本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

相變存儲(chǔ)器是一種利用相變材料的晶態(tài)(低阻態(tài))與非晶態(tài)(高阻態(tài))之間的巨大電阻差異進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的非易失性存儲(chǔ)器。器件通過(guò)施加不同大小與脈寬的電流脈沖產(chǎn)生的焦耳熱使得相變材料在晶態(tài)與非晶態(tài)之間相變從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的擦寫(xiě)。器件由高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程稱(chēng)為SET過(guò)程，器件由低阻態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程稱(chēng)為RESET過(guò)程。器件由因其快速的存取速度、良好的數(shù)據(jù)保持力、低功耗以及良好的CMOS工藝兼容性，而被廣泛的認(rèn)為是最具潛力的下一代非易失性存儲(chǔ)器。

提高存儲(chǔ)密度是存儲(chǔ)器研究中的熱點(diǎn)內(nèi)容。除了通過(guò)減小存儲(chǔ)單元所占面積從而獲得高密度的方法外，多態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)也是一種非常有效的方法。多態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)是將不止一位的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在單一存儲(chǔ)單元的方法。

對(duì)于相變存儲(chǔ)器，可以將器件的高低組態(tài)之間的電阻差異劃分為多個(gè)區(qū)間段，從而形成多態(tài)。通過(guò)精確定義的脈沖，在存儲(chǔ)器件中形成不同大小的非晶區(qū)，從而將器件電阻控制在不同的區(qū)間，以此來(lái)進(jìn)行多位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

然而這種利用不同大小的非晶區(qū)域以獲得的電阻差異不夠穩(wěn)定，容易受到熱影響而發(fā)生電阻漂移造成數(shù)據(jù)失效；用于精確定義電阻的寫(xiě)-驗(yàn)證操作也降低了器件的操作速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中在相變存儲(chǔ)器中形成不同大小的非晶區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)多態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)而存在的電阻差異不夠穩(wěn)定、容易受到熱影響而發(fā)生電阻漂移造成數(shù)據(jù)失效、器件的操作速度較低等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件，所述多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件包括：

上電極；

下電極；

相變材料層結(jié)構(gòu)，位于所述上電極與所述下電極之間；所述相變材料層結(jié)構(gòu)包括至少兩層具有不同電阻值的相變材料層，各層所述相變材料層之間電學(xué)隔離；所述相變材料層的一端與所述上電極相連接，另一端與所述下電極相連接。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的一種優(yōu)選方案，所述相變材料層結(jié)構(gòu)還包括第一絕緣介質(zhì)層，所述第一絕緣介質(zhì)層位于所述相變材料層之間，以將各層所述相變材料層之間電學(xué)隔離。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的一種優(yōu)選方案，所述相變材料層為L(zhǎng)型相變材料層，各所述相變材料層由外至內(nèi)依次平行排布，且各所述相變材料層的兩端面相平齊。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的一種優(yōu)選方案，各層所述相變材料層的厚度不同。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的一種優(yōu)選方案，由外至內(nèi)各層所述相變材料層的厚度依次增大。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的一種優(yōu)選方案，各層所述相變材料層的寬度相同。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的一種優(yōu)選方案，所述相變材料層結(jié)構(gòu)在所述下電極表面的投影與所述下電極表面部分重合。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的一種優(yōu)選方案，所述多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件還包括：

襯底；

第二絕緣介質(zhì)層，位于所述襯底表面；所述下電極位于所述第二絕緣介質(zhì)層內(nèi)，且貫穿所述第二絕緣介質(zhì)層；

下電極接觸層，一部分位于所述下電極表面，另一部分自所述下電極表面沿所述相變材料層結(jié)構(gòu)靠近所述下電極的端面向上延伸，以將各層所述相變材料層與所述下電極電學(xué)連通；

第三絕緣介質(zhì)層，位于所述第二絕緣介質(zhì)層表面，且位于所述相變材料層結(jié)構(gòu)的外圍；

第四絕緣介質(zhì)層，位于所述相變材料層結(jié)構(gòu)及所述下電極接觸層的內(nèi)側(cè)；所述相變材料層結(jié)構(gòu)貫穿所述第三絕緣介質(zhì)層及所述第四絕緣介質(zhì)層；所述相變材料層結(jié)構(gòu)一部分位于所述第二絕緣介質(zhì)層表面，另一部分位于所述下電極表面。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的一種優(yōu)選方案，所述襯底內(nèi)形成有半導(dǎo)體器件、金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)及隔離結(jié)構(gòu)；所述下電極與所述半導(dǎo)體器件或/和所述金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)電學(xué)連通。

本發(fā)明還提供一種多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法，所述多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底表面形成第二絕緣介質(zhì)層；

3)在所述第二絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成下電極；

4)在所述第二絕緣介質(zhì)層及所述下電極表面形成相變材料層結(jié)構(gòu)及下電極接觸層；所述相變材料層結(jié)構(gòu)包括至少兩層具有不同電阻值的相變材料層，各層所述相變材料層之間電學(xué)隔離；所述相變材料層的一端通過(guò)所述下電極接觸層與所述下電極電學(xué)連通；

5)在所述相變材料層結(jié)構(gòu)表面形成上電極。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟1)中，所述襯底內(nèi)形成有半導(dǎo)體器件、金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)及隔離結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟3)包括以下步驟：

31)在所述第二絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成通孔；

32)在所述通孔內(nèi)填充第一電極材料層以形成所述下電極。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟4)包括以下步驟：

41)在所述第二絕緣介質(zhì)層及所述下電極表面形成第三絕緣介質(zhì)層；

42)在所述第三絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽，所述溝槽暴露出所述下電極；

43)在所述第三絕緣介質(zhì)層表面、所述溝槽底部及側(cè)壁形成第一絕緣介質(zhì)層與所述相變材料層交替分布的疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)中包括至少兩層具有不同電阻值的所述相變材料層；所述第一絕緣介質(zhì)層與所述第三介質(zhì)層表面、所述溝槽底部及側(cè)壁相接觸；

44)去除部分所述疊層結(jié)構(gòu)，暴露出部分或全部所述下電極的表面；

45)在暴露出的所述下電極表面及所述疊層結(jié)構(gòu)靠近所述下電極的端面形成下電極接觸層，所述下電極接觸層將各層所述相變材料層與所述下電極電學(xué)連通；

46)在步驟45)得到的結(jié)構(gòu)表面形成所述第四絕緣介質(zhì)層，所述第四絕緣介質(zhì)層完全覆蓋步驟45)得到的結(jié)構(gòu)的表面；

47)去除所述第三絕緣介質(zhì)層表面的所述疊層結(jié)構(gòu)及所述第四絕緣介質(zhì)層，使得所述疊層結(jié)構(gòu)及所述第四絕緣介質(zhì)層的表面與所述第三絕緣介質(zhì)層的表面相平齊，以得到所述相變材料層結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述相變材料層為L(zhǎng)型相變材料層，各所述相變材料層由外至內(nèi)依次平行排布，且各所述相變材料層的兩端面相平齊。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，各層所述相變材料層的厚度不同。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，由外至內(nèi)各層所述相變材料層的厚度依次增大。

作為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法的一種優(yōu)選方案，各層所述相變材料層的寬度相同。

如上所述，本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件及其制備方法，具有以下有益效果：

本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件及其制備方法通過(guò)在相變材料層結(jié)構(gòu)中設(shè)置至少兩層具有不同電阻值的相變材料層，可以形成多個(gè)具有一定區(qū)分度的穩(wěn)定電阻，通過(guò)不同大小的脈沖操作，可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ)；

本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件結(jié)構(gòu)中不同相變材料層之間的電阻差異，不受熱影響，更加穩(wěn)定；且通過(guò)調(diào)節(jié)不同相變材料層的電阻值，可以具有更大的電阻區(qū)分；

本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備工藝簡(jiǎn)單，生成成本較低。

附圖說(shuō)明

圖1顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2至圖5顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件在不同電流脈沖下的熱學(xué)仿真示意圖。

圖6顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件進(jìn)行熱學(xué)仿真時(shí)所施加的電流脈沖示意圖，其中，(a)對(duì)應(yīng)于圖2的熱學(xué)仿真示意圖，(b)對(duì)應(yīng)于圖3的熱學(xué)仿真示意圖，(c)對(duì)應(yīng)于圖4的熱學(xué)仿真示意圖，(d)對(duì)應(yīng)于圖5的熱學(xué)仿真示意圖。

圖7顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件施加不同電流脈沖信號(hào)時(shí)各狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換的示意圖。

圖8顯示為本發(fā)明實(shí)施例二中提供的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備流程示意圖。

圖9至圖23顯示為本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法各步驟所呈現(xiàn)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明

10 襯底

11 第二絕緣介質(zhì)層

111 通孔

12 下電極

13 相變材料層結(jié)構(gòu)

131 第一絕緣介質(zhì)層

132 第一相變材料層

133 第二相變材料層

134 第三相變材料層

14 第三絕緣介質(zhì)層

141 溝槽

15 下電極接觸層

151 下電極接觸材料層

16 第四絕緣介質(zhì)層

17 上電極

171 上電極材料層

S1～S5 步驟

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱圖1～圖23。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實(shí)施例一

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件，所述多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件包括：上電極17；下電極12；相變材料層結(jié)構(gòu)13，所述相變材料層結(jié)構(gòu)13位于所述上電極17與所述下電極12之間；所述相變材料層結(jié)構(gòu)13包括至少兩層具有不同電阻值的相變材料層，各層所述相變材料層之間電學(xué)隔離；所述相變材料層的一端與所述上電極17相連接，另一端與所述下電極12相連接。

作為示例，所述相變材料層結(jié)構(gòu)13可以包括兩層、三層、四層甚至更多層所述相變材料層，圖1中以所述相變材料層結(jié)構(gòu)13包括第一相變材料層132、第二相變材料層133及第三相變材料層134三層所述相變材料層作為示例，但實(shí)際示例中并不以此為限。

作為示例，所述相變材料層結(jié)構(gòu)13還包括第一絕緣介質(zhì)層131，所述第一絕緣介質(zhì)層131位于所述相變材料層之間，以將各層所述相變材料層之間電學(xué)隔離，以圖1為例，即所述第一相變材料層132與所述第二相變材料層133之間、所述第二相變材料層133與所述第三相變材料層134之間均設(shè)有所述第一絕緣介質(zhì)層131，以確保所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述相變材料層134之間電學(xué)隔離，使得所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述相變材料層134以并聯(lián)的形式連接于所述上電極17與所述下電極12之間。

需要說(shuō)明的是，所述第一絕緣介質(zhì)層131還可以位于所述第一相變材料層132的外側(cè)及所述第三相變材料層134的外側(cè)。

作為示例，所述相變材料層為L(zhǎng)型相變材料層，各所述相變材料層由外至內(nèi)依次平行排布，且各所述相變材料層的兩端面相平齊；以圖1為例，即所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134均為L(zhǎng)型，所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134平行間隔排布，且所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的兩端面均相平齊。所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134設(shè)置為平行間隔排布L型，且所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的兩端面均相平齊，可以使得所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的長(zhǎng)度互不相同，即所述第一相變材料層132的長(zhǎng)度大于所述第二相變材料層133的長(zhǎng)度，所述第二相變材料層133的長(zhǎng)度大于所述第三相變材料層134的長(zhǎng)度，以此在所述上電極17與所述下電極12之間形成多個(gè)并聯(lián)的、阻值不同的相變材料層，在工作時(shí)可以實(shí)現(xiàn)所述上電極17與所述下電極12之間的電流密度不同，造成各相變材料層的依次相變，從而完成多態(tài)存儲(chǔ)。

需要說(shuō)明的是，以所述第一相變材料層132為例，所述第一相變材料層132的長(zhǎng)度L為其縱向長(zhǎng)度h與橫向長(zhǎng)度l之和，即L＝h+l。

作為示例，所述第一絕緣介質(zhì)層131的兩端面與所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的兩端面均相平齊。

作為示例，所述相變材料層的材料為硫系化合物中的任一種，各相變材料層的材料可以相同也可以不同。

作為示例，各層所述相變材料層的厚度互不相同，以圖1為例，所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的厚度互不相同。需要說(shuō)明的是，以所述第三相變材料層134為例，所述第三相變材料層134的厚度為圖1中所示的尺寸d。

作為示例，由外至內(nèi)各層所述相變材料層的厚度依次增大，以圖1為例，所述第一相變材料層132的厚度小于所述第二相變材料層133的厚度，所述第二相變材料層133的厚度小于所述第三相變材料層134的厚度；又所述第一相變材料層132的長(zhǎng)度大于所述第二相變材料層133的長(zhǎng)度，所述第二相變材料層133的長(zhǎng)度大于所述第三相變材料層134的長(zhǎng)度，在此基礎(chǔ)上，使得長(zhǎng)度最長(zhǎng)的所述相變材料層的厚度最小，從而可以拉大各相變材料層之間的電阻值的差異，以拉開(kāi)不同態(tài)之間的電阻差異。

作為示例，各層所述相變材料層的寬度可以相同，當(dāng)然，在其他示例中，各層所述相變材料層的寬度也可以不同。此處，各層所述相變材料層的寬度是指所述相變材料層的端面尺寸。

作為示例，所述相變材料層結(jié)構(gòu)13在所述下電極12表面的投影與所述下電極12表面部分重合，即所述相變材料層結(jié)構(gòu)13部分位于所述下電極12的表面上，以確保部分或全部所述下電極12的表面暴露于所述相變材料層結(jié)構(gòu)13的外側(cè)。

作為示例，所述多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件還包括：襯底10；第二絕緣介質(zhì)層11，所述第二絕緣介質(zhì)層11位于所述襯底10表面；所述下電極12位于所述第二絕緣介質(zhì)層11內(nèi)，且貫穿所述第二絕緣介質(zhì)層11；下電極接觸層15，所述下電極接觸層15為S型，所述下電極接觸層15一部分位于所述下電極12表面，另一部分自所述下電極12表面沿所述相變材料層結(jié)構(gòu)13靠近所述下電極12的端面向上延伸至所述相變材料層結(jié)構(gòu)13的上表面，以將各層所述相變材料層與所述下電極12電學(xué)連通；第三絕緣介質(zhì)層14，所述第三絕緣介質(zhì)層14位于所述第二絕緣介質(zhì)11層表面，且位于所述相變材料層結(jié)構(gòu)13的外圍；第四絕緣介質(zhì)層16，所述第四絕緣介質(zhì)層16位于所述相變材料層結(jié)構(gòu)13及所述下電極接觸層15的內(nèi)側(cè)；所述相變材料層結(jié)構(gòu)13貫穿所述第三絕緣介質(zhì)層14及所述第四絕緣介質(zhì)層16；所述相變材料層結(jié)構(gòu)13一部分位于所述第二絕緣介質(zhì)層11表面，另一部分位于所述下電極12表面。

作為示例，所述第一絕緣介質(zhì)層131、所述第二絕緣介質(zhì)層11、所述第三絕緣介質(zhì)層14及所述第四絕緣介質(zhì)層16的材料均為氮化物、氧化物或氮氧化物中的任一種，所述第一絕緣介質(zhì)層131、所述第二絕緣介質(zhì)層11、所述第三絕緣介質(zhì)層14及所述第四絕緣介質(zhì)層16的材料可以相同，也可以不同。

作為示例，所述上電極17、所述下電極12及所述下電極接觸層15的材料可以為W、Pt、Au、Ti、Al、Cu或Ni中的任一種，或其組成的合金或其導(dǎo)電的氮化物；所述上電極17、所述下電極12及所述下電極接觸層15的材料的材料可以相同，也可以不同。

作為示例，所述襯底10內(nèi)形成有半導(dǎo)體器件、金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)及隔離結(jié)構(gòu)；所述下電極12與所述半導(dǎo)體器件或/和所述金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)電學(xué)連通。

本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件及其制備方法通過(guò)在相變材料層結(jié)構(gòu)中設(shè)置至少兩層具有不同電阻值的相變材料層，可以形成多個(gè)具有一定區(qū)分度的穩(wěn)定電阻，通過(guò)不同大小的脈沖操作，可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ)；本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件結(jié)構(gòu)中不同相變材料層之間的電阻差異，不受熱影響，更加穩(wěn)定；且通過(guò)調(diào)節(jié)不同相變材料層的電阻值，可以具有更大的電阻區(qū)分。

請(qǐng)參與圖2至圖5，圖2至圖5本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件在不同電流脈沖下的熱學(xué)仿真示意圖，圖6為所施加的電流脈沖示意圖，其中，(a)對(duì)應(yīng)于圖2的熱學(xué)仿真示意圖，(b)對(duì)應(yīng)于圖3的熱學(xué)仿真示意圖，(c)對(duì)應(yīng)于圖4的熱學(xué)仿真示意圖，(d)對(duì)應(yīng)于圖5的熱學(xué)仿真示意圖。以圖1為例，在施加如圖6(a)所示的電流脈沖時(shí)，如圖2所示，圖2中400所對(duì)應(yīng)的曲線為400K等溫線，所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的溫度均小于其熔點(diǎn)，三者均處于晶態(tài)；在施加如圖6(b)所示的電流脈沖時(shí)，如圖3所示，圖3中所對(duì)應(yīng)的曲線為893K等溫線，所述第三相變材料層134的溫度大于其熔點(diǎn)，所述第一相變材料層132及所述第二相變材料層133的溫度小于其熔點(diǎn)，所述第三相變材料層134位于非晶區(qū)，所述第三相變材料層134處于非晶態(tài)，所述第一相變材料層132及所述第二相變材料層133均處于晶態(tài)；在施加如圖6(c)所示的電流脈沖時(shí)，如圖4所示，圖4中所對(duì)應(yīng)的曲線為893K等溫線，所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的溫度均大于其熔點(diǎn)，所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134均位于非晶區(qū)，所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134均處于非晶態(tài)，所述第一相變材料層132處于晶態(tài)；在施加如圖6(d)所示的電流脈沖時(shí)，如圖5所示，圖5中所對(duì)應(yīng)的曲線為893K等溫線，所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134均處于非晶區(qū)，所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134均處于非晶態(tài)。即隨著施加電流脈沖幅值的增加，由所述第三相變材料層134至所述第一相變材料層132依次發(fā)生非晶轉(zhuǎn)化，從而形成具有區(qū)分度的多態(tài)存儲(chǔ)。亦即，如圖7所示，在執(zhí)行操作①時(shí)，即施加如圖6(a)所示的電流脈沖時(shí)，所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134均處于晶態(tài)，即圖7中D00所示的狀態(tài)；在執(zhí)行操作②時(shí)，即施加如圖6(b)所示的電流脈沖時(shí)，所述第三相變材料層134處于非晶態(tài)，所述第一相變材料層132及所述第二相變材料層133均處于晶態(tài)，即圖7中D01所示的狀態(tài)；在執(zhí)行操作③時(shí)，即施加如圖6(c)所示的電流脈沖時(shí)，所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134均處于非晶態(tài)，所述第一相變材料層132處于晶態(tài)，即圖7中D10所示的狀態(tài)；在執(zhí)行操作④時(shí)，即施加如圖6(d)所示的電流脈沖時(shí)，所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134均處于非晶態(tài)，及圖7中D11所示的狀態(tài)。

實(shí)施例二

請(qǐng)參閱圖8，本發(fā)明提供一種多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法，所述多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備方法至少包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底表面形成第二絕緣介質(zhì)層；

3)在所述第二絕緣介質(zhì)層內(nèi)形成下電極；

4)在所述第二絕緣介質(zhì)層及所述下電極表面形成相變材料層結(jié)構(gòu)及下電極接觸層；所述相變材料層結(jié)構(gòu)包括至少兩層具有不同電阻值的相變材料層，各層所述相變材料層之間電學(xué)隔離；所述相變材料層的一端通過(guò)所述下電極接觸層與所述下電極電學(xué)連通；

5)在所述相變材料層結(jié)構(gòu)表面形成上電極。

在步驟1)中，請(qǐng)參閱圖8中的S1步驟及圖9，提供襯底10。

作為示例，所述襯底10內(nèi)形成有半導(dǎo)體器件、金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)及隔離結(jié)構(gòu)。

在步驟2)中，請(qǐng)參閱圖8中的S2步驟及圖10，在所述襯底10表面形成第二絕緣介質(zhì)層11。

作為示例，可以采用但不僅限于CVD方法在所述襯底10表面形成所述第二絕緣介質(zhì)層11，所述第二絕緣介質(zhì)層11的材料可以為氮化物、氧化物或氮氧化物中的任一種，本實(shí)施例中，所述第二絕緣介質(zhì)層11的材料為二氧化硅。

作為示例，所述第二絕緣介質(zhì)層11的厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，本實(shí)施例中，所述第二絕緣介質(zhì)層11的厚度可以為但不僅限于100nm。

在步驟3)中，請(qǐng)參閱圖8中的S3步驟及圖11及圖12，在所述第二絕緣介質(zhì)層11內(nèi)形成下電極12。

作為示例，在所述第二絕緣介質(zhì)層11內(nèi)形成下電極12包括以下步驟：

31)采用光刻技術(shù)進(jìn)行曝光、刻蝕在所述第二絕緣介質(zhì)層11內(nèi)形成通孔111，如圖11所示，所述通孔111可以為但不僅限于40nm的圓孔，所述通孔111暴露出所述襯底10，并暴露出所述襯底10內(nèi)的半導(dǎo)體器件或/和金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)；

32)可以采用但不僅限于CVD方法在所述通孔111內(nèi)填充第一電極材料層，并采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述第二絕緣介質(zhì)層11表面的所述第一電極材料層以形成所述下電極12，如圖12所示；所述第一電極材料層的材料可以為W、Pt、Au、Ti、Al、Cu或Ni中的任一種，或其組成的合金或其導(dǎo)電的氮化物，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述第一電極材料層的材料為W。

在步驟4)中，請(qǐng)參閱圖8中的S4步驟及圖13至圖21，在所述第二絕緣介質(zhì)層11及所述下電極12表面形成相變材料層結(jié)構(gòu)13及下電極接觸層15；所述相變材料層結(jié)構(gòu)13包括至少兩層具有不同電阻值的相變材料層，各層所述相變材料層之間電學(xué)隔離；所述相變材料層的一端通過(guò)所述下電極接觸層15與所述下電極12電學(xué)連通。

作為示例，步驟4)包括以下步驟：

41)可以采用但不僅限于CVD方法在所述第二絕緣介質(zhì)層11及所述下電極12表面形成第三絕緣介質(zhì)層14，所述第三絕緣介質(zhì)層14的厚度可以為但不僅限于100nm，如圖13所示；所述第三絕緣介質(zhì)層14的材料可以為氮化物、氧化物或氮氧化物中的任一種，本實(shí)施例中，所述第三絕緣介質(zhì)層14的材料為二氧化硅

42)采用光刻技術(shù)進(jìn)行曝光、刻蝕以在所述第三絕緣介質(zhì)層14內(nèi)形成溝槽141，所述溝槽141暴露出所述下電極12，如圖14及圖15所示，其中，圖15為圖14的俯視圖；所述下電極12的數(shù)量及形狀可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，本實(shí)施例中，以所述下電極12的數(shù)量為四個(gè)，所述下電極12的形狀為橢圓形為例；

43)在所述第三絕緣介質(zhì)層14表面、所述溝槽141底部及側(cè)壁形成第一絕緣介質(zhì)層131與所述相變材料層交替分布的疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)中包括至少兩層具有不同電阻值的所述相變材料層；所述第一絕緣介質(zhì)層11與所述第三絕緣介質(zhì)層14表面、所述溝槽141底部及側(cè)壁相接觸，如圖16所示，圖16中，以所述疊層結(jié)構(gòu)中包括第一相變材料層132、第二相變材料層133及第三相變材料層134的三層相變材料層作為示例；作為示例，所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的材料為硫系化合物中的任一種，各相變材料層的材料可以相同也可以不同；所述第一絕緣介質(zhì)層131的材料可以為氮化物、氧化物或氮氧化物中的任一種，本實(shí)施例中，所述第一絕緣介質(zhì)層131的材料為二氧化硅；所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的厚度互不相同，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的厚度依次增大；所述第一相變材料層132、所述第二相變材料層133及所述第三相變材料層134的寬度相同；具體的，采用ALD(原子層沉積)方法在所述第三絕緣介質(zhì)層14表面、所述溝槽141底部及側(cè)壁依次沉積5nmSiN第一絕緣介質(zhì)層131、5nm Ge₂Sb₂Te₅第一相變材料層132或氮摻雜Ge₂Sb₂Te₅第一相變材料層132、15nm SiN第一絕緣介質(zhì)層131、7nm Ge₂Sb₂Te₅第二相變材料層133或氮摻雜Ge₂Sb₂Te₅第二相變材料層133、15nm SiN第一絕緣介質(zhì)層131、10nm Ge₂Sb₂Te₅第三相變材料層134及5nm SiN第一絕緣介質(zhì)層131；

44)采用光刻技術(shù)進(jìn)行曝光、刻蝕去除部分所述疊層結(jié)構(gòu)，暴露出部分或全部所述下電極12的表面，去除的所述疊層結(jié)構(gòu)的寬度為50nm，如圖17所示；

45)采用ALD方法在暴露出的所述下電極12表面及所述疊層結(jié)構(gòu)靠近所述下電極12的端面形成下電極接觸材料層151，如圖18所示，采用光刻技術(shù)進(jìn)行曝光、刻蝕，所述下電極接觸層15以將各層所述相變材料層與所述下電極12電學(xué)連通，如圖19所示；所述下電極接觸材料層151的材料可以為W、Pt、Au、Ti、Al、Cu或Ni中的任一種，或其組成的合金或其導(dǎo)電的氮化物，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述下電極接觸材料層151的材料為T(mén)iN；

46)在步驟45)得到的結(jié)構(gòu)表面形成所述第四絕緣介質(zhì)層16，所述第四絕緣介質(zhì)層16完全覆蓋步驟45)得到的結(jié)構(gòu)的表面，即所述第四絕緣介質(zhì)層16填滿(mǎn)所述溝槽141并覆蓋所述疊層結(jié)構(gòu)的表面，如圖20所示；

47)可以采用但不僅限于化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述第三絕緣介質(zhì)層14表面的所述疊層結(jié)構(gòu)及所述第四絕緣介質(zhì)層16，使得所述疊層結(jié)構(gòu)及所述第四絕緣介質(zhì)層16的表面與所述第三絕緣介質(zhì)層14的表面相平齊，以得到所述相變材料層結(jié)構(gòu)13，如圖21所示。

在步驟5)中，請(qǐng)參閱圖8中的S5步驟及圖22至圖23，在所述相變材料層結(jié)構(gòu)13表面形成上電極17。

作為示例，可以采用但不僅限于PVD工藝在拋光后的所述第三絕緣介質(zhì)層14、所述相變材料層結(jié)構(gòu)13及所述第四絕緣介質(zhì)層16表面沉積上電極材料層171，如圖22所示；所述上電極材料層171的材料可以為W、Pt、Au、Ti、Al、Cu或Ni中的任一種，或其組成的合金或其導(dǎo)電的氮化物，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述上電極材料層171的材料為T(mén)iN；通過(guò)光刻技術(shù)進(jìn)行曝光、刻蝕形成所述上電極17，如圖23所示。

綜上所述，本發(fā)明提供一種多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件及其制備方法，所述多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件包括：上電極；下電極；相變材料層結(jié)構(gòu)，位于所述上電極與所述下電極之間；所述相變材料層結(jié)構(gòu)包括至少兩層具有不同電阻值的相變材料層，各層所述相變材料層之間電學(xué)隔離；所述相變材料層的一端與所述上電極相連接，另一端與所述下電極相連接。本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件及其制備方法通過(guò)在相變材料層結(jié)構(gòu)中設(shè)置至少兩層具有不同電阻值的相變材料層，可以形成多個(gè)具有一定區(qū)分度的穩(wěn)定電阻，通過(guò)不同大小的脈沖操作，可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ)；本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件結(jié)構(gòu)中不同相變材料層之間的電阻差異，不受熱影響，更加穩(wěn)定；且通過(guò)調(diào)節(jié)不同相變材料層的電阻值，可以具有更大的電阻區(qū)分；本發(fā)明的多態(tài)相變存儲(chǔ)器單元器件的制備工藝簡(jiǎn)單，生成成本較低。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。