CN117835701A - 一种相变存储器、其制作方法及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种相变存储器、其制作方法及电子设备。相变存储器可以包括：多个存储结构。存储结构可以包括：层叠设置的第一电极和第二电极，以及位于第一电极与第二电极之间的相变层。相变层可以包括：至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，相变薄膜和连接薄膜交替层叠设置，该相变存储器的结构可以使相变材料均匀分布于相变层中，提升相变存储器的电学性能和可靠性，使相变存储器具有操作速度快、低延迟、低功耗、高可靠性等特点。在制作工艺过程中，可以依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，经退火处理反应后可以形成相变层，制作工艺的可控性较高，提高了相变存储器的电学特性以及产品重复性和可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及存储技术领域，尤其涉及一种相变存储器、其制作方法及电子设备。
背景技术
动态随机存储器(dynamic random access memory，DRAM)由晶体管和电容构成(1T1C，T表示晶体管，C表示电容)，是一种易失性存储器，具有操作速度较快(ns级别)、能够无限擦除等优势。然而，DRAM存储器需要不断通电刷新维持存储信息，数据保持力指标(retention)在ms级别，造成DRAM存储器的功耗较高，并且，DRAM存储器的制造工艺较为复杂，尤其面向先进节点下的可微缩性较差，不利于提升存储密度。因此，为了解决这些问题，需要找到一种非易失性存储器，来替代DRAM存储器。
相变存储器(Phase Change Memory，PCM)是一种新型非易失性存储器，具有结构简单、操作简便、无需通电可长久保存数据、能耗较低、操作速度较快、可堆叠实现高存储密度等优点，替代DRAM存储器的可行性较高。然而，由于相变存储器中相变材料的制备工艺可控性较差，从而导致相变存储器的电学性能和重复性较差，且可靠性较低。
发明内容
本申请实施例提供一种相变存储器、其制作方法及电子设备，用以解决相变存储器的电学性能和重复性较差，且可靠性较低的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种相变存储器，本申请实施例提供的相变存储器可以包括：多个存储结构。存储结构可以包括：层叠设置的第一电极和第二电极，以及位于第一电极与第二电极之间的相变层。相变层可以包括：至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，相变薄膜和连接薄膜交替层叠设置，相变薄膜包括相变材料。
本申请实施例提供的相变存储器中，相变层包括至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，且相变薄膜和连接薄膜交替层叠设置，可以使相变材料均匀分布于相变层中，从而提升相变存储器的电学性能和可靠性，使相变存储器具有操作速度快、低延迟、低功耗、高可靠性等特点。并且，在制作工艺过程中，可以依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，经退火处理反应后可以形成相变层，制作工艺的可控性较高，提高了相变存储器的电学特性以及产品重复性和可靠性，使相变存储器能够达到替代DRAM存储器的需求。在本申请的一些实施例中，相变存储器也可以替代eflash基的NAND存储器、存储类内存(storage class memory，SCM)等多种类型的存储器。
向存储结构写入第一数值时，例如第一数值可以为“1”，可以向第一电极和第二电极施加宽脉冲低幅值的电流脉冲，使得相变层中的相变材料达到结晶温度，使相变材料从非晶态转化为晶态，电阻由高阻值转变为低阻值，从而完成第一数值的写入操作。向存储结构写入第二数值时，例如第二数值可以为“0”，可以向第一电极和第二电极施加窄脉冲高幅值的电流脉冲，使相变层中的相变材料快速升温，达到熔化温度，经快速冷却后，使相变材料从晶态转变为非晶态，电阻由低阻值转变为高阻值，从而完成第二数值的写入操作。读取存储结构中存储的数值时，可以向第一电极和第二电极施加一个低幅值的电流脉冲，以读取存储结构存储的数值。
向存储结构写入第一数值的过程中，相变材料从非晶态转化为晶态至少需要经历两步，首先，从非晶态转化为面心立方(FCC)晶态结构，实现电阻初步降低，然后，从面心立方结构转变为密排六方(HCP)结构，进一步降低电阻，从而完成第一数值的写入操作。从非晶态转化为面心立方晶态结构，非晶态中随机分布的四元环起到了晶种的作用，该四元环的数量和寿命决定了相变材料相转变的操作速度。
本申请实施例中，上述相变材料可以包括但不限于：钪(Sc)锑(Sb)碲(Te)材料、钛(Ti)锑(Sb)碲(Te)材料、钽(Ta)锑(Sb)碲(Te)材料、钇(Y)锑(Sb)碲(Te)材料中的至少之一。由于相变材料中具有钪、钛、钽或钇元素，使得四元环在晶种中所占比例较高，且由于Sc-Te、Ti-Te、Ta-Te或Y-Te的键能较高，使得Sc-Sb-Te、Ti-Sb-Te、Ta-Sb-Te或Y-Sb-Te四元环的寿命较高，一般可达到50ps以上，从而使相变材料具有稳定性较高且数量较多的四元环，来完成从非晶态转变为面心立方结构的操作过程，从而提升相变材料的操作速度，例如，该操作速度可达亚纳秒(<1ns)，从而满足替代DRAM存储器的操作速度需求。
由于本申请实施例中，相变材料可以均匀分布于相变层中，因而，该相变材料中的钪、钛、钽或钇元素的含量较高，可以提升相变材料的非晶态电阻，例如，相变材料的非晶态电阻在室温下可达2E8Ω/square，有利于降低第二数值写入过程中的操作电流，降低相变存储器的操作能耗。此外，本申请实施例中相变材料的结晶温度较高，一般高于200℃，使相变材料的非晶态可以承受加工过程中的热负载(thermal budget)。并且，本申请实施例中相变材料的活化能较高，一般高于2.5eV，较高的结晶温度和较高的活化能有利于相变材料非晶体的稳定性，可提升器件使用寿命，有利于多值存储。
在具体实施时，为了选择相变存储器中的存储结构，相变存储器还可以包括：与上述多个存储结构一一对应的多个开关器件，开关器件与对应的存储结构连接，通过控制开关器件导通或截止，可以实现对开关器件连接的存储结构的读写操作。在具体实施时，上述开关器件可以为晶体管、选通管、二极管或三极管等。
在具体实施时，相变层中的相变薄膜的层数可以比连接薄膜的层数多一层，即相变层可以包括至少两层相变薄膜，相变层中的每一个连接薄膜可以位于相邻的两个相变薄膜之间。这样，第一电极可以与一层相变薄膜直接接触，第二电极可以与一层相变薄膜直接接触，使第一电极和第二电极更容易向相变层中的相变材料施加相应的脉冲，并且，可以使相变层中的相变薄膜的层数较多，使相变层中分布的相变材料较多，从而，进一步提高存储结构的操作速度。
示例性地，本申请实施例中，相变层的厚度可以在30nm～100nm之间，例如相变层的厚度可以为50nm左右。相变层中的相变薄膜的厚度可以大于连接薄膜的厚度，从而使相变层中的相变材料较多，从而提升相变存储器的电学性能。
在一种可能的实现方式中，第一电极可以包括但不限于金属氮化物薄膜和碳电极，金属氮化物薄膜的厚度可以设置为90nm左右，碳电极的厚度可以设置为10nm左右。金属氮化物可以为氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)等。碳电极可以为未掺杂碳电极或掺杂碳电极，例如，可以为硅掺杂碳电极(C：Si)。或者，第一电极也可以为铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、铱(Ir)等金属电极或以上电极的组合。类似地，第二电极可以包括但不限于金属氮化物薄膜和碳电极，金属氮化物薄膜的厚度可以设置为90nm左右，碳电极的厚度可以设置为10nm左右。金属氮化物可以为氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)等。碳电极可以为未掺杂碳电极或掺杂碳电极，例如，可以为硅掺杂碳电极(C：Si)。或者，第二电极也可以为铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、铱(Ir)等金属电极或以上电极的组合。在具体实施时，第一电极和第二电极也可以包括其他导电材料，此处不做限定。
在本申请实施例中，存储结构中的相变层可以包括：至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，且相变薄膜和连接薄膜交替层叠设置。在制作工艺过程中，可以依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，并经退火处理反应形成相变层。在制作工艺过程中，采用的第二薄膜的材料不同，或者，第一薄膜与第二薄膜的膜厚比例不同，得到的相变层的具体结构可能不同，使存储结构至少具有以下几种实现方式。
实现方式一：
连接薄膜可以包括：金属碲化物材料，例如，该金属碲化物可以为碲化钪(Sc2Te3)、碲化钛(Ti2Te3)、碲化钽(Ta2Te3)或碲化钇(Y2Te3)等，连接薄膜中的金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)与相邻的相变薄膜中的相变材料(例如SST材料)构成异质结。以金属碲化物为碲化钪(Sc2Te3)，相变薄膜的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sc2Te3/SST/Sc2Te3/SST……/第二电极。由于金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)的内聚能较大，结构稳定，而且金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)与碲化锑(Sb2Te3)材料和相变材料(例如SST材料)具有非常良好的晶格匹配度，晶化的金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)可以充当异质结中相变材料(例如SST材料)的晶种模板，从而提升存储结构的操作速度、一致性和可靠性，降低能耗。
实现方式二：
连接薄膜可以包括：金属材料，例如该金属材料可以为钪(Sc)、钛(Ti)、钽(Ta)或钇(Y)等，连接薄膜与相邻的相变薄膜电连接，使相变层为多个相变薄膜的串联结构，以该金属材料为钪(Sc)为例，相变薄膜的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sc/SST/Sc/SST……/第二电极。其中，每一层相变薄膜的膜厚可缩小至nm级别，缩小相变层中的相变区域，可进一步提升相变存储器的操作一致性和可靠性。
实现方式三：
连接薄膜可以包括：碲化锑(Sb2Te3)材料。以相变薄膜的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sb2Te3/SST/Sb2Te3/SST……/第二电极。该结构可以使相变层中的相变材料分布较均匀，相变材料的四元环组分中Sc所占比例较高，有利于降低相变存储器的操作延时和操作功耗。
第二方面，本申请实施例还提供了一种上述相变存储器的制作方法，该制作方法可以包括：
在衬底之上形成第一电极。
在第一电极所在膜层之上依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，并进行退火处理，以使至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜经反应形成相变层；其中，相变层包括：至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，相变薄膜和连接薄膜交替层叠设置，相变薄膜包括相变材料。形成的相变层的厚度可以在30nm～100nm之间，例如相变层的厚度可以为50nm左右。在具体实施时，可以根据实际需要，来设置第一薄膜和第二薄膜的沉积次数，以及第一薄膜和第二薄膜的厚度。
在相变层之上形成第二电极。
本申请实施例提供的上述相变存储器的制作方法中，可以依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，形成的第一薄膜和第二薄膜交替层叠设置，经退火处理反应后可以形成相变层，形成的相变层包括至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，且相变薄膜和连接薄膜交替层叠设置，使相变材料均匀分布于相变层中，提升相变存储器的电学性能和可靠性，使相变存储器具有操作速度快、低延迟、低功耗、高可靠性等特点。并且，制作工艺的可控性较高，提高了相变存储器的电学特性以及产品重复性和可靠性，使相变存储器能够达到替代DRAM存储器的需求。
在形成第一电极之前，上述制作方法还可以包括：形成开关器件的各膜层。该开关器件可以为晶体管、选通管、二极管或三极管等各种类型的开关器件。
在一种可能的实现方式中，上述在第一电极所在膜层之上依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，可以包括：
在第一电极所在膜层之上形成的第一层和最后一层均为第一薄膜。
这样，形成的相变层中，相变薄膜的层数可以比连接薄膜的层数多一层，相变层中的每一个连接薄膜可以位于相邻的两个相变薄膜之间。使第一电极可以与一层相变薄膜直接接触，第二电极可以与一层相变薄膜直接接触，使第一电极和第二电极更容易向相变层中的相变材料施加相应的脉冲，并且，可以使相变层中的相变薄膜的层数较多，使相变层中分布的相变材料较多，从而，进一步提高存储结构的操作速度。
在本申请实施例中，制作相变存储器的过程包括前道工艺、中道工艺和后道工艺，形成相变层的步骤为后道(Back End of Line，BEOL)工艺，这样，本申请实施例中对相变层的制作工艺进行改进，不会影响前道工艺和中道工艺，并且，形成相变层的步骤在前道工艺流程中的第一步的薄膜沉积中，不会引起后续刻蚀和保形问题，工艺简单，不影响相变存储器的微缩性，可实现高密度存储。
在实际应用中，第一薄膜可以包括：碲化锑材料，第二薄膜可以包括：金属碲化物材料或金属材料，上述各第二薄膜的总厚度可以为各第一薄膜和各第二薄膜的总厚度的1％～30％，通过调整第一薄膜和第二薄膜的厚度，可以使各第二薄膜中的元素(例如Sc或Sc2Te3)的原子个数占相变层中各元素的总原子个数比例在2％～15％的范围内，优选为4％～8％。
在本申请实施例中，采用的第二薄膜的材料不同，或者，第一薄膜与第二薄膜的膜厚比例不同，得到的相变层的具体结构可能不同，使存储结构可以具有多种实现方式。
在一种可能的实现方式中，上述第一薄膜可以包括：碲化锑(Sb2Te3)材料，上述第二薄膜可以包括：金属碲化物材料，例如，该金属碲化物可以为碲化钪(Sc2Te3)、碲化钛(Ti2Te3)、碲化钽(Ta2Te3)或碲化钇(Y2Te3)等。
上述在第一电极所在膜层之上依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，并进行退火处理，可以包括：
第二薄膜与第一薄膜的膜厚比例大于设定值时，即第二薄膜与第一薄膜的膜厚比例较高时，由于第二薄膜的厚度较大，在退火加热过程中，第二薄膜中的一部分金属碲化物材料与第一薄膜中的碲化锑材料进行固相反应得到组分均匀的相变材料，形成相变薄膜，剩余的部分金属碲化物材料在加热过程中晶化，形成连接薄膜，连接薄膜中的金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)与相邻的相变薄膜中的相变材料(例如SST材料)构成异质结。以金属碲化物为碲化钪(Sc2Te3)，相变薄膜的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，得到的存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sc2Te3/SST/Sc2Te3/SST……/第二电极。由于金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)的内聚能较大，结构稳定，而且金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)与碲化锑(Sb2Te3)材料和相变材料(例如SST材料)具有非常良好的晶格匹配度，晶化的金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)可以充当异质结中相变材料(例如SST材料)的晶种模板，从而提升存储结构的操作速度、一致性和可靠性，降低能耗。
第二薄膜与第一薄膜的膜厚比例小于设定值时，即第二薄膜与第一薄膜的膜厚比例较低时，由于第二薄膜的厚度较薄，退火加热过程中，第一薄膜中的碲化锑材料与第二薄膜中的金属碲化物材料充分固化反应，得到组分均匀的相变材料，形成相变薄膜。反应后第一薄膜中剩余部分碲化锑材料，剩余的碲化锑材料形成连接薄膜，以得到上述实现方式三所述的结构。以相变薄膜的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sb2Te3/SST/Sb2Te3/SST……/第二电极。经过进一步调控第一薄膜的膜厚，使退火处理后第一薄膜中的碲化锑材料无剩余，可以得到第一电极/组分均匀的SST/第二电极的结构，该结构可以使相变层中的相变材料分布较均匀，相变材料的四元环组分中Sc元素所占比例较高，能够有效提升相变存储器的操作一致性、可靠性，有利于降低相变存储器的操作延时和操作功耗。
在另一种可能的实现方式中，第一薄膜可以包括：碲化锑(Sb2Te3)材料，第二薄膜可以包括：金属材料，例如该金属材料可以为钪(Sc)、钛(Ti)、钽(Ta)或钇(Y)等。经退火处理后，第一薄膜中的碲化锑材料与第二薄膜中的金属材料反应后得到相变材料，形成相变薄膜。
上述在第一电极所在膜层之上依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，并进行退火处理，可以包括：
第二薄膜与第一薄膜的膜厚比例大于设定值时，即第二薄膜与第一薄膜的膜厚比例较高时，在退火加热过程中，第一薄膜中的碲化锑材料与第二薄膜中的金属材料进行固相反应形成相变材料，以形成相变薄膜，由于金属材料的化学活性较高，金属材料容易与碲化锑材料反应生成相变材料。且由于第一薄膜的厚度较薄，第一薄膜中的碲化锑材料与第二薄膜中的金属材料的固相反应充分，可以制作得到组分均匀的相变薄膜。由于第二薄膜的厚度相对较厚，固相反应后第二薄膜中剩余部分金属材料，剩余的金属材料可以形成连接薄膜，连接薄膜与相邻的相变薄膜电连接，即剩余的金属材料可以作为电极层，以形成微器件串联结构，使形成的相变层为多个相变薄膜的串联结构，以该金属材料为钪(Sc)为例，相变薄膜的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sc/SST/Sc/SST……/第二电极。其中，每一层相变薄膜的膜厚可缩小至nm级别，缩小相变层中的相变区域，可进一步提升相变存储器的操作一致性和可靠性。
第二薄膜与第一薄膜的膜厚比例小于设定值时，即第二薄膜与第一薄膜的膜厚比例较低时，在退火加热过程中，第一薄膜中的碲化锑材料与第二薄膜中的金属材料进行固相反应形成相变材料，以形成相变薄膜。由于金属材料的化学活性较高，金属材料容易与碲化锑材料反应生成相变材料。且由于第一薄膜的厚度较薄，第一薄膜中的碲化锑材料与第二薄膜中的金属材料的固相反应充分，可以制作得到组分均匀的相变薄膜。由于第二薄膜的厚度相对较薄，第二薄膜中的金属材料可以与第一薄膜中的碲化锑材料固相完全反应。反应后第一薄膜中剩余部分碲化锑材料，剩余的碲化锑材料形成连接薄膜。以相变薄膜的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sb2Te3/SST/Sb2Te3/SST……/第二电极。经过进一步调控第一薄膜的膜厚，可以得到第一电极/组分均匀的SST/第二电极的结构，该结构可以使相变层中的相变材料分布较均匀，相变材料的四元环组分中Sc元素所占比例较高，能够有效提升相变存储器的操作一致性、可靠性，有利于降低相变存储器的操作延时和操作功耗。
以上对相变层的制作过程进行了详细描述，在具体实施时，可以根据实际需要，来调节第一薄膜和第二薄膜的层数、厚度，以得到相变材料组分均匀的相变层。
第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括：上述任一相变存储器，以及壳体；相变存储器位于壳体内部。由于上述相变存储器具有操作速度快、低延迟、低功耗、高可靠性等特点。并且，上述相变存储器的制作工艺的可控性较高，提高了相变存储器的电学特性以及产品重复性和可靠性，使相变存储器能够达到替代DRAM存储器的需求。因而，包括上述相变存储器的电子设备的运行速度较快，性能较好。
附图说明
图1为本申请实施例提供的相变存储器的结构示意图；
图2为本申请实施例中存储结构的操作脉冲示意图；
图3为本申请实施例提供的相变存储器的另一结构示意图；
图4为本申请实施例提供的相变存储器的另一结构示意图；
图5为本申请实施例提供的相变存储器的制作方法的流程图；
图6为本申请实施例中存储结构的制作过程示意图；
图7为本申请实施例中存储结构的另一制作过程示意图；
图8为本申请实施例中相变存储器的制作流程示意图。
附图标记：
100-存储结构；11-第一电极；12-第二电极；13-相变层；131-相变薄膜；132-连接薄膜；200-开关器件；21-第一连接端；22-第二连接端；400-衬底；401-第一薄膜；402-第二薄膜；G-控制端；S-第一端；D-第二端；WL-字线；BL-位线；SL-源线。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
应注意的是，本申请的附图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本申请中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本申请保护范围内。本申请的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
在相关技术中，相变存储器是一种新型非易失性存储器，具有结构简单、操作简便、无需通电可长久保存数据、能耗较低、操作速度较快、可堆叠实现高存储密度等优点，替代DRAM存储器的可行性较高。
其中，钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料是一种新型的相变材料，SST相变材料的操作速度较高可达亚纳秒(<1ns)，该操作速度远低于锗锑碲(Ge-Sb-Te，GST)相变材料的操作速度(一般在100ns左右)，可以满足替代DRAM存储器的操作速度需求。并且，相比于GST相变材料，SST相变材料还具有低功耗、低延迟、高稳定性等优点，使具有SST相变材料的相变存储器替代DRAM存储器的可行性较高。
然而，由于SST相变材料的制备工艺可控性较差，导致相变存储器的操作一致性较差，不利于量产和商业化。具体地，在相变材料的制作过程中，SST薄膜一般采用低成本的物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)溅射的方式，具体可分为合金靶和共溅射两种方式。其中，采用合金靶方式制作得到的SST薄膜中的Sc含量几乎为0。采用共溅射方式制作SST薄膜的过程中，通过调节共溅射的溅射方式和溅射功率，可以精确控制SST薄膜中Sc的含量，但是通过透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)切片和能量色散X射线光谱仪(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，EDX)元素分析得到，所溅射的Sc主要集中在溅射薄膜的上下表面，薄膜母体中Sc含量非常低(占总体Sc含量10％以下)，此外，Sc元素是一种化学活性较高的元素，集中在溅射薄膜上下表面的Sc元素易造成氧化问题，导致溅射所得薄膜的实际组成成分为ScOx/Sc及含量极低的SST/ScOx。因此，由于SST相变材料的制备工艺可控性差，使SST薄膜中Sc含量较少或分布不均，导致了相变存储器的电学性能和重复性差、可靠性较低，无法达到替代DRAM存储器的需求。
基于此，本申请实施例提供了一种相变存储器、其制作方法及电子设备，该相变存储器可以替代DRAM存储器，在一些情况下，该相变存储器也可以替代嵌入式闪存(EmbeddedFlash，eflash)，例如，该相变存储器可以替代eflash基的NAND存储器，或者，该相变存储器也可以替代存储类内存(storage class memory，SCM)或硬盘等多种类型的存储器。该相变存储器可以应用于各种电子设备中，例如，可以应用于智能手机、智能电视、笔记本电脑、服务器等电子设备中，当然，本申请实施例中的相变存储器也可以应用于其他具有存储需求的电子设备中，此处不做限定。
图1为本申请实施例提供的相变存储器的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供的相变存储器可以包括：多个存储结构100。存储结构100可以包括：层叠设置的第一电极11和第二电极12，以及位于第一电极11与第二电极12之间的相变层13。相变层13可以包括：至少一层相变薄膜131和至少一层连接薄膜132，相变薄膜131和连接薄膜132交替层叠设置，相变薄膜131包括相变材料。
本申请实施例提供的相变存储器中，相变层包括至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，且相变薄膜和连接薄膜交替层叠设置，可以使相变材料均匀分布于相变层中，从而提升相变存储器的电学性能和可靠性，使相变存储器具有操作速度快、低延迟、低功耗、高可靠性等特点。并且，在制作工艺过程中，可以依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，经退火处理反应后可以形成相变层，制作工艺的可控性较高，提高了相变存储器的电学特性以及产品重复性和可靠性，使相变存储器能够达到替代DRAM存储器的需求。在本申请的一些实施例中，相变存储器也可以替代eflash基的NAND存储器、存储类内存(storage class memory，SCM)等多种类型的存储器。
图2为本申请实施例中存储结构的操作脉冲示意图，结合图1和图2，向存储结构100写入第一数值时，例如第一数值可以为“1”，可以向第一电极11和第二电极12施加宽脉冲低幅值的电流脉冲(例如图2中的置位脉冲)，使得相变层13中的相变材料达到结晶温度，使相变材料从非晶态转化为晶态，电阻由高阻值转变为低阻值，从而完成第一数值的写入操作。向存储结构100写入第二数值时，例如第二数值可以为“0”，可以向第一电极11和第二电极12施加窄脉冲高幅值的电流脉冲(例如图2中的复位脉冲)，使相变层13中的相变材料快速升温，达到熔化温度，经快速冷却后，使相变材料从晶态转变为非晶态，电阻由低阻值转变为高阻值，从而完成第二数值的写入操作。读取存储结构100中存储的数值时，可以向第一电极11和第二电极12施加一个低幅值的电流脉冲(例如图2中的读脉冲)，以读取存储结构100存储的数值。
向存储结构100写入第一数值的过程中，相变材料从非晶态转化为晶态至少需要经历两步，首先，从非晶态转化为面心立方(FCC)晶态结构，实现电阻初步降低，然后，从面心立方结构转变为密排六方(HCP)结构，进一步降低电阻，从而完成第一数值的写入操作。从非晶态转化为面心立方晶态结构，非晶态中随机分布的四元环起到了晶种的作用，该四元环的数量和寿命决定了相变材料相转变的操作速度。
本申请实施例中，上述相变材料可以包括但不限于：钪(Sc)锑(Sb)碲(Te)材料、钛(Ti)锑(Sb)碲(Te)材料、钽(Ta)锑(Sb)碲(Te)材料、钇(Y)锑(Sb)碲(Te)材料中的至少之一。由于相变材料中具有钪、钛、钽或钇元素，使得四元环在晶种中所占比例较高，且由于Sc-Te、Ti-Te、Ta-Te或Y-Te的键能较高，使得Sc-Sb-Te、Ti-Sb-Te、Ta-Sb-Te或Y-Sb-Te四元环的寿命较高，一般可达到50ps以上，从而使相变材料具有稳定性较高且数量较多的四元环，来完成从非晶态转变为面心立方结构的操作过程，从而提升相变材料的操作速度，例如，该操作速度可达亚纳秒(<1ns)，从而满足替代DRAM存储器的操作速度需求。
由于本申请实施例中，相变材料可以均匀分布于相变层中，因而，该相变材料中的钪、钛、钽或钇元素的含量较高，可以提升相变材料的非晶态电阻，例如，相变材料的非晶态电阻在室温下可达2E8Ω/square，有利于降低第二数值写入过程中的操作电流，降低相变存储器的操作能耗。此外，本申请实施例中相变材料的结晶温度较高，一般高于200℃，使相变材料的非晶态可以承受加工过程中的热负载(thermal budget)。并且，本申请实施例中相变材料的活化能较高，一般高于2.5eV，较高的结晶温度和较高的活化能有利于相变材料非晶体的稳定性，可提升器件使用寿命，有利于多值存储。
如图1所示，在具体实施时，为了选择相变存储器中的存储结构100，相变存储器还可以包括：与上述多个存储结构100一一对应的多个开关器件200，开关器件200与对应的存储结构100连接，通过控制开关器件200导通或截止，可以实现对开关器件200连接的存储结构100的读写操作。
图3为本申请实施例提供的相变存储器的另一结构示意图，如图3所示，在一种可能的实现方式中，开关器件200可以包括：控制端G、第一端S和第二端D。第一端S可以为源极，第二端D可以为漏极；或者，第一端S可以为漏极，第二端D可以为源极。举例来说，开关器件200可以为晶体管(transistor)，例如可以为场效应晶体管。相变存储器还可以包括：多条字线WL、多条位线BL和多条源线SL。开关器件200的控制端G与字线WL连接，第一端S与源线SL连接，第二端D与存储结构100的第一电极11连接，存储结构100的第二电极12与位线BL连接。可以通过字线WL向开关器件200的控制端G施加电压，以控制开关器件200的第一端S与第二端D之间导通或截止，通过位线BL和源线SL可以向存储结构100的第一电极11与第二电极12之间施加电压，从而向相变层13施加相应的脉冲，实现对存储结构100的读写操作。
图4为本申请实施例提供的相变存储器的另一结构示意图，如图4所示，在另一种可能的实现方式中，开关器件200可以包括：第一连接端21和第二连接端22，举例来说，开关器件200可以为选通管(selector)，例如可以为双向阈值开关(ovonic thresholdswitching，OTS)选通管。相变存储器还可以包括：多条字线WL和多条位线BL，开关器件200的第一连接端21与字线WL连接，第二连接端22与存储结构100的第一电极11连接，存储结构100的第二电极12与位线BL连接。开关器件200用于选取存储结构100，并且可以防止未被选中的存储结构100的串扰。可以通过字线WL和位线BL向存储结构100的第一电极11与第二电极12之间施加电压，当开关器件200导通时，可以将相应的脉冲施加到相变层13，实现对存储结构100的读写操作。
在具体实施时，除晶体管或选通管外，上述开关器件200还可以为二极管或三极管等其他类型的开关器件，例如，该三极管可以为双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)。
在具体实施时，如图1所示，相变层13中的相变薄膜131的层数可以比连接薄膜132的层数多一层，即相变层13可以包括至少两层相变薄膜131，相变层13中的每一个连接薄膜132可以位于相邻的两个相变薄膜131之间。这样，第一电极11可以与一层相变薄膜131直接接触，第二电极12可以与一层相变薄膜131直接接触，使第一电极11和第二电极12更容易向相变层13中的相变材料施加相应的脉冲，并且，可以使相变层13中的相变薄膜131的层数较多，使相变层13中分布的相变材料较多，从而，进一步提高存储结构100的操作速度。
示例性地，本申请实施例中，相变层13的厚度可以在30nm～100nm之间，例如相变层13的厚度可以为50nm左右。相变层13中的相变薄膜131的厚度可以大于连接薄膜132的厚度，从而使相变层13中的相变材料较多，从而提升相变存储器的电学性能。
继续参照图1，第一电极11可以包括但不限于金属氮化物薄膜和碳电极，金属氮化物薄膜的厚度可以设置为90nm左右，碳电极的厚度可以设置为10nm左右。金属氮化物可以为氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)等。碳电极可以为未掺杂碳电极或掺杂碳电极，例如，可以为硅掺杂碳电极(C：Si)。或者，第一电极11也可以为铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、铱(Ir)等金属电极或以上电极的组合。类似地，第二电极12可以包括但不限于金属氮化物薄膜和碳电极，金属氮化物薄膜的厚度可以设置为90nm左右，碳电极的厚度可以设置为10nm左右。金属氮化物可以为氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)等。碳电极可以为未掺杂碳电极或掺杂碳电极，例如，可以为硅掺杂碳电极(C：Si)。或者，第二电极12也可以为铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、铱(Ir)等金属电极或以上电极的组合。在具体实施时，第一电极11和第二电极12也可以包括其他导电材料，此处不做限定。
在本申请实施例中，如图1所示，存储结构100中的相变层13可以包括：至少一层相变薄膜131和至少一层连接薄膜132，且相变薄膜131和连接薄膜132交替层叠设置。在制作工艺过程中，可以依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，并经退火处理反应形成相变层13。在制作工艺过程中，采用的第二薄膜的材料不同，或者，第一薄膜与第二薄膜的膜厚比例不同，得到的相变层13的具体结构可能不同，使存储结构100可以具有多种实现方式，以下结合附图进行详细说明。
实现方式一：
参照图1，连接薄膜132可以包括：金属碲化物材料，例如，该金属碲化物可以为碲化钪(Sc2Te3)、碲化钛(Ti2Te3)、碲化钽(Ta2Te3)或碲化钇(Y2Te3)等，连接薄膜中的金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)与相邻的相变薄膜中的相变材料(例如SST材料)构成异质结。以金属碲化物为碲化钪(Sc2Te3)，相变薄膜131的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构100的结构可以为：第一电极11/SST/Sc2Te3/SST/Sc2Te3/SST……/第二电极12。由于金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)的内聚能较大，结构稳定，而且金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)与碲化锑(Sb2Te3)材料和相变材料(例如SST材料)具有非常良好的晶格匹配度，晶化的金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)可以充当异质结中相变材料(例如SST材料)的晶种模板，从而提升存储结构的操作速度、一致性和可靠性，降低能耗。
实现方式二：
参照图1，连接薄膜132可以包括：金属材料，例如该金属材料可以为钪(Sc)、钛(Ti)、钽(Ta)或钇(Y)等，连接薄膜132与相邻的相变薄膜131电连接，使相变层13为多个相变薄膜131的串联结构，以该金属材料为钪(Sc)为例，相变薄膜131的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构100的结构可以为：第一电极11/SST/Sc/SST/Sc/SST……/第二电极12。其中，每一层相变薄膜131的膜厚可缩小至nm级别，缩小相变层13中的相变区域，可进一步提升相变存储器的操作一致性和可靠性。
实现方式三：
参照图1，连接薄膜132可以包括：碲化锑(Sb2Te3)材料。以相变薄膜131的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构100的结构可以为：第一电极11/SST/Sb2Te3/SST/Sb2Te3/SST……/第二电极12。该结构可以使相变层13中的相变材料分布较均匀，相变材料的四元环组分中Sc所占比例较高，有利于降低相变存储器的操作延时和操作功耗。
基于同一技术构思，本申请实施例还提供了一种上述相变存储器的制作方法，图5为本申请实施例提供的相变存储器的制作方法的流程图，如图5所示，上述相变存储器的制作方法可以包括：
S301、在衬底之上形成第一电极。
S302、在第一电极所在膜层之上依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，并进行退火处理，以使至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜经反应形成相变层；其中，相变层包括：至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，相变薄膜和连接薄膜交替层叠设置，相变薄膜包括相变材料。形成的相变层的厚度可以在30nm～100nm之间，例如相变层的厚度可以为50nm左右。在具体实施时，可以根据实际需要，来设置第一薄膜和第二薄膜的沉积次数，以及第一薄膜和第二薄膜的厚度。
S303、在相变层之上形成第二电极。
本申请实施例提供的上述相变存储器的制作方法中，可以依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，形成的第一薄膜和第二薄膜交替层叠设置，经退火处理反应后可以形成相变层，形成的相变层包括至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，且相变薄膜和连接薄膜交替层叠设置，使相变材料均匀分布于相变层中，提升相变存储器的电学性能和可靠性，使相变存储器具有操作速度快、低延迟、低功耗、高可靠性等特点。并且，制作工艺的可控性较高，提高了相变存储器的电学特性以及产品重复性和可靠性，使相变存储器能够达到替代DRAM存储器的需求。
在上述步骤S301中，第一电极可以包括但不限于金属氮化物薄膜和碳电极，金属氮化物薄膜的厚度可以设置为90nm左右，碳电极的厚度可以设置为10nm左右。金属氮化物可以为氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)等。碳电极可以为未掺杂碳电极或掺杂碳电极，例如，可以为硅掺杂碳电极(C：Si)。或者，第一电极也可以为铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、铱(Ir)等金属电极或以上电极的组合。在具体实施时，第一电极也可以包括其他导电材料，此处不做限定。
在上述步骤S303中，第二电极可以包括但不限于金属氮化物薄膜和碳电极，金属氮化物薄膜的厚度可以设置为90nm左右，碳电极的厚度可以设置为10nm左右。金属氮化物可以为氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)等。碳电极可以为未掺杂碳电极或掺杂碳电极，例如，可以为硅掺杂碳电极(C：Si)。或者，第二电极也可以为铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、铱(Ir)等金属电极或以上电极的组合。在具体实施时，第二电极也可以包括其他导电材料，此处不做限定。
在一种可能的实现方式中，上述步骤S302，可以包括：
在第一电极所在膜层之上形成的第一层和最后一层均为第一薄膜。
这样，形成的相变层中，相变薄膜的层数可以比连接薄膜的层数多一层，相变层中的每一个连接薄膜可以位于相邻的两个相变薄膜之间。使第一电极可以与一层相变薄膜直接接触，第二电极可以与一层相变薄膜直接接触，使第一电极和第二电极更容易向相变层中的相变材料施加相应的脉冲，并且，可以使相变层中的相变薄膜的层数较多，使相变层中分布的相变材料较多，从而，进一步提高存储结构的操作速度。
在上述步骤S302中，第一薄膜可以包括：碲化锑(Sb2Te3)材料，第二薄膜可以包括：金属碲化物材料或金属材料，上述各第二薄膜的总厚度可以为各第一薄膜和各第二薄膜的总厚度的1％～30％，通过调整第一薄膜和第二薄膜的厚度，可以使各第二薄膜中的元素(例如Sc或Sc2Te3)的原子个数占相变层中各元素的总原子个数比例在2％～15％的范围内，优选为4％～8％。
在上述步骤S302中，采用的第二薄膜的材料不同，或者，第一薄膜与第二薄膜的膜厚比例不同，得到的相变层的具体结构可能不同，使存储结构可以具有多种实现方式，以下结合附图进行详细说明。
图6为本申请实施例中存储结构的制作过程示意图。如图6中的(1)所示，在步骤S301中，在衬底400之上形成第一电极11，在具体实施时，在形成第一电极11之前，可以在衬底400之上形成开关器件200中的各膜层。该开关器件200可以为晶体管、选通管、二极管、三极管等各种类型的开关器件。如图6中的(2)所示，在第一电极11之上依次交替形成至少一层第一薄膜401和至少一层第二薄膜402，形成的第一薄膜401和第二薄膜402交替层叠设置，图中以四层第一薄膜401和三层第二薄膜402为例，在具体实施时，可以根据实际需要设置第一薄膜401和第二薄膜402的层数。
在一种可能的实现方式中，继续参照图6中的(2)，第一薄膜401可以包括：碲化锑(Sb2Te3)材料，第二薄膜402可以包括：金属碲化物材料，例如，该金属碲化物可以为碲化钪(Sc2Te3)、碲化钛(Ti2Te3)、碲化钽(Ta2Te3)或碲化钇(Y2Te3)等。经过退火处理后，第一薄膜401中的碲化锑材料与第二薄膜402中的金属碲化物材料反应后得到相变材料，形成如图6中的(3)所示的相变薄膜131。
结合图6中的(2)和(3)，第二薄膜402与第一薄膜401的膜厚比例大于设定值时，即第二薄膜402与第一薄膜401的膜厚比例较高时，由于第二薄膜402的厚度较大，在退火加热过程中，第二薄膜402中的一部分金属碲化物材料与第一薄膜401中的碲化锑材料进行固相反应得到组分均匀的相变材料，形成相变薄膜131，剩余的部分金属碲化物材料在加热过程中晶化，形成连接薄膜132，连接薄膜132中的金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)与相邻的相变薄膜131中的相变材料(例如SST材料)构成异质结，得到上述实现方式一所述的结构。以金属碲化物为碲化钪(Sc2Te3)，相变薄膜的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，得到的存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sc2Te3/SST/Sc2Te3/SST……/第二电极。由于金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)的内聚能较大，结构稳定，而且金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)与碲化锑(Sb2Te3)材料和相变材料(例如SST材料)具有非常良好的晶格匹配度，晶化的金属碲化物材料(例如Sc2Te3材料)可以充当异质结中相变材料(例如SST材料)的晶种模板，从而提升存储结构的操作速度、一致性和可靠性，降低能耗。
结合图6中的(2)和(4)，第二薄膜402与第一薄膜401的膜厚比例小于设定值时，即第二薄膜402与第一薄膜401的膜厚比例较低时，由于第二薄膜402的厚度较薄，退火加热过程中，第一薄膜中401中的碲化锑材料与第二薄膜402中的金属碲化物材料充分固化反应，得到组分均匀的相变材料，形成相变薄膜131。反应后第一薄膜401中剩余部分碲化锑材料，剩余的碲化锑材料形成连接薄膜132，以得到上述实现方式三所述的结构。以相变薄膜131的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sb2Te3/SST/Sb2Te3/SST……/第二电极。经过进一步调控第一薄膜401的膜厚，使退火处理后第一薄膜401中的碲化锑材料无剩余，可以得到第一电极/组分均匀的SST/第二电极的结构，该结构可以使相变层13中的相变材料分布较均匀，相变材料的四元环组分中Sc元素所占比例较高，能够有效提升相变存储器的操作一致性、可靠性，有利于降低相变存储器的操作延时和操作功耗。
图7为本申请实施例中存储结构的另一制作过程示意图，图7中的(1)所示的内容与图6中的(1)所示的内容一致，重复之处不再赘述。
在另一种可能的实现方式中，如图7中的(2)，在第一电极11之上依次交替形成至少一层第一薄膜401和至少一层第二薄膜402，形成的第一薄膜401和第二薄膜402交替层叠设置，第一薄膜可以包括：碲化锑(Sb2Te3)材料，第二薄膜可以包括：金属材料，例如该金属材料可以为钪(Sc)、钛(Ti)、钽(Ta)或钇(Y)等。经退火处理后，第一薄膜401中的碲化锑材料与第二薄膜402中的金属材料反应后得到相变材料，形成如图7中的(3)所示的相变薄膜131。
结合图7中的(2)和(3)，第二薄膜402与第一薄膜401的膜厚比例大于设定值时，即第二薄膜402与第一薄膜401的膜厚比例较高时，在退火加热过程中，第一薄膜401中的碲化锑材料与第二薄膜402中的金属材料进行固相反应形成相变材料，以形成相变薄膜131，由于金属材料的化学活性较高，金属材料容易与碲化锑材料反应生成相变材料。且由于第一薄膜401的厚度较薄，第一薄膜401中的碲化锑材料与第二薄膜402中的金属材料的固相反应充分，可以制作得到组分均匀的相变薄膜131。由于第二薄膜402的厚度相对较厚，固相反应后第二薄膜402中剩余部分金属材料，剩余的金属材料可以形成连接薄膜132，连接薄膜132与相邻的相变薄膜131电连接，即剩余的金属材料可以作为电极层，以形成微器件串联结构，使形成的相变层13为多个相变薄膜131的串联结构，以得到上述实现方式二所述的结构。以该金属材料为钪(Sc)为例，相变薄膜131的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sc/SST/Sc/SST……/第二电极。其中，每一层相变薄膜131的膜厚可缩小至nm级别，缩小相变层13中的相变区域，可进一步提升相变存储器的操作一致性和可靠性。
结合图7中的(2)和(4)，第二薄膜402与第一薄膜401的膜厚比例小于设定值时，即第二薄膜402与第一薄膜401的膜厚比例较低时，在退火加热过程中，第一薄膜401中的碲化锑材料与第二薄膜402中的金属材料进行固相反应形成相变材料，以形成相变薄膜131。由于金属材料的化学活性较高，金属材料容易与碲化锑材料反应生成相变材料。且由于第一薄膜401的厚度较薄，第一薄膜401中的碲化锑材料与第二薄膜402中的金属材料的固相反应充分，可以制作得到组分均匀的相变薄膜131。由于第二薄膜402的厚度相对较薄，第二薄膜402中的金属材料可以与第一薄膜401中的碲化锑材料固相完全反应。反应后第一薄膜401中剩余部分碲化锑材料，剩余的碲化锑材料形成连接薄膜132，以得到上述实现方式三所述的结构。以相变薄膜131的相变材料为钪锑碲(Sc-Sb-Te，SST)材料为例，存储结构的结构可以为：第一电极/SST/Sb2Te3/SST/Sb2Te3/SST……/第二电极。经过进一步调控第一薄膜401的膜厚，可以得到第一电极/组分均匀的SST/第二电极的结构，该结构可以使相变层13中的相变材料分布较均匀，相变材料的四元环组分中Sc元素所占比例较高，能够有效提升相变存储器的操作一致性、可靠性，有利于降低相变存储器的操作延时和操作功耗。
以上结合图6和图7，对上述步骤S302中相变层的制作过程进行了详细描述，在具体实施时，可以根据实际需要，来调节第一薄膜和第二薄膜的层数、厚度，以得到相变材料组分均匀的相变层。
在具体实施时，相变存储器包括多个存储结构时，可以先整层形成第一电极、相变层和第二电极，然后经过图形化得到分立的多个存储结构。具体地，在上述步骤S303之后，还可以在第二电极之上沉积硬掩模，硬掩膜一般可以采用氮化硅(SiNx)等无机材料制作，硬掩模可以作为后续刻蚀工艺的模板，遮挡不需要刻蚀的区域。之后，进行刻蚀工艺，得到分立的多个存储结构。然后，可以对形成的多个存储结构进行封装和后道金属互联线工艺，封装层可以采用氮化硅(SiNx)等无机材料制作。
图8为本申请实施例中相变存储器的制作流程示意图，如图8所示，制作相变存储器的过程包括前道工艺、中道工艺和后道工艺，从图8可以看出，制作相变层的过程属于后道(Back End of Line，BEOL)工艺，这样，本申请实施例中对相变层的制作工艺进行改进，不会影响前道工艺和中道工艺，并且，上述制作相变层的过程在前道工艺流程中的第一步的薄膜沉积中，不会引起后续刻蚀和保形问题，工艺简单，不影响相变存储器的微缩性，可实现高密度存储。
基于同一技术构思，本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括：上述任一相变存储器，以及壳体，相变存储器位于壳体内部。由于上述相变存储器具有操作速度快、低延迟、低功耗、高可靠性等特点。并且，上述相变存储器的制作工艺的可控性较高，提高了相变存储器的电学特性以及产品重复性和可靠性，使相变存储器能够达到替代DRAM存储器的需求。因而，包括上述相变存储器的电子设备的运行速度较快，性能较好。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (14)
1.一种相变存储器，其特征在于，包括：多个存储结构；
所述多个存储结构中的每一个所述存储结构包括：层叠设置的第一电极和第二电极，以及位于所述第一电极与所述第二电极之间的相变层；
所述相变层包括：至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，所述相变薄膜和所述连接薄膜交替层叠设置，所述相变薄膜包括相变材料。
2.如权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述相变层中的所述相变薄膜的层数比所述连接薄膜的层数多一层，所述第一电极与一层所述相变薄膜直接接触，所述第二电极与一层所述相变薄膜直接接触。
3.如权利要求1或2所述的相变存储器，其特征在于，所述连接薄膜包括：金属碲化物材料，所述连接薄膜中的所述金属碲化物材料与相邻的所述相变薄膜中的相变材料构成异质结。
4.如权利要求1或2所述的相变存储器，其特征在于，所述连接薄膜包括：金属材料；
所述连接薄膜与相邻的所述相变薄膜电连接。
5.如权利要求1或2所述的相变存储器，其特征在于，所述连接薄膜包括：碲化锑材料。
6.如权利要求1～5任一项所述的相变存储器，其特征在于，所述相变材料包括：钪锑碲材料、钛锑碲材料、钽锑碲材料、钇锑碲材料中的至少之一。
7.如权利要求1～6任一项所述的相变存储器，其特征在于，所述相变层的厚度在30nm～100nm之间。
8.如权利要求1～7任一项所述的相变存储器，其特征在于，还包括：与所述多个存储结构一一对应的多个开关器件，所述多个开关器件中的每一个所述开关器件与对应的所述存储结构连接。
9.一种相变存储器的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底之上形成第一电极；
在所述第一电极所在膜层之上依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，并进行退火处理，以使所述至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜经反应形成相变层；其中，所述相变层包括：至少一层相变薄膜和至少一层连接薄膜，所述相变薄膜和所述连接薄膜交替层叠设置，所述相变薄膜包括相变材料；
在所述相变层之上形成第二电极。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述在所述第一电极所在膜层之上依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，包括：
在所述第一电极所在膜层之上形成的第一层和最后一层均为所述第一薄膜。
11.如权利要求9或10所述的制作方法，其特征在于，所述第一薄膜包括：碲化锑材料，所述第二薄膜包括：金属碲化物材料；
在所述第一电极所在膜层之上依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，并进行退火处理，包括：
所述第二薄膜与所述第一薄膜的膜厚比例大于设定值时，所述第一薄膜中的所述碲化锑材料与所述第二薄膜中的所述金属材料经退火处理反应形成相变材料，以形成所述相变薄膜，且反应后所述第二薄膜中剩余部分所述金属碲化物材料，剩余的所述金属碲化物材料形成所述连接薄膜，所述连接薄膜中的所述金属碲化物材料与相邻的所述相变薄膜中的相变材料构成异质结；
或者，所述第二薄膜与所述第一薄膜的膜厚比例小于设定值时，所述第一薄膜中的所述碲化锑材料与所述第二薄膜中的所述金属材料经退火处理反应形成相变材料，以形成所述相变薄膜，且反应后所述第一薄膜中剩余部分所述碲化锑材料，剩余的所述碲化锑材料形成所述连接薄膜。
12.如权利要求9或10所述的制作方法，其特征在于，所述第一薄膜包括：碲化锑材料，所述第二薄膜包括：金属材料；
在所述第一电极所在膜层之上依次交替形成至少一层第一薄膜和至少一层第二薄膜，并进行退火处理，包括：
所述第二薄膜与所述第一薄膜的膜厚比例大于设定值时，所述第一薄膜中的所述碲化锑材料与所述第二薄膜中的所述金属材料经退火处理反应形成相变材料，以形成所述相变薄膜，且反应后所述第二薄膜中剩余部分所述金属材料，剩余的所述金属材料形成所述连接薄膜，所述连接薄膜与相邻的所述相变薄膜电连接；
或者，所述第二薄膜与所述第一薄膜的膜厚比例小于设定值时，所述第一薄膜中的所述碲化锑材料与所述第二薄膜中的所述金属材料经退火处理反应形成相变材料，以形成所述相变薄膜，且反应后所述第一薄膜中剩余部分所述碲化锑材料，剩余的所述碲化锑材料形成所述连接薄膜。
13.如权利要求9～12任一项所述的制作方法，其特征在于，所述第一薄膜包括：碲化锑材料，所述第二薄膜包括：金属碲化物材料或金属材料；
所述至少一层第二薄膜的厚度为所述至少一层第一薄膜和所述至少一层第二薄膜的总厚度的1％～30％。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1～8任一项所述的相变存储器，以及壳体；所述相变存储器位于所述壳体内部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211174444.8A CN117835701A (zh) | 2022-09-26 | 2022-09-26 | 一种相变存储器、其制作方法及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211174444.8A CN117835701A (zh) | 2022-09-26 | 2022-09-26 | 一种相变存储器、其制作方法及电子设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117835701A true CN117835701A (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=90508289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211174444.8A Pending CN117835701A (zh) | 2022-09-26 | 2022-09-26 | 一种相变存储器、其制作方法及电子设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117835701A (zh) |
-
2022
- 2022-09-26 CN CN202211174444.8A patent/CN117835701A/zh active Pending
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