CN112951876B - 相变存储器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例公开了一种相变存储器及其制作方法。所述相变存储器包括：相变存储单元，包括：层叠设置的相变存储层和选通层；阻挡结构，覆盖所述相变存储层的侧壁和所述选通层的侧壁，用于阻挡氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层。
Description
技术领域
本公开实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种相变存储器及其制作方法。
背景技术
相变存储器(Phase Change Memory，PCM)作为作为下一代主流的非易失性存储器，同时具有动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)的高速度、高寿命和快闪存储器(Flash Memory)的低成本、非易失的优点。另外，由于其低功耗和高集成度而可以用于移动设备中。
相关技术中，可沿平行于衬底所在的平面，形成呈阵列排布的多个相变存储单元，以及覆盖相变存储单元侧壁的隔离结构。然而，在形成隔离结构的过程中，可能会有部分活性粒子进入相变存储单元，与相变存储单元中的元素结合，改变相变存储单元组分，降低相变存储器的电性能。因此，在制作相变存储器的过程中，如何保障相变存储单元的组分稳定，成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种相变存储器及其制作方法。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种相变存储器，包括：
相变存储单元，包括：层叠设置的相变存储层和选通层；
阻挡结构，覆盖所述相变存储层的侧壁和所述选通层的侧壁，用于阻挡氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层。
在一些实施例中，所述相变存储单元还包括：
至少三个电极层，沿垂直于衬底的第一方向层叠设置；其中，所述选通层位于第一个所述电极层和第二个所述电极层之间，所述相变存储层位于第二个所述电极层和第三个所述电极层之间；
所述阻挡结构，至少覆盖一个所述电极层的侧壁；其中，覆盖所述电极层侧壁的阻挡结构，与覆盖所述相变存储层侧壁以及所述选通层侧壁的阻挡结构，沿所述第一方向电隔离设置；所述相变存储器包括沿平行于所述衬底方向并列排布的多个所述相变存储单元，所述相变存储器还包括：
第一隔离结构，沿所述第一方向延伸，覆盖所述至少三个电极层的侧壁和所述阻挡结构，用于电隔离相邻的所述相变存储单元。
在一些实施例中，所述相变存储器还包括：
第二隔离结构，位于相邻的所述相变存储单元之间，用于电隔离和/或热隔离相邻的所述相变存储单元；其中，所述第二隔离结构、所述第一隔离结构、所述阻挡结构以及所述相变存储单元，沿平行于所述衬底的第二方向并列设置；
所述阻挡结构，具体用于阻挡所述第二隔离结构形成过程中产生的氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层。
在一些实施例中，所述阻挡结构，用于驱动所述氧粒子向远离所述相变存储层和所述选通层的方向移动，以阻挡所述氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层。
在一些实施例中，所述阻挡结构的厚度不大于0.4nm。
在一些实施例中，所述阻挡结构的组成材料包括：钌或铂。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种相变存储器的制作方法，包括：
形成相变存储单元；其中，所述相变存储单元包括层叠设置的相变存储层和选通层；
形成阻挡结构；其中，所述阻挡结构，覆盖所述相变存储层的侧壁和所述选通层的侧壁，用于阻挡氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层。
在一些实施例中，所述相变存储单元还包括：至少三个电极层；所述相变存储器包括沿平行于衬底方向并列排布的多个所述相变存储单元；
所述形成相变存储单元，包括：
沿垂直于所述衬底所在平面的第一方向，形成由下至上依次层叠设置的第一个电极层、所述选通层、第二个电极层、所述相变存储层和第三个电极层；
所述形成阻挡结构，还包括：形成覆盖至少一个所述电极层的侧壁、所述相变存储层的侧壁和所述选通层的侧壁的所述阻挡结构；其中，沿所述第一方向，覆盖所述电极层侧壁的阻挡结构，与覆盖所述相变存储层和所述选通层侧壁的阻挡结构电隔离；
所述方法还包括：
形成沿所述第一方向延伸的第一隔离结构；其中，所述第一隔离结构，覆盖所述至少三个电极层的侧壁以及所述阻挡结构，用于电隔离相邻的所述相变存储单元。
在一些实施例中，所述方法还包括：
沿平行于所述衬底所在平面的第二方向，形成与所述相变存储单元、所述阻挡结构以及所述第一隔离结构并列设置的第二隔离结构；其中，
所述第二隔离结构，位于相邻的所述相变存储单元之间，用于电隔离和/或热隔离相邻的所述相变存储单元；
所述阻挡结构，具体用于阻挡所述第二隔离结构形成过程中产生的氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层。
在一些实施例中，所述形成相变存储单元，包括：
形成相变存储叠层；其中，所述相变存储叠层包括层叠设置的相变存储材料层和选通材料层；
形成贯穿所述相变存储叠层的第一凹槽；其中，所述第一凹槽沿第二方向延伸；所述第一凹槽的侧壁显露所述相变存储材料层和所述选通材料层相对设置的两侧；
形成贯穿所述相变存储叠层的第二凹槽；其中，所述第二凹槽沿第三方向延伸；所述第二凹槽的侧壁显露所述相变存储材料层和所述选通材料层相对设置的另两侧；所述第二方向垂直于所述第三方向，所述第二方向和所述第三方向平行于衬底所在的平面；
所述形成阻挡结构，包括：
形成覆盖所述相变存储材料层和所述选通材料层相对设置的两侧以及相对设置的另两侧的所述阻挡结构。
本公开实施例通过在相变存储层的侧壁和选通层的侧壁均设置有阻挡结构，利用该阻挡结构阻挡氧粒子进入相变存储层和选通层，可减小相变存储层和选通层被氧化的概率，即相变存储层和选通层可继续维持原有的组分，减少由于相变存储层和选通层被氧化导致的相变存储器失效的发生，有利于保持相变存储器的电性能较好。
此外，由于阻挡结构阻挡氧粒子进入相变存储层和选通层，进而可降低相变存储单元中富集氧导致相变存储器失效的概率，有利于提高相变存储器的良率。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种相变存储器的局部示意图；
图2a和图2b是根据一示例性实施例示出的另一种相变存储器的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种相变存储器的制作方法的流程图；
图4a至图4h是根据一示例性实施例示出的一种相变存储器的制作方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本公开的技术方案进一步详细阐述。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方法，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻的理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本公开。根据下面说明和权利要求书，本公开的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本公开实施例的目的。
可以理解的是，本公开的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示其“在”某物“上”且其间没有居间特征或层(即直接在某物上)的含义，而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义。
在本公开实施例中，术语“A与B相连”包含A、B两者相互接触地A与B相连的情形，或者A、B两者之间还间插有其他部件而A非接触地与B相连的情形。
在本公开实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
在本公开实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的顶表面和底表面之间，或者层可在连续结构顶表面和底表面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。层可以包括多个子层。例如，互联层可包括一个或多个导体和接触子层(其中形成互连线和/或过孔触点)、以及一个或多个电介质子层。
需要说明的是，本公开实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
图1是根据一示例性实施例示出的一种相变存储器1000的局部示意图，参照图1所示，相变存储器1000包括相变存储单元和覆盖相变存储单元侧壁的隔离结构(图中未示出)。其中，相变存储单元包括：层叠设置的多个电极层、选通层和相变存储层。相变存储器1000可执行以下工艺形成：
步骤一：利用薄膜沉积工艺，在衬底上形成相变存储叠层，相变存储叠层包括沿垂直于衬底所在的平面方向层叠设置的多个电极材料层、选通材料层和相变存储材料层。
步骤二：利用刻蚀工艺，形成贯穿相变存储叠层、沿第三方向并列设置的多个第一凹槽以及沿第二方向并列设置的多个第二凹槽，该多个第一凹槽和多个第二凹槽可将相变存储叠层分隔为多个独立的相变存储单元。
步骤三：利用绝缘材料填充第一凹槽和第二凹槽形成隔离结构，该隔离结构覆盖相变存储单元的侧壁，以将每个相变存储单元之间隔离。
需要强调的是，第一凹槽和第二凹槽可在同一工序中形成，也可在不同工序中形成。第三方向垂直于第二方向，第三方向和第二方向平行于衬底所在的平面。
现有技术中，隔离结构的组成材料通常包括氧化物。例如，氧化硅或二氧化硅等。具体地，可利用包括硅源和氧源的材料(例如，正硅酸乙酯)，采用物理气相沉积、化学气相沉积或等离子体气相沉积中的任意一种，在第一凹槽和第二凹槽中沉积形成隔离结构。
然而，在利用上述沉积工艺形成隔离结构的过程中，在一定的压强或真空条件下，可能会产生被激活的高能氧原子，这些高能氧原子处于游离状态。参照图1所示，游离的氧原子会进入相变存储单元，从而使得相变存储单元中富含氧。
由于相变存储单元中的相变存储层和选通层中都富含了极易被氧化的元素，一旦体系中存在着游离的氧原子，那么相变存储层和选通层就会首先被氧化，使得其材料的成分发生改变，影响相变存储层的相变过程以及选通层的能带结构，进而降低相变存储器的电性能。若体系中的游离氧原子过多，甚至会导致相变存储器失效。
有鉴于此，本公开实施例提供一种相变存储器。
图2a和图2b是根据一示例性实施例示出的另一种相变存储器2000的结构示意图，图2a表示的是相变存储器xoz平面的剖视图，图2b表示的是相变存储器xoy平面的剖视图。参照图2a所示，相变存储器2000包括：
相变存储单元2200，包括：层叠设置的相变存储层2230和选通层2220；
阻挡结构2400，覆盖相变存储层2230的侧壁和选通层2220的侧壁，用于阻挡氧粒子进入相变存储层2230和选通层2220。
相变存储层2230的组成材料可包括：基于硫属元素化物的合金。例如，GST(Ge-Sb-Te)合金。相变存储层2230的组成材料还可包括任何其他适合的相变材料。
需要指出的是，当相变存储层2230发生相变时，相变存储层2230的电阻发生变化。相变存储器2000可根据相变存储层2230的电阻状态变化进行数据的存储。
选通层2220的组成材料可包括：阈值选择开关(Ovonic threshold switchingOTS)材料，例如ZnaTeb、GeaTeb、NbaOb或者SiaAsbTec等。这里，a、b和c可包括正数。
阻挡结构2400覆盖相变存储层2230的侧壁和选通层2220的侧壁，可包括：阻挡结构2400环绕相变存储层2230和选通层2220设置。
可以理解的是，图2a中的结构仅为示意，在实际的相变存储器中，相变存储单元可包括分别沿x方向、y方向以及z方向延伸的立体结构。例如，正方体或长方体。相应地，相变存储层和选通层可包括三对相对设置的侧面：沿z方向并列设置的上侧和下侧、沿x方向并列设置的左侧和右侧、沿y方向并列设置的前侧和后侧。相变存储层和选通层的左侧、右侧、前侧和后侧被阻挡结构所覆盖。
示例性地，参照图2b所示，相变存储层2230在xoy平面的剖面包括矩形，阻挡结构2400围绕该矩形设置。
氧粒子包括：氧原子和/或氧离子。
在一些实施例中，阻挡结构2400可包括与氧粒子不发生反应的材料，通过覆盖在相变存储层的侧壁和选通层的侧壁，可将游离的氧粒子阻隔在相变存储单元之外的区域。
在一些实施例中，阻挡结构2400也可包括与氧粒子发生反应的材料，通过与氧粒子发生反应，在阻挡结构2400相对远离相变存储层和选通层一侧的表层生成致密的氧化膜层，利用该致密的氧化膜层阻止剩余未反应的氧粒子进入相变存储层和选通层。
本公开实施例通过在相变存储层的侧壁和选通层的侧壁均设置有阻挡结构，利用该阻挡结构阻挡氧粒子进入相变存储层和选通层，可减小相变存储层和选通层被氧化的概率，即相变存储层和选通层可继续维持原有的组分，减少由于相变存储层和选通层被氧化导致的相变存储器失效的发生，有利于保持相变存储器的电性能较好。
此外，由于阻挡结构阻挡氧粒子进入相变存储层和选通层，进而可降低相变存储单元中富集氧导致相变存储器失效的概率，即有利于提高相变存储器的良率。
在一些实施例中，相变存储单元还包括：
至少三个电极层，沿垂直于衬底的第一方向层叠设置；其中，选通层位于第一个电极层和第二个电极层之间，相变存储层位于第二个电极层和第三个电极层之间；
阻挡结构，至少覆盖一个电极层的侧壁；其中，覆盖电极层侧壁的阻挡结构，与覆盖相变存储层侧壁以及选通层侧壁的阻挡结构，沿第一方向电隔离设置；
相变存储器包括沿平行于衬底方向并列排布的多个相变存储单元，相变存储器还包括：第一隔离结构，沿第一方向延伸，覆盖至少三个电极层的侧壁和阻挡结构，用于电隔离相邻的相变存储单元。
示例性地，参照图2a所示，相变存储单元2200包括：沿z方向层叠设置的第一个电极层2210a、第二个电极层2210b和第三个电极层2210c，选通层2220位于第一个电极层2210a和第二个电极层2210b之间，相变存储层2230位于第二个电极层2210b和第三个电极层2210c之间。这里，z方向表示的是垂直于衬底的第一方向。
电极层的组成材料可包括非晶碳，例如α相碳。所述电极层用于传导电信号。需要强调的是，第一个电极层2210a、第二个电极层2210b和第三个电极层2210c均为电极层，其包括的材料可以相同或者不同，不同的附图标记只是为了区分两个电极层在位置上的不同，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
衬底的组成材料可包括半导体材料，例如硅(Si)衬底或碳化硅(SiC)衬底。图2a中虽然未示出衬底的结构，需要指出的是，衬底所在的平面平行于xoy平面，相变存储单元位于衬底之上，衬底与相变存储单元沿z轴正方向依次层叠设置。
阻挡结构2400，覆盖第一个电极层2210a、第二个电极层2210b和第三个电极层2210c的侧壁；其中，覆盖第一个电极层2210a和第二个电极层2210b侧壁的阻挡结构2400，与覆盖选通层2220侧壁的阻挡结构2400，沿z方向电隔离设置。覆盖第二个电极层2210b和第三个电极层2210c的侧壁的阻挡结构2400，与覆盖相变存储层2230侧壁的阻挡结构2400，沿z方向电隔离设置。
在一些实施例中，阻挡结构可仅覆盖一个电极层的侧壁或覆盖两个电极层的侧壁。
示例性地，阻挡结构2400可仅覆盖第三个电极层2210c的侧壁，覆盖第三个电极层2210c侧壁的阻挡结构2400与覆盖相变存储层2230侧壁的阻挡结构2400，沿z方向电隔离设置。
示例性地，阻挡结构2400覆盖第一个电极层2210a和第二个电极层2210b的侧壁，覆盖第一个电极层2210a侧壁的阻挡结构2400与覆盖选通层2220侧壁的阻挡结构2400，沿z方向电隔离设置。覆盖第二个电极层2210b侧壁的阻挡结构2400，与覆盖选通层2220侧壁的阻挡结构2400以及覆盖相变存储层2230侧壁的阻挡结构2400，沿z方向电隔离设置。
第一隔离结构2500，沿z方向延伸，覆盖第一个电极层2210a、第二个电极层2210b和第三个电极层2210c的侧壁和阻挡结构2400，用于电隔离相邻的相变存储单元2200。
需要指出的是，上述覆盖电极层侧壁的阻挡结构，与覆盖相变存储层侧壁以及选通层侧壁的阻挡结构，沿第一方向电隔离设置，表示的是在阻挡结构还覆盖电极层侧壁时，阻挡结构，在平行于电极层与选通层接触界面所在的平面，和/或，在平行于电极层与相变存储层接触界面所在的平面非连续。第一隔离结构沿第一方向延伸表示的是第一隔离结构沿第一方向(z方向)连续。
在一些实施例中，阻挡结构包括：非连续的岛状结构。
示例性地，参照图2a所示，阻挡结构2400沿z方向具有非连续的岛状结构。如此，可保证覆盖第一个电极层2210a、第二个电极层2210b和第三个电极层2210c的侧壁的阻挡结构，与覆盖相变存储层2230侧壁以及选通层2220侧壁的阻挡结构，沿z方向电隔离设置。
第一隔离结构2500的组成材料包括：不含氧元素的绝缘材料。例如，氮化硅。
在执行刻蚀工艺形成第一凹槽和/或第二凹槽后，通常会先在第一凹槽和/或第二凹槽内形成覆盖相变存储单元侧壁的线性层(linear layer，例如，氮化硅)，再填充绝缘材料形成隔离结构。在沉积形成隔离结构的过程中，虽然线性层可阻隔相变存储层和选通层与该过程中产生的游离氧原子直接接触，但部分游离的氧原子仍能透过线性层进入到相变存储层和选通层中。
相较于相关技术中仅在相变存储层的侧壁和选通层的侧壁设置线性层，本公开实施例通过设置覆盖相变存储单元侧壁的阻挡结构和第一隔离结构，第一隔离结构沿第一方向延伸，可先阻挡部分游离氧原子进入相变存储单元，阻挡结构，可再阻挡已透过第一隔离结构的游离氧原子进入相变存储层和选通层。因此，相变存储层和选通层被氧化的概率进一步地降低，有利于更好地保持相变存储器的电性能，进一步地提高相变存储器的良率。
在一些实施例中，相变存储器还包括：
第二隔离结构，位于相邻的相变存储单元之间，用于电隔离和/或热隔离相邻的相变存储单元；其中，所述第二隔离结构、所述第一隔离结构、所述阻挡结构以及所述相变存储单元，沿平行于所述衬底的第二方向并列设置；
阻挡结构，具体用于阻挡第二隔离结构形成过程中产生的氧粒子进入相变存储层和选通层。
示例性地，参照图2a所示，相变存储器包括沿x方向并列设置的两个相变存储单元2200，第二隔离结构2600，位于沿x方向并列设置的两个相变存储单元2200之间。第二隔离结构2600、第一隔离结构2500、阻挡结构2400以及相变存储单元2200沿x方向并列设置。
阻挡结构2400，具体用于阻挡第二隔离结构2600形成过程中产生的氧粒子进入其中一个相变存储单元2200的相变存储层2230和选通层2220。
第二隔离结构2600的组成材料包括：氧化物。例如，氧化硅或二氧化硅等。
在一些实施例中，阻挡结构，用于驱动氧粒子向远离相变存储层和选通层的方向移动，以阻挡氧粒子进入相变存储层和选通层。
示例性地，参照图2a所示，相变存储层2230和选通层2220包括相对设置的左侧和右侧，位于相变存储层2230和选通层2220左侧的阻挡结构，用于驱动氧粒子向x轴负方向移动，以阻挡左侧的氧粒子进入相变存储层2230和选通层2220，位于相变存储层2230和选通层2220右侧的阻挡结构，用于驱动氧粒子向x轴正方向移动，以阻挡右侧的氧粒子进入相变存储层2230和选通层2220。
在一些实施例中，相变存储层和选通层还包括相对设置的前侧和后侧，位于相变存储层和选通层前侧的阻挡结构，用于驱动氧粒子向y轴负方向移动，以阻挡前侧的氧粒子进入相变存储层和选通层，位于相变存储层和选通层后侧的阻挡结构，用于驱动氧粒子向y轴正方向移动，以阻挡后侧的氧粒子进入相变存储层和选通层。
可以理解的是，在本公开实施例中，由于阻挡结构可阻挡氧粒子进入相变存储层和选通层，当游离的氧原子富集在阻挡结构相对远离相变存储层和选通层的一侧时，可形成一定的浓度梯度，在该浓度梯度下，游离的氧原子向远离相变存储层和选通层的方向移动。
在一些实施例中，阻挡结构的厚度不大于0.4nm。
在一些实施例中，阻挡结构，包括：沿第二方向的第一厚度和沿第三方向的第二厚度；其中，第一厚度和第二厚度不大于0.4nm。
示例性地，参照图2b所示，阻挡结构2400，包括：沿x方向的第一厚度L1和沿y方向的第二厚度L2，第一厚度L1和第二厚度L2不大于0.4nm。第一厚度L1和第二厚度L2可以相同，也可以不同。
需要指出的是，第一厚度和第二厚度过大，阻挡结构在xoy平面(衬底所在的平面)占用的面积较大，在不增加衬底面积的情况下，会占用其他功能结构的面积，在其它功能结构尺寸不变的情况下，需增大较多的衬底面积，不利于提高相变存储器的集成度。
本公开实施例中，通过合理的设置阻挡结构的厚度不大于0.4nm，在不增加衬底面积的情况下，阻挡结构占用的面积较小，不会对其它功能结构造成影响，在保证其它功能结构尺寸不变情况下，阻挡结构需额外占用的衬底面积较小，对相变存储器集成度的影响较小。
在一些实施例中，阻挡结构的组成材料包括：钌或铂。
需要指出的是，过渡金属钌和铂具有优越的催化性能，能够可逆地储存氧和释放氧。以钌为例，钌具有较丰富的电子性质，有较大容易变形的电子云，这样利于接触氧粒子将其吸附在表层，即储存氧。当钌表层的氧粒子富集时，松散的电子云也利于氧粒子的离去，即释放氧。此外，由于钌的标准吉布斯自由能很大，因此钌也很难被氧化，即钌不会被氧粒子破坏，可保持良好的可逆地储存氧和释放氧的性质。
在一些实施例中，参照图2a所示，相变存储器2000还包括：
第一导电线2100和第二导电线2300；其中，第一导电线2100、相变存储单元2200以及第二导电线2300由下至上依次层叠设置；第一导电线2100和第二导电线2300平行于同一平面(例如，xoy平面)且彼此垂直，相变存储单元2200与第一导电线2100和第二导电线2300均垂直。
第一导电线2100和第二导电线2300的组成材料包括导电材料。导电材料包括但不限于钨(W)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、多晶硅、掺杂硅或其任何组合。第一导电线2100和第二导电线2300可以具有相同的导电材料，也可以具有不同的导电材料。
需要强调的是，设置第一导电线的第一平面和设置第二导电线的第二平面平行，且第一平面与第二平面不重叠。相变存储单元位于第一平面和第二平面之间，且相变存储单元与第一平面和第二平面均垂直。
需要指出的是，衬底(图中未示出)位于第一导电线下方，本文中所使用的“由下至上”表示的是由靠近衬底表面的方向至远离衬底表面的方向，在此不作赘述。
图3是根据一示例性实施例示出的一种相变存储器的制作方法的流程图，该方法用于制作本公开实施例提供的相变存储器2000。参照图3所示，所述方法包括以下步骤：
S110：形成相变存储单元；其中，相变存储单元包括层叠设置的相变存储层和选通层；
S120：形成阻挡结构；其中，阻挡结构，覆盖相变存储层的侧壁和选通层的侧壁，用于阻挡氧粒子进入相变存储层和选通层。
示例性地，在步骤S110中，可通过薄膜沉积工艺和刻蚀工艺，在衬底上形成相变存储单元。
示例性地，在步骤S120中，可通过化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等工艺，在相变存储层的侧壁和选通层的侧壁形成阻挡结构。
本公开实施例通过在相变存储层的侧壁和选通层的侧壁形成阻挡结构，利用该阻挡结构阻挡氧粒子进入相变存储层和选通层，可减小相变存储层和选通层被氧化的概率，即相变存储层和选通层可继续维持原有的组分，减少由于相变存储层和选通层被氧化导致的相变存储器失效的发生，有利于保持相变存储器的电性能较好。
此外，由于阻挡结构阻挡氧粒子进入相变存储层和选通层，进而可降低相变存储单元中富集氧导致相变存储器失效的概率，即有利于提高相变存储器的良率。
在一些实施例中，相变存储单元还包括：至少三个电极层；相变存储器包括沿平行于衬底方向并列排布的多个相变存储单元；S110包括：沿垂直于衬底所在平面的第一方向，形成由下至上依次层叠设置的第一个电极层、选通层、第二个电极层、相变存储层和第三个电极层；
S120还包括：形成覆盖至少一个电极层的侧壁、相变存储层的侧壁和选通层的侧壁的阻挡结构；其中，沿第一方向，覆盖电极层侧壁的阻挡结构，与覆盖相变存储层和选通层侧壁的阻挡结构电隔离；
上述方法还包括：形成沿第一方向延伸的第一隔离结构；其中，第一隔离结构，覆盖至少三个电极层的侧壁以及阻挡结构，用于电隔离相邻的相变存储单元。
示例性地，可通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或原子层沉积(ALD)等工艺，形成由下至上依次层叠设置的第一个电极层、选通层、第二个电极层、相变存储层和第三个电极层。
示例性地，可通过物理气相沉积形成覆盖至少一个电极层的侧壁、相变存储层的侧壁和选通层的侧壁的阻挡结构。例如，通过控制物理气相沉积的温度和沉积速率，形成具有岛状结构的阻挡结构。需要强调的是，具有岛状结构的阻挡结构沿第一方向非连续。
示例性地，可通过化学气相沉积形成沿第一方向延伸的第一隔离结构。
相较于相关技术中仅在相变存储层的侧壁和选通层的侧壁形成线性层，本公开实施例通过依次形成覆盖相变存储单元侧壁的阻挡结构和第一隔离结构，第一隔离结构沿第一方向延伸，可先阻挡部分游离氧原子进入相变存储单元，阻挡结构，可再阻挡已透过第一隔离结构的游离氧原子进入相变存储层和选通层。因此，相变存储层和选通层被氧化的概率进一步地降低，有利于更好地保持相变存储器的电性能，进一步地提高相变存储器的良率。
在一些实施例中，上述方法还包括：
沿平行于衬底所在平面的第二方向，形成与相变存储单元、阻挡结构以及第一隔离结构并列设置的第二隔离结构；其中，
第二隔离结构，位于相邻的相变存储单元之间，用于电隔离和/或热隔离相邻的相变存储单元；
阻挡结构，具体用于阻挡第二隔离结构形成过程中产生的氧粒子进入相变存储层和所述选通层。
在一些实施例中，S110包括：
在衬底上形成相变存储叠层；其中，相变存储叠层包括层叠设置的相变存储材料层和选通材料层；
形成贯穿相变存储叠层的第一凹槽；其中，第一凹槽沿第二方向延伸；第一凹槽的侧壁显露相变存储材料层和选通材料层相对设置的两侧；
形成贯穿相变存储叠层的第二凹槽；其中，第二凹槽沿第三方向延伸；第二凹槽的侧壁显露相变存储材料层和选通材料层相对设置的另两侧；第二方向垂直于第三方向，第二方向和第三方向平行于衬底所在的平面；
S120包括：形成覆盖相变存储材料层和选通材料层相对设置的两侧以及相对设置的另两侧的阻挡结构。
以下结合上述任意实施例提供具体示例：
示例1：
图4a至图4h是根据一示例性实施例示出的一种相变存储器的制作方法的示意图。参照图4a至图4h，所述方法包括以下步骤：
步骤一：参照图4a所示，在衬底2001表面形成第一导电材料层2100'和相变存储叠层2200"，并形成覆盖相变存储叠层2200"的第一掩膜层2710'；其中，存储堆叠结构2200"包括：由下至上依次层叠设置的第一个电极材料层2210a"、选通材料层2220"、第二个电极材料层2210b"、相变存储材料层2230"和第三个电极材料层2210c"。
第一导电材料层2100'的组成材料包括导电材料。导电材料包括但不限于钨(W)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、多晶硅、掺杂硅或其任何组合。
第一个电极材料层2210a"、第二个电极材料层2210b"和第三个电极材料层2210c"的组成材料可包括非晶碳，例如α相碳。
选通材料层2220"的组成材料可包括：阈值选择开关(Ovonic thresholdswitching OTS)材料，例如ZnaTeb、GeaTeb、NbaOb或者SiaAsbTec等。这里，a、b、c可包括正数
示例性地，可通过薄膜沉积工艺，在第一个电极材料层2210a"的表面依次形成选通材料层2220"、第二个电极材料层2210b"、相变存储材料层2230"和第三个电极材料层2210c"；沉积工艺包括但不限于化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺或其组合。
相变存储材料层2230"的组成材料可包括：基于硫属元素化物的合金。例如，GST(Ge-Sb-Te)合金。相变存储材料层2230"的组成材料还可包括任何其他适合的相变材料。
第一掩膜层2710'可包括光致抗蚀剂掩膜或基于光刻掩膜进行图案化的硬掩膜。例如：氮化硅或氧化硅等。
步骤二：参照图4b所示，形成沿平行于z轴方向贯穿第一掩膜层2710'、相变存储叠层2200"和第一导电材料层2100'的多个第一凹槽2801；其中，第一凹槽2801的底部显露衬底2001的上表面，第一凹槽2801的侧壁显露相变存储叠层2200"相对设置的两侧。
需要强调的是，多个第一凹槽2801沿y方向并列排布，每个第一凹槽2801沿平行于x轴方向延伸，多个彼此平行的第一凹槽2801将第一导电材料层2100'分割为多条彼此平行的第一导电线2100、将相变存储叠层2200"分割为多个彼此平行的相变存储条状体2200'，每条第一导电线2100和每个相变存储条状体2200'沿平行于x轴方向延伸，这里，x方向表示的是第二方向，y方向表示的是第三方向。
步骤三：参照图4b所示，形成覆盖第一导电线2100相对设置的两侧的侧壁阻挡层2900。
示例性地，可通过化学气相沉积形成覆盖第一凹槽2801侧壁和底部的阻挡材料层。可通过刻蚀工艺去除部分阻挡材料层，以在第一导电线2100相对设置的两侧形成侧壁阻挡层2900。
侧壁阻挡层2900的组成材料可包括：不含氧元素的绝缘材料。例如，氮化硅等。
步骤四：参照图4c所示形成覆盖相变存储条状体2200'相对设置的两侧的阻挡结构2400，形成覆盖阻挡结构2400的第一隔离材料层2500'，填充绝缘材料2600'至第一沟槽。
示例性地，可通过物理气相沉积形成覆盖相变存储条状体2200'相对设置的两侧的阻挡结构2400。例如，通过控制物理气相沉积的温度和沉积速率，在相变存储条状体2200'相对设置的两侧形成具有岛状结构的阻挡结构2400。需要强调的是，具有岛状结构表示的是阻挡结构2400沿z方向非连续。
示例性地，可通过化学气相沉积形成覆盖第一掩膜条2710、阻挡结构2400、侧壁阻挡层2900和衬底2001上表面的第一隔离材料层2500'，通过刻蚀去除衬底2001上表面的第一隔离材料层2500'，形成第一沟槽，填充绝缘材料2600'至第一沟槽。
可以理解的是，在沉积第一隔离材料层2500'的过程中，可能会覆盖衬底2001的上表面，因此，通过刻蚀去除衬底2001上表面的第一隔离材料层2500'，可以形成第一沟槽，第一沟槽位于第一凹槽2801内。
阻挡结构2400的组成材料包括：钌或铂。
第一隔离材料层2500'的组成材料包括：不含氧元素的绝缘材料。例如，氮化硅等。
绝缘材料2600'的组成材料包括：绝缘材料。例如，氧化硅或二氧化硅等。
可以理解的是，平行于z轴的方向为第一方向，平行于x轴的方向为第二方向，平行于y轴的方向为第三方向。
步骤五：参照图4d所示，平坦化处理图4c示出的结构，以去除覆盖相变存储条状体2200'的第一掩膜条2710、第一隔离材料层2500'和部分绝缘材料2600'，直至显露相变存储条状体2200'的上表面。
示例性地，可通过化学机械抛光工艺，去除上述材料层，以形成覆盖阻挡结构2400的第一隔离结构2500，以及位于相邻的相变存储条状体2200'之间的第二隔离结构2600。
步骤六：参照图4d所示，在上述平坦化处理之后，形成覆盖相变存储条状体2200'、第一隔离结构2500和第二隔离结构2600的第二导电材料层2300'，并形成覆盖第二导电材料层2300'的第二掩膜层2720'。图4e示出了在AA’位置，在xoz平面的截面图。可以理解的是，xoz平面平行于x轴和z轴，且垂直于y轴。
第二掩膜层2720'的组成材料与第一掩膜层2710'的组成材料可相同。
步骤七：参照图4f所示，形成沿平行于z轴方向贯穿第二掩膜层2720'、和相变存储条状体2200'的多个第二凹槽2802；其中，第二凹槽2802的底部显露第一导电线2100的上表面，第二凹槽2802的侧壁显露相变存储条状体2200'相对设置的另两侧。
需要强调的是，多个第二凹槽2802沿x方向并列排布，每个第二凹槽2802沿平行于y轴方向延伸，多个彼此平行的第二凹槽2802将第二导电材料层2300'分割为多条彼此平行的第二导电线2300、将相变存储条状体2200'分割为多个彼此独立的相变存储单元2200，每条第二导电线2300沿平行于y轴方向延伸，多个彼此独立的相变存储单元2200在xoy平面呈矩阵排布。
步骤八：类似上述步骤四的方法，结合图4g所示，形成覆盖相变存储单元2200相对设置的两侧的阻挡结构2400，形成覆盖阻挡结构2400的第一隔离材料层2500'，填充绝缘材料2600'至第二沟槽。
可以理解的是，第二沟槽位于第二凹槽2802内。
步骤九：刻蚀处理图4g示出的结构，以去除覆盖第二导电线2300的第二掩膜条2720和第一隔离材料层2500'，以及去除覆盖阻挡结构2400的第一隔离材料层2500'和部分绝缘材料2600'，以形成图4h所示的结构。
在本公开所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置、系统与方法，可以通过其他的方式实现。以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种相变存储器，其特征在于，包括：
相变存储单元，包括：层叠设置的相变存储层和选通层；
阻挡结构，覆盖所述相变存储层的侧壁和所述选通层的侧壁，用于阻挡氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层；
所述相变存储单元还包括：
至少三个电极层，沿垂直于衬底的第一方向层叠设置；其中，所述选通层位于第一个所述电极层和第二个所述电极层之间，所述相变存储层位于第二个所述电极层和第三个所述电极层之间；
所述阻挡结构，至少覆盖一个所述电极层的侧壁；其中，覆盖所述电极层侧壁的阻挡结构，与覆盖所述相变存储层侧壁以及所述选通层侧壁的阻挡结构，沿所述第一方向电隔离设置。
2.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，
所述相变存储器包括沿平行于所述衬底方向并列排布的多个所述相变存储单元，所述相变存储器还包括：
第一隔离结构，沿所述第一方向延伸，覆盖所述至少三个电极层的侧壁和所述阻挡结构，用于电隔离相邻的所述相变存储单元。
3.根据权利要求2所述的相变存储器，其特征在于，所述相变存储器还包括：
第二隔离结构，位于相邻的所述相变存储单元之间，用于电隔离和/或热隔离相邻的所述相变存储单元；其中，所述第二隔离结构、所述第一隔离结构、所述阻挡结构以及所述相变存储单元，沿平行于所述衬底的第二方向并列设置；
所述阻挡结构，具体用于阻挡所述第二隔离结构形成过程中产生的氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层。
4.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，
所述阻挡结构，用于驱动所述氧粒子向远离所述相变存储层和所述选通层的方向移动，以阻挡所述氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层。
5.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述阻挡结构的厚度不大于0.4nm。
6.根据权利要求1所述的相变存储器，其特征在于，所述阻挡结构的组成材料包括：钌或铂。
7.一种相变存储器的制作方法，其特征在于，包括：
形成相变存储单元；其中，所述相变存储单元包括层叠设置的相变存储层和选通层；
形成阻挡结构；其中，所述阻挡结构，覆盖所述相变存储层的侧壁和所述选通层的侧壁，用于阻挡氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层；
所述相变存储单元还包括：至少三个电极层；所述相变存储器包括沿平行于衬底方向并列排布的多个所述相变存储单元；
所述形成相变存储单元，包括：
沿垂直于所述衬底所在平面的第一方向，形成由下至上依次层叠设置的第一个电极层、所述选通层、第二个电极层、所述相变存储层和第三个电极层；
所述形成阻挡结构，还包括：形成覆盖至少一个所述电极层的侧壁、所述相变存储层的侧壁和所述选通层的侧壁的所述阻挡结构；其中，沿所述第一方向，覆盖所述电极层侧壁的阻挡结构，与覆盖所述相变存储层和所述选通层侧壁的阻挡结构电隔离。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：
形成沿所述第一方向延伸的第一隔离结构；其中，所述第一隔离结构，覆盖所述至少三个电极层的侧壁以及所述阻挡结构，用于电隔离相邻的所述相变存储单元。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
沿平行于所述衬底所在平面的第二方向，形成与所述相变存储单元、所述阻挡结构以及所述第一隔离结构并列设置的第二隔离结构；其中，
所述第二隔离结构，位于相邻的所述相变存储单元之间，用于电隔离和/或热隔离相邻的所述相变存储单元；
所述阻挡结构，具体用于阻挡所述第二隔离结构形成过程中产生的氧粒子进入所述相变存储层和所述选通层。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述形成相变存储单元，包括：
形成相变存储叠层；其中，所述相变存储叠层包括层叠设置的相变存储材料层和选通材料层；
形成贯穿所述相变存储叠层的第一凹槽；其中，所述第一凹槽沿第二方向延伸；所述第一凹槽的侧壁显露所述相变存储材料层和所述选通材料层相对设置的两侧；
形成贯穿所述相变存储叠层的第二凹槽；其中，所述第二凹槽沿第三方向延伸；所述第二凹槽的侧壁显露所述相变存储材料层和所述选通材料层相对设置的另两侧；所述第二方向垂直于所述第三方向，所述第二方向和所述第三方向平行于衬底所在的平面；
所述形成阻挡结构，包括：
形成覆盖所述相变存储材料层和所述选通材料层相对设置的两侧以及相对设置的另两侧的所述阻挡结构。
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