一种三维存储器的形成方法及三维存储器

技术领域

本申请实施例涉及半导体技术领域，涉及但不限于一种三维存储器的形成方法及三维存储器。

背景技术

随着各类电子设备对集成度和数据存储密度需求的不断提高，普通的二维存储器件越来越难以满足要求，在这种情况下，三维存储器应运而生。

三维存储器包括存储器阵列以及用于控制往返于存储器阵列的信号的外围器件。目前常用三维存储器为三维相变存储器(Three Dimensional Phase Change Memory，3DPCM)，由于相变存储器是通过电加热的方式对相变材料进行热处理，通过相变材料的晶态或非晶态进行数据写入的，因此，存储器阵列内部会积聚大量的热量，导致存储器阵列内部环境温度升高，这将会影响相变存储器的数据保留或写入性能。因此，如何冷却存储器阵列并保持较低的环境温度是本领域的重要研究方向。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种三维存储器的形成方法及三维存储器。

本申请的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种三维存储器的形成方法，包括：

形成位于衬底之上的介质层，其中，所述介质层内部形成有至少一个第一刻蚀孔，所述第一刻蚀孔的延伸方向平行于所述衬底所在的平面；

在所述介质层表面形成存储器阵列；

在所述存储器阵列的外围，形成至少一个第二刻蚀孔，所述第二刻蚀孔的延伸方向垂直于所述第一刻蚀孔的延伸方向；

在每一所述第一刻蚀孔和每一所述第二刻蚀孔中分别填充散热剂，对应形成第一散热管道和第二散热管道，以形成所述三维存储器。

在一些实施例中，所述散热剂包括水或导热油。

在一些实施例中，所述第一散热管道和所述第二散热管道的管道形状包括以下任意一种：直线型、L型、U或蛇形；

当所述第一散热管道和所述第二散热管道为多个时，多个所述第一散热管道和多个所述第二散热管道均匀或非均匀地排布于所述介质层和所述存储器阵列的外围。

在一些实施例中，每一所述第一散热管道与至少一条所述第二散热管道连通，或，每一所述第一散热管道与每一所述第二散热管道相互独立；

当所述第一散热管道与所述第二散热管道连通时，所述第一散热管道和所述第二散热管道中填充有相同的所述散热剂；

当所述第一散热管道与所述第二散热管道相互独立时，所述第一散热管道和所述第二散热管道中填充有相同或不同的所述散热剂。

在一些实施例中，所述第一散热管道和所述第二散热管道的横截面形状包括以下任意一种：椭圆形、圆形或任意多边形。

在一些实施例中，所述在所述存储器阵列的外围，形成至少一个第二刻蚀孔，包括：

形成包裹所述存储器阵列的外围绝缘层；

刻蚀所述外围绝缘层，形成位于所述外围绝缘层中的至少一个第二刻蚀孔，所述第二刻蚀孔的延伸方向平行于所述存储器阵列的生长方向。

在一些实施例中，所述方法还包括：

在至少一个所述第一刻蚀孔或至少一个所述第二刻蚀孔中填充散热金属材料，以形成所述三维存储器，其中，所述散热金属材料至少包括金属钨。

在一些实施例中，所述在所述介质层表面形成存储器阵列，包括：

在所述介质层表面，形成多个沿第三方向依次堆叠的半导体堆叠结构；

在第一方向和/或第二方向上，对所述半导体堆叠结构进行刻蚀，形成具有多个第一间隙和/或第二间隙的相变存储单元，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向两两相互垂直，且所述第三方向垂直于所述衬底所在的平面，所述第一方向和所述第二方向构成的平面平行于所述衬底所述在的平面；

在每一所述第一间隙和/或所述第二间隙中填充间隙材料，以形成所述存储器阵列。

在一些实施例中，形成每一所述半导体堆叠结构，包括：

由下至上依次堆叠形成第一地址线层、底部电极层、选通层、中间电极层、相变存储层、顶部电极层和第二地址线层；

对应地，所述在第一方向和/或第二方向上，对每一所述半导体堆叠结构进行刻蚀，形成具有多个第一间隙和/或第二间隙的相变存储单元，包括：

在所述第一方向和/或所述第二方向上，由上至下依次刻蚀所述第二地址线层、所述顶部电极层、所述相变存储层、所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层，直至暴露出衬底为止，形成沿所述第二方向和/或所述第一方向排列的多个所述第一间隙和/或所述第二间隙，得到与所述第一间隙和/或所述第二间隙交替排列的所述相变存储单元，其中，刻蚀所述顶部电极层、所述相变存储层、所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层的刻蚀方向，与所述第一方向和所述第二方向垂直。

第二方面，本申请实施例提供一种三维存储器的形成方法，包括：

形成位于衬底之上的介质层，其中，所述介质层内部形成有至少一个第一刻蚀孔，所述第一刻蚀孔的延伸方向平行于所述衬底所在的平面；

在每一所述第一刻蚀孔中填充散热剂，形成第一散热管道；

在具有所述第一散热管道的介质层表面形成存储器阵列；

在所述存储器阵列的外围形成至少一个第二刻蚀孔，所述第二刻蚀孔的延伸方向垂直于所述第一刻蚀孔的延伸方向；

在每一所述第二刻蚀孔中填充所述散热剂，形成第二散热管道，以形成所述三维存储器。

第三方面，本申请实施例提供一种三维存储器，所述三维存储器通过上述三维存储器的形成方法形成，包括：

介质层，位于衬底之上；

至少一条第一散热管道，位于所述介质层中，且所述第一散热管道中填充有散热剂，所述第一散热管道的延伸方向平行于所述衬底所在的平面；

存储器阵列，位于具有所述第一散热管道的介质层之上；

至少一条第二散热管道，位于所述存储器阵列的外围，且所述第二散热管道中填充有所述散热剂，所述第二散热管道的延伸方向垂直于所述第一散热管道的延伸方向。

本申请实施例提供一种三维存储器的形成方法及三维存储器，由于在介质层中的至少一个第一刻蚀孔和存储器阵列外围的至少一个第二刻蚀孔中分别填充有散热剂，如此，可以形成位于存储器阵列底部的第一散热管道和位于存储器阵列周围第二散热管道，通过第一散热管道和第二散热管道可以实现对存储器阵列的散热处理，使得存储器阵列内部的温度降低，进而提高了所制备的三维存储器的性能。

附图说明

在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。

图1A为相关技术中3D X-Point存储器的透射电镜图；

图1B为相关技术中3D X-Point存储器的堆叠结构图；

图1C为相关技术中3D X-Point存储器的相变存储单元的结构示意图；

图1D为相变存储单元内部的热量分布图；

图2A为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的一个可选的实现流程示意图；

图2B为本申请实施例提供的形成介质层的剖面结构图；

图2C为本申请实施例提供的形成封装介质层的结构示意图；

图2D为本申请实施例提供的形成一个半导体堆叠结构的剖面结构图；

图2E为本申请实施例提供的第一方向上的相变存储单元的结构示意图；

图2F为本申请实施例提供的第二方向上的相变存储单元的结构示意图；

图2G为本申请实施例提供的形成一个完整的堆栈结构的结构示意图；

图2H为本申请实施例提供的形成存储器阵列的结构示意图；

图2I为本申请实施例提供的形成外围绝缘层的结构示意图；

图2J为本申请实施例提供的形成至少一个第二刻蚀孔的结构示意图；

图2K为本申请实施例提供的形成第一散热管道和第二散热管道的结构示意图；

图2L为本申请实施例提供的形成第一散热管道和第二散热管道的另一种结构示意图；

图3A为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的实现流程示意图；

图3B为本申请实施例提供的介质层的剖面结构示意图；

图3C为本申请实施例提供的介质层的俯视结构示意图；

图3D为本申请实施例提供的形成存储器阵列的结构示意图；

图3E为本申请实施例提供的形成两个第二刻蚀孔的结构示意图；

图3F为本申请实施例提供的形成第二散热管道的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的三维存储器的结构示意图；

图5A为本申请实施例提供的3D X-Point存储器的一个可选的剖面结构示意图；

图5B为本申请实施例提供的3D X-Point存储器的一个可选的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”或“单元”可以混合地使用。

三维相变存储器包括三维交叉点(3D X-Point)存储器，其基于块体材料属性的电阻改变(例如，处于高电阻状态或低电阻状态)来存储数据。3D X-Point存储器具有无晶体管的交叉点架构，该架构使存储单元位于垂直导体的相交处，这里的垂直导体包括彼此垂直相交的字线(Word Line，WL)与位线(Bit Line，BL)，WL和BL一般由图案化工艺之后形成的20nm/20nm等幅线宽(line/space，L/S)构成。如图1A所示，为相关技术中3D X-Point存储器的透射电镜图，3D X-Point存储器包括：底部位线101、在底部位线101上方的同一平面中的顶部位线102、底部字线111、在底部字线111上方的同一平面中的顶部字线112、位于底部位线101和底部字线111之间的底部存储单元121以及位于顶部位线102和顶部字线112之间的顶部存储单元122。每个顶部/底部存储单元121/122至少包括垂直堆叠的PCM元件和选择器。

如图1B所示，为相关技术中3D X-Point存储器的堆叠结构图，3D X-Point存储器每条底部位线101和每条顶部位线102在俯视平面图(平行于晶片平面)中沿位线方向横向延伸，并且每条底部字线111和顶部字线112在俯视平面图中沿字线方向横向延伸，每条底部字线111和顶部字线112垂直于每条底部位线101和每条顶部位线102。目前，由于人们对存储器的存储性能的要求越来越高，因此，越多的存储叠层要集成到高密度应用程序中，如图1B中示出的一个顶部存储单元形成的3D X-Point存储器10、一个顶部存储单元和一个底部存储单元堆叠形成的3D X-Point存储器10'、两个顶部存储单元和两个底部存储单元交替堆叠形成的3D X-Point存储器10”。

如图1C所示，为相关技术中3D X-Point存储器的相变存储单元的结构示意图，可以看出，相变存储单元包括由下至上依次堆叠的第一地址线层(钨线)1217、底部电极层1216、选通层1215、中间电极层1214、相变存储层1213、顶部电极层1212和第二地址线层(钨线)1211。如图1D所示，为相变存储单元内部的热量分布图，由于3D X-Point存储器是通过电加热的方式对相变材料热处理来进行写入操作的，因此越来越多的热量可能不会迅速散走，会聚集中相变存储层1213的周围，由图1C可以看出，相变存储层1213周围的温度可达873K，导致3D X-Point存储器内部环境温度会升高，而这将会影响数据保留或写入性能，因此，如何冷却存储器阵列并使得存储器内部环境温度保持在较低的温度非常重要。

基于相关技术中的三维存储器存在的上述问题，本申请实施例提供一种三维存储器及三维存储器的形成方法，能够减小存储器阵列内部的环境温度，使得存储器阵列内部环境温度保持在较低的温度。

图2A为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的一个可选的实现流程示意图，如图2A所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S201、形成位于衬底之上的介质层。

其中，所述介质层内部形成有至少一个第一刻蚀孔，所述第一刻蚀孔的延伸方向平行于所述衬底所在的平面。

步骤S202、在所述介质层表面形成存储器阵列。

步骤S203、在所述存储器阵列的外围，形成至少一个第二刻蚀孔。

其中，所述第二刻蚀孔的延伸方向垂直于所述第一刻蚀孔的延伸方向。

步骤S204、在每一所述第一刻蚀孔和每一所述第二刻蚀孔中分别填充散热剂，对应形成第一散热管道和第二散热管道，以形成所述三维存储器。

本申请实施例提供的三维存储器的形成方法，由于在介质层中的至少一个第一刻蚀孔和存储器阵列外围的至少一个第二刻蚀孔中分别填充有散热剂，如此，可以形成位于存储器阵列底部的第一散热管道和位于存储器阵列周围第二散热管道，至少一条第一散热管道和至少一条第二散热管道可以实现对存储器阵列的散热处理，使得存储器阵列内部的温度降低，进而提高了所制备的三维存储器的性能。

下面，以三维相变存储器为例，结合图2B至图2L中三维相变存储器在制备过程中的结构剖面图，对本申请实施例提供的三维存储器的制备方法作进一步详细的说明。

所述三维存储器的形成方法开始于步骤S201，请参考图2B和2C，执行步骤S201、形成位于衬底之上的介质层。

图2B为本申请实施例提供的形成介质层的剖面结构图，这里，衬底(图中未示出)的材料可以选择硅(Si)、硅锗合金(SiGe)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al

所述衬底可以包括处于正面的顶表面以及处于与正面相对的背面的底表面；在忽略顶表面和底表面的平整度的情况下，定义垂直衬底顶表面和底表面的方向为第三方向。在衬底顶表面和底表面(即衬底所在的平面)方向上，定义两彼此相交(例如彼此垂直)的第一方向和第二方向，基于所述第一方向和所述第二方向可以确定所述衬底的平面方向。这里，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。例如，可以定义所述第一方向为X轴方向，所述第二方向为Y轴方向，所述第三方向为Z轴方向。

本申请实施例中，沿第三方向沉积介质层100，所述介质层100的材料为氧化硅，在其它实施例中，所述介质层100的材料还可以为氮氧化硅或氮化硅。

这里，可以通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)、原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)或热氧化工艺在衬底表面沉积形成介质层。

在一些实施例中，在图2B所示的结构剖面图中，并不对介质层100下方的结构层进行限定，位于介质层100下方结构层可以为衬底或其他材料层，本申请实施例不对其它材料层进行限定。

所述介质层100内部形成有至少一个第一刻蚀孔，所述第一刻蚀孔的延伸方向平行于所述衬底所在的平面，即所述第一刻蚀孔的延伸方向平行于X轴和Y轴所在的平面。这里，对多个第一刻蚀孔在介质层中在第三方向上的位置关系不进行限定。

本申请实施例中，可以通过干法刻蚀技术在所述介质层100中形成至少一个第一刻蚀孔，这里，所述干法刻蚀技术可以是光刻技术。

请继续参见图2B，在形成至少一个第一刻蚀孔之前，对所述介质层100进行图案化形成第一刻蚀掩膜101，所述第一刻蚀掩膜101可以是光致刻蚀剂掩膜或基于光致刻蚀剂进行图案化的硬掩膜；当所述第一刻蚀掩膜101为光致刻蚀剂掩膜时，通过曝光、显影和去胶等步骤对所述介质层100进行图案化，并根据所述第一刻蚀掩膜的图案对介质层100进行刻蚀，形成了一个第一刻蚀孔100'。

在一些实施例中，在形成所述第一刻蚀孔100'之后，通过特定浓度的酸溶液去除所述第一刻蚀掩膜101，并在所述介质层表面形成封装介质层。如图2C所示，为本申请实施例提供的形成封装介质层的结构示意图，在去除所述第一刻蚀掩膜之后，在所述介质层100的表面沉积封装介质层100-1，封装介质层100-1的材料与介质层100的材料相同，所述封装介质层100-1在Y轴方向上的长度大于所述介质层100在Y轴方向上的长度，所述封装介质层100-1用于封装所述第一刻蚀孔100'。

接下来，请参考图2D至图2H，执行步骤S202、在所述介质层100表面形成存储器阵列。

本申请实施例中，在介质层100表面形成存储器阵列200的过程包括以下步骤：

步骤S2021、在所述介质层表面，形成多个沿第三方向依次堆叠的半导体堆叠结构。

步骤S2022、在第一方向和/或第二方向上，对每一所述半导体堆叠结构进行刻蚀，形成具有多个第一间隙和/或第二间隙的相变存储单元。

其中，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向两两相互垂直，且所述第三方向垂直于所述衬底所在的平面，所述第一方向和所述第二方向构成的平面平行于所述衬底所述在的平面。

步骤S2023、在每一所述第一间隙和/或所述第二间隙中填充间隙材料，以形成所述存储器阵列。

在一些实施例中，形成每一所述半导体堆叠结构，包括：由下至上依次堆叠形成第一地址线层、底部电极层、选通层、中间电极层、相变存储层、顶部电极层和第二地址线层，对应地，所述在第一方向和/或第二方向上，对每一所述半导体堆叠结构进行刻蚀，形成具有多个第一间隙和/或第二间隙的相变存储单元，包括：在所述第一方向和/或所述第二方向上，由上至下依次刻蚀所述第二地址线层、所述顶部电极层、所述相变存储层、所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层，直至暴露出衬底为止，形成沿所述第二方向和/或所述第一方向排列的多个所述第一间隙和/或所述第二间隙，得到与所述第一间隙和/或所述第二间隙交替排列的所述相变存储单元，其中，刻蚀所述顶部电极层、所述相变存储层、所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层的刻蚀方向，与所述第一方向和所述第二方向垂直。

图2D为本申请实施例提供的形成一个半导体堆叠结构的剖面结构图，如图2D所示，在介质层100的表面由下至上依次沉积第一地址线层201-1、底部电极层202-1、选通层203、中间电极层202-2、相变存储层204、顶部电极层202-3和第二地址线层201-2，以形成所述半导体堆叠结构200'。

这里，第一地址线层201-1和第二地址线层201-2分别为三维存储器的位线或者字线，第一地址线层201-1和第二地址线层201-2的材料包括但不限于以下至少之一：钨(W)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、碳、多晶硅、掺杂硅、硅化物或其任何组合。底部电极层202-1、中间电极层202-2和顶部电极层202-3的材料可以是碳材料，例如，非晶碳(Amorphous Carbon，a-C)。选通层203材料层的材料可以包括任何适当的双向阈值开关(Ovonic ThresholdSwitch，OTS)材料，例如，Zn

图2E为本申请实施例提供的第一方向上的相变存储单元的结构示意图，图2F为本申请实施例提供的第二方向上的相变存储单元的结构示意图，如图2E和2F所示，本申请实施例中，刻蚀所述半导体堆叠结构200'的过程包括两次刻蚀过程，第一次刻蚀过程是在第一方向上对半导体堆叠结构200'进行刻蚀，得到第一次刻蚀后的半导体堆叠结构200'-1，第二次刻蚀过程是在第二方向上对第一次刻蚀后的半导体堆叠结构200'-1进行刻蚀，得到第二次刻蚀后的半导体堆叠结构200'-2，通过两次刻蚀过程可以形成沿所述第二方向和/或所述第一方向排列的多个所述第一间隙1'和/或所述第二间隙2'，进而得到与每一所述第一间隙1'和/或每一所述第二间隙2'交替排列的所述相变存储单元3'。

图2G为本申请实施例提供的形成一个完整的堆栈结构的结构示意图，如图2G所示，在所述第一间隙和所述第二间隙中填充间隙材料4'，以形成一个完整的堆栈结构20，所述间隙材料至少包括：SiO

在实际实施过程中，可以在半导体堆叠结构上形成光致抗蚀剂掩膜(图中未示出)，通过曝光、显影对光致抗蚀剂掩膜进行图案化。基于光致抗蚀剂掩膜或者基于光致抗蚀剂掩膜图案化的硬掩膜对半导体堆叠结构进行刻蚀。

在一些实施例中，形成所述相变存储单元的详细过程以下包括以下步骤：

S10、在所述第一方向上，由上至下依次刻蚀所述顶部电极层和所述相变存储层，直至暴露出所述中间电极层为止，以形成多个沿第二方向间隔排列的第一子间隙和第一相变结构体。

应当理解，在形成第一相变结构体之后，在每一所述第一相变结构体的表面沉积第一子封装层，这里，所述第一子封装层可以是氮化硅层、氮化硅层和氧化物层循环交替层。

S20、在第一方向上，由上至下依次刻蚀中间电极层、选通层、底部电极层和第一地址线层，直至暴露出介质层为止，以形成沿所述第二方向交替排列的所述第一间隙和所述第一相变存储单元。这里，所述第一相变存储单元包裹所述第一相变结构体，所述第一间隙包裹所述第一子间隙。

应当理解，在形成第一相变存储单元之后，在每一所述第一相变存储单元的表面沉积第一封装层，这里，所述第一封装层可以是氮化硅层、氮化硅层和氧化物层循环交替层。

在一些实施例中，在沉积有所述第一封装层的第一间隙中填充间隙材料，所述间隙材料用于隔离每两个相邻第一相变存储单元之间的热传导。

在一些实施例中，在对第一方向的半导体堆叠结构刻蚀之后，在所述刻蚀后的半导体堆叠结构的表面会形成第二地址线层，即所述三维存储器的字线层。

S30、在第二方向上，由上至下依次刻蚀第二地址线层、顶部电极层和相变存储层，直至暴露出中间电极层为止，以形成沿所述第一方向交替排列的第二子间隙和第二相变结构体。

应当理解，在形成第二相变结构体之后，在每一所述第二相变结构体的表面沉积第二子封装层，这里，所述第二子封装层可以是氮化硅层、氮化硅层和氧化物层循环交替层。

S40、在第二方向上，以每一第二子间隙的底部为刻蚀起点，由上至下依次刻蚀中间电极层、选通层、底部电极层和第一地址线层，直至暴露出介质层为止，以形成沿所述第一方向交替排列的第二间隙和第二相变存储单元，这里，第二相变存储单元包裹第二相变结构体，所述第二间隙包裹第二子间隙。

应当理解，在形成第二相变存储单元之后，在每一所述第二相变存储单元的表面沉积第二封装层，这里，所述第二封装层可以是氮化硅层、氮化硅层和氧化物层循环交替层。

在一些可选的实施例中，在沉积有所述第二封装层的第二间隙中填充所述间隙材料，所述间隙材料用于隔离每两个相邻第二相变存储单元之间的热传导。

这里，所述第一相变存储单元和所述第二相变存储单元构成上述实施例中的相变存储单元。

通过上述步骤S10至S40，可以形成一个完整的堆栈结构，本申请实施例中的存储器阵列是通过依次堆叠多个完整的堆栈结构形成的，这里，以所述存储器阵列包括两个堆栈结果为例进行说明。

图2H为本申请实施例提供的形成存储器阵列的结构示意图，如图2H所示，所述存储器阵列200包括第一堆栈结构20和在第一堆栈结构20的表面形成的第二堆栈结构20'，所述第一堆栈结构20和所述第二堆栈结构20'的结构相同，下面以第二堆栈结构20'为例，对堆栈结构的详细形成过程进行说明。

首先，在第一堆栈结构20的第二地址线层201-2的表面依次堆叠形成第二地址线层201-2'、底部电极层202-1'、选通层203'、中间电极层202-2'、相变存储层204'、顶部电极层202-3'和第一地址线层201-1'；其次，在所述第一方向和/或所述第二方向上，由上至下依次刻蚀所述第一地址线层、所述顶部电极层、所述相变存储层、所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第二地址线层，直至暴露出第一堆栈结构的第二地址线层时为止，形成沿所述第二方向和/或所述第一方向排列的多个所述第一间隙和/或所述第二间隙，得到与所述第一间隙和/或所述第二间隙交替排列的所述相变存储单元。

这里，第一堆栈结构20的第二地址线层(字线)201-2与第二堆栈结构20'的第二地址线层(字线)201-2'相接触。当在第二堆栈结构的表面形成第三堆栈结构和第四堆栈结构时，第三堆栈结构与第一堆栈结构的形成方法完全相同，第四堆栈结构与第二堆栈结构的形成方法完全相同，如此，可以根据上述形成第一堆栈结构和第二堆栈结构的方法，形成具有任意个数的堆栈结构的存储器阵列。

接下来，请参考图2I至图2J，执行步骤S203、在所述存储器阵列200的外围，形成至少一个第二刻蚀孔。

其中，所述第二刻蚀孔的延伸方向垂直于所述第一刻蚀孔的延伸方向。

本申请实施例中，在所述存储器阵列200的外围，形成至少一个第二刻蚀孔，包括以下步骤：

步骤S2031、形成包裹所述存储器阵列的外围绝缘层。

图2I为本申请实施例提供的形成外围绝缘层的结构示意图，如图2I所示，在存储器阵列200的外围形成了外围绝缘层205，这里，可以通过任意一种沉积方式，在存储器阵列200的外围形成所述外围绝缘层。本申请实施例中，所述外围绝缘层205用于隔离存储器阵列200与其它外围器件，所述外围绝缘层205可以是氧化物层，例如，所述外围绝缘层的材料可以是氧化硅。

步骤S2032、刻蚀所述外围绝缘层，形成位于所述外围绝缘层205中的至少一个第二刻蚀孔，所述第二刻蚀孔的延伸方向平行于所述存储器阵列的生长方向。

本申请实施例中，可以通过干法刻蚀技术在所述外围绝缘层中形成至少一二个第二刻蚀孔，这里，所述干法刻蚀技术可以是光刻技术。

图2J为本申请实施例提供的形成至少一个第二刻蚀孔的结构示意图，如图2J所示，对所述外围绝缘层进行图案化形成第二刻蚀掩膜101'，所述第二刻蚀掩膜101'可以是光致刻蚀剂掩膜或基于光致刻蚀剂进行图案化的硬掩膜；当所述第二刻蚀掩膜为光致刻蚀剂掩膜时，通过曝光、显影和去胶等步骤对外围绝缘层进行图案化，并通过第二刻蚀掩膜101'对外围绝缘层205进行刻蚀形成了两个第二刻蚀孔205'。所述第二刻蚀孔的延伸方向平行于所述存储器阵列的生长方向，所述存储器阵列的生长方向垂直于所述衬底所在的平面，即所述第二刻蚀孔的延伸方向垂直于所述衬底所在的平面。

在一些实施例中，在形成所述第二刻蚀孔205'之后，通过特定浓度的酸溶液去除所述第二刻蚀掩膜101'。

接下来，请参考图2K和2L，执行步骤S204、在每一所述第一刻蚀孔和每一所述第二刻蚀孔中分别填充散热剂，对应形成第一散热管道和第二散热管道，以形成所述三维存储器。

这里，所述散热剂包括：水或导热油。在其它实施例中，所述散热剂还可以包括其它任何比热容较大的介质。

在一些实施例中，所述第一散热管道和所述第二散热管道的管道形状包括但不限于以下至少之一：直线型、L型、U型或蛇形，在其它实施例中，所述第一散热管道和所述第二散热管道的管道形状还可以是V字型、W型、M型、X型等。这里，对第一散热管道和第二散热管道的形状不做限制。

在一些实施例中，所述第一散热管道和所述第二散热管道的横截面形状可以是椭圆形、圆形或任意多边形。在其它实施例中，所述第一散热管道和所述第二散热管道的横截面形状也可以是心形、圆环形等。

如图2K所示，为本申请实施例提供的形成第一散热管道和第二散热管道的结构示意图，在每一所述第一刻蚀孔和每一所述第二刻蚀孔中分别填充水，对应形成第一散热管道100”和第二散热管道205”，图2K中第一散热管道和第二散热管道的管道形状均为直线形。

在一些实施例中，当所述第一散热管道和所述第二散热管道为多个时，多个所述第一散热管道和多个所述第二散热管道分别均匀或非均匀地排布于所述介质层和所述存储器阵列的外围。这里，所述非均匀的排布方式包括：以随机的间隔距离排布、以逐渐增大的间隔距离排布或者以逐渐减小的间隔距离排布。

在一些实施例中，当多个所述第一散热管道均匀排布于介质层，多个所述第一散热管道也是平行排布的；当多个所述第二散热管道均匀排布于所述存储器阵列的外围时，多个所述第二散热管道也是平行排布的。当多个所述第一散热管道非均匀排布于介质层时，多个所述第一散热管道可以是平行排布的，也可以是非平行排布的；当多个所述第二散热管道非均匀排布于所述存储器阵列外围时，多个所述第二散热管道可以是平行排布的，也可以是非平行排布的。

本申请实施例中，每一所述第一散热管道与至少一条所述第二散热管道连通，或，每一所述第一散热管道与每一所述第二散热管道相互独立；如图2K中示出的，一个第一散热管道100”与两个第二散热管道205”连通。当所述第一散热管道与所述第二散热管道连通时，所述第一散热管道和所述第二散热管道中填充有相同的所述散热剂；当所述第一散热管道与所述第二散热管道相互独立时，所述第一散热管道和所述第二散热管道中填充有相同或不同的所述散热剂。

在一些实施例中，形成所述三维存储器的方法还包括：在至少一个所述第一刻蚀孔或至少一个所述第二刻蚀孔中填充散热金属材料，以形成所述三维存储器，其中，所述散热金属材料至少包括金属钨。

这里，所述散热金属材料包括以下任意一种：金属钨、金属钴、金属铜和金属铝。如图2L所示，为本申请实施例提供的形成第一散热管道和第二散热管道的另一种结构示意图，可以看出，在所述第一刻蚀孔中填充水、在一个第二刻蚀孔中填充散热金属材料，并在另外的第二刻蚀孔中填充水，对应形成第一散热管道100”和第二散热管道205”，图2L中第一散热管道和第二散热管道均为直线形。

本申请实施例中，通过形成位于存储器阵列底部的第一散热管道和形成位于存储器阵列外围的第二散热管道，可以实现对存储器阵列的散热处理，使得存储器阵列内部的环境温度降低，进而提高了所制备的三维存储器的性能。

图3A为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的实现流程示意图，如图3A所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S301、形成位于衬底之上的介质层。

其中，所述介质层内部形成有至少一个第一刻蚀孔，所述第一刻蚀孔的延伸方向平行于所述衬底所在的平面。

步骤S302、在每一所述第一刻蚀孔中填充散热剂，形成第一散热管道。

步骤S303、在具有所述第一散热管道的介质层表面形成存储器阵列。

步骤S304、在所述存储器阵列的外围形成至少一个第二刻蚀孔。

其中，所述第二刻蚀孔的延伸方向垂直于所述第一刻蚀孔的延伸方向。

步骤S305、在每一所述第二刻蚀孔中填充所述散热剂，形成第二散热管道，以形成所述三维存储器。

本申请实施例提供的三维存储器的形成方法，由于形成了位于存储器阵列底部的第一散热管道和形成位于存储器阵列外围的第二散热管道，第一散热管道和第二散热管道可以实现对存储器阵列的散热处理，使得存储器阵列内部的温度降低，进而提高了所制备的三维存储器的性能。

下面，以三维相变存储器为例，结合图3B至图3F中三维相变存储器在制备过程中的结构剖面图，对本申请实施例提供的三维存储器的制备方法作进一步详细的说明。

所述三维存储器的形成方法开始于步骤S301，形成位于衬底之上的介质层。

本申请实施例中，所述介质层100的材料为氧化硅，且所述第一刻蚀孔的延伸方向平行于所述衬底所在的平面，所述第一刻蚀孔的横截面形状为正方形。

步骤S301的实现过程和实现的功能与上述实施例中步骤S201的实现过程和实现的功能相同，请参考上述实施例进行理解。

接下来，请参考图3B和3C，执行步骤S302、在每一所述第一刻蚀孔中填充散热剂，形成第一散热管道。

这里，所述散热剂包括：水或导热油。所述第一散热管道的管道形状包括但不限于以下至少之一：直线型、L型、U型或蛇形，在其它实施例中，所述第一散热管道的管道形状还可以是V字型、W型、M型、X型等。

在一些实施例中，当所述第一散热管道为多个时，多个第一散热管道均匀或非均匀地排布于介质层中。

图3B为本申请实施例提供的介质层的剖面图，图3C为本申请实施例提供的介质层的俯视结构示意图，结合图3B和图3C，可以看出，所述介质层100内部形成有两个第一散热管道100”-1和100”-2。这里，所述第一散热管道100”-1和第一散热管道100”-2的形状为U形，且两个第一散热管道在介质层100中的深度位置不同，即第一散热管道100”-1和第一散热管道100”-2在Z轴方向上的位置不同。

接下来，请参考图3D，执行步骤S303、在具有所述第一散热管道的介质层表面形成存储器阵列。

步骤S303的实现过程和实现的功能与上述实施例中步骤S202的实现过程和实现的功能相同，请参考上述实施例进行理解。

图3D为本申请实施例提供的形成存储器阵列的结构示意图，如图3D所示，在具有第一散热管道100”-1和第一散热管道100”-2的介质层100表面形成存储器阵列200。

应当理解，图3D中仅仅示出了存储器阵列的示意图，对于存储器阵列的详细结构以及存储器阵列的详细形成过程，请参考上述实施例进行理解。

接下来，请参考图3E，执行步骤S304、在所述存储器阵列的外围形成至少一个第二刻蚀孔。其中，所述第二刻蚀孔的延伸方向垂直于所述第一刻蚀孔的延伸方向。

本申请实施例中，在所述存储器阵列的外围，形成至少一个第二刻蚀孔包括以下步骤：

步骤S3041、形成包裹所述存储器阵列的外围绝缘层。

步骤S3042、刻蚀所述外围绝缘层，形成位于所述外围绝缘层中的至少一个第二刻蚀孔，所述第二刻蚀孔的延伸方向平行于所述存储器阵列的生长方向。

图3E为本申请实施例提供的形成两个第二刻蚀孔的结构示意图，如图3E所示，在存储器阵列200的外围形成了包裹存储器阵列的外围绝缘层205，通过光刻技术在外围绝缘层205中形成了四个第二刻蚀孔，分别为第二刻蚀孔205'-1、第二刻蚀孔205'-2、第二刻蚀孔205'-3和第二刻蚀孔205'-4。所述第二刻蚀孔的延伸方向平行于所述存储器阵列的生长方向，所述存储器阵列的生长方向垂直于所述衬底所在的平面，即所述第二刻蚀孔的延伸方向垂直于所述衬底所在的平面。

对于步骤S304中未详尽披露的技术细节，请参考上述实施例步骤S203进行理解。

接下来，请参考图3F，执行步骤S305、在每一所述第二刻蚀孔中填充所述散热剂，形成第二散热管道，以形成所述三维存储器。

所述散热剂包括：水或导热油。图3F为本申请实施例提供的形成第二散热管道的结构示意图，如图3F所示，在第二刻蚀孔205'-2和第二刻蚀孔205'-3中填充水，形成第二散热管道205”-2和第二散热管道205”-3，在第二刻蚀孔205'-1和第二刻蚀孔205'-4中填充导热油，形成第二散热管道205”-1和第二散热管道205”-4。这里，所述第二散热管道205”-1、第二散热管道205”-2、第二散热管道205”-3和第二散热管道205”-4的形状均为直线型。

本申请实施例中，所述第二散热管道与所述第一散热管道相互独立。在一些实施例中，当所述第二散热管道为多个时，多个第二散热管道均匀或非均匀地排布于存储器阵列的外围。

本申请实施例提供的三维存储器的形成方法与上述实施例中的三维存储器的形成方法类似，对于本申请实施例中未详细记载的技术特征，请参考上述实施例进行理解。

本申请实施例还提供了一种三维存储器，通过上述实施例提供的三维存储器的形成方法形成，图4为本申请实施例提供的三维存储器的结构示意图，如图4所示，所述三维存储器40包括：

介质层400，位于衬底之上。

至少一条第一散热管道400'，位于所述介质层400中，且所述第一散热管道400'中填充有散热剂，所述第一散热管道的延伸方向平行于所述衬底所在的平面。

存储器阵列401，位于具有所述第一散热管道400'的介质层400之上。

至少一条第二散热管道401'-1和401'-2，位于所述存储器阵列401的外围，且所述第二散热管道401'-1和第二散热管道401'-2中填充有所述散热剂，所述第二散热管道的延伸方向垂直于所述第一散热管道的延伸方向。

这里，第一散热管道400'、第二散热管道401'-1和第二散热管道401'-2的管道形状包括但不限于以下至少之一：直线型、L型、U型或蛇形；每一所述第一散热管道和每一所述第二散热管道分别均匀或非均匀地排布于所述介质层400和所述存储器阵列401的外围。

在一些实施例中，散热剂包括水或导热油。每一所述第一散热管道与至少一条所述第二散热管道连通，或，每一所述第一散热管道与每一所述第二散热管道相互独立；当所述第一散热管道与所述第二散热管道连通时，所述第一散热管道和所述第二散热管道中填充有相同的所述散热剂；当所述第一散热管道与所述第二散热管道相互独立时，所述第一散热管道和所述第二散热管道中填充有相同或不同的所述散热剂。本申请实施例中，所述第一散热管道400'与第二散热管道401'-1和第二散热管道401'-2均连通，且所述第一散热管道和所述第二散热管道中均填充有散热剂水。

在一些实施例中，所述第一散热管道和所述第二散热管道的横截面形状包括以下任意一种：椭圆形、圆形或任意多边形。

在一些实施例中，所述介质层内部形成有至少一个第一刻蚀孔，所述第一刻蚀孔的延伸方向平行于所述衬底所在的平面；所述至少一条第一散热管道，通过在每一所述第一刻蚀孔中填充所述散热剂形成。所述存储器阵列的外围，形成至少一个第二刻蚀孔，所述第二刻蚀孔的延伸方向垂直于所述第一刻蚀孔的延伸方向。

在一些实施例中，至少一条所述第一散热管道或至少一条所述第二散热管道中具有散热金属材料，其中，所述散热金属材料至少包括金属钨。

在一些实施例中，所述存储器阵列通过以下方式形成：在所述介质层表面，形成多个沿第三方向依次堆叠的半导体堆叠结构；在第一方向和/或第二方向上，对所述半导体堆叠结构进行刻蚀，形成具有多个第一间隙和/或第二间隙的相变存储单元，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向两两相互垂直，且所述第三方向垂直于所述衬底所在的平面，所述第一方向和所述第二方向构成的平面平行于所述衬底所述在的平面；在每一所述第一间隙和/或所述第二间隙中填充间隙材料，以形成所述存储器阵列。

本申请实施例提供的三维存储器通过上述实施例中的三维存储器形成方法形成，对于本申请实施例未详细记载的技术特征，请参考上述实施例进行理解，这里，不再赘述。

本申请实施例提供的三维存储器，包括：至少一条第一散热管道、存储器阵列和至少一条第二散热管道，由于至少一条第一散热管道位于存储器阵列的底部、至少一条第二散热管道位于存储器阵列的外围，如此，可以通过第一散热管道和第二散热管道实现对存储器阵列的散热处理，使得存储器阵列内部的环境温度降低，进而提高了三维存储器的性能。

另外，本申请实施例提出了一种新颖的冷却系统来形成3D X-Point存储器。在提出的用于堆叠3D X-Point的冷却系统中，围绕存储器阵列形成了新颖的冷却水管道系统(对应上述实施例中的第一散热管道和第二散热管道)。存储器阵列操作产生的所有热量都可以通过冷却水管道系统带走，并且3D X-Point存储器内部环境温度可以保持在较低的水平，如此，将会改善存储器阵列的操作和数据保留性能。

如图5A所示，为本申请实施例提供的3D X-Point存储器的一个可选的剖面结构示意图，可以看出，冷却水管道系统501'形成于存储器阵列501的周围，封装存储器阵列501时，冷却水(对应上述实施例中的散热剂)将连接到冷却水管道系统501'，使得存储器阵列产生的热量可以迅速散走。

本申请实施例中，还可以通过在存储器阵列周围形成金属壁，来传导存储器阵列内部的积聚的热量，例如，所述金属壁可以是：钨壁、铜壁或铝壁等。图5B为本申请实施例提供的3D X-Point存储器的一个可选的剖面结构示意图，如图5B所示，W壁501”和冷却水管道系统501'均已在存储器阵列501的周围形成，包装存储器阵列时，冷却水将连接到冷却水管道系统501'，如此，热量可以快速传导到W壁501”，并通过W壁501”传导到冷却水管道系统501'，通过冷却水管道系统可以快速地带走热量。

在一些实施例中，所述冷却水管道系统可以包括在X方向或Y方向上的多个相互连通或相互独立的冷却水管路(对应上述实施例中的第一散热管道或第二散热管道)，或者，所述冷却水管道系统可以包括在X方向和Y方向上多个相互连通或相互独立的冷却水管路。

在一些实施例中，所述冷却水管道系统还可以包括在X方向上的多个相互连通或相互独立的冷却水管路，以及在Y方向上的金属壁，或者，所述冷却水管道系统还可以包括在Y方向上的多个相互连通或相互独立的冷却水管路，以及在X方向上的金属壁。

在一些实施例中，所述冷却水管道系统还可以包括在X方向上的金属壁和多个冷却水管路，或者，所述冷却水管道系统还可以包括在Y方向上的金属壁和多个冷却水管路。

在一些实施例中，所述冷却水管道系统还可以是传导线圈，通过在存储器阵列周围形成传导线圈来传导存储器阵列内部的热量。

本申请实施例提供的3D X-Point存储器，由于在存储器阵列周围形成有冷却水管道系统，如此，可以通过冷却水管路系统快速地传导存储阵列内部的热量，使得存储器阵列内部的环境温度可以保持在较低水平，进一步地，可以使得存储器阵列的性能得以保持。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。