[發(fā)明專利]一種三維堆疊存儲器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810541298.5
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108807667B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 繆向水;童浩;沈裕山
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發(fā)明公開了一種三維堆疊存儲器及其制備方法，存儲單元采用采用限制型結構相變存儲單元，并運用crossbar存儲陣列結構來建立大容量的存儲陣列；制備方法包括：在襯底上制備N條沿某一晶向方向的第一條狀電極；制備具有M*N陣列通孔的第一絕緣層；在第一絕緣層的M*N陣列通孔中填充相變材料形成第一相變單元；制備M條第二條狀電極；制備第二絕緣層，旋涂光刻膠作為犧牲材料，并在第二絕緣層表面進行局域平坦化操作；在第二絕緣層上形成M*N陣列通孔；并填充相變材料形成第二相變單元；制備N條第三條狀電極后形成兩層堆疊的相變存儲器。本發(fā)明采用大范圍的具有陣列通孔的絕緣層，能夠實現(xiàn)垂直方向上的電極隔離，同時相變材料被有效限制在通孔中，有利于提高熱利用率，減小單元相變的操作電流。

技術領域

本發(fā)明涉及微電子器件及存儲器技術領域，涉及一種三維堆疊存儲器及其制備方法。

背景技術

隨著大數(shù)據(jù)時代信息存儲技術的不斷發(fā)展，人們對非揮發(fā)存儲器的存儲容量集成密度和制造成本提出了越來越高的要求。為了實現(xiàn)半導體存儲器芯片更高的數(shù)據(jù)存儲密度和更小的單位比特成本來提高在存儲市場的競爭力，半導體存儲器的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)由二維向三維轉變。

相變存儲器是一種新型的非易失性存儲器，它是通過對以硫系化合物為主的相變材料施加特定脈沖，使其在有序的晶態(tài)(電阻低)和無序的非晶態(tài)(電阻高)進行快速的轉變，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。其以讀寫速度快、功耗低、高開關窗口比、良好的數(shù)據(jù)保持力，抗熱串擾與抗輻射能力等優(yōu)越性能，被認為最有可能在將來替代閃存成為主流非易失性存儲器之一。

相變存儲器的制造工藝簡單且與現(xiàn)在成熟的CMOS工藝兼容，故從結構和工藝上，更易于實現(xiàn)三維存儲器的多層堆疊，來滿足高集成密度的需求。目前，二維平面相變存儲器在器件尺寸縮小研究上逐漸面臨物理極限，且隨著特征尺寸的減小，單元間的串擾加劇，以及漏電流等影響嚴重，導致器件的可靠性降低。故相變存儲器引入了三維堆疊技術，產(chǎn)生了三維堆疊相變結構。

相變存儲器的三維堆疊在材料的選擇、器件結構、工藝實現(xiàn)難度和成本等方面都面臨問題。目前的三維堆疊存儲器，就器件結構而言，采用的結構相對復雜，造成工藝實現(xiàn)難度較大，實際制造成品率低；在制造工藝上，工藝步驟與復雜度的較高，涉及到多層深孔刻蝕與填充，以及對各層的CMP平坦工藝，成本高昂，不利于更多層的堆疊。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種三維堆疊存儲器的制備方法，旨在解決現(xiàn)有的三維堆疊存儲器件在工藝制備中存在的步驟復雜，工藝實現(xiàn)難度大以及成品率低的問題。

本發(fā)明提供的三維堆疊存儲器的制備方法，包括下述步驟：

(1)在襯底上制備N條沿某一晶向方向的第一條狀電極；

(2)在第一條狀電極上制備具有M*N陣列通孔的第一絕緣層；

(3)在第一絕緣層的M*N陣列通孔中填充相變材料形成第一相變單元；

(4)在步驟(3)的結構上制備M條方向與第一條狀電極正交且線寬相同的第二條狀電極；

(5)在步驟(4)的結構上制備第二絕緣層，且所述第二絕緣層的厚度是第一絕緣層厚度兩倍及兩倍以上；

(6)在步驟(5)的結構上旋涂光刻膠作為犧牲材料，并利用刻蝕工藝在第二絕緣層表面進行局域平坦化操作；

(7)在所述第二絕緣層上且與第一絕緣層通孔相對應的位置進行過刻蝕形成M*N陣列通孔；

(8)在步驟(7)的M*N陣列通孔中填充相變材料形成第二相變單元；

(9)在步驟(8)的結構上制備N條方向與第二條狀電極正交且線寬相同的第三條狀電極后形成兩層堆疊的相變存儲器。