一種相變存儲(chǔ)單元及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子領(lǐng)域，涉及一種相變存儲(chǔ)單元及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相變存儲(chǔ)器技術(shù)是基于Ovshinsky在20世紀(jì)60年代末(Phys.Rev.Lett., 21, 1450 ?1453，1968) 70 年代初(App1.Phys.Lett., 18，254 ?257，1971)提出的相變薄膜可以應(yīng)用于相變存儲(chǔ)介質(zhì)的構(gòu)想建立起來(lái)的，是一種價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定的存儲(chǔ)器件。相變存儲(chǔ)器可以做在硅晶片襯底上，其關(guān)鍵材料是可記錄的相變薄膜、加熱電極材料、絕熱材料和引出電極材料等。相變存儲(chǔ)器的基本原理是利用電脈沖信號(hào)作用于器件單元上，使相變材料在非晶態(tài)與多晶態(tài)之間發(fā)生可逆相變，通過(guò)分辨非晶態(tài)時(shí)的高阻與多晶態(tài)時(shí)的低阻，可以實(shí)現(xiàn)信息的寫(xiě)入、擦除和讀出操作。
[0003]相變存儲(chǔ)器由于具有高速讀取、高可擦寫(xiě)次數(shù)、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗強(qiáng)震動(dòng)和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)為最有可能取代目前的閃存存儲(chǔ)器而成為未來(lái)存儲(chǔ)器主流產(chǎn)品和最先成為商用產(chǎn)品的器件。
[0004]存儲(chǔ)器的研宄一直朝著高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向發(fā)展。目前世界上從事相變存儲(chǔ)器研發(fā)工作的機(jī)構(gòu)大多數(shù)是半導(dǎo)體行業(yè)的大公司，他們關(guān)注的焦點(diǎn)之一是如何減小相變存儲(chǔ)器的加熱電極尺寸，目前比較普遍采用的是三星公司的側(cè)壁接觸型加熱電極(Proc.Symp.Very Large Scale Integr.(VLSI)Technol.，2003:175-176)、環(huán)形加熱電極(Jpn.J.Appl.Phys., 2006, 45 (4B):3233-3237)與刀片狀加熱電極(IEEE ConferenceProceedings of Internat1nal Electron Devices Meeting,2011,3.1.1-3.1.4)和意法半導(dǎo)體公司的μ型加熱電極(Proc.Symp.Very Large Scale Integr.(VLSI)Technol.，2004, 3.1:18-19)，但上述結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是主要靠減小電極尺寸實(shí)現(xiàn)低功耗，而相變材料的尺寸都比較大。
[0005]因此，提出一種新的納米器件單元結(jié)構(gòu)以解決上述技術(shù)問(wèn)題實(shí)屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種相變存儲(chǔ)單元及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中相變材料的相變區(qū)域較大，導(dǎo)致器件功耗較大的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種相變存儲(chǔ)單元的制作方法，包括以下步驟:
[0008]S1:提供一襯底，在所述襯底中形成鑲嵌于其中且暴露出上表面的至少一個(gè)下電極；
[0009]S2:在位于所述下電極一側(cè)的所述襯底上形成第一支撐結(jié)構(gòu)；
[0010]S3:在所述第一支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面及所述下電極上方形成加熱電極層，其中，所述第一支撐結(jié)構(gòu)一面?zhèn)缺诒砻娴募訜犭姌O層與所述下電極上方的加熱電極層相連，構(gòu)成刀片狀加熱電極；然后在所述第一支撐結(jié)構(gòu)及所述刀片狀加熱電極周圍形成上表面與所述第一支撐結(jié)構(gòu)上表面齊平的絕緣層；
[0011]S4:在所述刀片狀加熱電極上方形成與其頂端一側(cè)相接觸的第二支撐結(jié)構(gòu)；
[0012]S5:在所述第二支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面形成相變材料層，其中，所述第二支撐結(jié)構(gòu)一面?zhèn)缺诒砻娴南嘧儾牧蠈优c所述刀片狀加熱電極頂部接觸，構(gòu)成刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)；然后在所述第二支撐結(jié)構(gòu)及所述刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)周圍形成上表面與所述第二支撐結(jié)構(gòu)上表面齊平的絕緣層；
[0013]S6:在所述刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)上方形成與其接觸的上電極。
[0014]可選地，于所述步驟S5中，僅在所述第二支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面形成所述相變材料層，得到“ I ”字型刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)；或者在所述第二支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面形成相變材料層時(shí)，在所述刀片狀加熱電極上方也形成相變材料層，其中，所述第二支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁表面的相變材料層與所述刀片狀加熱電極上方的相變材料層相連，構(gòu)成“L”型刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)，所述“L”型刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)的底部寬度范圍是5?50納米。
[0015]可選地，所述刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)上部及所述刀片狀加熱電極上部在水平面上的投影呈預(yù)設(shè)角度交叉，所述預(yù)設(shè)角度為直角、銳角或鈍角。
[0016]可選地，于所述步驟SI中，在所述襯底中形成至少四個(gè)下電極，各下電極之間呈至少兩行及至少兩列的點(diǎn)陣式分布；
[0017]于所述步驟S2中，在所述襯底上每隔兩列下電極形成一條所述第一支撐結(jié)構(gòu)；
[0018]于所述步驟S3中，包括如下步驟:
[0019]S3-1:在所述第一支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁及所述下電極上沉積所述加熱電極層；
[0020]S3-2:在位于相鄰兩條所述第一支撐結(jié)構(gòu)之間的兩列下電極之間形成貫穿所述加熱電極層的第一隔離槽，在相鄰兩行下電極之間形成貫穿所述加熱電極層的第二隔離槽；所述第一隔離槽與第二隔離槽將所述加熱電極層分割為若干分立的刀片狀加熱電極，每個(gè)刀片狀加熱電極分別與一個(gè)下電極連接；
[0021]于所述步驟S4中，每隔兩行所述刀片狀加熱電極形成一條所述第二支撐結(jié)構(gòu)；所述第二支撐結(jié)構(gòu)與其兩側(cè)的刀片狀加熱電極均接觸；
[0022]于所述步驟S5中，包括如下步驟:
[0023]S5-1:在所述第二支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁及所述刀片狀加熱電極上沉積所述相變材料層；
[0024]S5-2:在位于相鄰兩條所述第二支撐結(jié)構(gòu)之間的兩行刀片狀加熱電極之間形成貫穿所述相變材料層的第三隔離槽，在相鄰兩列刀片狀加熱電極之間形成貫穿所述相變材料層的第四隔離槽；所述第三隔離槽與第四隔離槽將所述相變材料層分割為若干分立的刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)，每個(gè)刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)分別與一個(gè)刀片狀加熱電極連接。
[0025]可選地，于所述步驟S3-2中，形成所述第一隔離槽后，在所述第一隔離槽中沉積第一絕緣層并平坦化；然后形成貫穿所述第一絕緣層及所述加熱電極層的所述第二隔離槽，在所述第二隔離槽中沉積第二絕緣層并平坦化，使得所述第二絕緣層上表面與所述第一支撐結(jié)構(gòu)上表面齊平。
[0026]可選地，于所述步驟S5-2中，形成所述第三隔離槽后，在所述第三隔離槽中沉積第三絕緣層并平坦化；然后形成貫穿所述第三絕緣層及所述相變材料層的所述第四隔離槽，在所述第四隔離槽中沉積第四絕緣層并平坦化，使得所述第四絕緣層上表面與所述第二支撐結(jié)構(gòu)上表面齊平。
[0027]可選地，所述第三隔離槽的寬度大于所述第二隔離槽的寬度。
[0028]可選地，所述加熱電極層為導(dǎo)電的氮化物；所述絕緣層的材料為氮化物、氧化物、氮氧化物或碳化物；所述第一支撐結(jié)構(gòu)及第二支撐結(jié)構(gòu)的材料為絕緣的氮化物、氧化物、氮氧化物及碳化物中的任一種；所述相變材料層的材料為硫系化合物、GeSb> SiSb或金屬氧化物。
[0029]可選地，所述刀片狀加熱電極的厚度范圍I?30納米，高度范圍是10?200納米；所述刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)的厚度范圍是I?30納米，高度范圍是10?200納米。
[0030]本發(fā)明還提供一種相變存儲(chǔ)單元，包括:
[0031]鑲嵌于襯底中的至少一個(gè)下電極；
[0032]連接于所述下電極上方的刀片狀加熱電極；
[0033]連接于所述刀片狀加熱電極上方的刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)；
[0034]連接于所述相變材料結(jié)構(gòu)上方的上電極。
[0035]可選地，所述刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)為“ I ”字型或“L”型；所述“L”型刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)的底部寬度范圍是5?50納米。
[0036]可選地，所述刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)上部及所述刀片狀加熱電極上部在水平面上的投影呈預(yù)設(shè)角度交叉，所述預(yù)設(shè)角度為直角、銳角或鈍角。
[0037]可選地，所述刀片狀加熱電極外側(cè)壁連接有第一支撐結(jié)構(gòu)；所述刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)外側(cè)壁連接有第二支撐結(jié)構(gòu)。
[0038]可選地，所述刀片狀加熱電極的厚度范圍I?30納米，高度范圍是10?200納米；所述刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)的厚度范圍是I?30納米，高度范圍是10?200納米。
[0039]本發(fā)明還提供一種采用上述相變存儲(chǔ)單元的相變存儲(chǔ)器。
[0040]可選地，所述相變存儲(chǔ)器中，相鄰兩個(gè)刀片狀加熱電極之間通過(guò)絕緣層隔離；相鄰兩個(gè)刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)之間通過(guò)絕緣層隔離。
[0041]可選地，所述相變存儲(chǔ)器中，相鄰兩個(gè)刀片狀加熱電極之間的距離為5?90納米；相鄰兩個(gè)刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)之間的距離為5?140納米。
[0042]如上所述，本發(fā)明的相變存儲(chǔ)單元及其制作方法，具有以下有益效果:本發(fā)明的相變存儲(chǔ)單元中采用刀片狀加熱電極及刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)，所述刀片狀加熱電極及刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)相互交叉接觸。由于刀片狀加熱電極和刀片狀相變材料結(jié)構(gòu)的厚度尺寸非常小且容易控制，二者交叉接觸可實(shí)現(xiàn)接觸面最小化，達(dá)到進(jìn)一步縮小相變存儲(chǔ)單元的相變區(qū)域的目的，從而大大降低器件功耗。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1顯示為本發(fā)明的相變存儲(chǔ)單元的制作方法在襯底中形成至少一個(gè)下電極的