一种相变存储单元及其制作方法_2

文档序号:8458436阅读:来源:国知局
示意图。
[0044]图2显示为在位于所述下电极一侧的所述衬底上形成第一支撑结构的示意图。
[0045]图3显示为图2所示结构的俯视图。
[0046]图4显示为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的示意图。
[0047]图5显示为在位于相邻两条所述第一支撑结构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的示意图。
[0048]图6显示为在所述第一隔离槽中沉积第一绝缘层并平坦化的示意图。
[0049]图7显示为图6所示结构的A-A向剖视图。
[0050]图8显示为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的示意图。
[0051]图9显示为在所述第二隔离槽中沉积第二绝缘层并平坦化的示意图。
[0052]图10显示为图9所示结构的B-B向剖视图。
[0053]图11显示为图10所示结构的C-C向剖视图。
[0054]图12a显示为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的示意图。
[0055]图12b显示为图12a所示结构的俯视图。
[0056]图13显示为在所述第二支撑结构侧壁表面形成相变材料层的示意图。
[0057]图14显示为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的示意图。
[0058]图15显示为在所述第三隔离槽中沉积第三绝缘层并平坦化的示意图。
[0059]图16显示为图15所示结构的D-D向剖视图。
[0060]图17显示为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的示意图。
[0061]图18显示为在所述第四隔离槽中沉积第四绝缘层并平坦化的示意图。
[0062]图19显示为图18所示结构的E-E向剖视图。
[0063]图20显示为在所述刀片状相变材料结构上方形成与其接触的上电极的示意图。
[0064]图21显示为另一实施例中所述刀片状相变材料结构为“L”型的示意图。
[0065]元件标号说明
[0066]I 衬底
[0067]2 下电极
[0068]3 第一支撑结构
[0069]4 加热电极层
[0070]401刀片状加热电极
[0071]5 第一隔离槽
[0072]6 第一绝缘层
[0073]7 第二隔离槽
[0074]8 第二绝缘层
[0075]9 第二支撑结构
[0076]10 相变材料层
[0077]101刀片状相变材料结构
[0078]11 第三隔离槽
[0079]12 第三绝缘层
[0080]13 第四隔离槽
[0081]14 第四绝缘层
[0082]15 上电极
【具体实施方式】
[0083]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0084]请参阅图1至图21。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0085]实施例一
[0086]本发明提供一种相变存储单元的制作方法,包括以下步骤:
[0087]步骤S1:提供一衬底,在所述衬底I中形成镶嵌于其中且暴露出上表面的至少一个下电极。
[0088]具体的,所述衬底为常规半导体衬底,如S1、Ge等。制备所述下电极的方法可以为溅射法、蒸发法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、低压化学气相沉积法、金属化合物气相沉积法、分子束外延法、原子气相沉积法和原子层沉积法中的任意一种。所述下电极2的材料可以为单金属材料W、Pt、Au、T1、Al、Ag、Cu和Ni中的任意一种,或由其中至少两种单金属材料组合成的合金材料,或所述单金属材料的氮化物或氧化物。
[0089]作为示例,本实施例中采用CVD法制备W下电极层,W电极的直径为70nm,高度为200nm。在其它实施例中,所述下电极也可以采用其它尺寸。
[0090]作为示例,本实施例中,在所述衬底I中形成至少四个下电极2,各下电极2之间呈至少两行及至少两列的点阵式分布。
[0091]步骤S2:在位于所述下电极2 —侧的所述衬底I上形成第一支撑结构。
[0092]作为示例,如图2所示,在所述衬底I上每隔两列下电极2形成一条所述第一支撑结构3,从而每一条所述第一支撑结构3均为其两侧的下电极2所共用。图3显示为图2所示结构的俯视图。
[0093]具体的,所述第一支撑结构3用于刀片状加热电极成型,其位于所述下电极I的边缘,且二者并不重叠。所述第一支撑结构3的材料可以为绝缘的氮化物、氧化物、氮氧化物、碳化物中的任意一种。本实施例中,在W下电极层上采用CVD法制备所述第一支撑结构3,该第一支撑结构的材料为SiN,高度大致为50-200nm,最好为lOOnm,宽度大致为20_100nm,最好为70nmo
[0094]步骤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。
[0095]具体的,如图4所示,沉积加热电极层4之后,所述加热电极层4覆盖于多个所述第一支撑结构3侧壁及多个所述下电极2上。为了将各个相变存储单元的加热电极层隔离开,本实施例中,进一步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。
[0096]具体的,如图5所示,显示为在位于相邻两条所述第一支撑结构3之间的两列下电极2之间形成贯穿所述加热电极层4的第一隔离槽5的示意图。所述第一隔离槽5将位于不同列的各个所述下电极3上的加热电极层4分隔开。
[0097]如图6所示,形成所述第一隔离槽5后,进一步在所述第一隔离槽5中沉积第一绝缘层6并平坦化。图7显示为图6所示结构的A-A向剖视图。可见,位于不同行的各个所述下电极3上的加热电极层4仍然相连。沉积所述第一绝缘层6并平坦化的目的是为了后续进一步形成所述第二隔离槽。其中,平坦化后的第一绝缘层高度不低于所述第一支撑结构上表面。
[0098]如图8所示,显示为形成贯穿所述第一绝缘层6及所述加热电极层4的所述第二隔离槽7的示意图。所述第二隔离槽7将位于不同行的各个所述下电极3上的加热电极层4分隔开。
[0099]如图9所示,进一步在所述第二隔离槽7中沉积第二绝缘层8并平坦化,使得所述第二绝缘层8上表面与所述第一支撑结构6上表面齐平。图10显示为图9所示结构的B-B向剖视图。
[0100]至此,通过所述第一隔离槽5与第二隔离槽6将所述加热电极层分割为若干分立的刀片状加热电极401,每个刀片状加热电极401分别与一个下电极2连接。
[0101]具体的,所述加热电极层4的材料为导电的氮化物,优选为氮化钛(TiN)、氮化硅钛(TiSiN)、或氮化铝钛。所述加热电极层4的厚度范围是1-30纳米。制备所述加热电极层4的方法可以为溅射法、蒸发法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、低压化学气相沉积法、金属化合物气相沉积法、分子束外延法、原子气相沉积法和原子层沉积法中的任意一种,使得所述加热电极层4与所述下电极2之间形成良好的欧姆连接。
[0102]作为示例,采用ALD法在SiN第一支撑结构上制备1nm厚的TiN加热电极层,并使TiN加热电极层与W下电极之间形成良好的欧姆连接;采用曝光和反应离子刻蚀法形成相互垂直的所述第一分隔槽5及第二分隔槽7,分隔开相邻下电极之间的TiN膜。所述第一分隔槽5及第二分隔槽7的宽度范围均为5-90纳米,均优选为70纳米。所述刀片状加热电极401的顶端长度范围是5?90纳米,优选为40纳米。所述刀片状加热电极401的高度范围是10?200纳米,优选为70纳米。所述刀片状加热电极401的厚度范围I?30纳米,优选为10纳米。所述第一绝缘层6、第二绝缘层8包括但不限于绝缘的单质材料、氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物,优选为SiN或TaN。制备所述第一绝缘层及第二绝缘层的方法为溅射法、蒸发法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、低压化学气相沉积法、金属化合物气相沉积法、分子束外延法、原子气相沉积法和原子层沉积法中的
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