[发明专利]一种相变存储器

说明书

本发明提供一种相变存储器，特别指利用具有阈值电压开关特性（OTS）的薄膜作为选通开关的相变存储器件，该具有OTS特性的薄膜作为相变存储器中的选通开关能阻挡对未选中相变存储单元无意操作，起到与其他选通开关相同的作用，例如场效应晶体管和二极管等。利用OTS特性的薄膜作为存储器中的选通开关能有效减少选通开关的制备的工艺步骤，减小选通开关的尺寸。所以利用具有OTS特性的薄膜作为选通开关的相变存储器件在降低成本和提高存储密度方面具有更大的优势。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件领域，涉及一种相变存储器，具体指利用具有阈值电压开关特性（OTS）的薄膜作为选通开关的相变存储器件。

背景技术

存储器是目前半导体市场的重要组成部分，是信息技术的基石，无论在生活中还是在国民经济中发挥着重要的作用。信息量伴随着社会发展急剧增加，高数据存储密度的存储器的研发成为存储器研究者的重要任务。其中，相变存储器单元由于具有高速读取、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的器件和最先成为商用产品的器件。

相变存储器单元的读、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；对于擦操作（RESET），是施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；对于写操作（SET），则是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；对于读操作，则是施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，通过测量器件单元的电阻值来读取它的状态。

大部分存储器单元都是由两部分组成：一部分式存储信息的介质；另一部分是用来决定存储介质是否可操作的选通开关。而选通开关在电路中所占的体积直接影响到存储器的存储密度。相变存储器中的存储介质在尺寸缩小到纳米尺度时仍具有信息存储能力，这意味着相变存储器在高密度信息存储方面的巨大潜力。

为了提高存储器的存储密度，需要设计更小的选通开关来替代现在的传统开关，以便于与相变存储器匹配来实现高密度存储。在现有技术中，在以MOS晶体管为选通开关的电路中，配对MOS选择开关的尺寸都大于8F²（F是某种工艺水平下的特征尺寸），不利于减小芯片体积；另外一种是利用晶态二极管作为选择开关，开关尺寸也仅仅是将芯片减小到接近5F²。因而，前面提到的两种选择开关都需要占用硅片中的较大体积，减小了芯片体积的利用效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相变存储器，用于解决现有技术中选择开关都需要占用硅片中的较大体积而带来的芯片体积的利用效率、存储密度以及存储容量较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种相变存储器至少包括：由多个相变存储单元组成的相变存储阵列，用于存储信息；连接所述相变存储阵列中各该相变存储单元的多条字线及位线，用于定位被操作的相变存储单元；连接于所述相变存储单元中的存储媒介与位线之间的选通开关，所述选通开关为具有阈值电压开关特性的硫系化合物薄膜材料。

在本发明的相变存储器中，所述存储媒介为利用相变材料的多晶态和非晶态体现出的低高电阻来存储信息的相变电阻。