存储器及其制作方法、操作方法与流程

本公开涉及半导体，具体地，涉及一种存储器及其制作方法、操作方法。

背景技术：

1、动态随机存取存储器(dram，dynamic random access memory)的主要工作原理是利用电容内存储电荷的多寡来代表一个二进制比特(bit)是1还是0。目前主流的存储阵列架构是由包括一个晶体管和一个电容器的存储单元(即1t1c的存储单元)组成的阵列。

2、然而随着动态随机存取存储器的尺寸不断缩小，1t1c组成的阵列存在诸多问题，如何在保证存储器的性能的同时形成存储密度更高的动态随机存取存储器成为亟待解决的问题。

3、公开内容

4、有鉴于此，本公开实施例提出一种存储器及其制作方法、操作方法。

5、根据本公开的第一方面，提供了一种存储器，包括：

6、衬底；

7、外围电路，位于所述衬底上；

8、存储阵列，位于所述外围电路上，包括沿第一方向堆叠设置的第一导电线、存储单元、第二导电线；其中，所述存储单元包括沿所述第一方向堆叠设置的存储结构以及双向阈值开关(ots，ovonic threshold switching)，所述第一导电线沿第二方向延伸，所述第二导电线沿第三方向延伸；所述第二方向与所述第三方向相交且均与所述第一方向垂直，所述第一方向为所述衬底的厚度方向。

9、在一些实施例中，存储单元还包括：第一半导体层、第二半导体层；其中，所述第一半导体层、双向阈值开关、第二半导体层沿所述第一方向堆叠设置。

10、在一些实施例中，第一半导体层的材料和所述第二半导体层的材料均包括掺杂的锗化硅，所述双向阈值开关的材料包括硫系化物。

11、在一些实施例中，外围电路包括：写电压驱动电路；所述写电压驱动电路用于根据预写入数据的状态将选中存储单元所连接的第一导电线和第二导电线之间设置为正向压差或负向压差。

12、在一些实施例中，外围电路包括：读电压驱动电路和电流检测电路；其中，

13、所述读电压驱动电路用于向选中存储单元所连接的第二导电线施加读取电压；

14、所述电流检测电路用于检测施加读取电压之后的所述选中存储单元与所述第二导电线连接的一端的电流。

15、在一些实施例中，存储器还包括互连层；所述互连层位于所述存储阵列以及所述外围电路之间，用于电连接所述存储阵列以及所述外围电路。

16、在一些实施例中，存储器还包括隔离层，所述第一导电线、所述双向阈值开关以及所述第二导电线均被所述隔离层部分环绕。

17、在一些实施例中，隔离层的材料包括碳氮化硅以及氮化硅。

18、在一些实施例中，存储结构包括存储电容，所述存储电容包括第一电极、介质层、第二电极；所述介质层覆盖所述第一电极，所述第二电极覆盖所述介质层，所述第一电极与所述第一导电线连接，所述第二电极与所述双向阈值开关连接。

19、在一些实施例中，第一电极的材料和所述第二电极的材料均包括以下至少之一：

20、掺杂的碳化硅、掺杂的锗化硅、掺杂的碳化锗硅。

21、根据本公开的第二方面，提供了一种存储器的制作方法，所述方法包括：

22、提供衬底；

23、在所述衬底上形成外围电路；

24、在所述外围电路上形成存储阵列；其中，

25、形成所述存储阵列包括：

26、在所述外围电路上形成沿第二方向延伸的第一导电线；

27、在所述第一导电线上形成存储单元；所述存储单元包括沿第一方向堆叠设置的存储结构以及双向阈值开关；

28、在所述存储单元上形成沿第三方向延伸的第二导电线；所述第二方向与所述第三方向相交且均与所述第一方向垂直，所述第一方向为所述衬底的厚度方向。

29、在一些实施例中，形成所述第一导电线，包括：

30、在所述外围电路上形成第一绝缘层；

31、在所述第一绝缘层中形成第一凹槽，所述第一凹槽沿第二方向延伸；

32、在所述第一凹槽中形成所述第一导电线。

33、在一些实施例中，所述存储结构包括存储电容，形成所述存储单元，包括：

34、在所述第一导电线上形成第二绝缘层；

35、在所述第二绝缘层中形成贯穿所述第二绝缘层的通孔；

36、在所述通孔中依次形成第一电极、介质层、第二电极；所述第一电极、介质层、第二电极共同构成所述存储结构，所述第一电极覆盖所述通孔的侧壁以及底壁，所述介质层覆盖所述第一电极，所述第二电极覆盖所述介质层；所述第一电极与所述第一导电线连接，所述第二电极与所述双向阈值开关连接。

37、在一些实施例中，形成所述存储单元包括：

38、在所述存储结构上依次形成第一半导体材料层、双向阈值开关材料层、第二半导体材料层；

39、刻蚀所述第一半导体材料层、双向阈值开关材料层、第二半导体材料层，形成贯穿所述第一半导体材料层、双向阈值开关材料层、第二半导体材料层的第二凹槽和第三凹槽；所述第二凹槽沿所述第二方向延伸，所述第三凹槽沿所述第三方向延伸，所述第二凹槽和第三凹槽将所述第一半导体材料层、双向阈值开关材料层、第二半导体材料层分别划分成第一半导体层、双向阈值开关、第二半导体层。

40、在一些实施例中，形成所述第二导电线，包括：

41、在所述存储单元上形成第二导电层；

42、刻蚀所述第二导电层，形成第四凹槽；所述第四凹槽沿第三方向延伸，所述第四凹槽将所述第二导电层划分成第二导电线，所述第二导电线与所述双向阈值开关连接。

43、在一些实施例中，方法还包括：

44、形成隔离层；所述第一导电线、所述双向阈值开关以及所述第二导电线均被所述隔离层部分环绕。

45、根据本公开的第三方面，提供了一种存储器的操作方法，应用于上述任一方案所述的存储器，所述方法包括：

46、接收第一指令，所述第一指令指示对所述存储器中选中存储单元进行数据写入操作；

47、响应于所述第一指令，根据预写入数据的状态将正向压差或反向压差设置在选中存储单元所连接的第一导电线和第二导电线之间。

48、根据本公开的第四方面，提供了另一种存储器的操作方法，应用于上述任一方案所述的存储器，所述方法包括：

49、接收第二指令，所述第二指令指示对所述存储器中选中存储单元进行数据读取操作；

50、响应于所述第二指令将读取电压施加在所述选中存储单元所连接的第二导电线上；

51、施加读取电压之后，检测施加读取电压之后的所述选中存储单元与所述第二导电线连接的一端的电流。

52、本公开实施例提供了一种存储器及其制作方法、操作方法，所述存储器包括：衬底；外围电路，位于所述衬底上；存储阵列，位于所述外围电路上，包括沿第一方向堆叠设置的第一导电线、存储单元、第二导电线；其中，所述存储单元包括沿所述第一方向堆叠设置的存储结构以及双向阈值开关，所述第一导电线沿第二方向延伸，所述第二导电线沿第三方向延伸；所述第二方向与所述第三方向相交且均与所述第一方向垂直，所述第一方向为所述衬底的厚度方向。本公开实施例中，将双向阈值开关作为选通器件，利用双向阈值开关实现对存储结构的充电以及放电速度的控制，从而达到存储信息的目的，双向阈值开关的形成工艺简单，具有较高的开关速度，易于与存储结构堆叠，占用面积小，可以大幅提高存储器的存储密度；且双向阈值开关为两端口器件，这样使得布线更加简单且布线设计更加灵活，同时可以减小外围电路的面积。

技术实现思路