[發明專利]相變存儲結構及制作方法

有效

• 申請號: 201310539734.2
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103560205A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 李俊燾;劉波;宋志棠;馮高明;朱南飛;任佳棟;徐佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及相變存儲器或高密度存儲器件領域。尤其是指一種相變存儲結構及制作方法。

背景技術

相變存儲器是一種新型的非易失性數據存儲器件，利用相變合金材料在晶態和非晶態之間相互轉化時所表現出來的導電性或光學特性差異來實現數據存儲。相變存儲器具有高速讀取、高可擦寫次數、非易失性、器件尺寸小、功耗低和制造工藝簡單等優點，可取代多種傳統的存儲器，并廣泛應用于移動通訊、移動數據終端、移動多媒體等消費類電子等領域。

在相變存儲器的商品化過程中仍然面對諸多可靠性，功耗，速度等挑戰。在相變存儲器單元的操作過程中，采用產生焦耳熱對相變單元進行晶態與非晶態的轉換，其中伴隨著復雜的熱學過程。上述過程中產生的焦耳熱中，一部分用于對相變單元的操作，其它的熱量則通過周圍的電介質與金屬散失。在T型結構的相變單元中，約四分之一的熱量散失中周邊的電介質中。通過減少存儲器中的熱散失以提高熱效率是降低相變存儲器的功耗的有效途徑之一。常用集成電路中常用材料的熱導率如表1所示，空氣的熱導率遠小于常規的電介質如二氧化硅。采用空氣間隔結構可有效地增大相變單元之間的熱阻，從而降低相變存儲器的功耗。與此同時，通過空氣間隔結構增大相變單元之間的熱阻也對存儲單元之間的熱串擾提供了一個解決方案。

表1：常用集成電路中常用材料的熱導率

與此同時，隨著存儲器密度的不斷提高，金屬連線間的時間延遲(τ)對存儲器運行速度也不斷增大。金屬連線的時間延遲可用金屬導線的電阻值(R)與金屬導線間的寄生電容(C)的乘積來表達。目前為了降低金屬電線的電阻已大量采用電阻率較低的銅導線，與此同時，采用較低介電常數(k)的電介質以降低金屬導線間的寄生電容則是降低時間延遲的另一選擇。目前主要使用的低介電常數材料主要有FSG、HSQ、SiLK^TM、BD、CDO、NDC等。上述低介電常數材料基本上同時具有低介電常數，低表面導電性等性能，然而仍然面臨諸如可靠性、機械強度低或與金屬整合差等問題。由于空氣的理想介電常數接近于1，因此使用空氣做為金屬間的絕緣物質也是一種有效地降低金屬導線間寄生電容的解決方案之一。

鑒于此，一種高效可行的具有空氣間隔的相變存儲結構及制作方法具有重大意義。本發明可以提供一完整的解決方案，可達到量產規模。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種相變存儲結構及制作方法，通過在相變存儲單元之間形成大量的空氣間隔，進而有效地增大相變單元之間的熱阻，從而降低相變存儲器的功耗。同時，具有大量空氣間隔也可以達到減少集成電路中的時間延遲的功效。

為了達到上述目的，本發明提供一種相變存儲器的制作方法，該制作方法包含有：

提供一基底，在所述基底上形成一相變材料層；

在所述相變材料層上形成一電極層；

非等向性蝕刻所述相變材料層及電極層，形成倒梯形溝槽用于隔離出相變存儲單元；

涂布填充滿所述溝槽并包覆相變材料層及電極層的第一光阻層；

回刻使刻蝕后的光阻上表面高于所述相變材料層等于或低于所述電極層上表面；

沉積形成一上表面高于所述電極層的第一電介質層；

涂布第二光阻層并圖形化形成寬度小于倒梯形溝槽最大寬度的第二溝槽；

以所述第二溝槽為窗口，刻蝕所述第一電介質層后去除位于所述第一電介質層下方的第一光阻層；形成位于電極層上的懸臂結構；

形成包覆所述第一電介質層和倒梯形溝槽的第二電介質層，從而形成中空結構；

形成第三電介質層用于封蓋各中空結構，形成空氣間隔。

優選地，所述基底的表面包含有已經制作完成的半導體組件。

優選地，所述相變材料層包括銻-碲化合物或者鍺-碲化合物。

優選地，所述電極層的材料是氮化鈦、鈦鋁氮或者鈦硅氮。

優選地，所述回刻采用氧氣為刻蝕氣體的等離子體刻蝕技術或以氧氣為主刻蝕氣體，加入氮氣或溴化氫的復合氣體進行等離子體刻蝕技術。

優選地，所述第一、第二電介質層材料為氧化硅、氮化硅或氮氧硅。