存储单元及其制备方法、三维存储器及其操作方法与流程

技术特征：
1.一种存储单元，其特征在于，包括：堆叠层，层叠于衬底上，包括：贯穿所述堆叠层及部分所述衬底的多个沟道孔；其中，形成所述多个沟道孔后的所述堆叠层中至少一层第二叠层材料层被刻蚀形成环状限制结构；栅极介质层，位于被刻蚀形成所述环状限制结构后的所述多个沟道孔的表面上；沟道层，位于所述栅极介质层的表面上；阻变层，位于与所述环状限制结构对应的所述沟道层的表面上；其中，控制施加于所述至少一层第二叠层材料层的门栅电压和与所述沟道层连接的位线脉冲信号，改变所述阻变层的阻值态，实现该存储单元对所述阻变层的读取、写入或擦除操作。2.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述堆叠层包括多个叠层对，每个叠层对包括第一叠层材料层和第二叠层材料层，其中，所述第一叠层材料层和所述第二叠层材料层依次叠层在所述衬底上。3.根据权利要求2所述的存储单元，其特征在于，所述第一叠层材料层为绝缘体层，所述第二叠层材料层为金属介电层，该金属介电层为字线层。4.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述第二叠层材料层的层数与所述存储单元的层数呈正相关。5.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述阻变层由阻变材料或相变材料构成。6.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，贯穿所述堆叠层及部分所述衬底的多个沟道孔形成的阵列共源极。7.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述沟道层为n型半导体沟道层，所述衬底为n型衬底。8.根据权利要求7所述的存储单元，其特征在于，所述沟道层为n型多晶或单晶半导体沟道层。9.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，还包括：绝缘体材料层，分别位于所述多个沟道孔未设置材料层的内部。10.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述存储单元配置为：对所述三维单元进行数据读取操作时，电流从所述存储单元的漏极层流向所述衬底。11.根据权利要求10所述的存储单元，其特征在于，所述存储单元配置为：对所述存储单元进行数据读取操作时，对所述漏极层施加偏置电压，将所述衬底接地；对未被选中的存储单元的所述栅极层接地，对被选中的存储单元的所述栅极层施加负门栅电压；感测被选中的存储单元的所述阻变层的阻值态，以判断所述存储单元的数据状态。12.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述存储单元配置为：对所述存储单元进行数据写入操作时，将未被选中的存储单元的所述栅极层接地，对被选中的存储单元的所述栅极层施加负门栅电压；将所述衬底接地；对所述存储单元的漏极层施加写入脉冲，所述写入脉冲足以使所述存储单元发生隧穿效应，使所述存储单元中存储有电子。
13.根据权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述存储单元配置为：对所述存储单元进行擦除操作时，将存储单元的漏极层浮置或接地，对存储单元的漏极层施加擦除脉冲，所述擦除脉冲足以使所述三维存储器发生隧穿效应。14.一种存储单元的制备方法，其特征在于，包括：在衬底上形成堆叠层；在所述堆叠层和部分所述衬底上制作多个沟道孔，并将形成所述多个沟道孔后的所述堆叠层中至少一层牺牲层被刻蚀形成环状限制结构；在所述被刻蚀形成环状限制结构后的每个沟道孔的表面上依次形成栅极介质层、沟道层及阻变层；在每个沟道孔内未设置材料层的内部填充绝缘体材料层；在所述沟道层中部分顶部形成位线引出端；刻蚀所述堆叠层中的牺牲层并替换形成第二叠层材料层；其中，控制施加于所述至少一层第二叠层材料层的门栅电压和与所述沟道层连接的位线脉冲信号，改变所述阻变层的阻值态，实现该存储单元对所述阻变层的读取、写入或擦除操作。15.一种三维存储器，其特征在于，包括：如权利要求1～13中任意一项所述的存储单元。16.一种如权利要求15所述的三维存储器的操作方法，其特征在于，包括：控制施加于三维存储器中部分存储单元的衬底、漏极层及栅极层的电压偏置，对三维存储器中的部分存储单元分别进行数据写入、读取及擦除操作。17.根据权利要求16所述的操作方法，其特征在于，所述对三维存储器中的部分存储单元进行数据读取操作，包括：触发数据读取程序；对被选中的存储单元的所述栅极层施加负门栅电压，以使其对应的沟道关闭；将未被选中的存储单元的所述栅极层及所述衬底接地；对所述存储单元的漏极层施加偏置电压；感测被选中的存储单元的所述阻变层的阻值态，以判断所述存储单元的数据状态。18.根据权利要求16所述的操作方法，其特征在于，所述对三维存储器中的部分存储单元进行数据写入操作，包括：触发数据写入程序；对未被选中的存储单元的所述栅极层接地，对被选中的存储单元的所述栅极层施加负门栅电压；将所述衬底接地；对存储单元的漏极层施加写入脉冲，所述写入脉冲足以使所述存储单元发生隧穿效应，以使所述存储单元中存储有电子。19.根据权利要求16所述的操作方法，其特征在于，所述对三维存储器中的部分存储单元进行数据擦除操作，包括：触发数据擦除程序；对未被选中的存储单元的所述栅极层接地，对被选中的存储单元的所述栅极层施加负
门栅电压；对存储单元的漏极层施加擦除脉冲，所述擦除脉冲足以使所述三维存储器发生隧穿效应。

技术总结
本公开提供了一种存储单元，包括：堆叠层，层叠于衬底上，包括：贯穿堆叠层及部分衬底的多个沟道孔；其中，形成多个沟道孔后的堆叠层中至少一层第二叠层材料层被刻蚀形成环状限制结构；栅极介质层，位于被刻蚀形成环状限制结构后的多个沟道孔的表面上；沟道层，位于栅极介质层的表面上；阻变层，位于与环状限制结构对应的沟道层的表面上；其中，控制施加于至少一层第二叠层材料层的门栅电压和与沟道层连接的位线脉冲信号，改变阻变层的阻值态，实现该存储单元对阻变层的读取、写入或擦除操作。本公开还提供了一种存储单元的制备方法、三维存储器及其操作方法。三维存储器及其操作方法。三维存储器及其操作方法。


技术研发人员：张刚 李春龙 霍宗亮 叶甜春
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2022/2/24