[发明专利]相变随机存储器存储单元及其制作方法、电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种相变随机存储器存储单元及其制作方法、电子装置。

背景技术

随着存储技术的不断发展，开发出了各种各样的存储器件，其中相变随机存储器(可缩略表示为PCRAM)是一种新兴的非易失性计算机存储器。相变随机存储器很可能在将来代替闪存(Flash)，因为它不仅比闪存速度快得多，还更容易缩小到较小尺寸以适用于例如22纳米节点以下的半导体工艺，并且复原性更好，能够实现一亿次以上的擦写次数。

相变随机存储器的存储单元的一般包括上电极、电阻层和下电极。构成电阻层的相变材料会由于所施加电流的加热效果而进入结晶状态或非晶状态。当电阻层处于结晶状态时，PRAM的电阻较低，此时存储器赋值为“0”。当电阻层处于非晶状态时，PRAM的电阻较高，此时存储器赋值为“1”。因此，PRAM是利用电阻层处于结晶状态或非晶状态时的电阻差异来写入/读取数据的非易失性存储器。

目前相变随机存储器的研究方向主要是高密度和低功耗，已经证明减少电极和相变材料之间的接触面积是一种有效方法。在下电极的制作中，一般采用TiN制作下电极，并且在其侧壁上形成间隙壁以使底部电极实现三维方向上的隔离。间隙壁一般采用高深宽比制程(HARP)氧化物，以避免底部电极的等离子蚀刻损伤。

在相变存储器的制作中下电极的稳定性很关键，然而，目前的下电极制作方法中，在形成高深宽比制程(HARP)氧化物间隙壁时，很容易氧化物底部电极，这将影响底部电极的电阻，从而影响相变存储器的性能。

因此，有必要提出一种新的相变随机存储器存储单元及其制作方法，以克服上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明提出一种相变随机存储器存储单元及其制作方法，可以避免下电极被氧化物而导致电阻发生变化，因而提高了下电极和相变存储器的稳定性。

本发明一方面提供一种相变随机存储器存储单元的制作方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成层间介电层，在所述层间介电层中形成暴露下方接触孔的沟槽；在所述沟槽的侧壁上形成第一间隙壁；在所述沟槽中与所述接触孔对应的区域中形成下电极；在所述下电极表面形成第二间隙壁；在所述下电极上形成电阻层和上电极，其中，所述第一间隙壁和第二间隙壁采用氮化物介质材料。

示例性地，所述沟槽暴露所述下方接触孔的部分区域。

示例性地，所述下电极呈L型，并且L型下电极的水平部分与所述下方接触孔的部分区域接触，垂直部分与所述第一间隙壁接触。

示例性地，对应于所述沟槽中的每个下电极，在所述下电极的表面上形成对应的所述第二间隙壁。

示例性地，所述下电极和所述第二间隙壁通过下述步骤形成：形成覆盖所述层间介电层表面、所述第一间隙壁以及所述沟槽底部的下电极材料层和第二间隙壁材料层；图形化所述下电极材料层和第二间隙壁材料层以形成所述下电极和第二间隙壁。

示例性地，图形化所述下电极材料层和第二间隙壁材料层以形成所述下电极和第二间隙壁的步骤包括：形成覆盖所述下电极材料层和第二间隙壁材料层，并填充所述沟槽的硬掩膜材料层；在所述硬掩膜层材料层上形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜蚀刻所述硬掩膜层材料层，以形成图形化的硬掩膜；以所述图形化的硬掩膜为掩膜蚀刻所述下电极材料层和第二间隙壁材料层以形成所述下电极和第二间隙壁。

示例性地，所述第二间隙壁覆盖所述沟槽中所有下电极的表面。

示例性地，所述第一间隙壁和第二间隙壁为氮化硅。

本发明提出的相变随机存储器存储单元的制作方法，通过在下电极两侧均形成氮化物介质材料的间隙壁，这样可以避免下电极被周围的氧化物氧化或在周围氧化物制作中被氧化，从而提高了下电极和相变随机存储器存储单元的稳定性和性能。