一种相变存储单元及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子领域，涉及一种相变存储单元及其制作方法。
【背景技术】
[0002]相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett., 21, 1450 ?1453，1968) 70 年代初(App1.Phys.Lett., 18，254 ?257，1971)提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材料等。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。
[0003]相变存储器由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。
[0004]存储器的研宄一直朝着高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向发展。目前世界上从事相变存储器研发工作的机构大多数是半导体行业的大公司，他们关注的焦点之一是如何减小相变存储器的加热电极尺寸，目前比较普遍采用的是三星公司的侧壁接触型加热电极(Proc.Symp.Very Large Scale Integr.(VLSI)Technol.，2003:175-176)、环形加热电极(Jpn.J.Appl.Phys., 2006, 45 (4B):3233-3237)与刀片状加热电极(IEEE ConferenceProceedings of Internat1nal Electron Devices Meeting,2011,3.1.1-3.1.4)和意法半导体公司的μ型加热电极(Proc.Symp.Very Large Scale Integr.(VLSI)Technol.，2004, 3.1:18-19)，但上述结构的缺点是主要靠减小电极尺寸实现低功耗，而相变材料的尺寸都比较大。
[0005]因此，提出一种新的纳米器件单元结构以解决上述技术问题实属必要。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相变存储单元及其制作方法，用于解决现有技术中相变材料的相变区域较大，导致器件功耗较大的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种相变存储单元的制作方法，包括以下步骤:
[0008]S1:提供一衬底，在所述衬底中形成镶嵌于其中且暴露出上表面的至少一个下电极；
[0009]S2:在位于所述下电极一侧的所述衬底上形成第一支撑结构；
[0010]S3:在所述第一支撑结构侧壁表面及所述下电极上方形成加热电极层，其中，所述第一支撑结构一面侧壁表面的加热电极层与所述下电极上方的加热电极层相连，构成刀片状加热电极；然后在所述第一支撑结构及所述刀片状加热电极周围形成上表面与所述第一支撑结构上表面齐平的绝缘层；
[0011]S4:在所述刀片状加热电极上方形成与其顶端一侧相接触的第二支撑结构；
[0012]S5:在所述第二支撑结构侧壁表面形成相变材料层，其中，所述第二支撑结构一面侧壁表面的相变材料层与所述刀片状加热电极顶部接触，构成刀片状相变材料结构；然后在所述第二支撑结构及所述刀片状相变材料结构周围形成上表面与所述第二支撑结构上表面齐平的绝缘层；
[0013]S6:在所述刀片状相变材料结构上方形成与其接触的上电极。
[0014]可选地，于所述步骤S5中，仅在所述第二支撑结构侧壁表面形成所述相变材料层，得到“ I ”字型刀片状相变材料结构；或者在所述第二支撑结构侧壁表面形成相变材料层时，在所述刀片状加热电极上方也形成相变材料层，其中，所述第二支撑结构侧壁表面的相变材料层与所述刀片状加热电极上方的相变材料层相连，构成“L”型刀片状相变材料结构，所述“L”型刀片状相变材料结构的底部宽度范围是5?50纳米。
[0015]可选地，所述刀片状相变材料结构上部及所述刀片状加热电极上部在水平面上的投影呈预设角度交叉，所述预设角度为直角、锐角或钝角。
[0016]可选地，于所述步骤SI中，在所述衬底中形成至少四个下电极，各下电极之间呈至少两行及至少两列的点阵式分布；
[0017]于所述步骤S2中，在所述衬底上每隔两列下电极形成一条所述第一支撑结构；
[0018]于所述步骤S3中，包括如下步骤:
[0019]S3-1:在所述第一支撑结构侧壁及所述下电极上沉积所述加热电极层；
[0020]S3-2:在位于相邻两条所述第一支撑结构之间的两列下电极之间形成贯穿所述加热电极层的第一隔离槽，在相邻两行下电极之间形成贯穿所述加热电极层的第二隔离槽；所述第一隔离槽与第二隔离槽将所述加热电极层分割为若干分立的刀片状加热电极，每个刀片状加热电极分别与一个下电极连接；
[0021]于所述步骤S4中，每隔两行所述刀片状加热电极形成一条所述第二支撑结构；所述第二支撑结构与其两侧的刀片状加热电极均接触；
[0022]于所述步骤S5中，包括如下步骤:
[0023]S5-1:在所述第二支撑结构侧壁及所述刀片状加热电极上沉积所述相变材料层；
[0024]S5-2:在位于相邻两条所述第二支撑结构之间的两行刀片状加热电极之间形成贯穿所述相变材料层的第三隔离槽，在相邻两列刀片状加热电极之间形成贯穿所述相变材料层的第四隔离槽；所述第三隔离槽与第四隔离槽将所述相变材料层分割为若干分立的刀片状相变材料结构，每个刀片状相变材料结构分别与一个刀片状加热电极连接。
[0025]可选地，于所述步骤S3-2中，形成所述第一隔离槽后，在所述第一隔离槽中沉积第一绝缘层并平坦化；然后形成贯穿所述第一绝缘层及所述加热电极层的所述第二隔离槽，在所述第二隔离槽中沉积第二绝缘层并平坦化，使得所述第二绝缘层上表面与所述第一支撑结构上表面齐平。
[0026]可选地，于所述步骤S5-2中，形成所述第三隔离槽后，在所述第三隔离槽中沉积第三绝缘层并平坦化；然后形成贯穿所述第三绝缘层及所述相变材料层的所述第四隔离槽，在所述第四隔离槽中沉积第四绝缘层并平坦化，使得所述第四绝缘层上表面与所述第二支撑结构上表面齐平。
[0027]可选地，所述第三隔离槽的宽度大于所述第二隔离槽的宽度。
[0028]可选地，所述加热电极层为导电的氮化物；所述绝缘层的材料为氮化物、氧化物、氮氧化物或碳化物；所述第一支撑结构及第二支撑结构的材料为绝缘的氮化物、氧化物、氮氧化物及碳化物中的任一种；所述相变材料层的材料为硫系化合物、GeSb> SiSb或金属氧化物。
[0029]可选地，所述刀片状加热电极的厚度范围I?30纳米，高度范围是10?200纳米；所述刀片状相变材料结构的厚度范围是I?30纳米，高度范围是10?200纳米。
[0030]本发明还提供一种相变存储单元，包括:
[0031]镶嵌于衬底中的至少一个下电极；
[0032]连接于所述下电极上方的刀片状加热电极；
[0033]连接于所述刀片状加热电极上方的刀片状相变材料结构；
[0034]连接于所述相变材料结构上方的上电极。
[0035]可选地，所述刀片状相变材料结构为“ I ”字型或“L”型；所述“L”型刀片状相变材料结构的底部宽度范围是5?50纳米。
[0036]可选地，所述刀片状相变材料结构上部及所述刀片状加热电极上部在水平面上的投影呈预设角度交叉，所述预设角度为直角、锐角或钝角。
[0037]可选地，所述刀片状加热电极外侧壁连接有第一支撑结构；所述刀片状相变材料结构外侧壁连接有第二支撑结构。
[0038]可选地，所述刀片状加热电极的厚度范围I?30纳米，高度范围是10?200纳米；所述刀片状相变材料结构的厚度范围是I?30纳米，高度范围是10?200纳米。
[0039]本发明还提供一种采用上述相变存储单元的相变存储器。
[0040]可选地，所述相变存储器中，相邻两个刀片状加热电极之间通过绝缘层隔离；相邻两个刀片状相变材料结构之间通过绝缘层隔离。
[0041]可选地，所述相变存储器中，相邻两个刀片状加热电极之间的距离为5?90纳米；相邻两个刀片状相变材料结构之间的距离为5?140纳米。
[0042]如上所述，本发明的相变存储单元及其制作方法，具有以下有益效果:本发明的相变存储单元中采用刀片状加热电极及刀片状相变材料结构，所述刀片状加热电极及刀片状相变材料结构相互交叉接触。由于刀片状加热电极和刀片状相变材料结构的厚度尺寸非常小且容易控制，二者交叉接触可实现接触面最小化，达到进一步缩小相变存储单元的相变区域的目的，从而大大降低器件功耗。
【附图说明】
[0043]图1显示为本发明的相变存储单元的制作方法在衬底中形成至少一个下电极的