本发明专利技术公开了一种三维相变存储器结构以及制造方法，其中所述的相变存储器单元采用MOS管作为选通管，其特征在于所述三维相变单元沟道垂直，可以实现相变存储器多层堆叠，32～96层堆叠，实现高集成密度，大容量存储。本发明专利技术中相变材料为锑系材料，锑中掺杂硅、铝、钨、钛、镍等，锑系材料可以通过化学气相沉积的方式沉积，以实现相变存储器的多层堆叠。其中所述相变材料如SixSb，掺杂硅含量的不同可以改变材料的性能，可以通过控制掺杂含量，以实现高速读写。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及存储器领域，尤其涉及。
技术介绍
半导体存储器主要以速度，功耗，价格，循环寿命和非挥发性等指标衡量其水平。目前已有的诸多半导体存储技术，包括易失性存储技术如SRAM和DRAM，和非易失性存储技术(如EEPR0M，Flash，铁电存储器和相变存储器等)。这些技术已经满足一系列的应用，目前业界还是在不断探索新的存储技术，寻找一种理想的，基于硅材料的半导体工艺，可用于大批量生产，使其存储性能具有高容量低成本，高速度并且数据保持力良好，同时又可靠性高，操作电压低，功耗小的存储器。相变存储器是一种新型的非易失性存储器，被认为最有可能在将来替代闪存成为主流非易失性存储器，其具有操作电压低，读取速度快，可以位操作，擦写速度远远快于闪存，制造工艺简单且与现在成熟的CMOS工艺兼容等特点，从而能够很容易将其存储单元缩小至较小的尺寸，满足高集成密度的需求。目前存储器往高速度，高集成密度，存储容量大的方向发展，3DNAND技术的应运而生。3D NAND是一种新兴的闪存类型，通过把存储单元堆叠在一起来解决平面NAND带来的限制。平面结构的NAND已接近其实际扩展极限，给半导体存储器行业带来严峻挑战。新的3D NAND技术，垂直堆叠了多层数据存储单元，具备卓越的精度。基于该技术，可打造出存储容量比同类NAND技术高达数倍的存储设备。该技术可支持在更小的空间内容纳更高存储容量，进而带来很大的成本节约、能耗降低，以及大幅的性能提升以全面满足众多消费类移动设备和要求最严苛的企业部署的需求相变存储器也在往三维方向发展，由于相变材料的技术瓶颈，三维相变存储器堆叠的存储单元层数远远小于3D NAND结构，本专利技术提出一种新的相变材料，并结合提出的相变材料的特性，设计一种可以实现高集成密度，大容量的三维相变存储器结构。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何在三维空间内堆叠存储器单元以实现高集成密度的大容量的三维相变存储器。为实现上述目的，本专利技术提供了一种三维相变存储器，采用M0S管作为选通管，相变材料为锑系化合物，掺杂硅、铝、钨、钛、镍等。进一步地，三维相变单元沟道垂直，可以实现32?96层堆叠。进一步地，一次性光刻刻穿多层堆叠的存储单元之间的垂直沟道。进一步地，存储单元材料沿着垂直方向沉积在沟道侧壁上。进一步地，垂直沟道里面沉积的三层材料为多晶硅沟道，相变材料，以及绝缘层氧化娃。进一步地，所述三维相变存储器被配置为进行写操作时，给一个M0S管的栅极提供电压，可以一个单元的写入，而进行擦除操作时，链式结构上的存储单元都被选中，数据同时被擦除。进一步地，相变材料可选SixSb、TixSb、AlxSb、ffxSb等，在锑中掺杂硅，钛，铝，钨等形成存储材料。进一步地，本专利技术所述如SixSb材料通过化学气相沉积形成，可选SiH4，SbCl3，SbCl5S Sb 3C15等非有机金属气源，本专利技术中使用的气源如SbCl 3具有低成本且沸点在220.3°C等特点。进一步地，所述三维相变存储器具有与3D NAND相似的结构，其特点在于可以使用3D NAND工厂的设备进行三维相变存储器的生产，可以重复使用旧设备，不需增加新设备。并且本专利技术使用锑系材料作为存储材料，相比于硫系相变材料而言，不产生工业污染，可以节省污染物处理设备的费用。进一步地其特征在于，本专利技术提出的锑系材料三维相变存储器具有高的深宽比，物理气相沉积通常通过溅射的方式实现，材料沉积不均匀，一般情况只能叠加4?8层存储介质，本专利技术中相变材料的沉积使用化学气相沉积方式，能够实现高深宽比结构的沉积，实现多层堆叠。本专利技术还提供了一种三维相变存储器的制造方法，包含下列步骤:步骤一:提供单晶硅晶圆作为起始衬底，在衬底表面竖直方向上交替堆叠若干绝缘层和若干牺牲层，利用化学机械抛光将表面平坦化，牺牲层的数量即是存储器的层数；步骤二:通过光刻和刻蚀工艺在绝缘层和牺牲层中形成竖直方向的通孔，且通孔将衬底表面予以暴露，所述的绝缘层为氧化物；所述的牺牲层为氮化物；步骤三:在步骤二基础上在通孔凹槽中沉积一层多晶硅，将通孔沟道暴露的侧壁表面予以覆盖，形成垂直方向的多晶硅立柱；步骤四:在步骤三基础上，在多晶硅立柱上曝光刻蚀，形成垂直方向的通孔；步骤五:在步骤四基础上，沉积存储材料薄膜，所述薄膜为相变材料如SixSb ;步骤六:在步骤五基础上，在相变材料表面曝光刻蚀形成凹槽；步骤七:继续沉积一层氧化物，将两边的相变材料隔离开，步骤三、四、五、六、七将垂直通孔填充满，形成垂直沟道；步骤八:通过光刻和刻蚀工艺，将绝缘层和牺牲层上下刻穿，底部刻蚀到衬底材料，在相邻字线之间形成间隙，使字线材料隔离开；步骤九:通过光刻和刻蚀工艺，去除相邻绝缘层之间的牺牲层，将上下相邻绝缘层之间的多晶硅立柱的侧壁予以暴露，进而在相邻的绝缘层之间形成间隙；步骤十:利用原子层沉积法沉积薄膜层，形成绝缘栅极，将垂直沟道暴露的侧壁及绝缘层暴露的表面予以覆盖；步骤^--:在步骤九基础上，沉积金属层将凹槽表面进行覆盖，并刻蚀去除多余的金属层，保留位于凹槽间隙间的部分作为金属栅极。进一步地，所述氧化物为氧化硅。进一步地，所述氮化物为氮化硅；进一步地，步骤十中所述的薄膜层材料为氧化娃或氧化給。进一步地，所述金属栅极材料为钨或氮化钛。基于大规模监控设施、安防设备中，闭路电视里音频、视频等设备的使用，信息的交互需要，大量的数据需要存储和分析，这就要求存储器往高密度，大容量方向发展，3D存储器的发展顺应潮流，成为必不可挡的趋势。本专利技术提出一种基于锑系化合物的三维相变存储器，具有操作电压低，读取速度快，可以位操作，擦写速度远远快于闪存，高存储容量，集成密度大等特点。本专利技术提出的相变存储器单元采用M0S管作为选通管，相变材料为锑系化合物，掺杂硅、铝、钨、钛等。本专利技术提出的锑系材料三维相变存储器，具有与3D NAND相似的结构，其生产工艺与3D NAND兼容，可以利用旧设备生产。本专利技术提出的锑系材料三维存储器，其特征在于所述三维相变单元沟道垂直，可以实现多层堆叠，32?96层堆叠，实现高集成密度，大容量存储。本专利技术所述三维相变存储器，其特征在于可以一次性光刻刻穿多层堆叠的存储单元之间的垂直沟道。本专利技术所述三维相变存储器，其特征在于选通管不是0TS(双向阈值开关)二极管，而选用M0S管的设计，通过减少多晶硅沟道的厚度可以调节M0S管和相变材料层之间的电阻，从而增强M0S管的驱动能力。本专利技术所述三维相变存储器，其特征在于存储器结构为链式结构，M0S管和相变单元并联起来，存储单元材料沿着垂直方向沉积在沟道侧壁上。本专利技术所述三维相变存储器，其特征在于垂直沟道里面沉积的三层材料为多晶硅沟道，相变材料，以及绝缘层氧化硅。本专利技术所述三维相变存储器，其特征在于写操作时，给一个M0S管的栅极提供电压，可以一个单元的写入，而擦操作时，链式结构上的存储单元都被选中，数据同时被擦除。本专利技术所述三维相变存储器，其特征在于相变材料为锑系材料，可选SixSb、TixSb、AlxSb、WxSb等，在锑中掺杂硅，钛，铝，钨等形成相变材料，相比于GeSbTe材料，Te元素用化学气相沉积的气体非常昂贵，集成电路制造中一般不适用。本专利技术所述SixSb材料通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维相变存储器，其特征在于，采用MOS管作为选通管，相变材料为锑系化合物，掺杂元素包括硅、铝、钨、钛、镍等。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：亢勇，陈邦明，
申请(专利权)人：上海新储集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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