[發明專利]一種三維堆疊相變存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811084770.3
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109524543B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 童浩;繆向水;沈裕山;蔡旺
• 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: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 許恒恒;李智<國際申請>=<國際公布>=

本發明公開了一種三維堆疊相變存儲器及其制備方法，其中制備方法具體是在襯底上制備彼此具有間距的第一水平電極；在第一水平電極間距間制備中央具有間隙的第一條狀相變層；在第一條狀相變層的間隙間制備第一選通管；制備第一絕緣層；在第一絕緣層上的相同垂直位置制備第二水平電極；然后制備第二條狀相變層；接著制備第二選通管；然后，在水平電極間距間制備水平方向的絕緣孔；在相鄰絕緣孔間制備垂直電極后形成垂直結構的多層堆疊的相變存儲器。本發明通過對其關鍵制備方法的整體流程工藝設計，各個細節結構的形狀設置等進行改進，能夠有效解決三維堆疊相變存儲器件在工藝制備中存在的多層堆疊步驟復雜，工藝實現難度大及單元尺寸微縮等問題。

技術領域

本發明屬于微電子器件及存儲器技術領域，更具體地，涉及一種三維堆疊相變存儲器及其制備方法。

背景技術

作為最可能發展成為未來主流存儲器之一的新型存儲器，相變存儲器為了適應大數據時代對高容量存儲的需求，逐漸向三維發展，形成多層堆疊的三維相變存儲器。

目前三維堆疊的相變存儲器都是基于水平電極交叉點陣列結構進行簡單的垂直向上堆疊，雖然結構簡單，但隨著堆疊層數的增加，工藝步驟繁瑣，且表面不平坦現象加劇，帶來了可靠性問題；另外，存儲單元的特征尺寸大小受限于先進的光刻工藝，成本高昂。綜合來說，不利于進一步的多層堆疊與高密度集成。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種三維堆疊相變存儲器及其制備方法，其中通過對其關鍵制備方法的整體流程工藝設計，各個細節結構的形狀設置等進行改進，與現有技術相比能夠有效解決三維堆疊相變存儲器件在工藝制備中存在的多層堆疊步驟復雜，工藝實現難度大以及單元尺寸微縮等的問題，本發明采用垂直電極結構建立三維相變存儲陣列，相變單元特征尺寸的大小由薄膜厚度決定(例如，相變層的厚度可低至2nm，突破光刻工藝限制)，形成的三維堆疊相變存儲器其中的相變單元位于水平電極與垂直電極的空間交疊區域，制備工藝可有效簡化。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種三維堆疊相變存儲器的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)在襯底上制備N條平行于某一方向的、且彼此具有間距的第一水平電極；其中，N為預先設定的、且大于等于2的正整數；

(2)在所述第一水平電極的各相鄰兩電極的間距對應區域中填充中央具有一定間隙的第一條狀相變層；

(3)在所述第一條狀相變層的中央間隙中填充選通管材料，形成第一選通管；

(4)在所述襯底上繼續制備由絕緣材料構成的第一絕緣層，使該第一絕緣層覆蓋所述第一水平電極、所述第一條狀相變層及所述第一選通管；所述第一水平電極有部分區域不被覆蓋，這部分裸露出的區域用于形成第一水平電極引腳；

(5)在所述第一絕緣層上制備第二水平電極，所述第二水平電極具有與所述第一水平電極完全相同的間距分布，并且，所述第二水平電極在所述第一絕緣層上的投影完全被所述第一水平電極在所述第一絕緣層上的投影所覆蓋；

(6)在所述第二水平電極的各相鄰兩電極的間距對應區域中填充中央具有一定間隙的第二條狀相變層，所述第二條狀相變層具有與所述第一條狀相變層完全相同的中央間隙分布，并且，所述第二條狀相變層在所述第一絕緣層上的投影完全被所述第一條狀相變層在所述第一絕緣層上的投影所覆蓋；

(7)在所述第二條狀相變層的中央間隙中填充選通管材料，形成第二選通管；

(8)在所述襯底上繼續制備由絕緣材料構成的第二絕緣層，使該第二絕緣層覆蓋所述第二水平電極、所述第二條狀相變層及所述第二選通管；所述第二水平電極有部分區域不被覆蓋，這部分裸露出的區域用于形成第二水平電極引腳；