[发明专利]一种相变存储器件及其制造方法、操作方法

说明书

本发明公开了一种相变存储器件及其制造方法、操作方法，包括位于衬底上的第一电极、围绕第一电极的加热电极、围绕加热电极的相变层、和围绕相变层的第二电极，由于相变层包裹加热电极，相变时散热小，具有更高的能量转换率，可以减小能耗。而且加热电极接地，在相变层与加热电极发生体积分离时可以导通辅加热路线，进而可以增加操作的可靠性、以及器件性能的稳定性。

技术领域

本发明总体上涉及半导体领域，具体的，涉及一种相变存储器件及其制造方法、操作方法。

背景技术

目前已有的多种半导体存储技术包括常规的易失性技术和非易失性技术，其中，采用常规的易失性技术的存储器如静态随机存储器(SRAM)、动态随机存储器(DRAM)等，采用非易失性技术的存储器如铁电随机存储器(FERAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器(FLASH)等，而相变存储器(PCRAM)作为一种新兴的半导体存储器，与前述的各种半导体存储技术相比，具有非易失性、循环寿命长(＞10¹³次)、组件尺寸小、功耗低、可多级存储、高速读取、抗辐照、耐高低温(-55-125℃)、抗振动、抗电子干扰和制造工艺简单(能和现有的集成电路工艺相匹配)等诸多优点。

根据文献报道，在相变存储器中85％的热量被耗散，只有约15％的热量被用于相变，这是现在相变存储器低功耗、高速的一个制约因素。文献报道不同结构的PCRAM有不同的RESET电流，RESET电流与结构中热量的利用率有关系，热量的利用率高的结构，RESET电流小。从能量平衡的角度，设计与优化新型器件结构是可行的方案之一，能否进一步提高热量用于相变的效率，降低器件功耗，已成为关心的焦点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变存储器件及其制造方法，旨在减小加热电极对相变层加热时的热量散失，提高能量转换效率，从而减小能耗。

一方面，本发明提供一种相变存储器件，包括：

衬底；

位于所述衬底上的第一电极；

位于所述衬底上且围绕所述第一电极的加热电极；

位于所述衬底上且围绕所述加热电极的相变层；

位于所述衬底上且围绕所述相变层的第二电极。

进一步优选的，所述第一电极包括圆柱形。

进一步优选的，所述加热电极包括围绕所述第一电极侧壁的环形结构，所述相变层包括围绕所述加热电极侧壁的环形结构，所述第二电极围绕所述相变层的侧壁。

进一步优选的，所述第一电极为垂直于所述衬底的圆柱形，并具有与存储芯片的位线电连接的顶部。

进一步优选的，所述第一电极为垂直于所述衬底的圆柱形，所述加热电极具有与地线电连接的底部。

进一步优选的，还包括位于所述衬底上的开关组件，所述开关组件控制所述加热电极与所述地线导通或断开。

进一步优选的，所述第二电极被配置成字线。

进一步优选的，还包括位于所述衬底上且围绕所述第二电极，并具有长方形横截面的字线。

另一方面，本发明提供一种相变存储器件的操作方法，所述相变存储器件包括：衬底，位于所述衬底上的第一电极，位于所述衬底上且围绕所述第一电极的加热电极，位于所述衬底上且围绕所述加热电极的相变层，位于所述衬底上且围绕所述相变层的第二电极，位于所述衬底上的开关组件，所述加热电极具有与地线电连接的底部，所述开关组件控制所述加热电极与所述地线导通或断开；所述操作方法包括：

向所述第一电极输入操作电流，以形成从所述第一电极、经由所述加热电极、所述相变层、至所述第二电极的主加热路线；