[发明专利]三维相变存储器器件及其形成方法

说明书

一种三维(3D)存储器器件，包括：堆叠层结构和多个相变存储器(PCM)串。堆叠层结构包括交错的多个字线层和多个电介质层。PCM串中的每一个在第一方向上延伸穿过堆叠层结构，并且包括：局部位线；选择器层，选择器层外接局部位线；以及多个PCM结构，多个PCM结构在垂直于第一方向的第二方向上分别在选择器层与多个字线层之间。

背景技术

本公开涉及相变存储器(PCM)器件及其制造方法。

通过改进工艺技术、电路设计、编程算法和制造工艺将平面存储器单元缩放到更小的大小。然而，随着存储器单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战并且成本高昂。结果，用于平面存储器单元的存储器密度接近上限。

三维(3D)存储器架构可以解决平面存储器单元中的密度限制。3D存储器架构包括存储器阵列和用于控制去往和来自存储器阵列的信号的外围器件。例如，PCM可以基于电热地加热和淬火相变材料来利用相变材料中的非晶相与晶相的电阻率之间的差异。PCM阵列单元可以在3D中垂直地堆叠，以形成3D PCM。

发明内容

在一个方面中，一种3D存储器器件，包括堆叠层结构和多个PCM串。堆叠层结构包括交错的多个字线层和多个电介质层。PCM串中的每一个在第一方向上延伸穿过堆叠层结构，并且包括：局部位线；选择器层，选择器层外接局部位线；以及多个PCM结构，多个PCM结构在垂直于第一方向的第二方向上分别在选择器层与多个字线层之间。

在另一方面中，一种3D存储器器件，包括：局部位线，局部位线在第一方向上延伸；多条字线，每条字线在垂直于第一方向的第二方向上延伸；以及多个PCM单元，每个PCM单元设置在局部位线与多条字线中的相应的字线的相交处。多个PCM单元中的每一个包括PCM结构以及与PCM结构接触的选择器。

在又一方面中，一种系统，包括被配置为存储数据的3D存储器器件以及耦合到3D存储器器件并且被配置为通过局部位线和多条字线来控制多个PCM单元的操作的存储器控制器。3D存储器器件包括：局部位线，局部位线在第一方向上延伸；多条字线，每条字线在垂直于第一方向的第二方向上延伸；以及多个PCM单元，每个PCM单元设置在局部位线与多条字线中的相应的字线的相交处。多个PCM单元中的每一个包括PCM结构以及与PCM结构接触的选择器。

在再一方面中，公开了一种用于形成3D存储器器件的方法。在衬底上形成堆叠层结构，堆叠层结构包括交错的多个导电层和多个电介质层。形成PCM串，PCM串在第一方向上延伸穿过堆叠层结构，其中，PCM串包括局部位线、选择器层和多个PCM结构，选择器层外接局部位线，多个PCM结构在垂直于第一方向的第二方向上分别在选择器层与多个导电层之间。

附图说明

并入本文并且形成说明书的一部分的附图示出了本公开的方面，并且与描述一起进一步用于解释本公开的原理并且使相关领域的技术人员能够制成和使用本公开。

图1示出了3D交叉点(XPoint)存储器器件的透视图。

图2示出了根据本公开的一些方面的示例性3D PCM器件的截面的平面图。

图3示出了根据本公开的一些方面的示例性3D PCM器件的截面的侧视图。

图4示出了根据本公开的一些方面的另一示例性3D PCM器件的截面的侧视图。

图5示出了根据本公开的一些方面的又一示例性3D PCM器件的截面的侧视图。

图6A-图6C示出了根据本公开的各个方面的各个示例性3D PCM器件的PCM单元阵列布局。

图7A-图7I示出了根据本公开的一些方面的用于形成3D PCM器件的示例性制造工艺。

图8示出了根据本公开的一些方面的用于形成3D PCM器件的示例性方法的流程图。