三维相变存储器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种三维相变存储器及其制造方法，其通过相应的布线工艺来制造每层相变存储单元所需的字线和位线，且在形成第一布线之后且在形成第二布线之前，完成相变存储单元的制造，且使得字线和位线分别与相应的触点与相变存储单元的相应电极电性连接，能够使得相变存储单元的形状和尺寸不再完全依赖于字线和位线交叉点处的重叠情况，有利于实现更小的器件尺寸和更高的存储密度，改善字线和位线引入的寄生效应，降低相变存储器的编程电流和电源要求。且当分别采用相应的单次曝光技术来制作位线、相变存储单元和字线时，能够避免现有技术中使用双重图案化技术来制作字线和位线时所带来的工艺复杂性和成本。所带来的工艺复杂性和成本。所带来的工艺复杂性和成本。

【技术实现步骤摘要】
三维相变存储器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及存储器
，尤其涉及一种三维相变存储器及其制造方法。

技术介绍

[0002]通过改善工艺技术、电路设计、程序算法和制造工艺使平面存储单元缩放到更小的尺寸。但是，随着存储单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得有挑战性和成本高昂。这样一来，平面存储单元的存储密度接近上限，而三维(3D)存储架构应运而生，用以解决平面存储单元中的密度限制的问题。
[0003]目前主流的三维相变存储器(3D Phase Change Memory，3D PCM)的架构可以包括单层的相变存储单(PCM cell)元、两层堆叠的相变存储单元或者四层堆叠的相变存储单元，且每层相变存储单元一般是自对准地形成在相互垂直的字线(WL)和位线(BL)的交叉点处，其形状和尺寸均完全依赖于字线和位线交叉点处的重叠情况，因此一般整体上呈现为垂直方形柱状。
[0004]虽然上述的三维相变存储器的架构可以突破平面相变存储器中的密度限制，但是由于其相变存储单元的形状和尺寸均完全依赖于字线和位线交叉点处的重叠情况，呈现为垂直方形柱状，不利于器件尺寸的进一步微缩，这也成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种三维相变存储器及其制造方法，能够有利于实现更小尺寸和更高存储密度的存储器件。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供一种三维相变存储器的制造方法，其包括以下步骤：
[0007]提供衬底，采用第一布线工艺形成第一层间介质层，且所述第一层间介质层中形成有若干条第一布线以及位于每条所述第一布线上的若干第一触点；
[0008]在所述第一层间介质层上形成若干相互间隔开的相变存储单元，每个所述相变存储单元具有底电极以及顶电极，所述底电极与相应的第一触点对准且电性接触；
[0009]形成第二层间介质层，所述第二层间介质层填充相邻所述相变存储单元之间的间隙并将各个所述相变存储单元的顶部掩埋在内；
[0010]采用第二布线工艺在所述第二层间介质层中形成所需的第二触点，并在所述第二层间介质层上形成若干条第二布线，每个所述第二触点与相应的所述相变存储单元的顶电极对准且电性接触，每条所述第二布线通过相应的所述第二触点与相应的所述相变存储单元的顶电极电性连接，其中，所述第一布线为位线且所述第二布线为字线，或者，所述第一布线为字线且所述第二布线为位线。
[0011]可选地，采用第一布线工艺在形成第一层间介质层、第一布线以及第一触点的步骤包括：
[0012]在一衬底上形成第一介质层，并对所述第一介质层进行光刻和刻蚀，以形成沿第
一方向延伸的若干条第一沟槽；
[0013]形成填充于各条第一沟槽中的第一布线；
[0014]在所述第一介质层和所述第一布线上覆盖第二介质层，并对所述第二介质层进行光刻和刻蚀，以在每条所述第一布线上形成若干第一接触孔，所述第一介质层和所述第二介质层组成所述第一层间介质层；
[0015]形成填充于各个第一接触孔中的第一触点。
[0016]可选地，在所述第一层间介质层上形成若干相互间隔开的相变存储单元的步骤包括：
[0017]在所述第一层间介质层和所述第一触点上形成相变存储堆叠层，所述相变存储堆叠层包括自下而上依次层叠的底电极层、相变存储层和顶电极层；
[0018]采用单次曝光技术或者多重图案曝光技术对所述相变存储堆叠层进行相应的光刻和刻蚀，直至使得所述底电极层被图案化为相互间隔开的底电极，以形成若干相互间隔开的相变存储单元。
[0019]可选地，在所述第一层间介质层和所述第一触点上依次层叠底电极层、选通层、中间电极层、相变存储层、顶电极层和硬掩膜层，以形成所述相变存储堆叠层；采用单次曝光技术或者多重图案曝光技术对所述相变存储堆叠层进行光刻和刻蚀的步骤包括：
[0020]采用单次曝光技术或者多重图案曝光技术对所述硬掩膜层进行相应的光刻和刻蚀，以在所述硬掩膜层中形成用于定义出各个相变存储单元的图案；
[0021]以所述硬掩膜层为掩膜，依次刻蚀所述顶电极层和所述相变存储层，并停止在所述中间电极层的顶面，以形成对应于各个所述相变存储单元的堆叠体，相邻的堆叠体之间均具有间隙；
[0022]在所述堆叠体的侧壁上形成第一界面保护层；
[0023]沿所述间隙向下刻蚀所述第一界面保护层、中间电极层、选通层和底电极层，并停止在所述第一层间介质层的顶面上，以形成各个所述相变存储单元。
[0024]可选地，形成所述第二层间介质层的步骤包括：
[0025]在各个所述相变存储单元的侧壁上形成第二界面保护层；
[0026]沉积间隙填充层于相邻所述相变存储单元之间的间隙中，并对所述间隙填充层的顶部进行化学机械研磨，直至暴露出各个所述相变存储单元的顶电极的顶面；
[0027]沉积第三介质层于所述间隙填充层和所述顶电极上，以形成所述第二层间介质层，所述第二层间介质层包括所述第二界面保护层、所述间隙填充层和所述第三介质层。
[0028]可选地，采用第二布线工艺形成所述第二触点以及所述第二布线的步骤包括：
[0029]对所述第三介质层进行光刻和刻蚀，以形成暴露出相应的顶电极的部分或全部顶面的第二接触孔；
[0030]形成填充于各个第二接触孔中的第二触点；
[0031]在所述第三介质层上形成所述第二布线。
[0032]可选地，所述第一层间介质层和所述第一布线形成在一衬底上，所述衬底具有存储区以及位于存储区外围的外围区，所述制造方法还包括：通过多层金属互连工艺在所述外围区中形成多层金属互连结构，其中，所述第一布线工艺为所述多层金属互连工艺中某一层金属布线的形成工艺，所述第二布线工艺为所述多层金属互连工艺中另一层金属布线
的形成工艺，以使得所述第一布线与所述多层金属互连结构中的一层金属布线为同一层金属，所述第二布线与所述多层金属互连结构中的另一层金属布线为同一层金属；
[0033]和/或，所述第一层间介质层和所述第一布线形成在一衬底上，所述衬底具有存储区以及位于存储区外围的外围区，所述第一布线和所述第二布线均从所述存储区延伸到所述外围区中，且所述制造方法还包括：在所述存储区分别执行所述第一布线工艺和所述第二布线工艺的同时，还在所述外围区中一同形成相应的电连接结构，以在所述存储区完成所述第二触点的制造的同时，在所述外围区完成第一接触插塞和第二接触插塞的制造，以使得延伸到所述外围区中的第二布线电性连接所述第二接触插塞，延伸到所述外围区中第一布线电性连接所述第一接触插塞。
[0034]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种三维相变存储器，其包括：
[0035]第一层间介质层，所述第一层间介质层中形成有若干条第一布线以及位于每条所述第一布线上的若干第一触点；
[0036]若干相互间隔开的相变存储单元，形成在所述第一层间介质层上，且每个所述相变存储单元具有底电极以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维相变存储器的制造方法，其特征在于，包括：采用第一布线工艺形成第一层间介质层，且所述第一层间介质层中形成有若干条第一布线以及位于每条所述第一布线上的若干第一触点；在所述第一层间介质层上形成若干相互间隔开的相变存储单元，每个所述相变存储单元具有底电极以及顶电极，所述底电极与相应的第一触点对准且电性接触；形成第二层间介质层，所述第二层间介质层填充相邻所述相变存储单元之间的间隙并将各个所述相变存储单元的顶部掩埋在内；采用第二布线工艺在所述第二层间介质层中形成所需的第二触点，并在所述第二层间介质层上形成若干条第二布线，每个所述第二触点与相应的所述相变存储单元的顶电极对准且电性接触，每条所述第二布线通过相应的所述第二触点与相应的所述相变存储单元的顶电极电性连接，其中，所述第一布线为位线且所述第二布线为字线，或者，所述第一布线为字线且所述第二布线为位线。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，采用第一布线工艺形成第一层间介质层、第一布线以及第一触点的步骤包括：在一衬底上形成第一介质层，并对所述第一介质层进行光刻和刻蚀，以形成沿第一方向延伸的若干条第一沟槽；形成填充于各条第一沟槽中的第一布线；在所述第一介质层和所述第一布线上覆盖第二介质层，并对所述第二介质层进行光刻和刻蚀，以在每条所述第一布线上形成若干第一接触孔，所述第一介质层和所述第二介质层组成所述第一层间介质层；形成填充于各个第一接触孔中的第一触点。3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述第一层间介质层上形成若干相互间隔开的相变存储单元的步骤包括：在所述第一层间介质层和所述第一触点上形成相变存储堆叠层，所述相变存储堆叠层包括自下而上依次层叠的底电极层、相变存储层和顶电极层；采用单次曝光技术或者多重图案曝光技术，对所述相变存储堆叠层进行相应的光刻和刻蚀，直至使得所述底电极层被图案化为相互间隔开的底电极，以形成若干相互间隔开的相变存储单元。4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在所述第一层间介质层和所述第一触点上依次层叠底电极层、选通层、中间电极层、相变存储层、顶电极层和硬掩膜层，以形成所述相变存储堆叠层；采用单次曝光技术或者多重图案曝光技术对所述相变存储堆叠层进行光刻和刻蚀的步骤包括：采用单次曝光技术或者多重图案曝光技术对所述硬掩膜层进行相应的光刻和刻蚀，以在所述硬掩膜层中形成用于定义出各个相变存储单元的图案；以所述硬掩膜层为掩膜，依次刻蚀所述顶电极层和所述相变存储层，并停止在所述中间电极层的顶面，以形成对应于各个所述相变存储单元的堆叠体，相邻的堆叠体之间均具有间隙；在所述堆叠体的侧壁上形成第一界面保护层；沿所述间隙向下刻蚀所述第一界面保护层、中间电极层、选通层和底电极层，并停止在
所述第一层间介质层的顶面上，以形成各个所述相变存储单元。5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，形成所述第二层间介质层的步骤包括：在各个所述相变存储单元的侧壁上形成第二界面保护层；沉积间隙填充层于相邻所述相变存储单元之间的间隙中，并对所述间隙填充层的顶部进行化学机械研磨，直至暴露出各个所述相变存储单元的顶电极的顶面；沉积第三介质层于所述间隙填充层和所述顶电极上，以形成所述第二层间介质层，所述第二层间介质层包括所述第二界面保护层、所述间隙填充层和所述第三介质层。6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，采用第二布线工艺形成所述第二触点以及所述第二布线的步骤包括：对所述第三介质层进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峻，
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：