一种相变存储器的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种相变存储器的制造方法。

背景技术

随着当前半导体技术发展，半导体器件包括多种种类，已经应用在多种领域，例如半导体器件中包括存储器件，存储器件的特点可为易失性的或非易失性的，尽管易失性半导体存储器件可以高速执行读取操作和写入操作，但是在断电状态下存储在易失性半导体存储器件中的内容会丢失。相反，非易失性半导体存储器件的特点是无论是否加电均保留存储的内容。相变存储器是典型的非易失性半导体存储器件的示例，相变存储器可以被用作数据存储介质。

但是当前相变存储器的制造过程中流程较多且较为复杂，不能满足低成本制造的需求。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种相变存储器的制造方法，能够满足低成本制造相变存储器的需求。

本申请实施例提供了一种相变存储器的制造方法，所述方法包括：

在衬底上依次层叠形成第一导电层和第一相变存储层；

刻蚀所述第一导电层和所述第一相变存储层至所述衬底，形成沿着第一方向延伸的多个第一层相变存储结构；

在所述第一层相变存储结构上依次层叠形成第二导电层和第二相变存储层；

刻蚀所述第二导电层和所述第二相变存储层至所述第一导电层，形成沿着第二方向延伸的多个第一连续相变存储结构；所述第一方向和所述第二方向垂直；

在所述第一连续相变存储结构上形成第三导电层；

刻蚀所述第三导电层和所述第二相变存储层至所述第二导电层，形成沿着所述第一方向延伸的多个第二层相变存储结构。

可选地，

在所述第一连续相变存储结构上形成第三导电层之前，所述方法还包括：

在所述第一连续相变存储结构上依次层叠形成第四导电层和第四相变存储层；

刻蚀所述第四导电层和所述第四相变存储层至所述第二导电层，形成沿着第二方向延伸的多个第四连续相变存储结构；

在所述第i-1连续相变存储结构上依次层叠形成第i导电层和第i相变存储层，i＞4，且i为整数；

刻蚀所述第i导电层和所述第i相变存储层至所述第i-1导电层，形成沿着第二方向延伸的多个第i连续相变存储结构。

可选地，在所述第一层相变存储结构上依次层叠形成第二导电层和第二相变存储层之前，所述方法还包括：

在所述第一层相变存储结构的侧壁形成隔热层，在多个所述第一层相变存储结构之间填充介质层。

可选地，所述在所述第一层相变存储结构的侧壁形成隔热层，在多个所述第一层相变存储结构之间填充介质层包括：

在所述第一层相变存储结构上依次沉积隔热材料和介质材料，所述隔热材料覆盖所述第一层相变存储结构和所述衬底，所述介质材料覆盖所述隔热材料；

进行平坦化处理，暴露所述第一层相变存储结构，得到覆盖所述第一层相变存储结构侧壁的隔热层和填充多个所述第一层相变存储结构之间的介质层。

可选地，在所述第一连续相变存储结构上形成第三导电层之前，所述方法还包括：

在所述第一连续相变存储结构的侧壁形成隔热层，在多个所述第一连续相变存储结构之间填充介质层。

可选地，所述在所述第一连续相变存储结构的侧壁形成隔热层，在多个所述第一连续相变存储结构之间填充介质层包括：

在所述第一连续相变存储结构上依次沉积隔热材料和介质材料，所述隔热材料覆盖所述第一连续相变存储结构和所述衬底，所述介质材料覆盖所述隔热材料；

进行平坦化处理，暴露所述第一连续相变存储结构，得到覆盖所述第一连续相变存储结构侧壁的隔热层和填充多个所述第一连续相变存储结构之间的介质层。

可选地，所述方法还包括：

在所述第二层相变存储结构和所述第三导电层的侧壁形成隔热层，在多个所述第二层相变存储结构之间填充介质层。

可选地，所述隔热材料为氮化硅。

可选地，所述第一相变存储层包括第一电极层、选通管层、第二电极层、相变层、第三电极层及导电停止层；

所述在衬底上依次层叠形成第一导电层和第一相变存储层包括：

在衬底上形成第一导电层；

在所述第一导电层上依次层叠形成所述第一电极层、所述选通管层、所述第二电极层、所述相变层、所述第三电极层及所述导电停止层。

可选地，所述第一层相变存储结构和所述第一连续相变存储结构相交的部分为第一层相变存储单元，所述第二层相变存储结构和所述第一连续相变存储结构相交的部分为第二层相变存储单元。

本申请实施例提供了一种相变存储器的制造方法，方法包括：在衬底上依次层叠形成第一导电层和第一相变存储层，刻蚀第一导电层和第一相变存储层至衬底，形成沿着第一方向延伸的多个第一层相变存储结构，在第一层相变存储结构上依次层叠形成第二导电层和第二相变存储层，刻蚀第二导电层和第二相变存储层至第一导电层，形成沿着第二方向延伸的多个第一连续相变存储结构，第一方向和第二方向垂直，在第一连续相变存储结构上形成第三导电层，刻蚀第三导电层和第二相变存储层至第二导电层，形成沿着第一方向延伸的多个第二层相变存储结构，也就是说，通过在第一方向刻蚀第一相变存储层形成第一层相变存储结构，而后在第二方向刻蚀第一相变存储层和第二相变存储层形成第一连续相变存储结构，该结构中包括已经经过2次刻蚀的第一层相变存储层，形成1个立体的相变存储单元，继续在第一方向刻蚀第二相变存储层形成第二层相变存储结构，此时第二相变存储层也经过2次刻蚀，形成另外1个立体的相变存储单元，也就是说，通过总共3次刻蚀，形成了包括2个相变存储单元的三维相变存储器，大大降低了相变存储器在制造过程中的刻蚀次数，降低刻蚀成本，简化了制造流程，提高制造效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种相变存储器的制造方法的流程示意图；

图2-图17示出了根据本申请实施例提供的制造方法制造相变存储器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

随着当前半导体技术发展，半导体器件包括多种种类，已经应用在多种领域，例如半导体器件中包括存储器件，存储器件的特点可为易失性的或非易失性的，尽管易失性半导体存储器件可以高速执行读取操作和写入操作，但是在断电状态下存储在易失性半导体存储器件中的内容会丢失。相反，非易失性半导体存储器件的特点是无论是否加电均保留存储的内容。相变存储器是典型的非易失性半导体存储器件的示例，相变存储器可以被用作数据存储介质。

相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件中的存储单元上，使相变材料在非晶态和晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读取操作。作为一种新兴的非易失性存储器件，相变存储器在读写速度、读写次数、数据保持时间、单元面积、多值实现等诸多方面对闪存存储器都具有较大的优越性。

但是当前相变存储器的制造过程中流程较多且较为复杂，不能满足低成本制造的需求。

基于此，本申请实施例提供了一种相变存储器的制造方法，方法包括：在衬底上依次层叠形成第一导电层和第一相变存储层，刻蚀第一导电层和第一相变存储层至衬底，形成沿着第一方向延伸的多个第一层相变存储结构，在第一层相变存储结构上依次层叠形成第二导电层和第二相变存储层，刻蚀第二导电层和第二相变存储层至第一导电层，形成沿着第二方向延伸的多个第一连续相变存储结构，第一方向和第二方向垂直，在第一连续相变存储结构上形成第三导电层，刻蚀第三导电层和第二相变存储层至第二导电层，形成沿着第一方向延伸的多个第二层相变存储结构，也就是说，通过在第一方向刻蚀第一相变存储层形成第一层相变存储结构，而后在第二方向刻蚀第一相变存储层和第二相变存储层形成第一连续相变存储结构，该结构中包括已经经过2次刻蚀的第一层相变存储层，形成1个立体的相变存储单元，继续在第一方向刻蚀第二相变存储层形成第二层相变存储结构，此时第二相变存储层也经过2次刻蚀，形成另外1个立体的相变存储单元，也就是说，通过总共3次刻蚀，形成了包括2个相变存储单元的三维相变存储器，大大降低了相变存储器在制造过程中的刻蚀次数，降低刻蚀成本，简化了制造流程，提高制造效率。

为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种一种相变存储器的制造方法的流程示意图。

本实施例提供的相变存储器的制造方法包括以下步骤：

S101，在衬底100上依次层叠形成第一导电层110和第一相变存储层120，参考图2所示。

在本申请的实施例中，可以在衬底100的一侧依次层叠形成第一导电层110和第一相变存储层120，具体可以利用沉积工艺分别形成第一导电层110和第一相变存储层120。

衬底100可以是半导体衬底，例如硅衬底。第一导电层110可以是导电性能较好的材料，例如金属材料。第一相变存储层120用于形成相变存储器的存储单元。第一相变存储层120可以包括依次层叠设置的第一电极层、选通管层、第二电极层、相变层、第三电极层以及导电停止层。

在实际应用中，可以利用沉积工艺在衬底100上形成第一导电层110，而后继续利用沉积工艺在第一导电层110上依次形成第一电极层、选通管层、第二电极层、相变层、第三电极层以及导电停止层。

S102，刻蚀第一导电层110和第一相变存储层120至衬底100，形成沿着第一方向延伸的多个第一层相变存储结构101，参考图3和图4所示。

在本申请的实施例中，在衬底100上依次层叠形成第一导电层110和第一相变存储层120之后，可以对第一导电层110和第一相变存储层120进行刻蚀，具体刻蚀第一导电层110和第一相变存储层120至衬底100，形成沿着第一方向延伸的多个第一层相变存储结构101，参考图3和图4所示，图3为本申请实施例提供的一种相变存储器的俯视示意图，图4为沿着图3所示的AA方向的截面示意图。

也就是说，可以对第一导电层110和第一相变存储层120进行图形化，对第一导电层110和第一相变存储层120进行隔断，得到多个第一层相变存储结构101。

在实际应用中，在形成沿着第一方向延伸的第一层相变存储结构101之后，可以在第一层相变存储结构101的侧壁形成隔热层130以及在多个第一层相变存储结构101之间填充介质层140，参考图5所示，以便利用隔热层130和介质层140隔绝多个第一层相变存储结构101。

具体的，可以在第一层相变存储结构101上依次沉积隔热材料和介质材料，隔热材料覆盖第一层相变存储结构101和衬底100，介质材料覆盖隔热材料，而后进行平坦化处理，暴露第一层相变存储结构101远离衬底100的一侧表面，得到覆盖第一层相变存储结构101侧壁的隔热层130和填充多个第一层相变存储结构101之间的介质层140。隔热材料可以是氮化硅。

S103，在第一层相变存储结构101上依次层叠形成第二导电层210和第二相变存储层220，参考图6-图8所示。

在本申请的实施例中，在形成第一层相变存储结构101之后，可以在第一层相变存储结构101上依次层叠形成第二导电层210和第二相变存储层220，具体可以利用沉积工艺分别形成第二导电层210和第二相变存储层220。

参考图6所示，图6为本申请实施例提供的另一种相变存储器的俯视示意图，图7为沿着图6所示的AA方向的截面示意图，图8为沿着图6所示的BB方向的截面示意图。

第二导电层210可以是导电性能较好的材料，例如金属材料。第二相变存储层220用于形成相变存储器的存储单元。第二相变存储层220和第一相变存储层220包括的材料相同，可以包括依次层叠设置的第一电极层、选通管层、第二电极层、相变层、第三电极层以及导电停止层。

在实际应用中，可以利用沉积工艺在第一层相变存储结构101上形成第二导电层210，而后继续利用沉积工艺在第二导电层210上依次形成第一电极层、选通管层、第二电极层、相变层、第三电极层以及导电停止层。

S104，刻蚀第二导电层210和第二相变存储层220至第一导电层110，形成沿着第二方向延伸的多个第一连续相变存储结构102，参考图9和图10所示。

在本申请的实施例中，在依次层叠形成第二导电层210和第二相变存储层220之后，可以刻蚀第二导电层210和第二相变存储层220至第一导电层110，形成沿着第二方向延伸的多个第一连续相变存储结构102，参考图9和图10所示，图9为本申请实施例提供的又一种相变存储器的俯视示意图，图10为沿着图9所示的BB方向的截面示意图。其中，第一方向和第二方向垂直，且第一方向和第二方向皆平行于衬底100所在平面。

也就是说，可以对第二导电层210和第二相变存储层220进行图形化，对第二导电层210、第二相变存储层220以及第一相变存储层120进行隔断，得到多个第一连续相变存储结构102。

在实际应用中，在形成沿着第二方向延伸的第一连续相变存储结构102之后，可以在第一连续相变存储结构102的侧壁形成隔热层130以及在多个第一连续相变存储结构102之间填充介质层140，参考图11所示，以便利用隔热层130和介质层140隔绝多个第一连续相变存储结构102。

具体的，可以在第一连续相变存储结构102上依次沉积隔热材料和介质材料，隔热材料覆盖第一层相变存储结构101和衬底100，介质材料覆盖隔热材料，而后进行平坦化处理，暴露第一连续相变存储结构102远离衬底100的一侧表面，得到覆盖第一连续相变存储结构102侧壁的隔热层130和填充多个第一连续相变存储结构102之间的介质层140。

S105，在第一连续相变存储结构102上形成第三导电层310，参考图12-图13所示。

在本申请的实施例中，可以在第一连续相变存储结构102上继续形成第三导电层310，参考图12-13所示，第一导电层110可以是导电性能较好的材料，例如金属材料。

图12为本申请实施例提供的又一种相变存储器的俯视示意图，图13为沿着图12所示的AA方向的截面示意图。

S106，刻蚀第三导电层310和第二相变存储层220至第二导电层210，形成沿着第一方向延伸的多个第二层相变存储结构103，参考图14所示。

在本申请的实施例中，在第一连续相变存储结构102上形成第三导电层310之后，可以刻蚀第三导电层310和第二相变存储层220至第二导电层210，形成沿着第一方向延伸的多个第二层相变存储结构103，参考图14所示。

也就是说，可以对第三导电层310和第二相变存储层220进行图形化，对第三导电层310和第二相变存储层220进行隔断，得到多个第二层相变存储结构103。

在本申请的实施例中，在形成沿着第一方向延伸的第二层相变存储结构103之后，可以在第二层相变存储结构103表面和侧壁形成隔热层130以及在多个第二层相变存储结构103之间填充介质层140，参考图15所示，以便利用隔热层130和介质层140隔绝多个第二层相变存储结构103。

具体的，可以在第二层相变存储结构103上依次沉积隔热材料和介质材料，隔热材料覆盖第二层相变存储结构103，介质材料覆盖隔热材料，得到覆盖第二层相变存储结构103的隔热层130和填充多个之间的介质层140。

参考图15-图17所示，图16为本申请实施例提供的又一种相变存储器的俯视示意图，图15为沿着图16所示的AA方向的截面示意图，图17为沿着图16所示的BB方向的截面示意图。

在本申请的实施例中，第一层相变存储结构101和第二层相变存储结构103沿着第一方向延伸，第一连续相变存储结构102沿着第二方向延伸，因此第一层相变存储结构101和第二层相变存储结构103都和第一连续相变存储结构102具有相交的部分，第一层相变存储结构101和第一连续相变存储结构102相交的部分可以为第一层相变存储单元，第二层相变存储结构103和第一连续相变存储结构102相交的部分可以为第二层相变存储单元。

第一层相变存储单元和第二层相变存储单元垂直于第一导电层及第二导电层，形成三维相变存储器的结构，第一导电层刻蚀后的延伸方向和第二导电层刻蚀后的延伸方向平行于同一平面且彼此垂直。

由以上叙述可知，通过在第一方向刻蚀第一相变存储层形成第一层相变存储结构，而后在第二方向刻蚀第一相变存储层和第二相变存储层形成第二连续相变存储结构，该结构中包括已经经过2次刻蚀的第一层相变存储层，形成1个立体的相变存储单元，继续在第一方向刻蚀第二相变存储层形成第二层相变存储结构，此时第二相变存储层也经过2次刻蚀，形成另外1个立体的相变存储单元，也就是说，通过总共3次刻蚀，形成了包括2个相变存储单元的三维相变存储器，相较于当前经过4次刻蚀得到2层的相变存储单元，本申请实施例降低了相变存储器在制造过程中的刻蚀次数，尤其针对多层堆叠的相变存储器的制造来说，本申请实施例能够大大降低刻蚀成本，简化制造流程，提高制造效率。

在本申请的实施例中，当想要形成多层堆叠的相变存储结构时，可以在第一连续相变存储结构上形成第三导电层之前，先形成堆叠的多个相变存储单元，具体过程如下：

S201，在第一连续相变存储结构上依次层叠形成第四导电层和第四相变存储层

S202，刻蚀第四导电层和第四相变存储层至第二导电层，形成沿着第二方向延伸的多个第四连续相变存储结构。

S203，在所述第i-1连续相变存储结构上依次层叠形成第i导电层和第i相变存储层，i＞4，且i为整数。

S204，刻蚀所述第i导电层和所述第i相变存储层至所述第i-1导电层，形成沿着第二方向延伸的多个第i连续相变存储结构。

也就是说，S101-S104是经过2次刻蚀形成第一个相变存储单元的制造过程，S201-S202是经过在形成一层相变存储层再刻蚀两层相变存储层，形成一个相变存储单元的制造过程，在形成多层堆叠的相变存储单元时，重复S203-S204，即重复形成一层相变存储层再刻蚀两层相变存储层的制造过程，就能够实现每多一层相变存储层，多一次刻蚀形成单独1个相变存储单元，例如，2层相变存储层需要3次刻蚀形成2个相变存储单元，3层相变存储层需要4次刻蚀形成3个相变存储单元，i层相变存储层需要i+1次刻蚀形成i个相变存储单元，这样相较于当前每一层都需要2次刻蚀才能得到1个相变存储单元的制造过程，本申请降低了相变存储器在制造过程中的刻蚀次数，尤其针对多层堆叠的相变存储器的制造来说，本申请实施例能够大大降低刻蚀成本，简化制造流程，提高制造效率。

也就是说，重复S203-S204的制造过程，就能够形成多个堆叠的相变存储单元，即可以利用上述制造过程形成在垂直方向上进行多层堆叠的三维相变存储器。

本申请实施例提供了一种相变存储器的制造方法，方法包括：在衬底上依次层叠形成第一导电层和第一相变存储层，刻蚀第一导电层和第一相变存储层至衬底，形成沿着第一方向延伸的多个第一层相变存储结构，在第一层相变存储结构上依次层叠形成第二导电层和第二相变存储层，刻蚀第二导电层和第二相变存储层至第一导电层，形成沿着第二方向延伸的多个第一连续相变存储结构，第一方向和第二方向垂直，在第一连续相变存储结构上形成第三导电层，刻蚀第三导电层和第二相变存储层至第二导电层，形成沿着第一方向延伸的多个第二层相变存储结构，也就是说，通过在第一方向刻蚀第一相变存储层形成第一层相变存储结构，而后在第二方向刻蚀第一相变存储层和第二相变存储层形成第一连续相变存储结构，该结构中包括已经经过2次刻蚀的第一层相变存储层，形成1个立体的相变存储单元，继续在第一方向刻蚀第二相变存储层形成第二层相变存储结构，此时第二相变存储层也经过2次刻蚀，形成另外1个立体的相变存储单元，也就是说，通过总共3次刻蚀，形成了包括2个相变存储单元的三维相变存储器，大大降低了相变存储器在制造过程中的刻蚀次数，降低刻蚀成本，简化了制造流程，提高制造效率。

基于以上实施例提供的一种相变存储器的制造方法，本申请实施例还提供了一种相变存储器，下面结合附图来详细说明其工作原理。

本申请实施例提供的相变存储器包括依次层叠设置的第一导电层，第一层相变存储单元，第二导电层，第二层相变存储单元，第三导电层。

其中，第一层相变存储单元和第二层相变存储单元包括依次层叠设置的第一电极层、选通管层、第二电极层、相变层、第三电极层及导电停止层。

在本申请的实施例中，第一层相变存储单元和第二层相变存储单元垂直于第一导电层及第二导电层，形成三维相变存储器的结构，第一导电层和第二导电层平行于同一平面且彼此垂直。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述各个附图对应的流程或结构的描述各有侧重，某个流程或结构中没有详述的部分，可以参见其他流程或结构的相关描述。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

本申请在上述各方面提供的实现方式的基础上，还可以进行进一步组合以提供更多实现方式。