[发明专利]一种限制型相变单元及其制备方法

说明书

本发明公开了一种限制型相变单元，自下而上包括相连的底电极、相变材料层和顶电极，相变材料层为采用侧壁沉积相变材料薄膜的方法而形成的至少一个侧壁结构，可大幅降低底电极和相变材料的接触面积，降低相变单元的功耗，避免刻蚀工艺对相变材料造成的损伤，提高器件的可靠性，并能实现全相变操作，有利于提高相变单元整列的阻值一致性。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺技术领域，特别是涉及一种限制型相变单元及其制备方法。

背景技术

随着大数据、物联网、云计算和人工智能等一系列的新型信息技术的出现，对存储器提出了高读写速度、低功耗、高存储密度、长使用寿命和高可靠性等要求。

目前，内存的存储方式主要是动态随机存取存储器(Dynamic Random AccessMemory，DRAM)和闪存(Flash)。其中，NAND Flash的集成度高、成本低，但是速度慢、寿命短。DRAM虽然速度快，寿命长，但是掉电后会丢失数据，且成本高。

因此，研发出一种新型的存储技术成为业界近年来的研究热点。该类新型存储技术须同时拥有DRAM和NAND Flash的优点，即读写速度可与DRAM相匹敌，在成本和非易失性方面与NAND Flash相似，而相变存储器正是这类新型存储技术中的一员。近年来，相变存储器单元在人工智能和存算一体芯片的应用上前景广阔。

现有的相变存储器单元一般分为两种：一种是蘑菇型相变单元，如图1所示，相变材料体积较大，仅与底电极接触的相变材料区域(图中半圆形虚线区域)发生相变，器件功耗较高，器件尺寸较大。另一种是限制型相变单元，如图2所示，用于3D相变存储器中，通过对相变材料的光刻、刻蚀工艺，形成小尺寸的相变材料层，相变材料进行完全相变。其器件尺寸小、功耗低，但对光刻、刻蚀工艺要求较高，并且刻蚀工艺会对小尺寸相变材料侧壁产生损伤，影响器件性能和可靠性。

因此，需要发明一种新型的相变单元结构，可同时满足高密度性、器件功耗小、制备工艺简单的多种需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种限制型相变单元及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种限制型相变单元，自下而上包括相连的底电极、相变材料层和顶电极；其中，所述相变材料层为通过侧壁沉积而形成的至少一个侧壁结构。

进一步地，所述底电极包含加热电极。

进一步地，所述底电极与所述相变材料层之间设有加热电极。

进一步地，所述加热电极为通过侧壁沉积而形成的至少一个侧壁结构。

进一步地，所述底电极连接一衬底。

进一步地，所述衬底上设有介质层，所述限制型相变单元嵌设于所述介质层中。

一种限制型相变单元制备方法，包括以下步骤：

S01：提供一衬底，在所述衬底上沉积第一介质层，在所述衬底和第一介质层中形成底电极；

S02：在所述第一介质层上沉积第二介质层，在对应所述底电极位置的所述第二介质层中形成一个贯通的第一凹槽结构；

S03：在所述第一凹槽的侧壁表面上沉积相变材料，并使所述相变材料的下端与所述底电极相连；

S04：在所述第二介质层上沉积第三介质层，将所述第一凹槽填满，并平坦化，使所述第一凹槽侧壁上的所述相变材料上端露出，形成具有侧壁结构的相变材料层；

S05：在所述第三介质层上对应形成顶电极。