[发明专利]用于3D相变存储单元以改善编程并增大阵列尺寸的新替换位线和字线方案

权利要求书

1.一种三维存储单元结构，包括：

至少一个存储单元堆叠层，所述存储单元堆叠层具有选择器、相变存储单元、以及第一电极和第二电极；所述相变存储单元设置在所述第一电极与所述第二电极之间；

每个存储单元堆叠层具有彼此垂直并耦合到所述存储单元堆叠层的字线和位线，并且其中，所述存储单元堆叠层相对于所述字线和所述位线是自对准的；并且

其中，所述字线和所述位线由自对准的替换金属形成，以用于与钨字线和钨位线相比改善编程并增大阵列尺寸。

2.根据权利要求1所述的三维存储器，其中，

所述三维存储器是2堆叠层阵列，并且所述字线是顶部字线，并且所述位线是底部位线，并且

所述顶部字线由铜材料以自对准方案形成，并且所述底部位线由铜镶嵌工艺形成。

3.根据权利要求1所述的三维存储器，其中，

所述三维存储器是4堆叠层阵列，并且所述字线是第一中间字线和第二中间字线，并且所述位线是顶部位线和底部位线，并且

其中，所述第一中间字线和所述第二中间字线以及所述顶部位线由铜材料以自对准方案形成，并且所述底部位线由铜镶嵌工艺形成。

4.根据权利要求1所述的三维存储器，其中，所述替换金属是铜材料。

5.根据权利要求4所述的三维存储器，其中，与由钨材料形成的字线和位线相比，所述存储单元堆叠层需要约1/4的减小的电压。

6.根据权利要求1所述的三维存储器，还包括在所述字线上方或下方的区域中的附加存储单元。

7.根据权利要求1所述的三维存储器，其中，所述字线和所述位线是自对准的替换金属互连。

8.根据权利要求1所述的三维存储器，其中，所述自对准的替换金属是铜，并且所述存储单元堆叠层还包括高度和深宽比，并且由于所需的钨材料的量较薄或消除了存储单元堆叠层中的钨材料，所述高度和所述深宽比减小。

9.根据权利要求8所述的三维存储器，其中，增大子阵列或瓦片尺寸以提高阵列效率。

10.一种三维相变存储管芯架构，包括：

多个顶部存储阵列或瓦片，其包含第一组相变存储单元；

多个底部存储阵列或瓦片，其包含第二组相变存储单元；

多条位线，其耦合至所述顶部阵列并耦合至所述底部阵列；

多条字线，其垂直于所述位线并包括耦合到所述顶部阵列的一组顶部单元字线和耦合到所述底部阵列的一组底部单元字线；

存储单元的所述顶部阵列均由所述顶部阵列中的相邻相变存储单元所限定的第一空间分开，并且存储单元的所述底部阵列均由所述底部阵列中的相邻相变存储单元所限定的第二空间分开，并且

其中，所述字线和所述位线由铜材料形成以对每个存储单元进行电存取。

11.根据权利要求10所述的三维架构，其中，所述顶部字线和所述底部字线耦合至所述三维架构。

12.三维结构，其中，所述第一空间和所述第二空间在X方向上约为20nm，并且在Y方向上约为20nm。

13.一种形成三维存储器的方法，包括：

形成具有平行位线和垂直字线的相变存储阵列；

在所述字线和所述位线的相变处形成存储单元，其中，所述存储单元是自对准的；以及

通过去除建立通道的牺牲氮化物层并用替换金属填充所述通道，来形成所述字线和所述位线。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述位线和所述字线由铜材料形成，从而与由包含钨(W)的材料形成相比，所述字线和所述位线具有减小的电阻并且使用减小的电压以改善编程并增大阵列尺寸。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在具有铜帽阻挡部的衬底上形成铜位线；

形成底部单元堆叠层沉积物，所述底部单元堆叠层沉积物具有由氮化硅钨铜阻挡部、第一碳电极、双向阈值开关、第二碳电极、相变存储器、第三碳电极和氮化物层构成的层；

使用底部单元双重图案化以形成与所述底部位线电接触的平行底部单元；

施加氮化物封装层沉积物以覆盖所述单元堆叠层；

用原子层沉积氧化物、旋涂电介质或可流动的化学气相沉积氧化物向所述单元堆叠层施加间隙填充物；

对所述单元堆叠层施加停止在所述氮化物层旁边的所述第三碳电极上的具有氧化物和/或氮化物化合物的化学机械平坦化(CMP)；

向所述氮化物层施加氮化物硬掩模沉积物；

使用底部字线双重图案化以形成垂直于与所述底部单元的顶部碳电极接触的所述位线的平行底部单元字线，所述底部单元的所述顶部碳电极是所述第三碳电极；

向所述底部单元堆叠层沉积物施加氮化物层和氧化物层封装，然后向所述封装施加间隙填充物；

对所述单元堆叠层施加停止在所述氮化物层上的具有氧化物化合物的化学机械平坦化；

湿法蚀刻以去除所述氮化物层以利用钽/铜材料进行填充，从而形成替换铜字线；以及

施加具有替换顶部单元铜位线的第二存储单元堆叠层沉积物并图案化。