[发明专利]一种三维堆叠相变存储器及其制备方法

权利要求书

1.一种三维堆叠相变存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)准备衬底，以该衬底的上表面为基面，在衬底上沉积一整层电极材料作为第一水平电极层，然后，在该第一水平电极层上制备第一绝缘层；其中，所述第一绝缘层在衬底表面所在平面上的投影位于所述第一水平电极层投影的内部，且至少在沿衬底表面所在平面内的某一直线方向上，所述第一绝缘层的投影长度要小于所述第一水平电极层的投影长度，使所述第一水平电极层能够裸露引脚、不完全被该第一绝缘层覆盖，由此形成第一水平电极层以及与该第一水平电极层配套设置的第一绝缘层；

(S2)以最上层的绝缘层为基面，重复沉积电极材料与制备绝缘层的操作，由此形成由共计i个水平电极层以及分别与每个水平电极层配套设置的、共计i个的绝缘层组成的三维堆叠结构，记该三维堆叠结构整体为多层结构；

其中，i≥2的正整数；

(S3)对所述多层结构进行刻蚀，使衬底部分暴露并产生沟槽，由此得到彼此分立、且呈条状排列的若干个三维条状电极；任意一个三维条状电极均包括i个水平电极层和i个绝缘层，相邻的两个三维条状电极之间具有沟槽；

(S4)在所述沟槽中填充绝缘介质，用于实现水平方向上的电热隔离；

(S5)以所述三维条状电极与所述绝缘介质的交界面在衬底表面所在平面上的投影线为参考，对所述三维条状电极与所述绝缘介质交界的区域进行刻蚀，刻蚀出若干个分立的小孔；任意一个小孔的底部均位于衬底的上表面以下，每个小孔在衬底表面所在平面上的投影中心点则位于所述投影线上；

(S6)在所述步骤(S5)得到的小孔的孔壁上沉积相变材料并使相变材料覆盖小孔底部，然后，在被相变材料包围的小孔区域内填充电极材料制备垂直电极，由此即可得到多层堆叠的三维堆叠相变存储器；

并且，该制备方法还满足以下要求：

所述水平电极层所采用的电极材料与所述垂直电极所采用的电极材料均为功函数低于相变材料的低功函数导电材料，通过选取功函数较小的导电材料作为导电材料，能够在相变材料和该导电材料之间形成肖特基势垒，实现自选通效应；

如此，能够避免单独沉积形成选通器件，从而减少对于选通材料的需求，在简化器件结构同时不影响器件性能；

此外，所述水平电极层所采用的电极材料与所述垂直电极所采用的电极材料是由以下的一种或多种材料构成：Cr、Ag、Al、Ti、W、Ni、Mo、Fe这些低功函数导电材料，以及它们的氧化物、氮化物导电材料，以及N型硅；

所述步骤(S6)中，沉积的所述相变材料为GeTe、SbTe、BiTe、SnTe、AsTe、GeSe、SbSe、BiSe、SnSe、AsSe、InSe、GeSbTe和AgInSbTe 中的任意一种，或者是这些化合物中的任意一种掺杂S或C或N或O或Cu或Si或As或B或Al或Au元素形成的混合物，或者是这些化合物中的任意多种形成的超晶格结构。

2.如权利要求1所述三维堆叠相变存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤(S3)中，每一条三维条状电极的宽度均保持彼此相等，每一个沟槽的宽度也保持彼此相等，且任意一个沟槽的宽度与任意一个三维条状电极的宽度两者也相等。

3.如权利要求1所述三维堆叠相变存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤(S5)中，在所述三维条状电极与所述绝缘介质的任意一个交界面上，均对应刻蚀有N个彼此均匀分布小孔；并且，对于任意两个交界面，一个交界面上的小孔位置与另一交界面上的小孔位置一一对应，同一对应位置的小孔在衬底表面所在平面上的投影中心点的连线与交界面在衬底表面所在平面上的投影线相互垂直。

4.如权利要求3所述三维堆叠相变存储器的制备方法，其特征在于，记所述步骤(S3)得到的三维条状电极的总个数为M个，则小孔的总个数为2×(M-1)×N。