專利名稱：相變存儲(chǔ)單元及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種相變存儲(chǔ)單元及其形成方法。
背景技術(shù)：
相變存儲(chǔ)器(PhaseChange Random Access Memory, PCRAM)技術(shù)是基于S. R. Ovshinsky在20世紀(jì)60年代末提出相變薄膜可以應(yīng)用于相變存儲(chǔ)介質(zhì)的構(gòu)想建立起來的。作為一種新興的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，相變存儲(chǔ)器在讀寫速度、讀寫次數(shù)、數(shù)據(jù)保持時(shí)間、單元面積、多值實(shí)現(xiàn)等諸多方面對(duì)快閃存儲(chǔ)器都具有較大的優(yōu)越性，已成為目前非揮發(fā)存儲(chǔ)技術(shù)研究的焦點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中相變存儲(chǔ)器可以通過施加不同的電壓或電流來選擇特定的相變存儲(chǔ) 單元，從而完成讀寫擦操作。相變存儲(chǔ)器包括外圍電路和存儲(chǔ)器區(qū)，所述存儲(chǔ)器區(qū)包括多個(gè)相變存儲(chǔ)單元，請(qǐng)參考圖I，所述相變存儲(chǔ)單元通常包括一個(gè)二極管100和一個(gè)相變單元105，所述相變單元105的材料為相變材料例如Ge-Sb-Te，以下簡稱GST。一定條件下，所述相變材料會(huì)在晶態(tài)和非晶態(tài)之間發(fā)生可逆的相變。所述相變存儲(chǔ)器通過二極管100控制相變存儲(chǔ)單元的開關(guān)，當(dāng)二極管100處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流通過導(dǎo)電塞101、底電極103、相變單元105和頂電極107，所述相變單元105可在晶態(tài)和非晶態(tài)之間發(fā)生可逆相變，將所述兩個(gè)狀態(tài)中的任一個(gè)被指定為邏輯I、另一個(gè)被指定為邏輯0，設(shè)定成為可以復(fù)位的電學(xué)狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的功能。隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，器件的尺寸等比例縮小，相變存儲(chǔ)器的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，然而隨著器件尺寸的等比例縮小，其驅(qū)動(dòng)電流也將等比例縮小，難以滿足相變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)功能的需求。為滿足相變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)功能的需求，通常需要具有更高驅(qū)動(dòng)電流能力的二極管，或者減小實(shí)現(xiàn)相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)功能所需的驅(qū)動(dòng)電流。上述方法仍不能很好的滿足相變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)功能的需求。更多相變存儲(chǔ)器的形成方法請(qǐng)參考專利號(hào)為“US6838727B2”的美國專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種滿足存儲(chǔ)功能的需求的相變存儲(chǔ)單元及其形成方法。為解決上述問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種相變存儲(chǔ)單元，包括二極管；與所述二極管電連接的至少四個(gè)分立的底電極；與所述底電極一一對(duì)應(yīng)電連接的相變單元。可選地，所述相變單元的材料為Ge-Sb-Te?？蛇x地，所述底電極的材料為Ti、TiN、Ta或者TaN，所述底電極的厚度小于100人?？蛇x地，還包括一端與所述二極管連接的導(dǎo)電塞；基電極，所述基電極的一端與導(dǎo)電塞連接，另一端與所述底電極連接；與所述相變單元一一對(duì)應(yīng)連接的頂電極；與所述頂電極一一對(duì)應(yīng)連接的位線。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種相變存儲(chǔ)單元的形成方法，包括提供二極管；形成與所述二極管電連接的至少四個(gè)分立的底電極；形成與所述底電極一一對(duì)應(yīng)電連接的相變單元。可選地，還包括形成一端與所述二極管連接的導(dǎo)電塞；形成基電極，所述基電極的一端與導(dǎo)電塞連接，另一端與所述底電極連接；形成與所述相變單元一一對(duì)應(yīng)連接的頂電極；形成與所述頂電極一一對(duì)應(yīng)連接的位線?？蛇x地，所述導(dǎo)電塞的形成步驟為在二極管表面形成第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層的表面具有第三方向和與所述第三方向垂直的第四方向；在所述第一介質(zhì)層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層具有開口，所述開口的位置與后續(xù)形成的導(dǎo)電塞的位置相對(duì)應(yīng)；以所述光刻膠層為掩膜刻蝕所述第一介質(zhì)層，形成第一溝槽，所述第一溝槽暴露出二極管表面；在所述第一溝槽內(nèi)填充滿導(dǎo)電材料，形成導(dǎo)電塞?？蛇x地，所述底電極的形成步驟包括形成位于第一層間介質(zhì)層表面的第二層間介質(zhì)層，所述第二層間介質(zhì)層具有第一開口，所述第一開口暴露出導(dǎo)電塞和第一層間介質(zhì)層，且貫穿第三方向的第二層間介質(zhì)層；形成覆蓋所述第二層間介質(zhì)層的表面和側(cè)壁、以及第一層間介質(zhì)層的底電極薄膜；形成覆蓋所述底電極薄膜的第一停止層；形成位于所述第一停止層表面的第二停止層，所述第二停止層具有第二開口，所述第二開口暴露出第一停止層，且貫穿第四方向的第二停止層；形成位于所述第二停止層表面的第三層間介質(zhì)層，所述第三層間介質(zhì)層暴露第二開口 ；以所述第三層間介質(zhì)層和第二停止層為掩膜，去除第一停止層、底電極薄膜和部分厚度的第二層間介質(zhì)層；平坦化所述第三層間介質(zhì)層、第二停止層、第一停止層和底電極薄膜，暴露出第二層間介質(zhì)層之后，去除所述第三層間介質(zhì)層，形成基電極和至少四個(gè)分立的存儲(chǔ)區(qū)域?？蛇x地，所述相變單元的形成步驟為形成覆蓋所述第一停止層表面的第四層間介質(zhì)層，所述第四層間介質(zhì)層的表面與第二層間介質(zhì)層表面齊平；在所述第四層間介質(zhì)層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層具有開口，所述開口的位置與后續(xù)形成的相變單元的位置相對(duì)應(yīng)，以所述光刻膠層為掩膜去除底電極薄膜、第二層間介質(zhì)層和第一停止層，形成第二溝槽；向所述第二溝槽內(nèi)填充滿相變材料?？蛇x地，所述頂電極的形成步驟為形成覆蓋所述相變單元、第二層間介質(zhì)層和第四層間介質(zhì)層的頂電極薄膜；在所述頂電極薄膜表面形成光刻膠層，所述光刻膠層的位置與頂電極的位置相對(duì)應(yīng)；以所述光刻膠層為掩膜去除頂電極薄膜，形成頂電極。
可選地，還包括以所述光刻膠層為掩膜去除第一層間介質(zhì)層、第二層間介質(zhì)層、第一停止層和第四層間介質(zhì)層與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元包括二極管、及與所述二極管電連接的至少四個(gè)相變單元?，F(xiàn)有技術(shù)用于容納至少四個(gè)二極管的區(qū)域在本發(fā)明實(shí)施例中僅用于容納一個(gè)二極管，因此本發(fā)明實(shí)施例的二極管的尺寸大于現(xiàn)有技術(shù)中二極管的尺寸，在外圍電路提供的電壓相同的條件下，經(jīng)過本發(fā)明實(shí)施例的二極管的電流大于現(xiàn)有技術(shù)中二極管的電流，使得本發(fā)明實(shí)施例的二極管的驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)，從而滿足了相變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)功能的需求。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元的形成方法的流程示意圖；圖5 圖12是本發(fā)明一實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元的形成方法的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的實(shí)施例的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明的實(shí)施例還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本發(fā)明的實(shí)施例不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有的相變存儲(chǔ)單元中，一個(gè)二極管對(duì)應(yīng)于一個(gè)相變單元，隨著相變存儲(chǔ)器的尺寸的等比例縮小，外圍電路提供給存儲(chǔ)單元的電壓有限，所述二極管的尺寸減小，所述二極管的驅(qū)動(dòng)能力減弱，難以滿足存儲(chǔ)功能的需求。因此，需要降低驅(qū)動(dòng)電流或者提高二極管的驅(qū)動(dòng)電流能力以滿足存儲(chǔ)功能的需求。根據(jù)二極管的工作原理，在相同工藝條件下，二極管的橫截面積越大，其所能提供的驅(qū)動(dòng)電流也越大。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究后發(fā)現(xiàn)，將現(xiàn)有技術(shù)中用于容納多個(gè)二極管的空間用于容納一個(gè)大的二極管，所述大的二極管與多個(gè)相變單元相對(duì)應(yīng)，由于所述大的二極管的橫截面積增大，能夠提供更高的驅(qū)動(dòng)電流，增強(qiáng)了二極管的驅(qū)動(dòng)能力，從而滿足存儲(chǔ)功能的需求。本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)明人經(jīng)過進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相變存儲(chǔ)器的尺寸進(jìn)一步縮小時(shí)，一個(gè)二極管對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相變單元的結(jié)構(gòu)，二極管的橫截面積增加的較為有限，驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)的有限，滿足存儲(chǔ)功能的需求也較有限。本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)明人經(jīng)過進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，一個(gè)二極管對(duì)應(yīng)于四個(gè)相變單元的結(jié)構(gòu)，二極管的橫截面積增加較大，二極管驅(qū)動(dòng)電流的能力較強(qiáng)，并且此種結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)單元形成工藝簡單。針對(duì)上述問題，發(fā)明人提供了一種相變存儲(chǔ)單元，請(qǐng)參考圖2，包括二極管 200 ；與所述二極管200連接的導(dǎo)電塞201 ；與所述導(dǎo)電塞201連接的基電極，所述基電極與至少四個(gè)對(duì)稱設(shè)置的底電極2031、2032、2033、2034 連接；與所述底電極2031、2032、2033、2034——對(duì)應(yīng)連接的相變單元2051、2052、2053、2054 ；與所述相變單元2051、2052、2053、2054——對(duì)應(yīng)連接的頂電極2071、2072、2073、2074。其中，所述二極管200用于控制相變存儲(chǔ)單元的開關(guān)。當(dāng)相變存儲(chǔ)單元的外圍電路提供的電流大于二極管的驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，電路導(dǎo)通，可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。所述導(dǎo)電塞201與二極管200電連接，用于傳遞二極管200得到的信號(hào)。所述導(dǎo)電塞201的材料為導(dǎo)電材料，例如Cu、W、Al中的一種。在本發(fā)明的實(shí)施例中,所述導(dǎo)電塞201的材料選為W。考慮到相變單元2051、2052、2053、2054之間需要一定的間隙，在本發(fā)明的實(shí)施例中還設(shè)計(jì)了基電極，所述基電極(未標(biāo)示)呈平板狀，所述基電極的一端與導(dǎo)電塞連接，另一端與所述底電極連接。所述底電極通過基電極與導(dǎo)電塞201電連接，用于加熱相變單元，所述底電極的厚度與所述相變單元的接觸面積有關(guān)，若底電極的厚度太大，通常需要消耗更多的能量才能加熱與底電極相接觸的部分相變單元，使所述部分相變單元的材料由晶態(tài)變?yōu)榉蔷B(tài)，出于降低功耗的考慮，所述底電極的厚度不能太大；所述底電極的材料為導(dǎo)電材料，例如金屬材料 W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni 中的一種，或由所述金屬材料 W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、 Ni中的任意兩種組合或多種組合而成的合金材料。隨著相變存儲(chǔ)器尺寸的減小，所述一個(gè)二極管對(duì)應(yīng)一個(gè)相變單元的結(jié)構(gòu)，其通過二極管的電流減小，驅(qū)動(dòng)能力減弱，難以滿足存儲(chǔ)功能的需求，而一個(gè)二極管與多個(gè)相變單元對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)則使得現(xiàn)有技術(shù)中容納多個(gè)二極管的空間可以用于容納一個(gè)大的二極管，所述二極管的橫截面積增大，根據(jù)二極管的特性可知，在外界電壓相同的情況下，通過所述二極管的電流增加，驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)，以滿足存儲(chǔ)功能的需求。由于所述底電極與相變單元相對(duì)應(yīng)。因此，所述底電極為多個(gè)，考慮到更好的滿足存儲(chǔ)功能的需求，所述底電極至少為四個(gè)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述底電極的材料為Ti、TiN, Ta或者TaN中的一種；所述底電極的厚度小于100 A;所述底電極為四個(gè)，所述四個(gè)底電極2031、2032、2033、2034構(gòu)成方形，所述底電極2031、2032、2033、2034分別對(duì)應(yīng)于方形的各個(gè)頂點(diǎn)。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述底電極2031、2032、2033、2034可以呈一條直線，所述底電極的個(gè)數(shù)也可以大于四個(gè)。所述相變單元與底電極一一對(duì)應(yīng)連接，所述相變單元的個(gè)數(shù)與底電極的個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)，至少為四個(gè)。所述相變單元的材料為相變材料，例如GST。所述相變材料在加熱條件下，在結(jié)晶態(tài)和非晶態(tài)之間發(fā)生可逆的相變，將所述結(jié)晶態(tài)和非晶態(tài)指定為邏輯“0”或“1”，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的功能。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述相變單元為四個(gè)，具體為相變單元2051、2052、2053和2054。其中，所述相變單元2051與底電極2031電連接、所述相變單元2052與底電極2032電連接、所述相變單元2053與底電極2033電連接、所述相變單元2054與底電極2034電連接。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述相變單元的個(gè)數(shù)也可以大于四個(gè)，只要能滿足存儲(chǔ)功能的需求即可。所述頂電極與相變單元一一對(duì)應(yīng)電連接，用于與外部信號(hào)相連；所述頂電極的材料為導(dǎo)電材料，例如金屬材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni中的一種，或由所述金屬材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni中的任意兩種組合或多種組合而成的合金材料；所述頂電極的個(gè)數(shù)與底電極、相變單元的個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述頂電極為四個(gè)，具體為頂電極2071、2072、2073、2074。所述頂電極2071與相變單元2051電連接、所述頂電極2072與相變單元2052電連接、所述頂電極2073與相變單元2053電連接、所述頂電極2074與相變單元2054電連接。需要說明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述相變存儲(chǔ)單元還包括與所述二極管200電連接的字線(未圖示)和與所述頂電極電連接的位線(未圖示)。所述字線沿第一方向排列，用于選通寫入信息的存儲(chǔ)單元，所述位線沿與所述第一方向垂直的第二方向排列，用于向存儲(chǔ)單元讀、寫、擦所述信息。需要說明的是，所述第一方向、與所述第一方向垂直的第二方向所在的表面與相變單元2051、2052、2053和2054構(gòu)成的表面平行。本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)器的局部結(jié)構(gòu)示意圖請(qǐng)參考圖3，圖3中僅示出了四個(gè)二極管，其中包括圖2所示的二極管200。如圖3所示，所述二極管200、二極管210與第一字線250電連接，所述二極管220、二極管230與第二字線260電連接，所述第一字線250和第二字線260沿第一方向排列。以 二極管200為例，對(duì)應(yīng)的頂電極2071與第一位線270電連接，頂電極2072與第二位線275電連接，頂電極2073與第三位線280電連接，所述頂電極2074與第四位線285電連接，所述第一位線270、第二位線275、第三位線280、第四位線285沿第二方向排列。當(dāng)外部電壓施加在第一字線250和第一位線270上時(shí)，則可以對(duì)頂電極2071對(duì)應(yīng)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)讀寫擦等操作。需要說明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述字線也可以沿第二方向排列，所述位線沿第一方向排列。相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)明人還提供了一種相變存儲(chǔ)單元的形成方法，請(qǐng)參考圖4,包括步驟S301，提供二極管，形成一端與所述二極管電連接的導(dǎo)電塞；步驟S303，形成一端與所述導(dǎo)電塞連接的基電極、及與所述基電極的另一端連接的至少四個(gè)分立的底電極；步驟S305，形成與所述底電極一一對(duì)應(yīng)電連接的相變單元；步驟S307,形成與所述相變單元--對(duì)應(yīng)連接的頂電極。為便于理解本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元的形成方法，請(qǐng)參考圖4 圖11，圖5 圖12為本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元的形成方法的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。執(zhí)行步驟S301，請(qǐng)參考圖5，提供二極管(未圖示)，形成一端與所述二極管電連接的導(dǎo)電塞403。為方便起見，圖中未示出二極管。所述導(dǎo)電塞403的形成步驟為在二極管表面形成第一介質(zhì)層401，所述第一介質(zhì)層401的表面具有第三方向和與所述第三方向垂直的第四方向；在所述第一介質(zhì)層401表面形成光刻膠層(未圖不)，所述光刻膠層具有開口(未圖示)，所述開口的位置與后續(xù)形成的導(dǎo)電塞403的位置相對(duì)應(yīng)；以所述光刻膠層為掩膜刻蝕所述第一介質(zhì)層401，形成第一溝槽(未標(biāo)示)，所述第一溝槽暴露出二極管表面；在所述第一溝槽內(nèi)填充滿導(dǎo)電材料，形成導(dǎo)電塞403。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層401的材料為氧化物，例如二氧化硅。在第一溝槽內(nèi)填充導(dǎo)電材料采用的方法為沉積工藝，例如物理或化學(xué)氣相沉積。之后，再采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝平坦化所述導(dǎo)電材料，形成導(dǎo)電塞403,所述導(dǎo)電塞403與第一介質(zhì)層401表面齊平。需要說明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，還需要去除光刻膠層。執(zhí)行步驟S303，請(qǐng)參考圖6 8，形成一端與所述導(dǎo)電塞連接的基電極(未表示)、及與所述基電極的另一端連接的至少四個(gè)分立的底電極(未標(biāo)示)。請(qǐng)參考圖6，形成位于所述第一層間介質(zhì) 層401表面的第二層間介質(zhì)層405，所述第二層間介質(zhì)層405具有第一開口(未標(biāo)不)，所述第一開口暴露出導(dǎo)電塞403和第一層間介質(zhì)層401，且貫穿第三方向的第二層間介質(zhì)層405 ;形成覆蓋所述第二層間介質(zhì)層405的表面和側(cè)壁、以及第一層間介質(zhì)層401的底電極薄膜407 ;形成覆蓋所述底電極薄膜407的第一停止層409。所述第二層間介質(zhì)層405的材料為氧化物，所述第二層間介質(zhì)層405用于定義出后續(xù)形成的底電極的位置。所述第二層間介質(zhì)層405的形成方法為沉積工藝，例如物理或化學(xué)氣相沉積。所述底電極薄膜407用于后續(xù)形成基電極和與所述基電極的一端相連的底電極，所述底電極薄膜407覆蓋所述第二層間介質(zhì)層405的表面和側(cè)壁、以及第一層間介質(zhì)層401的表面。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述底電極薄膜407的材料為TiN，所述底電極薄膜407的形成方法為沉積工藝，例如物理或化學(xué)氣相沉積。所述第一停止層409用于作為后續(xù)去除第二停止層411時(shí)的阻擋層。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第一停止層409的材料為SiN。所述第一停止層409的形成方法為沉積工藝，例如物理或化學(xué)氣相沉積。請(qǐng)參考圖7，形成位于所述第一停止層409表面的第二停止層411，所述第二停止層411具有第二開口(未標(biāo)示)，所述第二開口暴露出第一停止層409，且貫穿第四方向的第二停止層411 ;在所述第二停止層411表面形成第三層間介質(zhì)層413，所述第三層間介質(zhì)層413暴露第二開口。所述第二停止層411和第三層間介質(zhì)層413的形成步驟為采用沉積工藝形成覆蓋所述第一停止層409表面的抗反射薄膜；采用沉積工藝形成覆蓋抗反射薄膜表面的氧化薄膜；采用光刻、顯影工藝去除部分氧化薄膜和部分抗反射薄膜，形成具有第二開口的第二停止層411和位于第二停止層411表面的第三層間介質(zhì)層413，所述第二開口暴露出第一停止層409，且貫穿第四方向的第二停止層411，所述第二停止層411的位置定義出底電極沿第三方向的尺寸。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第二停止層411為底層抗反射層(BARC，BottomAnti-Reflective Coating),用于作為后續(xù)去除部分氧化薄膜時(shí)的阻擋層。請(qǐng)參考圖8，以所述第三層間介質(zhì)層413和第二停止層411為掩膜，去除第一停止層409、底電極薄膜407和部分厚度的第二層間介質(zhì)層405 ;平坦化所述第三層間介質(zhì)層413、第二停止層411、第一停止層409和底電極薄膜，暴露出第二層間介質(zhì)層405之后，去除所述第三層間介質(zhì)層，形成基電極和位于基電極表面的至少四個(gè)分立的存儲(chǔ)區(qū)域，所述四個(gè)分立的存儲(chǔ)區(qū)域后續(xù)用于形成四個(gè)分立的底電極。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述四個(gè)分立的存儲(chǔ)區(qū)域在同一工藝步驟中形成，而不用分別形成，大大節(jié)省了工藝步驟，且形成工藝簡單。執(zhí)行步驟S305，請(qǐng)參考圖9 11，形成與所述底電極一一對(duì)應(yīng)電連接的相變單元4191、4192、4193 和 4194。請(qǐng)參考圖9，形成覆蓋所述第一停止層409表面的第四層間介質(zhì)層415，所述第四層間介質(zhì)層415的表面與第二層間介質(zhì)層405表面齊平。所述第四層間介質(zhì)層415為氧化物，例如二氧化硅。所述第四層間介質(zhì)層415的形成方法為高密度等離子體沉積工藝，所述第四層間介質(zhì)層415用于后續(xù)作為頂電極的支撐。請(qǐng)參考圖10，采用光刻、顯影工藝去除部分底電極薄膜407、第二層間介質(zhì)層405和第一停止層409，形成第二溝槽417。所述第二溝槽417用于后續(xù)填充相變材料，形成相變單元。所述第二溝槽417的形成步驟具體為在所述第四層間介質(zhì)層415表面形成光刻膠層(未圖示)，所述光刻膠層 具有開口(未圖示)，所述開口的位置與后續(xù)形成的相變單元的位置相對(duì)應(yīng)，以所述光刻膠層為掩膜去除底電極薄膜407、第二層間介質(zhì)層405和第一停止層409，形成第二溝槽417。所述第二溝槽的數(shù)目與相變單元的個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第二溝槽417為四個(gè)，所述第二溝槽417暴露出底電極薄膜407。請(qǐng)參考圖11，向所述第二溝槽內(nèi)填充相變材料形成相變單元。所述相變單元的形成步驟為采用沉積工藝，例如物理或化學(xué)氣相沉積在所述第二溝槽內(nèi)填充滿相變薄膜(未標(biāo)示)，例如GST薄膜；采用化學(xué)機(jī)械拋光的方法平坦化所述相變薄膜，使得所述相變薄膜與第二層間介質(zhì)層405和第四層間介質(zhì)層415表面齊平，形成相變單元。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述相變單元為四個(gè)，具體為相變單元4191、4192、4193和4194。需要說明的是，步驟S305執(zhí)行完成后，所述四個(gè)分立的底電極已形成。執(zhí)行步驟S307，請(qǐng)參考圖12，形成頂電極，所述頂電極包括分別與所述底4191、4192,4193和4194——對(duì)應(yīng)電連接的頂電極4211、4212、4213、4214。所述第二電極的形成步驟為形成覆蓋所述相變單元、第二層間介質(zhì)層405和第四層間介質(zhì)層415的頂電極薄膜(未標(biāo)示)；在所述頂電極薄膜表面形成光刻膠層(未圖示)，所述光刻膠層與頂電極4211、4212、4213、4214的位置相對(duì)應(yīng)；以所述光刻膠層為掩膜去除頂電極薄膜，形成頂電極4211、4212、4213、4214。需要說明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述相變存儲(chǔ)單元的形成方法還包括以所述光刻膠層為掩膜去除第一層間介質(zhì)層401、第二層間介質(zhì)層405、第一停止層409和第四層間介質(zhì)層415，形成如圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元。需要說明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，為使所述相變存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能，所述相變存儲(chǔ)單元的形成方法還包括形成與所述頂電極4211、4212、4213、4214 —一對(duì)應(yīng)連接的位線(詳情請(qǐng)參考圖3)。上述步驟完成之后，本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元的制作完成。綜上，本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元包括二極管、及與所述二極管電連接的至少四個(gè)相變單元?，F(xiàn)有技術(shù)用于容納至少四個(gè)二極管的區(qū)域在本發(fā)明實(shí)施例中僅用于容納一個(gè)二極管，因此本發(fā)明實(shí)施例的二極管的尺寸大于現(xiàn)有技術(shù)中二極管的尺寸，在外圍電路提供的電壓相同的條件下，經(jīng)過本發(fā)明實(shí)施例的二極管的電流大于現(xiàn)有技術(shù)中二極管的電流，使得本發(fā)明實(shí)施例的二極管的驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)，從而滿足了相變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)功能的需求。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種相變存儲(chǔ)單元，包括 二極管； 其特征在于，還包括 與所述二極管電連接的至少四個(gè)分立的底電極； 與所述底電極對(duì)應(yīng)電連接的相變單兀。
2.如權(quán)利要求I所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述相變單元的材料為Ge-Sb-Te。
3.如權(quán)利要求I所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述底電極的材料為Ti、TiN,Ta或者TaN，所述底電極的厚度小于100人。
4.如權(quán)利要求I所述的相變存儲(chǔ)單元，其特征在于，還包括一端與所述二極管連接的導(dǎo)電塞；基電極，所述基電極的一端與導(dǎo)電塞連接，另一端與所述底電極連接；與所述相變單元--對(duì)應(yīng)連接的頂電極；與所述頂電極--對(duì)應(yīng)連接的位線。
5.一種相變存儲(chǔ)單元的形成方法，包括 提供二極管； 其特征在于，還包括 形成與所述二極管電連接的至少四個(gè)分立的底電極； 形成與所述底電極一一對(duì)應(yīng)電連接的相變單元。
6.如權(quán)利要求5所述的相變存儲(chǔ)單元的形成方法，其特征在于，還包括形成一端與所述二極管連接的導(dǎo)電塞；形成基電極，所述基電極的一端與導(dǎo)電塞連接，另一端與所述底電極連接；形成與所述相變單元一一對(duì)應(yīng)連接的頂電極；形成與所述頂電極一一對(duì)應(yīng)連接的位線。
7.如權(quán)利要求6所述的相變存儲(chǔ)單元的形成方法，其特征在于，所述導(dǎo)電塞的形成步驟為在二極管表面形成第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層的表面具有第三方向和與所述第三方向垂直的第四方向；在所述第一介質(zhì)層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層具有開口，所述開口的位置與后續(xù)形成的導(dǎo)電塞的位置相對(duì)應(yīng)；以所述光刻膠層為掩膜刻蝕所述第一介質(zhì)層，形成第一溝槽，所述第一溝槽暴露出二極管表面；在所述第一溝槽內(nèi)填充滿導(dǎo)電材料，形成導(dǎo)電塞。
8.如權(quán)利要求7所述的相變存儲(chǔ)單元的形成方法，其特征在于，所述底電極的形成步驟包括形成位于第一層間介質(zhì)層表面的第二層間介質(zhì)層，所述第二層間介質(zhì)層具有第一開口，所述第一開口暴露出導(dǎo)電塞和第一層間介質(zhì)層，且貫穿第三方向的第二層間介質(zhì)層；形成覆蓋所述第二層間介質(zhì)層的表面和側(cè)壁、以及第一層間介質(zhì)層的底電極薄膜；形成覆蓋所述底電極薄膜的第一停止層；形成位于所述第一停止層表面的第二停止層，所述第二停止層具有第二開口，所述第二開口暴露出第一停止層，且貫穿第四方向的第二停止層；形成位于所述第二停止層表面的第三層間介質(zhì)層，所述第三層間介質(zhì)層暴露第二開口 ；以所述第三層間介質(zhì)層和第二停止層為掩膜，去除第一停止層、底電極薄膜和部分厚度的第二層間介質(zhì)層；平坦化所述第三層間介質(zhì)層、第二停止層、第一停止層和底電極薄膜，暴露出第二層間介質(zhì)層之后，去除所述第三層間介質(zhì)層，形成基電極和至少四個(gè)分立的存儲(chǔ)區(qū)域。
9.如權(quán)利要求8所述的相變存儲(chǔ)單元的形成方法，其特征在于，所述相變單元的形成步驟為形成覆蓋所述第一停止層表面的第四層間介質(zhì)層，所述第四層間介質(zhì)層的表面與第二層間介質(zhì)層表面齊平；在所述第四層間介質(zhì)層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層具有開口，所述開口的位置與后續(xù)形成的相變單元的位置相對(duì)應(yīng)，以所述光刻膠層為掩膜去除底電極薄膜、第二層間介質(zhì)層和第一停止層，形成第二溝槽；向所述第二溝槽內(nèi)填充滿相變材料。
10.如權(quán)利要求9所述的相變存儲(chǔ)單元的形成方法，其特征在于，所述頂電極的形成步驟為形成覆蓋所述相變單元、第二層間介質(zhì)層和第四層間介質(zhì)層的頂電極薄膜；在所述頂電極薄膜表面形成光刻膠層，所述光刻膠層的位置與頂電極的位置相對(duì)應(yīng)；以所述光刻膠層為掩膜去除頂電極薄膜，形成頂電極。
11.如權(quán)利要求10所述的相變存儲(chǔ)單元的形成方法，其特征在于，還包括以所述光刻膠層為掩膜去除第一層間介質(zhì)層、第二層間介質(zhì)層、第一停止層和第四層間介質(zhì)層。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種相變存儲(chǔ)單元，包括二極管；與所述二極管電連接的至少四個(gè)分立的底電極；與所述底電極一一對(duì)應(yīng)電連接的相變單元。本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元在現(xiàn)有技術(shù)用于容納多個(gè)二極管的空間中容納一個(gè)大的二極管，所述大的二極管與多個(gè)相變單元相對(duì)應(yīng)，由于所述大的二極管的橫截面積增大，能夠提供更高的驅(qū)動(dòng)電流，增強(qiáng)了二極管的驅(qū)動(dòng)能力，從而滿足存儲(chǔ)功能的需求，且本發(fā)明實(shí)施例的相變存儲(chǔ)單元的形成工藝簡單。
文檔編號(hào)H01L21/82GK102800805SQ20111013666
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者徐成, 吳關(guān)平, 朱南飛, 任佳棟 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司