[发明专利]一种相变存储单元及其制作方法

说明书

本发明涉及一种相变存储单元及其制作方法，相变存储单元包括：衬底；至少一个下电极，所述下电极设置于衬底中，所述下电极的上接触面暴露于衬底外且与衬底上表面持平；相变材料层，所述相变材料层水平部分与下电极连接，所述相变材料层为L形；填充材料，所述填充材料设置于相变材料层竖直部分上方，并与相变材料层一同构成相变存储结构；上电极，所述上电极设置于相变材料层的上方。本发明能够有效缩小相变存储单元的的相变区域。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种相变存储单元及其制作方法。

背景技术

相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett.,21,14501453,1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.,18,254257,1971)提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料11、绝热材料和引出电极材的研究热点也就围绕其器件工艺展开：器件的物理机制研究，包括如何减小器件料等。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使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，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。

相变存储器由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。

相变存储器的读、写、擦操作就是在器件单元上施加不同宽度和高度的电压或电流脉冲信号：擦操作(RESET)，当加一个短且强的脉冲信号使器件单元中的相变材料温度升高到熔化温度以上后，再经过快速冷却从而实现相变材料多晶态到非晶态的转换，即“1”态到“0”态的转换；写操作(SET)，当施加一个长且中等强度的脉冲信号使相变材料温度升到熔化温度之下、结晶温度之上后，并保持一段时间促使晶核生长，从而实现非晶态到多晶态的转换，即“0”态到“1”态的转换；读操作，当加一个对相变材料的状态不会产生影响的很弱的脉冲信号后，通过测量器件单元的电阻值来读取它的状态。

存储器的研究一直朝着高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向发展。目前世界上从事相变存储器研发工作的机构大多数是半导体行业的大公司，他们关注的焦点之一是如何减小相变存储器的加热电极尺寸，目前比较普遍采用的是三星公司的侧壁接触型加热电极(Proc.Symp.Very Large Scale Integr.(VLSI)Technol.,2003:175-176)、环形加热电极(Jpn.J.Appl.Phys.,2006,45(4B):3233-3237)与刀片状加热电极(IEEE ConferenceProceedings ofInternational Electron Devices Meeting,2011,3.1.1-3.1.4)和意法半导体公司的μ型加热电极(Proc.Symp.Very Large Scale Integr.(VLSI)Technol.,2004,3.1:18-19)，但上述结构的缺点是主要靠减小电极尺寸实现低功耗，而相变材料的尺寸都比较大，加上选通管对相变存储器的密度有重大影响，OTS(Ovonic ThresholdSwitching，奥里弗阈值转换开关)作为一种新型选通器件能极大的提升存储器的密度，提出一种新的纳米器件单元结构以解决上述技术问题实属必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种相变存储单元及其制作方法，能够有效缩小相变存储单元的的相变区域。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种相变存储单元，包括：

衬底；

至少一个下电极，所述下电极设置于衬底中，所述下电极的上接触面暴露于衬底外且与衬底上表面持平；

相变材料层，所述相变材料层水平部分与下电极连接，所述相变材料层为L形；