[发明专利]一种三维堆叠相变存储阵列器件及其制备方法

权利要求书

1.一种三维堆叠相变存储阵列器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一驱动阵列；所述驱动阵列包括若干分立设置的驱动单元，所述驱动单元顶部连接有第一导电柱；

在所述驱动阵列上方形成若干平行于字线方向的多层栅条状结构；所述多层栅条状结构包括至少两层栅极材料层，相邻两层栅极材料层之间通过绝缘材料层隔离，且顶层栅极材料层上表面及底层栅极材料层下表面均形成有绝缘材料层；所述多层栅条状结构沿字线方向的末端为阶梯式，暴露出每一层栅极材料层；所述多层栅条状结构底部与所述第一导电柱顶部连接，且每条所述多层栅条状结构横跨两列沿字线方向排列的所述第一导电柱；

形成若干分立的相变叠层结构，所述相变叠层结构从顶部及侧壁包围所述多层栅条状结构的一段；所述相变叠层结构由内而外依次包括形成于所述多层栅条状结构侧壁的一对栅氧化层、包围所述多层栅条状结构顶部及侧壁的沟道材料层、相变材料层及保护介质层；所述沟道材料层底端连接至所述第一导电柱，且每个所述相变叠层结构横跨两列沿位线方向排列的所述第一导电柱；

在所述相变叠层结构上形成与所述沟道材料层连接的第二导电柱，并形成若干连接多个所述第二导电柱的位线；在所述多层栅条状结构末端暴露的每一层栅极材料层上分别形成第三导电柱，并形成连接多个所述第三导电柱的层控制端金属线，每一层栅极材料层分别对应至少一条所述层控制端金属线。

2.根据权利要求1所述的三维堆叠相变存储阵列器件的制备方法，其特征在于：形成多层栅条状结构包括如下步骤：

形成覆盖多个所述第一导电柱上表面的多层薄膜结构，所述多层薄膜结构包括至少两层栅极材料层，相邻两层栅极材料层之间通过绝缘材料层隔离，且顶层栅极材料层上表面及底层栅极材料层下表面均形成有绝缘材料层；

沿字线方向刻蚀所述多层薄膜结构的末端，形成阶梯式结构，暴露出每一层所述栅极材料层；

形成若干平行于字线方向且贯穿所述多层薄膜结构的第一沟槽，将所述多层薄膜结构分割为若干多层栅条状结构；所述第一沟槽横跨两列沿字线方向排列的所述第一导电柱，且所述第一沟槽的宽度小于两列第一导电柱外端之间的距离。

3.根据权利要求2所述的三维堆叠相变存储阵列器件的制备方法，其特征在于：形成所述相变叠层结构包括如下步骤：

形成覆盖所述多层栅条状结构的栅氧化层，并刻蚀掉所述多层栅条状结构底部周围及顶部的栅氧化层；

依次形成覆盖所述多层栅条状结构的沟道材料层、相变材料层及保护介质层；

刻蚀掉位于所述第一沟槽底部的所述沟道材料层、相变材料层及保护介质层；

形成填充满所述第一沟槽的绝缘介质层并平坦化；

以所述栅氧化层为刻蚀停止层刻蚀所述沟道材料层、相变材料层及保护介质层，得到若干与所述第一沟槽垂直的第二沟槽；所述第二沟槽横跨两列沿位线方向排列的所述第一导电柱。

4.根据权利要求3所述的三维堆叠相变存储阵列器件的制备方法，其特征在于：所述沟道材料层包括N型重掺杂多晶硅薄膜。

5.根据权利要求4所述的三维堆叠相变存储阵列器件的制备方法，其特征在于：形成所述沟道材料层后，还包括在氮气气氛中处理，使所述沟道材料层表面形成氮化硅障壁层的步骤。

6.根据权利要求1所述的三维堆叠相变存储阵列器件的制备方法，其特征在于：所述第二导电柱的横截面积大于所述第一导电柱的横截面积。

7.根据权利要求1所述的三维堆叠相变存储阵列器件的制备方法，其特征在于：所述相变材料层包括Ti-Sb-Te、碳掺杂的Ge₂Sb₂Te₅、Al-Sb-Te、W-Sb-Te、V-Sb-Te及Cr-Sb-Te材料中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的三维堆叠相变存储阵列器件的制备方法，其特征在于：所述沟道材料层的厚度范围是0.005-0.01微米，所述相变材料层的厚度范围是0.015-0.03微米，所述保护介质层的厚度范围是0.015-0.02微米。