[发明专利]相变随机存取存储器及制造方法、编程方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及相变随机存取存储器及制造方法、编程方法。

背景技术

对相变随机存取存储器(PRAM，Phase change RAM)而言，可以通过对其中记录有数据的电阻层进行加电来改变存储器的值。构成电阻层的相变材料会由于所施加电流的加热效果而进入结晶状态或非晶状态。当电阻层处于结晶状态时，PRAM的电阻较低，此时存储器赋值为“0”。当电阻层处于非晶状态时，PRAM的电阻较高，此时存储器赋值为“1”。因此，PRAM是利用电阻层处于结晶状态或非晶状态时的电阻差异来写入/读取数据的非易失性存储器。

现有技术的一种相变随机存取存储器，例如US7292469中公开的相变随机存取存储器，其结构参照图1所示，包括：半导体衬底100；用于定义有源区的隔离层102；位于半导体衬底100中有源区的源极108s、漏极108d；半导体衬底100上横跨源极108s、漏极108d的栅绝缘层104及其上的栅电极106；覆盖所述半导体衬底100的绝缘层112；绝缘层112中通过插塞108与源极108s相连的源极线110；位于绝缘层112上的数据存储器122，其通过绝缘层112中的插塞114与漏极108d相连，所述数据存储器122包括下电极116、下电极116上的电阻层118、电阻层118上的上电极120；覆盖所述数据存储器122的绝缘层124；位于绝缘层124上的位线128，其通过绝缘层124中的位线插塞126与数据存储器122相连。

现有技术的另一种相变随机存取存储器，例如US2008/0116438A1中公开的相变随机存取存储器，其结构参照图2所示，包括：衬底201；衬底201中的源极202、漏极203；衬底201上横跨源极202、漏极203的栅绝缘层204及其上的栅电极205；覆盖所述衬底201的绝缘层206；位于绝缘层206上的数据存储器，其通过绝缘层206中的插塞207与漏极203相连，所述数据存储器包括下电极21、下电极21上的固溶体(solid solution)层24、固溶体层24上的电阻层22、电阻层22上的上电极层23。

目前，相变随机存取存储器仍属于较为新兴的技术产品，针对其的研发工作正在不断完善中。

发明内容

本发明要解决的问题是使得相变随机存取存储器具有更优化的器件性能。

为此，本发明提供一种相变随机存取存储器，包括开关器件及连接所述开关器件的数据存储器，所述数据存储器包括下电极、下电极上的电阻层、电阻层上的上电极，其中，所述电阻层的材料至少包括第一相变金属的氧化物和第二相变金属的氧化物，所述第二相变金属的电负性数值小于所述第一相变金属，所述上电极和下电极采用电负性数值小于所述第一相变金属的金属，或者采用贵金属。

相应地，本发明还提供一种相变随机存取存储器的制造方法，包括：形成开关器件，以及形成连接所述开关器件的数据存储器，所述数据存储器包括下电极、下电极上的电阻层、电阻层上的上电极，其中，形成所述电阻层的材料至少包括第一相变金属的氧化物和第二相变金属的氧化物，所述第二相变金属的电负性数值小于所述第一相变金属，所述上电极和下电极采用电负性数值小于所述第一相变金属的金属，或者采用贵金属。

相应地，本发明还提供一种上述相变随机存取存储器的编程方法，包括：在正偏置环境下对所述相变随机存取存储器施加电流进行置位；以及在负偏置环境下对所述相变随机存取存储器施加电流进行复位。

与现有技术相比，上述相变随机存取存储器及制造方法、编程方法具有以下优点：通过上述相变随机存取存储器的制造方法获得的相变随机存取存储器，其形成电阻层的至少包括两种不同的相变金属的氧化物。在正偏置环境下，当对其施加电流时，其中具有较高阻值的一种相变金属的氧化物会转变为具有较低阻值的另一种价态的同种相变金属的氧化物，从而实现置位。而当负偏置环境下，对其施加电流时，其中具有较低阻值的一种相变金属的氧化物会转变为具有较高阻值的另一种价态的同种相变金属的氧化物，从而实现复位。

附图说明

图1是现有技术的一种相变随机存取存储器的示意图；

图2现有技术的另一种相变随机存取存储器的示意图；

图3a至图3e是本发明相变随机存取存储器的各个实施例示意图；

图4a是本发明相变随机存取存储器的制造方法的一种实施例流程图；

图4b至图4d是图4a中步骤s6的各个实施例方法流程图；

图5a是对本发明相变随机存取存储器的一种实施例进行置位的实施例示意图；