严重，造成存储器可靠性的下降。根据3D XPoint架构，可以得到典型的PCM阵列的堆叠结构分为共字线、共比特线两种，如果是垂直电极，则还有交叉电极阵列结构。

想使PCM单元发生相变，则需要较大的输入电流，通过自热效应来完成有源区升温。在写入的过程中，GST区域温度将会达到熔点，而在集成密度日益增高的存储器阵列中，一个区域的温度升高将会由于热扩散造成其周围温度也升高，如果情况严重，则可能导致相邻单元发生相变，引起信息错误，使存储器器件本身及相邻器件的性能及可靠性下降。

综上，本发明提出一种高集成度相变存储器阵列结构，并通过一个基于时域有限元方法和区域分解方法的自主开发的电热耦合仿真器来研究相变过程中PCM单元及阵列的电学特性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种高集成度相变存储器阵列结构。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

高集成度相变存储器阵列结构，包括单元；单元包括芯骨，芯骨的相对两面或周向四面外均依次设置有相变材料层、沟道层、多晶硅层、门电极；数个单元通过三维堆叠成n×n×n的阵列结构，高度方向上相互堆叠的n个单元构成一条存储器链；还包括选通电路，位于存储器链底端的单元与选通电路连接；选通电路包括芯骨，芯骨外依次设置有沟道层、多晶硅层、门电极；选通电路的芯骨、沟道层、多晶硅层均为存储器链底端的单元沿其高度方向向下延伸而成；选通电路的门电极与其对应单元的门电极结构相同。还包括二极管选通器、位线、电极与字线；选通电路的底端与二极管选通器连接，二极管选通器与字线连接；位于存储器链顶端单元的沟道层与电极连接，电极与位线连接。

进一步地，选通电路的芯骨厚度为其对应单元的芯骨厚度与相变材料层厚度之和。

进一步地，相变材料层、沟道层、多晶硅层的高度均与芯骨高度相等，门电极位于多晶硅层高度的中间位置。

进一步地，芯骨周向四面的门电极包围成周状。