CN113838974A - 相变存储器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种相变存储器及其制备方法。通过对氮化硅层进行羟基化处理以在氮化硅层的表面上产生硅羟基，提高了氮化硅层和有机材料层之间的粘附性能，使得有机材料层可直接形成在氮化硅层上，从而可以省略有机材料层和氮化硅层之间的粘合层，有利于增大氮化硅层的厚度，提高对相变层的保护强度，改善所制备出的相变存储器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种相变存储器及其制备方法。
背景技术
相变存储器(Phase Change Memory，PCM)是基于20世纪60年代末70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的。作为一种新兴的非易失性存储技术，相变存储器在读写速度、读写次数、数据保持时间、单元面积、多值实现等诸多方面对快闪存储器都具有较大的优越性，已成为目前非挥发存储技术研究的焦点。故相变存储器被广泛认为是最具潜力的22nm的节点以下的存储器。
其中，相变存储器PCM主要是通过其中的固态相变材料在晶态和非晶态间的可逆相变来实现其存储功能。具体而言，固态相变材料会在加热条件下于晶态和非晶态之间发生可逆相变，当固态相变材料处于非晶态时呈现高阻，而处于晶态时呈现低阻。其中，固态相变材料的两个稳定状态中的任一个都能被指定为逻辑1，而另一个被指定为逻辑0，从而可被用作存储结构。此外，利用晶态和非晶态之间的中间状态所固有的电阻率变化，还可以制造多位存储元件。
随着技术的不断发展，器件尺寸也随之缩减，而针对较小尺寸的相变存储器而言，如何进一步提高对相变材料的保护强度也越发重要，以及相变存储器中相邻的存储结构之间也要求有较好的绝缘和隔热效果，从而对填充在相邻的存储结构之间的绝缘材料提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相变存储器的制备方法，通过优化填充在相邻的相变存储结构之间的绝缘材料，以提高对相变材料的保护强度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种相变存储器的制备方法，包括：提供衬底，并在所述衬底上形成多个相变存储结构，相邻的相变存储结构之间相互间隔设置；在所述相变存储结构的侧壁上形成氮化硅层，并对所述氮化硅层进行羟基化处理，以在所述氮化硅层的表面上产生硅羟基；以及，在相邻的相变存储结构之间的间隙内填充有机材料层，以使所述有机材料层与所述氮化硅层的表面上的所述硅羟基发生脱水缩合反应。
可选的，对所述氮化硅层进行羟基化处理的方法包括：利用过氧化氢和强酸的混合溶液对所述氮化硅层进行表面处理。其中，羟基化处理时混合溶液的温度例如为50℃～100℃。
可选的，过氧化氢和强酸的混合溶液是利用过氧化氢溶液和硫酸溶液以体积比为1:4～3:7的比例混合形成，其中，过氧化氢溶液为30％质量分数的过氧化氢溶液，硫酸溶液为98％质量分数的硫酸溶液。
可选的，过氧化氢和强酸的混合溶液是利用过氧化氢溶液和硝酸溶液以体积比为1:6～1:3的比例混合形成，其中，过氧化氢溶液为30％质量分数的过氧化氢溶液，硝酸溶液为98％质量分数的硝酸溶液。
可选的，填充所述有机材料层的方法包括：执行旋涂工艺，以将有机材料填充在所述间隙内；以及，执行固化工艺以固化所述有机材料形成所述有机材料层。
可选的，所述固化工艺中的固化温度为180℃-220℃。
可选的，所述氮化硅层的厚度大于25埃。
可选的，所述相变存储结构包括由下至上依次堆叠设置的第一电极层、选通层、第二电极层、相变层和第三电极层；或者，所述相变存储结构包括由下至上依次堆叠设置的第一电极层、相变层、第二电极层、选通层和第三电极层。
本发明又一目的在于提供一种相变存储器，包括：多个间隔设置的相变存储结构；氮化硅层，覆盖所述相变存储结构的侧壁，且所述氮化硅层的表面有硅羟基；以及，有机材料层，填充在相邻的相变存储结构之间的间隙内，并直接接触所述氮化硅层。其中，所述氮化硅层的厚度大于25埃。
在本发明提供的相变存储器的制备方法中，在相变存储结构的侧壁上形成有氮化硅层，以利用致密性较高的氮化硅层至少对相变存储结构中的相变材料进行保护。并且，通过对氮化硅层进行羟基化处理以在所述氮化硅层的表面上产生硅羟基，从而使得有机材料层能够和氮化硅层上的硅羟基发生脱水缩合反应而形成稳定的化学键，进而可允许有机材料层直接形成在氮化硅层上并和氮化硅层之间具有较强的粘附性能，避免了有机材料层由于粘附性较差而产生空洞等问题。因此，相对于传统工艺而言，本发明提供的制备方法，可以提高有机材料层和氮化硅层的粘附性能，从而可省略有机材料层和氮化硅层之间的粘合层，如此将有利于增大氮化硅层的厚度，提高对相变层的保护强度，使得所制备出的相变存储器的性能稳定。
附图说明
图1为一种相变存储器的结构示意图。
图2为本发明一实施例中的存储器的制备方法的流程示意图。
图3-图6为本发明一实施例中的存储器的制备方法在其制备过程中的结构示意图。
其中，附图标记如下：
30-相变存储结构；
61-氮化硅层；
62-粘合层；
63-有机材料层；
100-衬底；
110-介质层；
200-导电线；
300-相变存储结构；
310-第一电极层；
320-选通层；
330-第二电极层；
340-相变层；
350-第三电极层；
400-掩模层；
500-间隙；
610-氮化硅层；
620-有机材料层。
具体实施方式
承如背景技术所述，相变存储器中的相变存储结构之间需要利用绝缘材料相互分隔，而所选取的绝缘材料一方面用于对相变层进行保护，另一方面还需用于实现绝缘和隔离效果。
图1为一种相变存储器的结构示意图。如图1所示，相变存储器中的多个相变存储结构30中，相邻的相变存储结构30之间填充的绝缘材料层包括：氮化硅层61、粘合层62和有机材料层63。其中，所述氮化硅层61用于覆盖所述相变存储结构30的侧壁，以对所述相变存储结构30中的相变材料进行保护。以及，所述有机材料层63具备较佳的隔热性能，从而能够在相邻的相变存储结构32之间实现较好的隔热效果。然而，有机材料层63在氮化硅层61上的粘附性能较差，因此需要在氮化硅层61和有机材料层63之间形成粘合层62，以利用所述粘合层62提高有机材料层63在氮化硅层61上的粘附性能。
即，通过所述粘合层62可以有效改善有机材料层63和氮化硅层61之间粘附性能较差的缺陷。然而，本发明的发明人发现，额外设置的粘合层62，将会引发对相变材料层的保护力度减弱的问题。具体而言，粘合层62的设置需要占用一定的空间，从而在保证有机材料层63的填充性能的基础上，使得氮化硅层61的厚度需保持在较小范围内(例如，氮化硅层61的厚度被限制在25埃以内)，而由于氮化硅层61的厚度难以增大，削弱了对相变存储结构中的相变材料层的保护强度，导致相变材料层更容易损伤，造成最终的良率降低。而为了进一步提高对相变材料层的保护力度，则需要尽可能的缩减粘合层62的厚度，以利于进一步增大氮化硅层61的厚度，然而粘合层62的厚度也并不能够无限缩减，否则将会影响其与有机材料层63之间的粘附性能。因此，对相变材料层的保护力度和与有机材料层63之间的粘附性能难以得到较好的平衡。
为此，本发明提供了一种相变存储器的制备方法，包括：提供衬底，并在所述衬底上形成多个相变存储结构，相邻的相变存储结构之间相互间隔设置；至少在所述相变存储结构的侧壁上形成氮化硅层，并对所述氮化硅层进行羟基化处理，以在所述氮化硅层的表面上产生硅羟基；以及，在相邻的相变存储结构之间的间隙内填充有机材料层。
本发明提供的制备方法中，通过对所述氮化硅层进行羟基化处理，使得氮化硅层的表面上产生有大量的硅羟基，从而可允许直接填充有机材料层，使得有机材料层直接覆盖于氮化硅层上时能够和氮化硅层表面上的硅羟基产生较强的化学键，提高了有机材料层在氮化硅层上的粘附性能。因此，本发明提供的制备方法可以确保有机材料层在氮化硅层上具有较强粘附强度，从而能够省略例如图1所示的粘附层，使得氮化硅层的厚度可以进一步增大，提高对相变材料层的保护强度。
以下结合附图2、图3-图6和具体实施例对本发明提出的相变存储器及其制备发方法作进一步详细说明，其中图2为本发明一实施例中的存储器的制备方法的流程示意图，图3-图6为本发明一实施例中的存储器的制备方法在其制备过程中的结构示意图。根据下面说明，本发明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、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。附图中所示的诸如“上方”，“下方”，“顶部”，“底部”，“上方”和“下方”之类的相对术语可用于描述彼此之间的各种元件的关系。这些相对术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的元件的不同取向。例如，如果装置相对于附图中的视图是倒置的，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件下方。
结合图2和图3所示，本实施例提供的相变存储器的制备方法其步骤S100包括：提供衬底100，并在所述衬底100上形成多个相变存储结构300，相邻的相变存储结构300之间相互间隔设置。即，相邻的相变存储结构300之间具有间隙500以相互分隔。
具体的，所述衬底100可以是硅衬底，也可以是硅锗化合物衬底，或者所述衬底100还可以是绝缘体上硅(Silicon on Insulator，SOI)等。
进一步的，在所述衬底100上还可优先形成有介质层110，并在所述介质层110中还可形成有外围电路(图中未示出)，所述外围电路用于与其上方的相变存储结构实现信息交互。
此外，在所述介质层110上还形成有多条导电线200，所述相变存储结构300形成在所述导电线200上，并且所述导电线200连接所述外围电路和所述相变存储结构300。本实施例中，所述导电线200可构成相变存储器的位线(BL)或字线(WL)。以及，所述导电线200的材料例如包括钨。
继续参考图3所示，所述相变存储结构300具体可包括由下至上依次堆叠设置的第一电极层310、选通层320、第二电极层330、相变层340和第三电极层350。具体的实施例中，所述相变存储结构300的形成方法例如包括如下步骤。
步骤一，使用一种或多种薄膜沉积工艺在所述衬底100上依次形成包括第一电极材料层、选通材料层、第二电极材料层、相变材料层和第三电极材料层的堆叠层。其中，如上所述的薄膜沉积工艺包括但不限于化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、原子层沉积(Atom Layer Deposition，ALD)、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)、等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)等。
其中，第一电极材料层、第二电极材料层和第三电极材料层的材料可均包括非晶碳(即，对应形成的第一电极层310、第二电极层330和第三电极层350的材料可均包括非晶碳)。以及，所述选通材料层的材料可以包括任何适当的双向阈值开关(OTS)材料，例如ZnxTey、GexTey、NbxOy或SixAsyTez等。以及，相变材料层可以包括诸如基于硫族化物的材料，例如GST(Ge-Sb-Te)合金，或者包括任何其他适当的相变材料。
步骤二，在所述堆叠层上形成图形化的掩模层400，并以所述掩模层400为掩膜依次刻蚀第三电极材料层350、相变材料层340、第二电极材料层330、选通材料层320和第一电极材料层310，以将所述堆叠层分断为多个相变存储结构300，并相应的在相邻的相变存储结构300之间形成间隙500。
如上所述，在所述相变存储结构300的下方还形成有导电线200，所述导电线200例如沿着第一方向(Y方向)延伸。本实施例中，可将相变存储结构300图形化工艺和所述导电线200的图形化工艺相结合。具体的，在形成所述相变存储结构300的堆叠层之前，优先形成导电材料层，接着依次在所述导电材料层上形成包括第一电极材料层、选通材料层、第二电极材料层、相变材料层和第三电极材料层的堆叠层；之后，执行第一方向的图形化工艺，以由上至下依次刻蚀第三电极材料层、相变材料层、第二电极材料层、选通材料层、第一电极材料层和导电材料层，进而将所述导电材料层截断为多条沿着第一方向延伸的导电线200，以及导电线200上方的堆叠层也相应被截断而沿着第一方向(Y方向)延伸。
本实施例中，以沿着第一方向(Y方向)延伸的堆叠层构成相变存储结构300为例进行解释说明，以及多个相变存储结构300沿着第二方向(X方向)依次排布，相邻的相变存储结构300之间的间隙500也相应的沿着第一方向延伸，并且间隙500的底部向下延伸至相邻的导电线200之间。即，所述间隙500依次贯穿所述相变存储结构300所对应的堆叠层和所述导电线200所对应的导电层，因此所述间隙500的深度至少包括导电线200的厚度和相变存储结构300的厚度之和。其中，所述间隙500的深宽比例如大于等于7。
可选的方案中，在利用掩模层400图形化形成相变存储结构300和导电线200之后，可继续保留所述掩模层400，以用于在后续执行研磨工艺时作为研磨节点而对研磨精度进行控制，并且还可通过后续的研磨工艺中去除，有利于节省工序。
需要说明的是，本实施例的相变层340位于选通层320的上方。然而应当理解的是，在其他实施例中，还可以交换所述选通层320和相变层340的位置顺序。
接着结合图2和图4所示，本实施例提供的相变存储器的制备方法其步骤S200包括：在所述相变存储结构300的侧壁上形成氮化硅层610，并对所述氮化硅层610进行羟基化处理，以在所述氮化硅层610的表面上形成硅羟基。
本实施例中，相变存储结构300为沿着第一方向(Y方向)延伸的条形结构，此时在所述相变存储结构300沿着第一方向延伸的两个侧壁上均形成有所述氮化硅层610。
具体而言，在形成所述氮化硅层610之前，所述相变存储结构300中的相变层340的侧壁即暴露于所述间隙500中。以及，在形成所述氮化硅层610时所述氮化硅层610即相应的覆盖所述相变层340的侧壁。由于氮化硅层610具有较高的致密性，从而能够对相变层340起到较佳的保护效果，并避免相变存储结构300被氧化。
本实施例中，所述氮化硅层610具体可采用薄膜沉积工艺形成，例如，化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。以及，所述氮化硅层610在覆盖所述相变存储结构300的侧壁(即，第三电极层350的侧壁、相变层340的侧壁、第二电极层330的侧壁、选通层320的侧壁和第一电极层310的侧壁)的同时，还可覆盖所述导电线200的侧壁，此时即可对所述相变存储结构300和导电线200均进行绝缘保护，防止相变存储结构300和导电线200发生漏电等问题。
进一步的，在沉积形成所述氮化硅层610后，对所述氮化硅层610进行羟基化处理，以使所述氮化硅层610的表面上形成有羟基(-OH)，从而可增强所述氮化硅层610与后续形成的有机材料层之间的粘附性能。
需要说明的是，由于羟基化处理后的氮化硅层610和后续形成的有机材料层之间具备较强的粘附性能，因此可以直接舍弃例如现有技术中所额外设置的粘附层，此时即可根据舍弃的粘附层所占用的空间而对应的增大氮化硅层610的厚度，提高对所述相变存储结构300的保护强度。例如，本实施例中的氮化硅层610的厚度可大于等于25埃，例如25埃-50埃，甚至还可大于50埃，例如50埃-70埃。
应当认识到，本实施例中增大氮化硅层610的厚度，并不会对有机材料层630的填充效果造成影响。当然还可以理解的是，本实施例中，可以直接舍弃例如现有技术中所额外设置的粘附层，从而使得间隙500内可相应的释放出粘附层所占用的空间，缓解了高深宽比的间隙500在后续填充有机材料层时的填充难度，提高有机材料层填充效果。
进一步的，对所述氮化硅层610进行羟基化处理的方法可包括：利用过氧化氢和强酸的混合溶液对所述氮化硅层610进行表面处理。以及，还可以在50℃～100℃条件下对所述氮化硅层610进行羟基化处理。此处所述的强酸例如是由98％质量分数的酸溶液形成。
可选的方案中，例如可利用过氧化氢(H2O2)和硫酸(H2SO4)的混合溶液对所述氮化硅层610进行表面处理，以使所述氮化硅层610的表面上形成大量的硅羟基。其中，过氧化氢和硫酸的混合溶液具体是利用过氧化氢溶液和硫酸溶液以体积比为1:4～3:7的比例混合形成，其中，硫酸溶液为98％质量分数的浓硫酸溶液，过氧化氢溶液为30％质量分数过氧化氢溶液。
另一方案中，还可利用过氧化氢(H2O2)和硝酸(HNO3)的混合溶液对所述氮化硅层610进行表面处理，以使所述氮化硅层610的表面上形成大量的硅羟基。其中，过氧化氢和硫酸的混合溶液具体是利用过氧化氢溶液和硝酸溶液以体积比为1:6～1:3的比例混合形成，其中，硝酸溶液为98％质量分数的浓硝酸溶液，过氧化氢溶液为30％质量分数过氧化氢溶液。
接着结合图2和图5-图6所示，本实施例提供的相变存储器的制备方法其步骤S300包括：在相邻的相变存储结构300之间的间隙500内填充有机材料层620。通过填充所述有机材料层620，以达到相邻的相变存储结构300之间的充分绝缘和隔热的效果。
本实施例中，所述有机材料层620直接接触覆盖所述氮化硅层610。如上所述，所述氮化硅层610在经过羟基化处理后其表面上形成有大量的硅羟基，而氮化硅层610表面上的硅羟基能够和有机材料层620发生脱水缩合反应，进而形成稳定的化学键，大大提高了氮化硅层610与有机材料层620之间的粘附能力，因此在有机材料层620和氮化硅层610之间可以不设置有其他粘附层。
进一步的，有机材料层620例如为旋涂电介质层(Spin On Dielectric，SOD)，其材料具体可以是基于聚硅氧烷的有机高分子材料。本实施例提供的有机材料层620具有良好的填充性和隔热效果，能够有效改善填充于间隙中的填充材料由于填充性能不佳而容易产生空隙的问题。此外，利用旋涂电介质层进行间隙填充，还能够实现在相对低温的工艺下成型。即，相对于传统的填充技术而言，本实施例中的旋涂电介质层不仅具备较高的填充能力，并且还可以达到较低的温度下成型，以满足相变存储器的低温工艺的要求。
具体的，所述有机材料层620的形成方法可包括：旋涂工艺和固化工艺。具体的，利用旋涂工艺将具有流动性的有机材料涂覆于衬底上，流动性的有机材料可填充至相邻的相变存储结构300之间的间隙500内。此外，为了确保相邻的相变存储结构之间的间隙500能够完全填满有机材料，则可使有机材料填充在间隙500并进一步高出间隙的顶部，进而覆盖所述相变存储结构300的顶部。之后，利用固化工艺，以固化有机材料而形成稳定的有机材料层620，所述固化温度例如为180℃-220℃，以及固化时间可大于等于2小时。
通常情况下，所述有机材料层620和氮化硅层610上的硅羟基例如可以在执行固化工艺的过程中大量的发生脱水缩合反应，以使得有机材料层620稳固的附着在氮化硅层610上，从而在后续执行例如高温制程、研磨制程和刻蚀制程等工艺时，可以有效避免有机材料层620产生变形、撕裂以及产生空洞等问题。
本实施例中，在旋涂有机材料层620时，使有机材料层620高出于间隙的顶部，基于此，则还可进一步对所述有机材料层620进行研磨工艺(例如，化学机械研磨)，以去除有机材料层620中高出间隙顶部的部分。本实施例中，对所述有机材料层620进行研磨工艺的过程具体可包括：研磨所述有机材料层620至相变存储结构顶部的氮化硅层610，并进一步研磨所述氮化硅层至所述掩模层400，继续进行研磨过程以去除所述掩膜层，并研磨停止在所述第三电极层350的顶部。
需要说明的是，本实施例中，是在形成沿着第一方向延伸的相变存储结构300之后，直接在间隙500内填充绝缘材料，此时间隙内的绝缘材料相应的沿着第一方向延伸。然而可选的方案中，还可以进一步包括：对所述相变存储结构执行第二方向的图形化工艺，以将每一相变存储结构截断为多个相互分隔的存储单元。
此外，在后续工艺中，还可以继续在所述相变存储结构300的上方形成沿着第二方向(X方向)延伸的导电线。其中，位于所述相变存储结构下方的沿着第一方向(Y方向)延伸的导电线200例如可构成位线，此时，位于所述相变存储结构上方的沿着第二方向延伸的导电线则可构成字线；或者，位于所述相变存储结构下方的沿着第一方向(Y方向)延伸的导电线200例如可构成字线，此时，位于所述相变存储结构上方的沿着第二方向(X方向)延伸的导电线则可构成位线。
本实施例中，所述相变存储结构300为沿着第一方向连续延伸的条形结构，因此在填充有机材料层620至相邻的相变存储结构300之间的间隙后，还包括如下步骤。
步骤(a)，形成导电材料层，所述导电材料层覆盖所述相变存储结构300和相邻的相变存储结构之间的有机材料层620。
步骤(b)，对所述导电材料层和所述相变存储结构300执行第二方向的图形化工艺，从而将所述导电材料层分断为多条沿着第二方向(X方向)延伸的导电线，以及沿着第二方向(X方向)将每一个相变存储结构300截断为多个柱状结构的存储单元。
步骤(c)，在所述存储单元暴露出的两个侧壁上形成氮化硅层，即，所述存储单元沿着第一方向(Y方向)相对的两个侧壁上形成氮化硅层。
步骤(d)，对所述氮化硅层进行羟基化处理，以在所述氮化硅层的表面上产生硅羟基。
需要说明的是，如上所述的步骤(d)中所执行的羟基化处理的方法可参考上述关于步骤S200中的内容。即，此处所采用的羟基化处理可包括：利用过氧化氢和强酸的混合溶液对所述氮化硅层进行表面处理。以及，还可以在50℃～100℃条件下对所述氮化硅层进行羟基化处理。所述强酸例如是由98％质量分数的酸溶液形成。其中，过氧化氢和强酸的混合溶液具体是利用过氧化氢溶液和硫酸溶液以体积比为1:4～3:7的比例混合形成，其中，硫酸溶液为98％质量分数的浓硫酸溶液，过氧化氢溶液为30％质量分数过氧化氢溶液。或者，过氧化氢和硫酸的混合溶液还可以是利用过氧化氢溶液和硝酸溶液以体积比为1:6～1:3的比例混合形成，其中，硝酸溶液为98％质量分数的浓硝酸溶液，过氧化氢溶液为30％质量分数过氧化氢溶液。
步骤(e)，在相邻的相变存储单元之间的间隙内填充有机材料层，以用于对相邻的相变存储单元进行绝缘隔热。
在如上所述的步骤(e)中其有机材料层的填充方法可参考上述关于步骤S300中的内容。具体的，所述有机材料层例如为旋涂电介质层(Spin On Dielectric，SOD)，其材料具体可以是基于聚硅氧烷的有机高分子材料。以及，所述有机材料层的形成方法可包括：利用旋涂工艺将具有流动性的有机材料涂覆于衬底上，流动性的有机材料可填充至相邻的相变存储单元之间的间隙内；之后，利用固化工艺，以固化有机材料而形成稳定的有机材料层，所述固化温度例如为180℃-220℃，以及固化时间可大于等于2小时。
同样的，由于氮化硅层的表面上产生有硅羟基，使所述有机材料层与所述氮化硅层的表面上的所述硅羟基可以发生脱水缩合反应，从而能够有效提高氮化硅层和有机材料层之间的粘附性能。
应当认识到，本实施例中是以“相变存储结构沿着第一方向连续延伸”为例进行说明，此时制备出的相变存储器中，其各个相变存储单元沿着第二方向(X方向)相对的两个侧壁上覆盖有羟基化处理的氮化硅层。以及，进一步的方案中，所述相变存储器的制备过程可具体包括如上所述的步骤S100、步骤S200、步骤S300以及步骤(a)、步骤(b)、步骤(c)、步骤(d)和步骤(e)，此时制备出的相变存储器中，其各个相变存储单元沿着第二方向(X方向)相对的两个侧壁、沿着第一方向(Y方向)相对的两个侧壁上均覆盖有羟基化处理的氮化硅层。
然而，其他实施例中，所述相变存储结构还可以是包含了多个沿着第一方向(Y方向)间隔排布的相变存储单元，即，相变存储结构沿着第一方向非连续延伸，此时，通过执行所述步骤S100、步骤S200和步骤S300后，即可在各个相变存储单元沿着第二方向(X方向)相对的两个侧壁上形成羟基化处理的氮化硅层。
基于如上所述的制备方法，以下对所形成的相变存储器进行说明。具体可参考图6所示，所述相变存储器包括：多个间隔设置的相变存储结构300；氮化硅层610，至少覆盖所述相变存储结构300的侧壁，以用于对相变存储结构中的相变材料进行保护；以及，有机材料层620，填充在相邻的相变存储结构300之间的间隙内，并直接接触所述氮化硅层610。
具体而言，本实施例中的氮化硅层610是经过羟基化处理的氮化硅层610，其表面产生的硅羟基能够和有机材料层620之间形成稳定的化学键，从而使得有机材料层620可以直接接触覆盖氮化硅层610，而具备较强的粘附性能，有效改善了当有机材料层620和氮化硅之间粘附性较差而产生空洞的问题。同时，相对于现有技术而言，可以省略有机材料层和氮化硅层之间的粘附层，使得氮化硅层610的厚度可以进一步增大，从而提高了对相变层的保护强度，避免相变层受到损伤。例如，本实施例中的氮化硅层620的厚度可以为25埃-70埃。
其中，所述相变存储结构300其整体沿着第一方向(Y方向)延伸，并在所述相变存储结构300沿着第二方向(X方向)相对的两个侧壁上均形成有所述氮化硅层610。进一步的方案中，每一个相变存储结构300中包括了多个沿着第二方向(X方向)依次排布的相变存储单元，并且所述相变存储单元沿着第一方向(Y方向)相对的两个侧壁上也均形成有所述氮化硅层610。应当认识到，如上所述的“相变存储结构300沿着第二方向(X方向)相对的两个侧壁”即相当于“相变存储单元沿着第二方向相对的两个侧壁”。
也就是说，在具体的实施例中，所述相变存储器包括多个沿着第一方向和第二方向呈阵列式排布的相变存储单元，并且在所述相变存储单元的各个侧壁上均形成有氮化硅层。其中，在形成所述氮化硅层之后，以及填充有机材料层之前，均对所述氮化硅层进行羟基化处理，以在所述氮化硅层的表面上产生硅羟基，以提高氮化硅层和有机材料层的粘附性能。
需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。
Claims (11)
1.一种相变存储器的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底，并在所述衬底上形成多个相变存储结构，相邻的相变存储结构之间相互间隔设置；
在所述相变存储结构的侧壁上形成氮化硅层，并对所述氮化硅层进行羟基化处理，以在所述氮化硅层的表面上产生硅羟基；以及，
在相邻的相变存储结构之间的间隙内填充有机材料层，以使所述有机材料层与所述氮化硅层的表面上的所述硅羟基发生脱水缩合反应。
2.如权利要求1所述的相变存储器的制备方法，其特征在于，对所述氮化硅层进行羟基化处理的方法包括：利用过氧化氢和强酸的混合溶液对所述氮化硅层进行表面处理。
3.如权利要求2所述的相变存储器的制备方法，其特征在于，过氧化氢和强酸的混合溶液是利用过氧化氢溶液和硫酸溶液以体积比为1:4～3:7的比例混合形成，其中，过氧化氢溶液为30％质量分数的过氧化氢溶液，硫酸溶液为98％质量分数的硫酸溶液。
4.如权利要求2所述的相变存储器的制备方法，其特征在于，过氧化氢和强酸的混合溶液是利用过氧化氢溶液和硝酸溶液以体积比为1:6～1:3的比例混合形成，其中，过氧化氢溶液为30％质量分数的过氧化氢溶液，硝酸溶液为98％质量分数的硝酸溶液。
5.如权利要求2-4任一项所述的相变存储器的制备方法，其特征在于，羟基化处理时混合溶液的温度为50℃～100℃。
6.如权利要求1所述的相变存储器的制备方法，其特征在于，填充所述有机材料层的方法包括：执行旋涂工艺，以将有机材料填充在所述间隙内；以及，执行固化工艺以固化所述有机材料形成所述有机材料层。
7.如权利要求6所述的相变存储器的制备方法，其特征在于，所述固化工艺中的固化温度为180℃-220℃。
8.如权利要求1所述的相变存储器的制备方法，其特征在于，所述氮化硅层的厚度大于25埃。
9.如权利要求1所述的相变存储器的制备方法，其特征在于，所述相变存储结构包括由下至上依次堆叠设置的第一电极层、选通层、第二电极层、相变层和第三电极层；或者，所述相变存储结构包括由下至上依次堆叠设置的第一电极层、相变层、第二电极层、选通层和第三电极层。
10.一种相变存储器，其特征在于，包括：
多个间隔设置的相变存储结构；
氮化硅层，覆盖所述相变存储结构的侧壁，且所述氮化硅层的表面有硅羟基；以及，
有机材料层，填充在相邻的相变存储结构之间的间隙内，并直接接触所述氮化硅层。
11.如权利要求10所述的相变存储器，其特征在于，所述氮化硅层的厚度大于25埃。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114512602A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-17 | 长江先进存储产业创新中心有限责任公司 | 相变存储器及其制作方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001174651A (ja) * | 1999-12-21 | 2001-06-29 | Kyocera Corp | 光導波路基板 |
| CN1699966A (zh) * | 2004-05-21 | 2005-11-23 | 河南大学 | 一种表面增强拉曼散射活性基底及其制备方法 |
| US20090321708A1 (en) * | 2008-06-30 | 2009-12-31 | Hynix Semiconductor, Inc. | Phase change memory device having protective layer and method for manufacturing the same |
| CN102942369A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-02-27 | 东华大学 | 在玻璃基片上制备稀土修饰碳纳米管-石墨烯的陶瓷复合薄膜的方法 |
| CN103764301A (zh) * | 2011-08-01 | 2014-04-30 | 富士胶片株式会社 | 功能膜制造方法和功能膜 |
| CN104798211A (zh) * | 2012-08-08 | 2015-07-22 | 3M创新有限公司 | 具有封装阻隔膜的光伏器件 |
| CN105723510A (zh) * | 2013-12-20 | 2016-06-29 | 英特尔公司 | 用于相变存储器（pcm）阵列的衬垫及相关联的技术和配置 |
| CN108456411A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-08-28 | 吉林大学 | 一种交联型聚芳醚酮基介电复合材料及其制备方法和用途 |
| CN111106262A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-05-05 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | 封装结构及其制备方法 |
| US20200287133A1 (en) * | 2019-03-07 | 2020-09-10 | Intel Corporation | Memory device with boron nitride liner |
| US20200321554A1 (en) * | 2018-06-29 | 2020-10-08 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Display panel, display apparatus, method of fabricating display panel, and encapsulating structure |
| CN112103406A (zh) * | 2020-10-20 | 2020-12-18 | 合肥福纳科技有限公司 | 一种量子点发光器件及其制备方法 |
| CN112420596A (zh) * | 2019-08-23 | 2021-02-26 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 半导体装置的形成方法 |
| CN112447763A (zh) * | 2019-09-05 | 2021-03-05 | 咸阳彩虹光电科技有限公司 | 一种显示面板及显示器 |
| CN112582536A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-30 | 长江先进存储产业创新中心有限责任公司 | 一种半导体器件及其制备方法 |
-
2021
- 2021-09-24 CN CN202111124084.6A patent/CN113838974A/zh active Pending
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001174651A (ja) * | 1999-12-21 | 2001-06-29 | Kyocera Corp | 光導波路基板 |
| CN1699966A (zh) * | 2004-05-21 | 2005-11-23 | 河南大学 | 一种表面增强拉曼散射活性基底及其制备方法 |
| US20090321708A1 (en) * | 2008-06-30 | 2009-12-31 | Hynix Semiconductor, Inc. | Phase change memory device having protective layer and method for manufacturing the same |
| CN103764301A (zh) * | 2011-08-01 | 2014-04-30 | 富士胶片株式会社 | 功能膜制造方法和功能膜 |
| CN104798211A (zh) * | 2012-08-08 | 2015-07-22 | 3M创新有限公司 | 具有封装阻隔膜的光伏器件 |
| CN102942369A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-02-27 | 东华大学 | 在玻璃基片上制备稀土修饰碳纳米管-石墨烯的陶瓷复合薄膜的方法 |
| CN105723510A (zh) * | 2013-12-20 | 2016-06-29 | 英特尔公司 | 用于相变存储器（pcm）阵列的衬垫及相关联的技术和配置 |
| CN108456411A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-08-28 | 吉林大学 | 一种交联型聚芳醚酮基介电复合材料及其制备方法和用途 |
| US20200321554A1 (en) * | 2018-06-29 | 2020-10-08 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Display panel, display apparatus, method of fabricating display panel, and encapsulating structure |
| US20200287133A1 (en) * | 2019-03-07 | 2020-09-10 | Intel Corporation | Memory device with boron nitride liner |
| CN112420596A (zh) * | 2019-08-23 | 2021-02-26 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 半导体装置的形成方法 |
| CN112447763A (zh) * | 2019-09-05 | 2021-03-05 | 咸阳彩虹光电科技有限公司 | 一种显示面板及显示器 |
| CN111106262A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-05-05 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | 封装结构及其制备方法 |
| CN112103406A (zh) * | 2020-10-20 | 2020-12-18 | 合肥福纳科技有限公司 | 一种量子点发光器件及其制备方法 |
| CN112582536A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-30 | 长江先进存储产业创新中心有限责任公司 | 一种半导体器件及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114512602A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-17 | 长江先进存储产业创新中心有限责任公司 | 相变存储器及其制作方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |