相变存储器器件及其形成方法技术

在某些方面，一种存储器器件包括多条位线、多条字线和多个存储器单元。多个存储器单元中的每一个存储器单元设置在多条位线中的相应一条位线与多条字线中的相应一条字线的交叉点处。多个存储器单元中的每一个存储器单元包括堆叠的相变存储器(PCM)元件和选择器。PCM元件包括顶表面和底表面。顶表面的面积小于底表面的面积。于底表面的面积。于底表面的面积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相变存储器器件及其形成方法


[0001]本公开涉及相变存储器(PCM)器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]通过改进工艺技术、电路设计、编程算法和制造工艺，平面存储器单元被缩放到更小的尺寸。然而，随着存储器单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性且成本高。结果，平面存储器单元的存储密度接近上限。
[0003]三维(3D)存储器架构可以解决平面存储器单元中的密度限制。3D存储器架构包括存储器阵列和用于控制信号来往于存储器阵列的外围器件。例如，PCM可以基于相变材料的电热加热和淬火来利用相变材料中非晶相与结晶相的电阻率之间的差异。PCM阵列单元可以3D垂直堆叠以形成3D PCM。

技术实现思路

[0004]在一方面，一种存储器器件，包括：多条位线；多条字线；以及多个存储器单元。每一个存储器单元设置在所述多条位线中的相应一条位线与所述多条字线中的相应一条字线的交叉点处。所述多个存储器单元中的每一个存储器单元包括堆叠的相变存储器(PCM)元件和选择器。所述PCM元件包括顶表面和底表面。所述顶表面的面积小于所述底表面的面积。
[0005]在另一方面，一种相变存储器(PCM)单元，包括：PCM元件；以及选择器。所述PCM元件包括顶表面和底表面。所述顶表面的面积小于所述底表面的面积。
[0006]在又一方面，一种用于形成存储器器件的方法，包括：在衬底上依次沉积位线、第一电极、选择器、第二电极以及相变存储器(PCM)元件；在所述PCM元件上沉积掩模；经所述掩模的开口蚀刻所述PCM元件以在所述PCM元件中形成凹槽；去除所述掩模并在所述PCM元件和所述凹槽上沉积牺牲绝缘层；蚀刻所述牺牲绝缘层以在所述凹槽中形成绝缘层；在所述PCM元件和所述绝缘层上沉积第三电极；以及在所述第三电极上沉积字线。
[0007]在再一方面，一种用于形成相变存储器(PCM)单元的方法，包括：依次沉积第一电极、选择器、第二电极以及PCM元件；在所述PCM元件上沉积掩模；经所述掩模的开口蚀刻所述PCM元件以在所述PCM元件中形成凹槽；去除所述掩模并在所述PCM元件和所述凹槽上沉积牺牲绝缘层；蚀刻所述牺牲绝缘层以在所述凹槽中形成绝缘层；以及在所述PCM元件和所述绝缘层上沉积第三电极。
附图说明
[0008]并入本文并形成说明书的一部分的附图示出了本公开的方面，并且与说明书一起进一步用于解释本公开的原理并使得本领域技术人员能够实现和使用本公开。
[0009]图1示出了根据本公开的一些方面的示例性3D交叉点(XPoint)存储器器件的透视图。
[0010]图2示出了3D相变存储器(PCM)存储器器件的横截面的侧视图。
[0011]图3示出了根据本公开的一些方面的示例性3D PCM器件的横截面的侧视图，该器件具有PCM元件，该PCM元件具有窄顶宽底的形状。
[0012]图4A示出了根据本公开的一些方面的示例性3D PCM器件中的电流分布的示意图，该器件具有PCM元件，该PCM元件具有窄顶宽底的形状。
[0013]图4B示出了根据本公开的一些方面的示例性3D PCM器件的3D示意图，该器件具有PCM元件，该PCM元件具有窄顶宽底的形状。
[0014]图5示出了根据本公开的一些方面的示例性3D PCM器件的操作的示意图，该器件具有PCM元件，该PCM元件具有窄顶宽底的形状。
[0015]图6A
‑
6J示出了根据本公开的一些方面的用于形成3D PCM器件的示例性制造工艺，该器件具有PCM元件，该PCM元件具有窄顶宽底的形状。
[0016]图7示出了根据本公开的一些方面的用于形成3D PCM器件的示例性方法的流程图，该器件具有PCM元件，该PCM元件具有窄顶宽底的形状。
[0017]将参照附图描述本公开。
具体实施方式
[0018]尽管讨论了具体的配置和布置，但是应当理解，这仅用于说明性目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以使用其他配置和布置。对于相关领域的技术人员来说显而易见的是，本公开也可以用于各种其他应用中。
[0019]注意，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施方式”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可能不一定包括特定的特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施方式来实现此类特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内。
[0020]一般而言，术语可以至少部分地根据上下文中的用法来理解。例如，本文使用的术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可用于描述单数意义上的任何特征、结构或特性，或可用于描述复数意义上的特征、结构或特性的组合。类似地，至少部分地取决于上下文，诸如“一”、“一个”或“所述”的术语可以被理解为表达单数用法或表达复数用法。此外，术语“基于”可被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可能允许存在不一定明确描述的额外因素，这同样至少部分地取决于上下文。
[0021]应当容易理解，本公开中“在
……
上”、“在
……
上方”和“在
……
之上”的含义应该以最广泛的方式解释，使得“在
……
上”不仅意味着“直接在某物上”，而且包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在
……
上方”或“在
……
之上”不仅意味着“在某物上方”或“在某物之上”的含义，还可以包括“在某物上方”或“在某物之上”，且其间没有中间特征或层(即，直接在某物上)的含义。
[0022]此外，为了便于描述，本文中可以使用空间相对术语，诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“下部”、“在
……
上方”、“上部”等来描述一个元件或特征与如图中所示的别的元件(单个或多个)或特征(单个或多个)的关系。除了图中描绘的取向之外，空间相对术语旨在涵盖使用或操作中的器件的不同取向。装置可以以其他方式取向(旋转90度或以其他取向)
并且同样可以相应地解释这里使用的空间相对描述词。
[0023]如本文所用，术语“衬底”是指在其上添加后续材料层的材料。衬底本身可以被图案化。添加在衬底顶部的材料可以被图案化或可以保持未图案化。此外，衬底可以包括广泛系列的半导体材料，诸如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。或者，衬底可以由非导电材料制成，该非导电材料是诸如玻璃、塑料、或蓝宝石晶片。
[0024]如本文所用，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在整个下覆或上覆结构之上延伸，或者可以具有小于下覆或上覆结构的广度的广度。此外，层可以是均匀或非均匀连续结构的区域，其厚度小于连续结构的厚度。例如，层可以位于连续结构的顶表面与底表面之间或顶表面和底表面处的任何一对水平面之间。层可以水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种存储器器件，包括：多条位线；多条字线；以及多个存储器单元，每个存储器单元设置在所述多条位线中的相应一条位线与所述多条字线中的相应一条字线的交叉点处，其中，所述多个存储器单元中的每个存储器单元包括堆叠的相变存储器(PCM)元件和选择器，并且所述PCM元件包括：顶表面和底表面，所述顶表面的面积小于所述底表面的面积。2.如权利要求1所述的存储器器件，其中，所述PCM元件还包括连接到所述PCM元件的所述顶表面的斜面，以及连接在所述斜面与所述底表面之间的侧表面。3.如权利要求2所述的存储器器件，其中，所述斜面包括弧形形状。4.如权利要求2或3所述的存储器器件，其中，所述侧表面正交于所述PCM元件的所述底表面。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的存储器器件，还包括：绝缘层，形成在所述斜面上并且与所述PCM元件的所述顶表面共面。6.如权利要求5所述的存储器器件，其中，所述绝缘层的材料包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。7.如权利要求5或6所述的存储器器件，其中，所述绝缘层的厚度在10nm与20nm之间。8.如权利要求1
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7中任一项所述的存储器器件，其中，所述多个存储器单元中的每个存储器单元还包括：第一电极，形成在所述选择器与相应位线之间；第二电极，形成在所述PCM元件与所述选择器之间；以及第三电极，形成在相应字线与所述PCM元件之间。9.如权利要求1
‑
8中任一项所述的存储器器件，其中，所述PCM元件包括棱锥形状。10.如权利要求1
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9中任一项所述的存储器器件，其中，所述PCM元件的厚度在30nm与50nm之间。11.如权利要求1
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10中任一项所述的存储器器件，其中，所述PCM元件包括硫属化物组合物，所述硫属化物组合物包括锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铟(In)或镓(Ga)中的至少一种。12.一种相变存储器(PCM)单元，包括：PCM元件；以及选择器，其中，所述PCM元件包括：顶表面和底表面，所述顶表面的面积小于所述底表面的面积。13.如权利要求12所述的PCM单元，其中，所述PCM元件还包括连接到所述PCM元件的所述顶表面的斜面，以及连接在所述斜面与所述底表面之间的侧表面。14.如权利要求12或13所述的PCM单元，其中，所述斜面包括弧形形状。15.如权利要求12
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14中任一项所述的PCM单元，其中，所述侧表面正交于所述PCM元件的所述底表面。16.如权利要求12
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15中任一项所述的PCM单元，还包括：绝缘层，形成在所述斜面上并且与所述PCM元件的所述顶表面共面。
17.如权利要求16所述的PCM单元，其中，所述绝缘层的材料包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)中的至少一种。18.如权利要求16或17所述的PCM单元，其中，所述绝缘层的厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭文林，刘峻，杨海波，刘广宇，匡睿，
申请(专利权)人：长江先进存储产业创新中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：