[发明专利]一种相变存储器单元及其制备方法

权利要求书

1.一种相变存储器单元，其特征在于，从下到上依次包括：位于衬底上的底电极、相变单元、加热电极和顶电极；其中，

所述相变单元为纵向连接设置于所述底电极上的柱体，其由内而外依次设置有柱形相变材料层、环形散热层和环形选择器件层；所述顶电极与所述加热电极和所述柱形相变材料层依次连接，所述环形选择器件层连接所述底电极，其中，所述相变单元的柱体截面为圆形、椭圆形、矩形菱形或多边形，

所述底电极、所述相变单元及所述加热电极的横截面积依次减小，且所述加热电极的底部形状位于柱形相变材料层顶部表面的范围内。

2.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其特征在于，所述加热电极与柱形相变材料层一个接触面相连，所述环形散热层和所述环形选择器件层依次包覆所述柱形相变材料层的剩余接触面，其中，所述加热电极纵向设于柱形相变材料层的顶部表面上，所述加热电极的顶部连接在所述顶电极的下端。

3.根 据权利要求1所述的相变存储器单元，其特征在于，所述相变材料层108初始状态为晶态；所述相变材料层108的材料包括GeTe-Sb2Te3体系、GeTe-SnTe体系、Sb2Te体系、In3SbTe2体系、Sb掺杂体系、掺杂Sc、Ag、In2 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的GeTe-Sb2Te3体系、掺杂Sc、Ag、In 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的GeTe-SnTe体系、掺杂Sc、Ag、In 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的Sb2Te体系、掺杂Sc、Ag、In 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的In3SbTe2体系、掺杂Sc、Ag、In 、Al、In、C、S、Se、N、Cu、W元素的Sb掺杂体系中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其特征在于，所述加热电极为环形或通孔结构。

5.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其特征在于，所述环形散热层的材料的导热系数大于100W/mK。

6.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其特征在于，所述环形选择器件层形成的选择器件为二维材料晶体管、双向阈值开关和金属氧化物薄膜电阻开关中的一种。

7.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其特征在于，所述环形散热层材料包括石墨烯、含碳化合物，二维材料、含Ti、W，Ta，Cu，WCN，WN，TaN等材料中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的相变存储器单元，其特征在于，所述散热层材料的导热系数大于100W/mK。

9.一种相变存储器单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：提供一衬底，在所述衬底上沉积第一介质层，在所述衬底和第一介质层中形成底电极；

S2：在所述第一介质层上沉积第二介质层，在对应所述底电极位置的所述第二介质层中形成贯通的第一凹槽或通孔结构，第一凹槽或通孔结构的横向尺寸小于等于底电极；

S3：在所述第一凹槽或通孔中依次填充选择器件层，散热层和相变材料层薄膜；

S4：采用化学机械抛光工艺去除第二介质层上表面的所述选择器件层、所述散热层和所述相变材料层，在第二介质层中形成相变单元；

S5：在所述第二介质层上沉积第三介质层，在所述第三介质层中形成连接所述选择器件层的加热电极，所述加热电极横向截面尺寸小于柱形所述相变材料层的横向截面尺寸；

S6：在所述第三介质层上沉积第四介质层，在所述第四介质层中形成连接所述加热电极的顶电极；其中，所述顶电极与所述加热电极和所述柱形相变材料层依次连接，所述选择器件层连接所述底电极，其中，所述相变单元的柱体截面为圆形、椭圆形、矩形菱形或多边形。