[發明專利]用于3D相變存儲單元以改善編程并增大陣列尺寸的新替換位線和字線方案

在審

• 申請號: 202080002003.2
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112106136A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 劉峻
• 申請（專利權）人: 長江先進存儲產業創新中心有限責任公司
• 主分類號: G11C5/06
• 分類號: G11C5/06;H01L45/00
• 代理公司: 北京永新同創知識產權代理有限公司 11376
• 代理人: 林錦輝;劉景峰

1.一種三維存儲單元結構，包括：

至少一個存儲單元堆疊層，所述存儲單元堆疊層具有選擇器、相變存儲單元、以及第一電極和第二電極；所述相變存儲單元設置在所述第一電極與所述第二電極之間；

每個存儲單元堆疊層具有彼此垂直并耦合到所述存儲單元堆疊層的字線和位線，并且其中，所述存儲單元堆疊層相對于所述字線和所述位線是自對準的；并且

其中，所述字線和所述位線由自對準的替換金屬形成，以用于與鎢字線和鎢位線相比改善編程并增大陣列尺寸。

2.根據權利要求1所述的三維存儲器，其中，

所述三維存儲器是2堆疊層陣列，并且所述字線是頂部字線，并且所述位線是底部位線，并且

所述頂部字線由銅材料以自對準方案形成，并且所述底部位線由銅鑲嵌工藝形成。

3.根據權利要求1所述的三維存儲器，其中，

所述三維存儲器是4堆疊層陣列，并且所述字線是第一中間字線和第二中間字線，并且所述位線是頂部位線和底部位線，并且

其中，所述第一中間字線和所述第二中間字線以及所述頂部位線由銅材料以自對準方案形成，并且所述底部位線由銅鑲嵌工藝形成。

4.根據權利要求1所述的三維存儲器，其中，所述替換金屬是銅材料。

5.根據權利要求4所述的三維存儲器，其中，與由鎢材料形成的字線和位線相比，所述存儲單元堆疊層需要約1/4的減小的電壓。

6.根據權利要求1所述的三維存儲器，還包括在所述字線上方或下方的區域中的附加存儲單元。

7.根據權利要求1所述的三維存儲器，其中，所述字線和所述位線是自對準的替換金屬互連。

8.根據權利要求1所述的三維存儲器，其中，所述自對準的替換金屬是銅，并且所述存儲單元堆疊層還包括高度和深寬比，并且由于所需的鎢材料的量較薄或消除了存儲單元堆疊層中的鎢材料，所述高度和所述深寬比減小。

9.根據權利要求8所述的三維存儲器，其中，增大子陣列或瓦片尺寸以提高陣列效率。

10.一種三維相變存儲管芯架構，包括：

多個頂部存儲陣列或瓦片，其包含第一組相變存儲單元；

多個底部存儲陣列或瓦片，其包含第二組相變存儲單元；

多條位線，其耦合至所述頂部陣列并耦合至所述底部陣列；

多條字線，其垂直于所述位線并包括耦合到所述頂部陣列的一組頂部單元字線和耦合到所述底部陣列的一組底部單元字線；

存儲單元的所述頂部陣列均由所述頂部陣列中的相鄰相變存儲單元所限定的第一空間分開，并且存儲單元的所述底部陣列均由所述底部陣列中的相鄰相變存儲單元所限定的第二空間分開，并且

其中，所述字線和所述位線由銅材料形成以對每個存儲單元進行電存取。

11.根據權利要求10所述的三維架構，其中，所述頂部字線和所述底部字線耦合至所述三維架構。

12.三維結構，其中，所述第一空間和所述第二空間在X方向上約為20nm，并且在Y方向上約為20nm。

13.一種形成三維存儲器的方法，包括：

形成具有平行位線和垂直字線的相變存儲陣列；

在所述字線和所述位線的相變處形成存儲單元，其中，所述存儲單元是自對準的；以及

通過去除建立通道的犧牲氮化物層并用替換金屬填充所述通道，來形成所述字線和所述位線。

14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述位線和所述字線由銅材料形成，從而與由包含鎢(W)的材料形成相比，所述字線和所述位線具有減小的電阻并且使用減小的電壓以改善編程并增大陣列尺寸。

15.根據權利要求14所述的方法，還包括：

在具有銅帽阻擋部的襯底上形成銅位線；

形成底部單元堆疊層沉積物，所述底部單元堆疊層沉積物具有由氮化硅鎢銅阻擋部、第一碳電極、雙向閾值開關、第二碳電極、相變存儲器、第三碳電極和氮化物層構成的層；

使用底部單元雙重圖案化以形成與所述底部位線電接觸的平行底部單元；

施加氮化物封裝層沉積物以覆蓋所述單元堆疊層；

用原子層沉積氧化物、旋涂電介質或可流動的化學氣相沉積氧化物向所述單元堆疊層施加間隙填充物；

對所述單元堆疊層施加停止在所述氮化物層旁邊的所述第三碳電極上的具有氧化物和/或氮化物化合物的化學機械平坦化(CMP)；

向所述氮化物層施加氮化物硬掩模沉積物；

使用底部字線雙重圖案化以形成垂直于與所述底部單元的頂部碳電極接觸的所述位線的平行底部單元字線，所述底部單元的所述頂部碳電極是所述第三碳電極；

向所述底部單元堆疊層沉積物施加氮化物層和氧化物層封裝，然后向所述封裝施加間隙填充物；

對所述單元堆疊層施加停止在所述氮化物層上的具有氧化物化合物的化學機械平坦化；

濕法蝕刻以去除所述氮化物層以利用鉭/銅材料進行填充，從而形成替換銅字線；以及

施加具有替換頂部單元銅位線的第二存儲單元堆疊層沉積物并圖案化。