相变存储阵列、制备方法、相变存储器和电子设备与流程

本申请的实施例主要涉及半导体器件制备领域。更具体地，本申请的实施例涉及一种相变存储器、制备方法和电子设备。

背景技术：

1、非易失性存储(non-volatile memory，nvm)技术在许多方面都取得了一些重大的进展，为计算机系统的存储能效提升带来了新的契机，研究者们建议采用新型nvm技术来替代传统的存储技术，以适应计算机技术发展对高存储能效的需求。以相变存储器(phasechange memory)为代表的多种新型nvm技术因具备高集成度、低功耗等特点而受到国内外研究者的广泛关注。相变存储器是一种新型非易失性存储技术，其利用特殊材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的导电性差异来存储数据。相变存储器的核心技术点为通过施加不同的编程脉冲使得相变存储材料在晶态与非晶态之间转换，从而实现信息的写“0/1”操作。

2、相变存储单元的结构主要分为两种：蘑菇头和柱状结构。当前市面上基于相变存储的技术主要有两条发展路径，一是嵌入式闪存替代，其基础单元结构多选用蘑菇头结构；二是存储类内存产品，其基础单元结构多选用柱状结构。目前，相变存储单元在集成过程中有各种问题。例如，相变材料表面能高，粘附性差，在薄膜生长过程中容易剥落，进行小尺寸图形化后也容易出现器件倒塌的问题。目前商用相变材料中复杂的元素组成使得刻蚀工艺相对困难，容易导致刻蚀后侧壁陡直度不够，不利于存储单元的高密度集成。此外，刻蚀后相变材料的材料性质改变较大，例如密度变低并且形成空洞等，从而对器件的性能造成恶劣影响。

技术实现思路

1、为了提供一种具有稳定性能且利于高密度集成的相变存储器，本申请的实施例提供了一种相变存储器、制备方法及相关的电子设备。

2、在本申请的第一方面，提供了一种相变存储阵列。该相变存储阵列包括基底以及多个相变存储单元。每个相变存储单元包括：底电极，被设置在所述基底的表面；相变存储部，被设置在所述底电极上；硬遮罩顶电极，被设置在所述相变存储部上，并且包括顶电极和围绕所述顶电极设置的第一介电层，所述硬遮罩顶电极在朝向所述相变存储部方向的投影与所述相变存储部的横截面重合；以及第二介电层，围绕所述相变存储部和所述硬遮罩顶电极设置。

3、通过围绕顶电极设置第一介电层从而形成硬遮罩顶电极结构，能够增大硬遮罩顶电极作为硬遮罩刻蚀相变存储部时的刻蚀选择比。通过选择适当的第一介电层材料以及对应的刻蚀剂，能够显著提升刻蚀后相变存储部的侧壁的形貌以及性质，使得相变存储部的陡直度更高，从而有利于提高集成度。此外，相变存储部侧壁性质的提升(例如，组分和密度变化小，无空洞)能够进一步提高半导体器件的性能和稳定性。另外，刻蚀选择比的增加可以减小硬遮罩顶电极的厚度，减小应力，从而降低材料的集成难度。

4、在一种实现方式中，相变存储部由相变存储材料制成。以此方式，能够形成性能和可靠性较高的相变存储器。

5、在一种实现方式中，顶电极由无定形材料制成。以此方式，能够进一步降低顶电极与相变存储部薄膜叠层的应力，从而减小相变材料在工艺集成过程中剥落的可能性。

6、在一种实现方式中，顶电极包括钽基金属材料或钨基金属材料。

7、在一种实现方式中，顶电极包括tawsi、taw或ta。

8、在一种实现方式中，第一介电层由以下材料中的至少一种制成：氧化铝和氮化铝，并且所述相变存储部通过将所述硬遮罩顶电极作为硬遮罩使用cfx基刻蚀剂形成。以此方式，能够进一步提升相变存储部的侧壁的形貌和性质，从而提高所制备的器件的性能和可靠性。

9、在一种实现方式中，第二介电层由以下材料中的至少一种制成：二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧碳化硅、氧化铝和氮化铝。第二介电层可以选择任意适当的材料制成，从而提高制造半导体器件的灵活度。

10、根据本申请实施例的第二方面提供了一种制备相变存储单元的方法。该方法包括在基底的表面上依次形成底电极层、相变存储部层和硬遮罩顶电极层；对所述硬遮罩顶电极层刻蚀以形成顶电极；围绕所述顶电极侧部设置第一介电层以形成硬遮罩顶电极；将所述顶电极和所述第一介电层作为硬遮罩刻蚀所述相变存储部层，以形成所述相变存储部；以及围绕所述硬遮罩顶电极和所述相变存储部设置第二介电层。

11、在一种实现方式中，在基底的表面上依次形成底电极层、相变存储部层和硬遮罩顶电极层包括：在所述基底表面上形成底电极层；对所述底电极层进行刻蚀以形成所述底电极；在所述底电极周围沉积层间介电材料；以及在所述底电极和所述层间介电材料上依次形成相变存储部层和所述硬遮罩顶电极层。

12、在一种实现方式中，该方法还包括以所述硬遮罩顶电极、所述相变存储部和所述第二介电层为遮罩刻蚀所述底电极层以形成底电极。

13、在一种实现方式中，围绕所述顶电极侧部设置第一介电层以形成硬遮罩顶电极包括：在所述顶电极和所述相变存储部层的外部设置第一介电材料层；对所述第一介电材料层刻蚀以在所述顶电极的周围形成所述第一介电层。

14、在一种实现方式中，围绕所述硬遮罩顶电极和所述相变存储部设置第二介电层包括：在所述硬遮罩顶电极和所述相变存储部的外部设置第二介电材料层；对所述第二介电材料层刻蚀以在所述硬遮罩顶电极和所述相变存储部的周围形成所述第二介电层。

15、在一种实现方式中，对所述硬遮罩顶电极层刻蚀所使用的刻蚀剂包括氯基刻蚀剂；和/或对所述第一介电材料层或第二介电材料层刻蚀所使用的刻蚀剂包括氯基刻蚀剂。

16、在一种实现方式中，对所述相变存储部层进行刻蚀所使用的刻蚀剂包括cfx基刻蚀剂，并且其中所述第一介电层由以下材料中的至少一种制成：氧化铝和氮化铝。

17、根据本申请实施例的第三方面提供了一种相变存储器。该相变存储器包括根据本申请实施例的第一方面所述的相变存储阵列以及控制电路。控制电路耦合至所述相变存储阵列，并且适于至少控制所述相变存储部的状态。

18、根据本申请实施例的第四方面提供了一种电子设备。该电子设备包括电路板以及形成在电路板上的根据本申请实施例的第三方面所述的相变存储器。

技术特征：

1.一种相变存储阵列，包括：

2.根据权利要求1所述的相变存储阵列，其中所述相变存储部由相变存储材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的相变存储阵列，其中所述顶电极由无定形材料制成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的相变存储阵列，其中所述顶电极包括钽基金属材料或钨基金属材料。

5.根据权利要求4所述的相变存储阵列，其中所述顶电极包括tawsi、taw或ta。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的相变存储阵列，其中所述第一介电层由以下材料中的至少一种制成：氧化铝和氮化铝，并且

7.根据权利要求1-6中任一项所述的相变存储阵列，其中所述第二介电层由以下材料中的至少一种制成：二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧碳化硅、氧化铝和氮化铝。

8.一种用于制备相变存储单元的方法，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其中在基底的表面上依次形成底电极层、相变存储部层和硬遮罩顶电极层包括：

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：

11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中围绕所述顶电极设置第一介电层以形成硬遮罩顶电极包括：

12.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中围绕所述硬遮罩顶电极和所述相变存储部设置第二介电层包括：

13.根据权利要求11所述的方法，其中对所述硬遮罩顶电极层刻蚀所使用的刻蚀剂包括氯基刻蚀剂；和/或

14.根据权利要求8-10和13中任一项所述的方法，其中对所述相变存储部层进行刻蚀所使用的刻蚀剂包括cfx基刻蚀剂，并且

15.一种相变存储器，包括：

16.一种电子设备，包括：

技术总结
本申请的实施例提供了一种相变存储阵列、制备方法、相变存储器和电子设备。该相变存储阵列包括基底以及多个相变存储单元，每个相变存储单元包括：底电极，被设置在基底的表面；相变存储部，被设置在底电极上；硬遮罩顶电极，被设置在相变存储部上，并且包括顶电极和围绕顶电极设置的第一介电层，硬遮罩顶电极在朝向所述相变存储部方向的投影与所述相变存储部的横截面重合；以及第二介电层，围绕相变存储部和硬遮罩顶电极设置。相变存储部的侧壁的形貌以及性质能够得到显著提升，使得相变存储部的陡直度更高，从而有利于提高集成度。另外，通过优化刻蚀方案，可以减小硬遮罩顶电极的厚度，减小应力，从而降低材料的集成难度。

技术研发人员：周雪,林军,王校杰,秦青,焦慧芳
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15