一种三维存储器的形成方法及三维存储器

摘要

本申请实施例公开了一种三维存储器的形成方法及三维存储器，其中，所述方法包括：形成堆叠结构的存储叠层；选取所述存储叠层中的至少一层作为待处理层，在第一方向上，对所述待处理层进行刻蚀，以形成沿第二方向交替排列的第一刻蚀间隙和第一相变结构体，所述第一方向垂直于所述第二方向；在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层；在所述第一粘结层的表面沉积第一封装层，形成所述三维存储器。

权利要求

1.一种三维存储器的形成方法，其特征在于，所述方法包括：

形成堆叠结构的存储叠层，所述存储叠层至少包括：由下至上依次堆叠形成中间电极层、相变材料层和顶部电极层，所述顶部电极层和所述中间电极层均由碳电极形成；

选取所述相变材料层和所述顶部电极层作为待处理层，在第一方向上，由上至下依次刻蚀所述顶部电极层和所述相变材料层，直至暴露出所述中间电极层为止，以形成沿第二方向交替排列的第一刻蚀间隙和第一相变结构体，所述第一方向垂直于所述第二方向；其中，刻蚀所述顶部电极层和所述相变材料层的刻蚀方向，与所述第一方向和所述第二方向垂直；

采用特定类型的第一气体，在每一所述第一相变结构体中的所述中间电极层和所述顶部电极层的表面形成第一粘结层；

其中，所述特定类型的第一气体包括：任意一种含氮气体的等离子体；所述顶部电极层的表面与所述第一粘结层之间形成有C-N化学键，所述中间电极层的表面与所述第一粘结层之间也形成有C-N化学键；

在所述第一粘结层的表面沉积第一封装层，形成所述三维存储器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层，包括：将所述特定类型的第一气体，以第一预设参数作用于每一所述第一相变结构体的表面，以实现在每一所述第一相变结构体中的所述中间电极层和所述顶部电极层的表面形成所述第一粘结层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一相变结构体的表面具有第一粗糙度；所述方法还包括：在每一所述第一相变结构体中的所述中间电极层和所述顶部电极层的表面形成第一粘结层之前，对每一所述第一相变结构体的表面进行粗糙化处理，得到处理后的第一相变结构体，其中，所述处理后的第一相变结构体的表面具有第二粗糙度，所述第二粗糙度大于所述第一粗糙度；

对应地，所述在每一所述第一相变结构体中的所述中间电极层和所述顶部电极层的表面形成第一粘结层，包括：在每一所述处理后的第一相变结构体中的所述中间电极层和所述顶部电极层的表面形成所述第一粘结层。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对每一所述第一相变结构体的表面进行粗糙化处理，得到处理后的第一相变结构体，包括：将特定类型的第二气体，以第二预设参数作用于每一所述第一相变结构体的表面，实现对每一所述第一相变结构体的表面同时进行清洁处理和刻蚀处理，得到所述处理后的第一相变结构体，其中，所述特定类型的第二气体至少包括：任意一种惰性气体或惰性气体的等离子体。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成堆叠结构的存储叠层还包括：形成位于所述中间电极层之下的选通层、底部电极层和第一地址线层；

所述在所述第一粘结层的表面沉积第一封装层，形成所述三维存储器，包括：在沉积所述第一封装层之后，在所述第一方向上，由上至下依次刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层，直至暴露出衬底为止，以形成沿所述第二方向交替排列的第二刻蚀间隙和第二相变结构体，其中，刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层的刻蚀方向，与所述第一方向和所述第二方向垂直；

在所述第二相变结构体的周围沉积第二封装层，形成所述三维存储器。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述第二相变结构体的周围沉积第二封装层，形成所述三维存储器，包括：在每一所述第二相变结构体的表面形成第二粘结层；

在所述第二粘结层的表面沉积第二封装层，以形成所述三维存储器。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在每一所述第二相变结构体的表面形成第二粘结层，包括：将特定类型的第三气体，以第三预设参数作用于每一所述第二相变结构体的表面，以实现在每一所述第二相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面形成所述第二粘结层，其中，所述特定类型的第三气体包括任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述第二相变结构体的周围沉积所述第二封装层之后，在所述第二方向上，由上至下依次刻蚀所述顶部电极层和所述相变材料层，直至暴露出所述中间电极层为止，以形成沿所述第一方向交替排列的第三刻蚀间隙和第三相变结构体，其中，刻蚀所述顶部电极层和所述相变材料层的刻蚀方向，与所述第二方向和所述第一方向垂直；

在每一所述第三相变结构体的表面形成第三粘结层；

在所述第三粘结层的表面沉积第三封装层，形成所述三维存储器。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在每一所述第三相变结构体的表面形成第三粘结层，包括：将特定类型的第四气体，以第四预设参数作用于每一所述第三相变结构体的表面，以实现在每一所述第三相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面形成所述第三粘结层，其中，所述特定类型的第四气体包括任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述第三粘结层的表面沉积第三封装层，形成所述三维存储器，包括：在沉积所述第三封装层之后，在所述第二方向上，由上至下依次刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层，直至暴露出所述衬底为止，以形成沿所述第一方向交替排列的第四刻蚀间隙和第四相变结构体，其中，刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层的刻蚀方向，与所述第二方向和所述第一方向垂直；

在每一所述第四相变结构体的表面形成第四粘结层；

在所述第四粘结层的表面沉积第四封装层，以形成具有柱状存储单元的所述三维存储器。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述在每一所述第四相变结构体的表面形成第四粘结层，包括：将特定类型的第五气体，以第五预设参数作用于每一所述第四相变结构体的表面，以实现在每一所述第四相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面形成所述第四粘结层，其中，所述特定类型的第五气体包括任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体。

13.一种三维存储器，其特征在于，应用权利要求1至12任一项所述的形成方法形成的所述三维存储器，至少包括：存储叠层，其中，所述存储叠层至少包括待处理层；

所述待处理层包括在第二方向上交替设置的第一相变结构体和第一刻蚀间隙；所述第一相变结构体包括由下至上依次堆叠的中间电极层、相变材料层以及顶部电极层；

第一粘结层，所述第一粘结层位于所述第一相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面；

第一封装层，所述第一封装层覆盖于具有所述第一粘结层的所述第一相变结构体的表面。

14.根据权利要求13所述的三维存储器，其特征在于，所述存储叠层还包括：位于所述中间电极层之下的选通层、底部电极层和第一地址线层；

所述三维存储器还包括：在第二方向上交替设置的第二相变结构体和第二刻蚀间隙；

所述第二刻蚀间隙包裹所述第一刻蚀间隙，且所述第二刻蚀间隙贯通所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层；

第二粘结层，所述第二粘结层位于所述第二相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面；

第二封装层，所述第二封装层覆盖于具有所述第二粘结层的所述第二相变结构体的表面。

15.根据权利要求14所述的三维存储器，其特征在于，所述待处理层还包括在第一方向上交替设置的第三相变结构体和第三刻蚀间隙；其中，所述第三相变结构体包括由下至上依次堆叠的所述中间电极层、所述相变材料层以及所述顶部电极层；

第三粘结层，所述第三粘结层位于所述第三相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面；

第三封装层，所述第三封装层覆盖于具有所述第三粘结层的所述第三相变结构体的表面。

16.根据权利要求15所述的三维存储器，其特征在于，所述三维存储器还包括：在第一方向上交替设置的第四相变结构体和第四刻蚀间隙；所述第四刻蚀间隙包裹所述第三刻蚀间隙，且所述第四刻蚀间隙贯通所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层；

第四粘结层，所述第四粘结层位于所述第四相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面；

第四封装层，所述第四封装层覆盖于具有所述第四粘结层的所述第四相变结构体的表面。

说明书

一种三维存储器的形成方法及三维存储器

技术领域

[0001] 本申请实施例涉及半导体技术领域，涉及但不限于一种三维存储器的形成方法及三维存储器。

背景技术

[0002] 相关技术中的三维存储器，如三维相变存储器（Three Dimensional Phase Change Memory，3D PCM）的存储单元由氮化硅薄层封装，以防止三维相变存储器中相变材料的扩散。然而，3D PCM中相变材料和相变材料上方、下方的电极与封装层之间的粘附性不好，容易引起相变材料沿电极材料的侧壁界面扩散以及相变材料的成分改变。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本申请实施例提供一种三维存储器的形成方法及三维存储器，能够提高三维存储器中电极与封装层之间的粘附性，防止相变材料沿电极材料的侧壁扩散。

[0004] 本申请实施例的技术方案是这样实现的：

[0005] 第一方面，本申请实施例提供一种三维存储器的形成方法，所述方法包括：

[0006] 形成堆叠结构的存储叠层；

[0007] 选取所述存储叠层中的至少一层作为待处理层，在第一方向上，对所述待处理层进行刻蚀，以形成沿第二方向交替排列的第一刻蚀间隙和第一相变结构体，所述第一方向垂直于所述第二方向；

[0008] 在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层；

[0009] 在所述第一粘结层的表面沉积第一封装层，形成所述三维存储器。

[0010] 在其他实施例中，所述形成堆叠结构的存储叠层包括：由下至上依次堆叠形成中间电极层、相变材料层和顶部电极层；

[0011] 所述选取所述存储叠层中的至少一层作为待处理层，包括：

[0012] 选取所述相变材料层和所述顶部电极层作为所述待处理层；

[0013] 对应地，所述在第一方向上，对所述待处理层进行刻蚀，包括：

[0014] 在所述第一方向上，由上至下依次刻蚀所述顶部电极层和所述相变材料层，直至暴露出所述中间电极层为止；其中，刻蚀所述顶部电极层和所述相变材料层的刻蚀方向，与所述第一方向和所述第二方向垂直。

[0015] 在其他实施例中，所述在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层，包括：

[0016] 将特定类型的第一气体，以第一预设参数作用于每一所述第一相变结构体的表面，以实现在每一所述第一相变结构体中的所述中间电极层和所述顶部电极层的表面形成所述第一粘结层。

[0017] 在其他实施例中，所述特定类型的第一气体包括：任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体，所述第一预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量。

[0018] 在其他实施例中，所述第一相变结构体的表面具有第一粗糙度；所述方法还包括：

[0019] 在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层之前，对每一所述第一相变结构体的表面进行粗糙化处理，得到处理后的第一相变结构体，其中，所述处理后的第一相变结构体的表面具有第二粗糙度，所述第二粗糙度大于所述第一粗糙度；

[0020] 对应地，所述在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层，包括：

[0021] 在每一所述处理后的第一相变结构体的表面形成所述第一粘结层。

[0022] 在其他实施例中，所述对每一所述第一相变结构体的表面进行粗糙化处理，得到处理后的第一相变结构体，包括：

[0023] 将特定类型的第二气体，以第二预设参数作用于每一所述第一相变结构体的表面，实现对每一所述第一相变结构体的表面同时进行清洁处理和刻蚀处理，得到所述处理后的第一相变结构体，其中，所述特定类型的第二气体至少包括：任意一种惰性气体或惰性气体的等离子体。

[0024] 在其他实施例中，所述形成堆叠结构的存储叠层还包括：形成位于所述中间电极层之下的选通层、底部电极层和第一地址线层；

[0025] 所述在所述第一粘结层的表面沉积第一封装层，形成所述三维存储器，包括：

[0026] 在沉积所述第一封装层之后，在所述第一方向上，由上至下依次刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层，直至暴露出衬底为止，以形成沿所述第二方向交替排列的第二刻蚀间隙和第二相变结构体，其中，刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层的刻蚀方向，与所述第一方向和所述第二方向垂直；

[0027] 在所述第二相变结构体的周围沉积第二封装层，形成所述三维存储器。

[0028] 在其他实施例中，在所述第二相变结构体的周围沉积第二封装层，形成所述三维存储器，包括：

[0029] 在每一所述第二相变结构体的表面形成第二粘结层；

[0030] 在所述第二粘结层的表面沉积第二封装层，以形成所述三维存储器。

[0031] 在其他实施例中，所述在每一所述第二相变结构体的表面形成第二粘结层，包括：

[0032] 将特定类型的第三气体，以第三预设参数作用于每一所述第二相变结构体的表面，以实现在每一所述第二相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面形成所述第二粘结层，其中，所述特定类型的第三气体包括任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体。

[0033] 在其他实施例中，所述方法还包括：

[0034] 在所述第二相变结构体的周围沉积所述第二封装层之后，在所述第二方向上，由上至下依次刻蚀所述顶部电极层和所述相变材料层，直至暴露出所述中间电极层为止，以形成沿所述第一方向交替排列的第三刻蚀间隙和第三相变结构体，其中，刻蚀所述顶部电极层和所述相变材料层的刻蚀方向，与所述第二方向和所述第一方向垂直；

[0035] 在每一所述第三相变结构体的表面形成第三粘结层；

[0036] 在所述第三粘结层的表面沉积第三封装层，形成所述三维存储器。

[0037] 在其他实施例中，所述在每一所述第三相变结构体的表面形成第三粘结层，包括：

[0038] 将特定类型的第四气体，以第四预设参数作用于每一所述第三相变结构体的表面，以实现在每一所述第三相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面形成所述第三粘结层，其中，所述特定类型的第四气体包括任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体。

[0039] 在其他实施例中，所述方法还包括：

[0040] 所述在所述第三粘结层的表面沉积第三封装层，形成所述三维存储器，包括：

[0041] 在沉积所述第三封装层之后，在所述第二方向上，由上至下依次刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层，直至暴露出所述衬底为止，以形成沿所述第一方向交替排列的第四刻蚀间隙和第四相变结构体，其中，刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层的刻蚀方向，与所述第二方向和所述第一方向垂直；

[0042] 在每一所述第四相变结构体的表面形成第四粘结层；

[0043] 在所述第四粘结层的表面沉积第四封装层，以形成具有柱状存储单元的所述三维存储器。

[0044] 在其他实施例中，所述在每一所述第四相变结构体的表面形成第四粘结层，包括：

[0045] 将特定类型的第五气体，以第五预设参数作用于每一所述第四相变结构体的表面，以实现在每一所述第四相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面形成所述第四粘结层，其中，所述特定类型的第五气体包括任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体。

[0046] 第二方面，本申请实施例提供一种三维存储器，所述三维存储器通过上述的三维存储器的形成方法所形成，至少包括：

[0047] 存储叠层，其中，所述存储叠层至少包括待处理层；

[0048] 所述待处理层包括在第二方向上交替设置的第一相变结构体和第一刻蚀间隙；所述第一相变结构体包括由下至上依次堆叠的中间电极层、相变材料层以及顶部电极层；

[0049] 第一粘结层，所述第一粘结层位于所述第一相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面；

[0050] 第一封装层，所述第一封装层覆盖于具有所述第一粘结层的所述第一相变结构体的表面。

[0051] 在其他实施例中，所述存储叠层还包括：位于所述中间电极层之下的选通层、底部电极层和第一地址线层；

[0052] 所述三维存储器还包括：在第二方向上交替设置的第二相变结构体和第二刻蚀间隙；所述第二刻蚀间隙包裹所述第一刻蚀间隙，且所述第二刻蚀间隙贯通所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层；

[0053] 第二粘结层，所述第二粘结层位于所述第二相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面；

[0054] 第二封装层，所述第二封装层覆盖于具有所述第二粘结层的所述第二相变结构体的表面。

[0055] 在其他实施例中，所述待处理层还包括在第一方向上交替设置的第三相变结构体和第三刻蚀间隙；其中，所述第三相变结构体包括由下至上依次堆叠的所述中间电极层、所述相变材料层以及所述顶部电极层；

[0056] 第三粘结层，所述第三粘结层位于所述第三相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面；

[0057] 第三封装层，所述第三封装层覆盖于具有所述第三粘结层的所述第三相变结构体的表面。

[0058] 在其他实施例中，所述三维存储器还包括：在第一方向上交替设置的第四相变结构体和第四刻蚀间隙；所述第四刻蚀间隙包裹所述第三刻蚀间隙，且所述第四刻蚀间隙贯通所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层；

[0059] 第四粘结层，所述第四粘结层位于所述第四相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面；

[0060] 第四封装层，所述第四封装层覆盖于具有所述第四粘结层的所述第四相变结构体的表面。

[0061] 本申请实施例提供的三维存储器的形成方法及三维存储器，在沉积第一封装层之前，在每一第一相变结构体的表面先形成第一粘结层，由于所述第一粘结层对第一封装层有更好的粘附力，进而使得三维存储器中相变材料和相变材料上方、下方的电极与第一封装层之间的粘附性增强，防止相变材料沿电极材料的侧壁扩散，并防止相变材料的成分改变，保证了三维存储器的存储性能。

附图说明

[0062] 在附图（其不一定是按比例绘制的）中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。

[0063] 图1A为相关技术中形成的三维相变存储器的透射电镜图；

[0064] 图1B为相关技术中柱状存储单元的局部放大图；

[0065] 图1C为相关技术中柱状存储单元的剖面结构示意图；

[0066] 图2为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的实现流程示意图；

[0067] 图3A为本申请实施例提供的存储叠层的三维结构示意图；

[0068] 图3B为本申请实施例提供的存储叠层的剖面结构示意图；

[0069] 图3C为本申请实施例提供的经过刻蚀处理后形成第一刻蚀间隙和第一相变结构体的剖面结构示意图；

[0070] 图3D为本申请实施例提供的在第一相变结构体的表面形成第一粘结层的结构示意图；

[0071] 图3E为本申请实施例提供的三维存储器的结构示意图；

[0072] 图4为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的实现流程示意图；

[0073] 图5A为本申请实施例提供的存储叠层的三维结构示意图；

[0074] 图5B为本申请实施例提供的存储叠层的剖面结构示意图；

[0075] 图5C为本申请实施例提供的形成第一刻蚀间隙的和第一相变结构体的结构示意图；

[0076] 图5D为本申请实施例提供的形成第一粘结层的结构示意图；

[0077] 图5E为本申请实施例提供的形成三维存储器的结构示意图；

[0078] 图6为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的实现流程示意图；

[0079] 图7A为本申请实施例提供的存储叠层的三维结构示意图；

[0080] 图7B为本申请实施例提供的存储叠层的剖面结构示意图；

[0081] 图7C为本申请实施例提供的形成第一刻蚀间隙和第一相变结构体的结构示意图；

[0082] 图7D为本申请实施例提供的第一粘结层的结构示意图；

[0083] 图7E为本申请实施例提供的在第一粘结层的表面沉积第一封装层的结构示意图；

[0084] 图7F为本申请实施例提供的形成第二刻蚀间隙和第二相变结构体的结构示意图；

[0085] 图7G为本申请实施例提供的形成第二粘结层的结构示意图；

[0086] 图7H为本申请实施例提供的在第二粘结层的表面沉积第二封装层的结构示意图；

[0087] 图7I为本申请实施例提供的形成第二地址线层和第二硬掩膜层的结构示意图；

[0088] 图7J为本申请实施例提供的形成第二地址线层和第二硬掩膜层之后，在第二方向上的叠层的剖面示意图；

[0089] 图7K为本申请实施例提供的形成第三刻蚀间隙和第三相变结构体的剖面结构示意图；

[0090] 图7L为本申请实施例提供的形成第三粘结层的结构示意图；

[0091] 图7M为本申请实施例提供的在第三粘结层的表面沉积第三封装层的结构示意图；

[0092] 图7N为本申请实施例提供的形成第四刻蚀间隙和第四相变结构体的剖面结构示意图；

[0093] 图7O为本申请实施例提供的形成第四粘结层的结构示意图；

[0094] 图7P为本申请实施例提供的在第四粘结层的表面沉积第四封装层的结构示意图；

[0095] 图8为本申请实施例提供的三维相变存储器的结构示意图。

具体实施方式

[0096] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

[0097] 如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般来说，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排他性的罗列，方法或者装置也可能包含其他的步骤或元素。

[0098] 空间关系术语例如“在……上”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用，从而描述图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”或“连接到”其他元件或层时，其可以直接地在其他元件或层上、与之相邻或连接到其他元件或层，或者可以存在居间的元件或层。

[0099] 在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

[0100] 相关技术中，在三维存储器（例如，三维相变存储器）的相变材料层、与相变材料层相邻的顶部电极层和底部电极层经过干法刻蚀和湿法清洗之后，直接在刻蚀后的间隙中沉积封装层，以形成三维存储器。如图1A所示，为相关技术中形成的三维相变存储器的透射电镜图，所述三维相变存储器包括顶部存储单元（Top Cell，TC）10和底部存储单元（Bottom Cell，BC）11，其中，顶部存储单元10和底部存储单元11均包括：位线（Bit Line，BL）101、字线（Word Line，WL）102以及位于位线和字线之间的柱状存储单元103，其中，所述字线和位线由20nm/20nm线或空隙（Line/Space，L/S）图案形成，所述柱状存储单元103放置在相互垂直WL和BL之间的交点处，形成交叉点架构。

[0101] 图1B为相关技术中柱状存储单元的局部放大图，如图1B所示，所述柱状存储单元103至少包括：相变材料层1131；图1C为相关技术中柱状存储单元的剖面结构示意图，所述柱状存储单元103还包括：位于所述相变材料层1131之上的顶部电极层1132-1，和位于所述相变材料层1131之下的底部电极层1132-2。相关技术中，3D PCM存储单元由氮化硅薄层封装，用来防止相变材料的扩散，然而，由于相变材料和相变材料上方、下方的电极层与封装层之间的粘附性不好，导致相变材料容易沿电极材料的侧壁扩散（即沿图1B和1C中箭头所示的方向扩散），进而使得相变材料的组分改变，影响三维相变存储器的存储效果。

[0102] 基于相关技术中形成三维存储器的方法所存在的上述问题，本申请实施例提供一种三维存储器的形成方法，该方法能够改善三维存储器中电极侧壁和封装层之间的附着力，并且能够减少相变材料沿电极侧壁和封装层界面的扩散。

[0103] 实施例一

[0104] 图2为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的实现流程示意图，本申请实施例中所述三维存储器可以是三维相变存储器，如图2所示，所述方法包括以下步骤：

[0105] 步骤S201、形成堆叠结构的存储叠层。

[0106] 图3A为本申请实施例提供的存储叠层的三维结构示意图，图3B为本申请实施例提供的存储叠层的剖面结构示意图，结合图3A和3B所示，在衬底30之上沉积形成存储叠层31。

[0107] 这里，所述衬底30位于整个结构的最底层，所述衬底的材料可以选择硅（Si）、硅锗合金（SiGe）、碳化硅（SiC）、氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）、氧化镓（Ga2O3）或铝酸锂（LiAlO2）等中的任意一种。由于Si衬底价格低廉，且易于掺杂，同时易于发生反应生成异质的隔离层，因此本申请实施例中选择Si作为衬底。

[0108] 所述存储叠层31是具有一定层数的叠层结构，本申请实施例中，所述存储叠层31可以通过化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）、物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）或原子层沉积（Atomic Layer Deposition，ALD）等方法，形成于所述衬底30的表面。

[0109] 步骤S202、选取所述存储叠层中的至少一层作为待处理层，在第一方向上，对所述待处理层进行刻蚀，以形成沿第二方向交替排列的第一刻蚀间隙和第一相变结构体。

[0110] 本申请实施例中，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述待处理层为待进行刻蚀处理的所述存储叠层中的一层或连续的多层。

[0111] 如图3C所示，为本申请实施例提供的经过刻蚀处理后形成第一刻蚀间隙和第一相变结构体的剖面结构示意图，这里，对所述存储叠层31的刻蚀是沿Z轴方向进行的刻蚀，且本申请实施例中，仅仅对所述存储叠层31的待处理层31-1进行刻蚀，即保留部分所述存储叠层31，不对所述存储叠层31进行完全刻蚀。所述第一方向为X轴方向（参见图3A），所述第二方向为Y轴方向，在对所述存储叠层31进行刻蚀以后，形成沿Y轴方向交替排列的第一刻蚀间隙311和第一相变结构体312。

[0112] 在一些实施例中，所述刻蚀工艺可以是等离子体刻蚀工艺，对所述存储叠层31刻蚀完之后，需要对所述第一相变结构体312的表面进行湿法清洗处理，以去除刻蚀过程的残留物。例如，可以采用稀氢氟酸溶液或去离子水进行清洗。

[0113] 步骤S203、在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层。

[0114] 如图3D所示，为本申请实施例提供的在第一相变结构体的表面形成第一粘结层的结构示意图，这里，可以通过沉积法或等离子体反应法，在所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层313。所述第一粘结层可以为氮化碳薄层。

[0115] 在一些实施例中，在形成所述第一粘结层313之前，可以先对所述第一相变结构体312进行表面处理，以去除所述第一相变结构体312表面吸附的灰尘等杂质，并提高所述第一相变结构体312表面的粗糙度。

[0116] 步骤S204、在所述第一粘结层的表面沉积第一封装层，形成所述三维存储器。

[0117] 图3E为本申请实施例提供的三维存储器的结构示意图，如图3E所示，所述第一封装层314位于所述第一粘结层313的表面，所述第一封装层314可以通过CVD、PVD或者ALD的方式沉积形成。

[0118] 这里，所述第一封装层314可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层循环交替而形成的封装层。本申请实施例中，所述第一粘结层313可以使得所述第一封装层与所述第一相变结构体的表面之间的粘附性更强。

[0119] 本申请实施例中，所述第一粘结层313与第一相变结构体312的表面之间形成有化学键，所述第一粘结层313与所述第一相变结构体312的表面之间的第一粘结力大于所述第一封装层314与所述第一相变结构312的表面之间的第二粘结力。

[0120] 本申请实施例提供的三维存储器的形成方法，在沉积第一封装层之前，在每一第一相变结构体的表面先形成第一粘结层，由于所述第一粘结层对第一封装层有更好的粘附力，进而使得三维存储器中相变材料和相变材料上方、下方的电极与第一封装层之间的粘附性增强，防止相变材料沿电极材料的侧壁扩散，并防止相变材料的成分改变，保证了三维存储器的存储性能。

[0121] 实施例二

[0122] 图4为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的实现流程示意图，本申请实施例中的所述三维存储器可以是三维相变存储器，如图4所示，所述方法包括以下步骤：

[0123] 步骤S401、由下至上依次堆叠形成中间电极层、相变材料层和顶部电极层，以形成堆叠结构存储叠层。

[0124] 如图5A所示，为本申请实施例提供的存储叠层的三维结构示意图，图5B为本申请实施例提供的存储叠层的剖面结构示意图，结合图5A和5B所示，所述存储叠层50至少包括：顶部电极层502-1、相变材料层503和中间电极层502-2。其中，所述顶部电极层502-1位于所述相变材料层503之上，且与所述相变材料层503相邻；所述中间电极层502-2位于所述相变材料层503之下，且与所述相变材料层503相邻。所述顶部电极层502-1、所述相变材料层503和所述中间电极层502-2均可以通过PVD的方式沉积形成。所述相变材料层503中的相变材料可以是含锗、锑、碲的合成材料（GST），例如，Ge2Sb2Te5；所述相变材料也可以是硫属化物。
所述顶部电极层和所述底部电极层由碳电极形成。

[0125] 在一些实施例中，所述存储叠层50还包括：双向阈值开关（Ovonic Threshold Switch，OTS）504和氧化物层505；所述氧化物层505可以由氧化硅形成，其中，所述双向阈值开关OTS 504位于所述中间电极层502-2之下，所述氧化物层505位于所述双向阈值开关OTS 504之下。

[0126] 步骤S402、选取所述相变材料层和所述顶部电极层作为所述待处理层。

[0127] 这里，所述待处理层为待进行刻蚀处理的所述存储叠层50中的一层或连续的多层，本申请实施例中，选取所述相变材料层503和顶部电极层502-1作为待处理层。

[0128] 请继续参见图5A和5B，所述存储叠层50还包括硬掩膜层501，所述硬掩膜层501可以通过CVD工艺或者通过等离子化学气相沉积等方法沉积形成。所述硬掩膜层501可以采用无机薄膜材形成，例如，所述硬掩膜层501可以采用碳形成。或者，所述硬掩膜层501的材料也可以选用氧化物、氮化物或者金属等。

[0129] 在刻蚀工艺中，首先把多重光刻胶图案转移到硬掩膜上，形成所述刻蚀图案，然后通过硬掩膜层501将最终图案刻蚀转移到存储叠层50中的顶部电极层502-1上。

[0130] 图5C为本申请实施例提供的形成第一刻蚀间隙的和第一相变结构体的结构示意图，结合图5A和图5C所示，这里，所述第一方向为X轴方向，所述第二方向为Y轴方向，所述第一方向与所述第二方向垂直。刻蚀所述顶部电极层502-1和所述相变材料层503的刻蚀方向（即Z轴方向），与所述第一方向和所述第二方向垂直。本申请实施例中，沿Z轴方向，通过所述硬掩膜层501依次刻蚀所述顶部电极层502-1和所述相变材料层503，直至暴露出所述中间电极层502-2时停止刻蚀，形成在Y轴方向上交替排列的第一刻蚀间隙511和第一相变结构体512。

[0131] 在一些实施例中，所述刻蚀工艺可以是干法刻蚀工艺，对所述存储叠层50刻蚀完之后，需要对所述第一相变结构体512的表面进行湿法清洗处理，以去除刻蚀过程的残留物。例如，可以采用稀释后的氢氟酸溶液或去离子水进行清洗。

[0132] 步骤S403、将特定类型的第一气体，以第一预设参数作用于每一所述第一相变结构体的表面，以实现在每一所述第一相变结构体中的所述中间电极层和所述顶部电极层的表面形成所述第一粘结层。

[0133] 本申请实施例中，所述特定类型的第一气体可以是非惰性气体，所述特定类型的气体包括：任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体，例如，所述特定类型的第一气体可以是：氮气（N2）、氨气（NH3）、氮气等离子体或者氨气等离子体。

[0134] 所述第一预设参数为所述特定类型的第一气体的作用参数，所述第一预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量。

[0135] 如图5D所示，为本申请实施例提供的形成第一粘结层的结构示意图，采用特定类型的第一气体521，沿图5D中箭头所示的方向进行处理，所述特定类型的第一气体，在第一预设参数作用下可以与所述第一相变结构体表面的顶部电极和中间电极的表面发生氮掺杂反应，形成所述第一粘结层513。由于特定类型的气体不与所述第一相变结构体中的相变材料层发生反应，因此，所述第一粘结层513只存在于第一相变结构体中的顶部电极层和中间电极层的表面。

[0136] 需要说明的是，由于所述第一粘结层513是通过氮掺杂化学反应形成的，因此，所述顶部电极层的表面与所述第一粘结层之间形成有C-N化学键，所述中间电极层的表面与所述第一粘结层之间也形成有C-N化学键，因此，所述第一粘结层与所述顶部电极层、所述中间电极层之间的粘附性增强。

[0137] 在一些实施例中，所述第一相变结构体的表面具有第一粗糙度，在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层之前，所述方法还包括（图4中未示出）：

[0138] S10、对每一所述第一相变结构体的表面进行粗糙化处理，得到处理后的第一相变结构体。

[0139] 这里，所述粗糙化处理包括：表面清洁处理和表面刻蚀处理，所述粗糙化处理是为了提高所述第一相变结构体表面的粗糙度，使得后续在对第一相变结构体进行封装时，封装层与所述第一相变结构体表面的粘结性更高。所述粗糙化处理后的第一相变结构体的表面具有第二粗糙度，所述第二粗糙度大于所述第一粗糙度。

[0140] 本申请实施例中，在对每一刻蚀间隙的表面进行粗糙化处理后，需要在每一所述粗糙化处理后的第一相变结构体的表面形成所述第一粘结层。

[0141] 本申请实施例中，可以通过以下方式，对每一所述第一相变结构体的表面进行粗糙化处理：

[0142] 将特定类型的第二气体，以第二预设参数作用于每一所述第一相变结构体的表面，实现对每一所述第一相变结构体的表面同时进行清洁处理和刻蚀处理，得到所述处理后的第一相变结构体。

[0143] 这里，所述特定类型的第二气体至少包括：任意一种惰性气体或惰性气体的等离子体。所述特定类型的第二气体也可以是：其它非氧化性气体，例如，氮气。所述第二预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量，且所述第二预设参数小于所述第一预设参数。

[0144] 步骤S404、在所述第一粘结层的表面沉积第一封装层，形成三维存储器。

[0145] 如图5E所示，为本申请实施例提供的形成三维存储器的结构示意图，所述第一封装层514位于所述第一粘结层513的表面，形成封装结构。所述第一封装层514可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层循环交替而形成的封装层，本申请实施例中，所述第一封装层514包括：氮化硅层5141和氧化物封装层5142，所述氧化物封装层5142的材料与所述氧化物层505的材料可以相同，也可以不同。

[0146] 本申请实施例提供的三维存储器的形成方法，在沉积第一封装层之前，采用特定类型的气体，在第一相变结构体的表面通过氮掺杂反应形成第一粘结层，使得顶部电极层与第一粘结层之间、中间电极层与第一粘结层之间形成有C-N化学键，所述C-N化学键使得第一粘结层对第一封装层具有更好的粘附力，进而使得三维存储器中相变材料和相变材料上方、下方的电极与第一封装层之间的粘附性增强，防止相变材料沿电极材料的侧壁扩散，并防止相变材料的成分改变，保证了三维存储器的存储性能。

[0147] 实施例三

[0148] 图6为本申请实施例提供的三维存储器的形成方法的实现流程示意图，本申请实施例以三维相变存储器为例进行说明，如图6所示，所述方法包括以下步骤：

[0149] 步骤S601、由下至上依次堆叠形成中间电极层、相变材料层和顶部电极层，以形成堆叠结构的存储叠层。

[0150] 这里，所述存储叠层是形成于衬底之上的、具有一定层数的叠层结构，图7A为本申请实施例提供的存储叠层的三维结构示意图，图7B为本申请实施例提供的存储叠层的剖面结构示意图，结合图7A和7B所示，所述存储叠层70至少包括：顶部电极层702-1、相变材料层703和中间电极层702-2。所述相变材料层中的相变材料可以是含锗、锑、碲的合成材料（GST），例如，Ge2Sb2Te5。所述顶部电极层和所述中间电极层均由碳电极形成。

[0151] 在一些实施例中，所述存储叠层70还包括：选通层704和氧化物层706，其中，所述选通层由OTS（Ovonic Threshold Switch）材料形成。

[0152] 步骤S602、选取所述存储叠层中的至少一层作为待处理层，在第一方向上，对所述待处理层进行刻蚀，以形成沿第二方向交替排列的第一刻蚀间隙和第一相变结构体。

[0153] 这里，所述待处理层为待进行刻蚀处理的所述存储叠层70中的一层或连续的多层，本申请实施例中，选取所述相变材料层703和顶部电极层702-1作为待处理层。

[0154] 请继续参见图7A和图7B，所述存储叠层70还包括第一硬掩膜层701-1，所述第一硬掩膜层701-1通过CVD的方法形成于所述顶部电极层702-1之上，用于根据所述第一硬掩膜层701-1上的多重光刻胶图案对所述存储叠层70进行刻蚀。这里，硬掩膜成分包括TiN、SiN或SiO2等。

[0155] 如图7C所示，为本申请实施例提供的形成第一刻蚀间隙和第一相变结构体的结构示意图，结合图7A和7C，这里，所述第一方向为X轴方向，所述第二方向为Y轴方向，所述第一方向与所述第二方向垂直。刻蚀所述顶部电极层702-1和所述相变材料层703的刻蚀方向（即Z轴方向），与所述第一方向和所述第二方向垂直。本申请实施例中，沿Z轴方向，通过所述第一硬掩膜层701-1依次刻蚀所述顶部电极层702-1和所述相变材料层703，直至暴露出所述中间电极层702-2时，停止刻蚀，形成在Y轴方向上交替排列的第一刻蚀间隙711和第一相变结构体712。

[0156] 在一些实施例中，所述刻蚀可以为等离子体刻蚀或光刻，对所述存储叠层70刻蚀完之后，需要对所述第一刻相变结构体712的表面进行湿法清洗处理，以去除刻蚀过程的残留物。例如，可以采用稀氢氟酸溶液或去离子水进行清洗。

[0157] 步骤S603、将特定类型的第一气体，以第一预设参数作用于每一所述第一相变结构体的表面，以实现在每一所述第一相变结构体中的所述中间电极层和所述顶部电极层的表面形成所述第一粘结层。

[0158] 本申请实施例中，所述特定类型的第一气体是非惰性气体，所述特定类型的第一气体包括：任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体，例如，所述特定类型的第一气体可以是：氨气（NH3）或者氨气等离子体。所述第一预设参数为所述特定类型气体的作用参数，所述第一预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量。

[0159] 如图7D所示，为本申请实施例提供的形成第一粘结层的结构示意图，所述特定类型的第一气体，在第一预设参数作用下可以与所述第一相变结构体中的顶部电极和中间电极的表面发生氮掺杂反应，形成所述第一粘结层713。

[0160] 需要说明的是，由于所述第一粘结层713是通过氮掺杂化学反应形成的，因此，所述顶部电极层的表面与所述第一粘结层之间形成有C-N化学键，所述中间电极层的表面与所述第一粘结层之间也形成有C-N化学键，因此，所述第一粘结层与所述顶部电极层、所述中间电极层之间的粘附性增强。

[0161] 本申请实施例中，所述第一相变结构体中的所述相变材料层不与所述特定类型的第一气体发生反应，因此，所述第一粘结层713只形成于所述第一相变结构体中的所述顶部电极层的表面和所述中间电极层的表面。

[0162] 在一些实施例中，在每一所述第一相变结构体的表面形成所述第一粘结层之前，所述方法还包括：对每一所述第一相变结构体的表面进行粗糙化处理，以使得所述粗糙化处理后的第一相变结构体表面的粗糙度大于未经过粗糙化处理的所述第一相变结构体表面的粗糙度。

[0163] 本申请实施例中，可以通过以下方式，对每一所述第一相变结构体的表面进行粗糙化处理：

[0164] 将特定类型的第二气体，以第二预设参数作用于每一所述第一相变结构体的表面，实现对每一所述第一相变结构体的表面同时进行清洁处理和刻蚀处理，得到所述处理后的第一相变结构体。对应地，所述在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层，包括：在每一所述处理后的第一相变结构体的表面形成所述第一粘结层。

[0165] 这里，所述特定类型的第二气体至少包括：任意一种惰性气体或惰性气体的等离子体。所述特定类型的第二气体也可以是：其它非氧化性气体，例如，氮气。所述第二预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量，且所述第二预设参数小于所述第一预设参数。

[0166] 本申请实施例中，也可以通过调节所述第二预设参数的大小，采用所述特定类型的第二气体对每一所述第一相变结构体的表面进行清洁处理或者刻蚀处理，以实现对每一所述第一相变结构体的表面进行粗糙化处理。

[0167] 步骤S604、在所述第一粘结层的表面沉积第一封装层。

[0168] 这里，形成所述第一封装层的方法可以是化学气相沉积法，也可以是液相沉积法，本申请实施例中，对形成第一封装层的方法不做限制。

[0169] 如图7E所示，为本申请实施例提供的在第一粘结层的表面沉积第一封装层的结构示意图，所述第一封装层可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层循环交替形成的封装层，本申请实施例中，所述第一封装层714包括第一氮化硅层7141和第一氧化物封装层7142，所述第一氧化物封装层7142的材料与所述氧化物层706的材料可以相同，也可以不同。

[0170] 步骤S605、在所述第一方向上，由上至下依次刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层，直至暴露出衬底为止，以形成沿所述第二方向交替排列的第二刻蚀间隙和第二相变结构体。

[0171] 如图7F所示，为本申请实施例提供的形成第二刻蚀间隙和第二相变结构体的结构示意图，所述存储叠层70还包括：位于所述中间电极层702-2之下的选通层704、底部电极层702-3和第一地址线层705-1，其中，所述第一地址线层705-1位于所述底部电极层702-3与所述氧化物层706之间，所述底部电极层702-3可以是碳电极，所述第一地址线层705-1包括金属钨。所述刻蚀工艺可以是干法刻蚀工艺，例如，等离子体刻蚀工艺或光刻工艺。

[0172] 这里，所述第一方向为X轴方向，所述第二方向为Y轴方向，刻蚀所述中间电极层702-2、所述选通层704、所述底部电极层702-3和所述第一地址线层705-1的刻蚀方向，与所述第一方向和所述第二方向垂直。本申请实施例中，沿Z轴方向，依次刻蚀所述中间电极层
702-2、所述选通层704、所述底部电极层702-3和所述第一地址线层705-1，直至暴露出衬底时，停止刻蚀，形成沿Y轴方向交替排列的第二刻蚀间隙715和第二相变结构体716。本申请实施例中，对所述第一地址线层705-1的刻蚀可以完全刻蚀，也可以是部分刻蚀。在一些实施例中，所述氧化物层706位于所述衬底的表面，且与所述衬底相邻，在刻蚀过程中，当暴露出所述氧化物层706时，停止刻蚀。

[0173] 在一些实施例中，对所述存储叠层70刻蚀完之后，需要对所述第二相变结构体716的表面进行湿法清洗处理，以去除刻蚀过程的残留物。例如，可以采用稀氢氟酸溶液或去离子水进行清洗。

[0174] 步骤S606、在每一所述第二相变结构体的表面形成第二粘结层。

[0175] 如图7G所示，为本申请实施例提供的形成第二粘结层的结构示意图，这里，可以通过沉积法，在所述第二相变结构体716的表面形成第二粘结层717，所述第二粘结层具有较强的粘附性能，所述第二粘结层717可以为氮化碳薄层。

[0176] 本申请实施例中，在每一所述第二刻蚀间隙的内壁中形成第二粘结层，包括：将特定类型的第三气体，以第三预设参数作用于每一所述第二相变结构体的表面，以实现在每一所述第二相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面形成所述第二粘结层。这里，在每一所述第二相变结构体的表面形成第二粘结层的过程与步骤S603中在每一所述第一相变结构体的表面形成第一粘结层的过程相同。

[0177] 需要说明的是，由于所述第二粘结层717是通过氮掺杂反应形成的，因此，所述第二相变结构体中的所述中间电极层的表面与所述第二粘结层之间形成有C-N化学键，所述第二相变结构体中的所述底部电极层的表面与所述第二粘结层之间也形成有C-N化学键，因此，所述第二粘结层与所述中间电极层和所述底部电极层之间的粘附性增强。

[0178] 本申请实施例中，由于所述第二相变结构体中的所述选通层704和所述第一地址线层705-1不与所述特定类型的第三气体反应，所以，在所述第二刻蚀间隙中所述选通层704和所述第一地址线层705-1的表面不会形成所述第二粘结层。

[0179] 在一些实施例中，在每一所述第二相变结构体的表面形成第二粘结层之前，所述方法还包括：对每一所述第二相变结构体进行粗糙化处理，得到粗糙化处理后的第二相变结构体。并在所述粗糙化处理后的第二相变结构体的表面形成第二粘结层，在其它实施例中，也可以不对所述第二相变结构体进行粗糙化处理，或者，不在所述粗糙化处理后的第二相变结构体的表面形成所述第二粘结层。

[0180] 本申请实施例中，对所述第二相变结构体进行粗糙化处理的过程与对所述第一相变结构体进行粗糙化处理的过程相同，这里不再赘述。

[0181] 步骤S607、在所述第二粘结层的表面沉积第二封装层。

[0182] 如图7H所示，为本申请实施例提供的在第二粘结层的表面沉积第二封装层的结构示意图，所述第二封装层可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层循环交替形成的封装层，本申请实施例中，所述第二封装层718包括：第二氮化硅层7181和第二氧化物封装层7182，所述第二氧化物封装层7182的材料与所述氧化物层706的材料可以相同，也可以不同。

[0183] 本申请实施例中，所述第二粘结层与第二相变结构体之间形成有化学键，因此，所述第二粘结层与所述第二相变结构体之间的第三粘结力大于所述第二封装层与所述第二相变结构体之间的第四粘结力。

[0184] 在一些实施例中，也可以不在所述第二相变结构体的表面形成第二粘结层，即不执行步骤S606，直接在所述第二相变结构体的表面沉积所述第二封装层。

[0185] 步骤S608、在所述存储叠层的表面形成第二地址线层和第二硬掩膜层。

[0186] 本申请实施例中，在沉积第二封装层以后，采用低导热间隙材料，填充所述第二刻蚀间隙，并采用化学机械抛光工艺打磨所述半导体堆叠结构，直至暴露出所述顶部电极层702-1时为止。

[0187] 图7I为本申请实施例提供的形成第二地址线层和第二硬掩膜层的结构示意图，本申请实施例中，通过PVD或者CVD的方式，在所述存储叠层70中的顶部电极层702-1的表面沉积形成第二地址线层705-2和第二硬掩膜层701-2。这里，所述第二地址线层705-2与所述第一地址线层705-1相同，所述第二硬掩膜层701-2与所述第一硬掩膜层701-1相同。

[0188] 步骤S609、在所述第二方向上，由上至下依次刻蚀所述第二地址线层、所述顶部电极层和所述相变材料层，直至暴露出所述中间电极层为止，以形成沿所述第一方向交替排列的第三刻蚀间隙和第三相变结构体。

[0189] 在一些实施例中，在第二相变结构体表面形成第二封装层以后，还需要在所述第二方向上，对叠层进行继续刻蚀，以形成完整的三维存储器。

[0190] 如图7J所示，为本申请实施例提供的形成第二地址线层和第二硬掩膜层之后，在第二方向上的叠层71的剖面示意图，所述第二方向为Y轴方向，所述第一方向为X轴方向，所述第二方向与所述第一方向垂直。刻蚀所述顶部电极层和所述相变材料层的刻蚀方向为Z轴方向，所述刻蚀方向分别与所述第二方向和所述第一方向垂直。

[0191] 图7K为本申请实施例提供的形成第三刻蚀间隙和第三相变结构体的剖面结构示意图，沿Z轴方向，通过所述第二硬掩膜层701-2依次刻蚀所述第二地址线层705-2、所述顶部电极层702-1和所述相变材料层703，直至暴露出所述中间电极层702-2时，停止刻蚀，形成在X轴方向上交替排列的第三刻蚀间隙719和第三相变结构体720。

[0192] 步骤S610、将特定类型的第四气体，以第四预设参数作用于每一所述第三相变结构体的表面，以实现在每一所述第三相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面形成所述第三粘结层。

[0193] 本申请实施例中，所述特定类型的第四气体是非惰性气体，所述特定类型的第四气体包括：任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体，例如，所述特定类型的第四气体可以是：氨气（NH3）或者氨气等离子体。所述第四预设参数为所述特定类型的第四气体的作用参数，所述第四预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量。

[0194] 如图7L所示，为本申请实施例提供的形成第三粘结层的结构示意图，所述特定类型的第四气体，在第四预设参数作用下可以与所述第三相变结构体中的顶部电极层和中间电极层的表面发生氮掺杂反应，形成所述第三粘结层721。

[0195] 本申请实施例中，在所述第三相变结构体表面形成所述第三粘结层的过程，与上述实施例中在所述第一相变结构体的表面形成所述第一粘结层的过程相同，这里不再赘述。

[0196] 在一些实施例中，在每一所述第三相变结构体的表面形成所述第三粘结层之前，所述方法还包括：对每一所述第三相变结构体的表面进行粗糙化处理，以使得所述粗糙化处理后的第三相变结构体表面的粗糙度大于未经过粗糙化处理的所述第三相变结构体表面的粗糙度。对应地，所述在每一所述第三相变结构体的表面形成第三粘结层，包括：在每一所述处理后的第三相变结构体的表面形成所述第三粘结层。

[0197] 本申请实施例中，可以通过以下方式，对每一所述第三相变结构体的表面进行粗糙化处理：

[0198] 将所述特定类型的第二气体，以第二预设参数作用于每一所述第三相变结构体的表面，实现对每一所述第三相变结构体的表面同时进行清洁处理和刻蚀处理，得到所述处理后的第三相变结构体。

[0199] 本申请实施例中，也可以通过调节所述第二预设参数的大小，采用所述特定类型的第二气体对每一所述第三相变结构体的表面进行清洁处理或者刻蚀处理，以实现对每一所述第三相变结构体的表面的粗糙化处理。

[0200] 步骤S611、在所述第三粘结层的表面沉积第三封装层。

[0201] 如图7M所示，为本申请实施例提供的在第三粘结层的表面沉积第三封装层的结构示意图，所述第三封装层可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层交替形成的封装层，本申请实施例中，所述第三封装层722包括第三氮化硅层7221和第三氧化物封装层7222，所述第三氧化物封装层7222的材料与所述氧化物层706的材料可以相同，也可以不同。

[0202] 步骤S612、在所述第二方向上，由上至下依次刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层，直至暴露出所述衬底为止，以形成沿所述第一方向交替排列的第四刻蚀间隙和第四相变结构体。

[0203] 这里，刻蚀所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层的刻蚀方向，与所述第一方向和所述第二方向垂直。图7N为本申请实施例提供的形成第四刻蚀间隙和第四相变结构体的剖面结构示意图，如图7N所示，沿Z轴方向，依次刻蚀所述中间电极层702-2、所述选通层704、所述底部电极层702-3和所述第一地址线层705-1，直至暴露出衬底时，停止刻蚀，形成沿Y轴方向交替排列的第四刻蚀间隙723和第四相变结构体724。本申请实施例中，对所述第一地址线层705-1的刻蚀可以完全刻蚀，也可以是部分刻蚀。在一些实施例中，所述氧化物层706位于所述衬底的表面，且与所述衬底相邻，在刻蚀过程中，当暴露出所述氧化物层706时，停止刻蚀。

[0204] 步骤S613、将特定类型的第五气体，以第五预设参数作用于每一所述第四相变结构体的表面，以实现在每一所述第四相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面形成所述第四粘结层。

[0205] 如图7O所示，为本申请实施例提供的形成第四粘结层的结构示意图，这里，可以通过沉积法，在所述第四相变结构体724的表面形成第四粘结层725，所述第四粘结层具有较强的粘附性能，所述第四粘结层725可以为氮化碳薄层。

[0206] 这里，所述特定类型的第五气体包括任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体。在每一所述第四相变结构体的表面形成第四粘结层的过程与步骤S606中在每一所述第二相变结构体的表面形成第二粘结层的过程相同。

[0207] 需要说明的是，由于所述第四粘结层725是通过氮掺杂反应形成的，因此，所述第四相变结构体中的所述中间电极层表面与所述第四粘结层之间形成有C-N化学键，在所述第四相变结构体中的所述底部电极层与所述第四粘结层之间也形成有C-N化学键，因此，所述第四粘结层与所述中间电极层和所述底部电极层之间的粘附性增强。

[0208] 在一些实施例中，在每一所述第四相变结构体的表面形成第四粘结层之前，所述方法还包括：对每一所述第四相变结构体进行粗糙化处理，得到粗糙化处理后的第四相变结构体。并在所述粗糙化处理后的第四相变结构体的表面形成第四粘结层，在其它实施例中，也可以不对所述第四相变结构体进行粗糙化处理，或者，不在所述粗糙化处理后的第四相变结构体的表面形成所述第四粘结层。

[0209] 步骤S614、在所述第四粘结层的表面沉积第四封装层，以形成具有柱状存储单元的所述三维存储器。

[0210] 如图7P所示，为本申请实施例提供的在第四粘结层的表面沉积第四封装层的结构示意图，所述第四封装层可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层循环交替形成的封装层，本申请实施例中，所述第四封装层726包括：第四氮化硅层7261和第四氧化物封装层7262，所述第四氧化物封装层7262的材料与所述氧化物层706的材料可以相同，也可以不同。

[0211] 本申请实施例提供的三维存储器的形成方法，在第一方向上，在沉积第一封装层之前，在每一第一相变结构体的表面通过氮掺杂反应形成第一粘结层，并在沉积第二封装层之前，在每一第二相变结构体的表面通过氮掺杂反应形成第二粘结层；在第二方向上，进行同样的沉积粘结层的过程，使得顶部电极层与第一粘结层之间、中间电极层与第一粘结层之间和第二粘结层之间、底部电极层与第二粘结层之间形成有C-N化学键，所述C-N化学键使得第一粘结层和第二粘结层分别对第一封装层和第二封装层有更好的粘附力，进而使得三维存储器中相变材料和相变材料上方、下方的电极与封装层之间的粘附性增强，防止相变材料沿电极材料的侧壁扩散，并防止相变材料的成分改变，提高了三维存储器的可靠性。

[0212] 实施例四

[0213] 在上述任一三维存储器的形成方法实施例的基础上，本申请实施例提供一种三维相变存储器。如图8所示，为本申请实施例提供的三维相变存储器的结构示意图，所述三维相变存储器80包括：

[0214] 存储叠层81，所述存储叠层81形成于衬底（图中未示出）之上，所述衬底位于整个结构的最底层，本实施例中可以选择Si作为衬底。

[0215] 所述存储叠层81是具有一定层数的叠层结构，所述存储叠层81可以通过CVD、PVD或ALD等方法，形成于所述衬底的表面。

[0216] 本申请实施例中，所述存储叠层81至少包括待处理层和位于所述待处理层之下的中间电极层802-2，所述待处理层包括：顶部电极层802-1和相变材料层803。在一些实施例中，所述半导体堆叠结构还包括：第一硬掩膜层801、选通层804、底部电极层802-3、第一地址线层805和氧化物层806。其中，所述氧化物层806、选通层804、中间电极层802-2、相变材料层803、顶部电极层802-1和第一硬掩膜层801通过PVD方法，依次沉积在衬底上。所述相变材料层中的相变材料可以是含锗、锑、碲的合成材料（GST），例如，Ge2Sb2Te5；所述相变材料也可以是硫属化物。所述顶部电极层和所述中间电极层由碳电极形成。所述第一硬掩膜层801用于根据所述第一硬掩膜层上的多重光刻胶图案对所述存储叠层81进行刻蚀。

[0217] 所述待处理层包括在第二方向上交替设置的第一相变结构体和第一刻蚀间隙；所述第一相变结构体包括由下至上依次堆叠的中间电极层、相变材料层以及顶部电极层。

[0218] 这里，所述第二方向为Y轴方向，所述第一相变结构体和所述第一刻蚀间隙是通过干法刻蚀工艺，以所述顶部电极层802-1为起点，沿Z轴方向，对所述待处理层进行刻蚀形成。这里，所述刻蚀工艺可以是等离子刻蚀工艺。

[0219] 第一粘结层811，所述第一粘结层位于所述第一相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面。

[0220] 所述第一粘结层811通过沉积法或等离子体反应技术，在所述第一相变结构体的表面形成，所述第一粘结层811具有较强的粘附性能，所述第一粘结层可以是碳化氮薄层。

[0221] 在一些实施例中，所述第一粘结层811可以还通过以下方式形成：

[0222] 将特定类型的第一气体，以第一预设参数作用于每一所述第一相变结构体的表面，以实现在每一所述第一相变结构体的表面形成所述第一粘结层。其中，所述特定类型的第一气体包括：任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体，所述第一预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量。

[0223] 这里，所述特定类型的第一气体，在第一预设参数作用下可以与所述第一相变结构体中的所述顶部电极和所述中间电极的表面发生氮掺杂反应，形成所述第一粘结层811。由于所述特定类型第一气体不与所述相变材料层的表面发生反应，因此，所述第一粘结层只存在于第一相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面。

[0224] 需要说明的是，由于所述第一粘结层811是通过氮掺杂化学反应形成的，因此，所述顶部电极层的表面与所述第一粘结层之间形成有C-N化学键，所述中间电极层的表面与所述第一粘结层之间也形成有C-N化学键，因此，所述第一粘结层与所述顶部电极层、所述中间电极层之间的粘附性增强。

[0225] 第一封装层812，所述第一封装层覆盖于具有所述第一粘结层811的所述第一相变结构体的表面。

[0226] 在所述第一粘结层811的表面形成有第一封装层812，所述第一封装层812可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层循环交替形成的封装层，本申请实施例中，所述第一封装层812包括：第一氮化硅层8121和第一氧化物封装层8122，所述第一氧化物封装层8122的材料与所述氧化物层806的材料可以相同，也可以不同。这里，形成所述第一封装层的方法可以是化学气相沉积法，也可以是液相沉积法，本申请实施例中，对形成第一封装层的方法不做限制。

[0227] 在一些实施例中，所述三维相变存储器80还包括：第二方向上交替设置的第二刻蚀间隙813和第二相变结构体814。

[0228] 所述第二相变结构体和所述第二刻蚀间隙是通过刻蚀工艺，以所述中间电极层802-2为起点，沿Z轴方向，依次刻蚀所述中间电极层802-2、所述选通层804、所述底部电极层802-3和所述第一地址线层805形成。所述第二刻蚀间隙包裹所述第一刻蚀间隙，且所述第二刻蚀间隙贯通所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层。这里，所述刻蚀工艺也可以是干法刻蚀工艺。

[0229] 在一些实施例中，所述三维相变存储器80还包括：第二粘结层815，所述第二粘结层位于所述第二相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面。

[0230] 本申请实施例中，所述第二粘结层815通过沉积法或等离子体反应技术，形成于所述第二相变结构体中。

[0231] 在一些实施例中，所述第二粘结层815还可以通过以下方式形成：

[0232] 将特定类型的第三气体，以第三预设参数作用于每一所述第二相变结构体的表面，以实现在每一所述第二相变结构体的表面形成所述第二粘结层。其中，所述特定类型的气体包括：任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体，所述第三预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量，所述第二粘结层可以是碳化氮薄层。

[0233] 这里，所述特定类型的第三气体，在第三预设参数作用下可以与所述第二相变结构体中的中间电极层和底部电极层的表面发生氮掺杂反应，形成所述第二粘结层815。由于所述特定类型的第三气体不与所述选通层和所述第一地址线层发生反应，因此，所述第二粘结层只存在于第二相变结构体中的中间电极层和底部电极层的表面。

[0234] 需要说明的是，由于所述第二粘结层815是通过氮掺杂化学反应形成的，因此，所述中间电极层的表面与所述第二粘结层之间形成有C-N化学键，所述底部电极层的表面与所述第二粘结层之间也形成有C-N化学键，因此，所述第二粘结层与所述中间电极层、所述底部电极层之间的粘附性增强。

[0235] 在一些实施例中，所述三维相变存储器80还包括：第二封装层816，所述第二封装层816覆盖于具有所述第二粘结层815的所述第二相变结构体814的表面。

[0236] 在具有所述第二粘结层的所述第二相变结构体的表面形成有第二封装层816，所述第二封装层816可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层循环交替形成的封装层，本申请实施例中，所述第二封装层816包括：第二氮化硅层8161和第二氧化物封装层8162，所述第二氧化物封装层8162的材料与所述氧化物层806的材料可以相同，也可以不同。这里，形成所述第二封装层的方法可以是化学气相沉积法，也可以是液相沉积法，本申请实施例中，对形成第二封装层的方法不做限制。

[0237] 在一些实施例中，在第一方向上，在第二刻蚀间隙和第二相变结构体的表面还形成有第二地址线层和第二硬掩膜层（图中未示出）。

[0238] 在一些实施例中，所述待处理层还包括在第一方向上交替设置的第三相变结构体和第三刻蚀间隙；所述第三相变结构体包括由下至上依次堆叠的所述中间电极层、所述相变材料层以及所述顶部电极层。

[0239] 这里，所述第一方向为X轴方向（图中未示出），所述X轴方向与Y轴方向和Z轴方向垂直。所述第三刻蚀间隙和所述第三相变结构体是通过干法刻蚀工艺，以所述第二地址线层为起点，沿Z轴方向，通过所述第二硬掩膜层，刻蚀所述第二地址线层和所述待处理层形成。

[0240] 第三粘结层，所述第三粘结层位于所述第三相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面。

[0241] 所述第三粘结层通过沉积法或等离子体反应技术，在所述第三相变结构体的表面形成，所述第三粘结层具有较强的粘附性能，所述第三粘结层可以是碳化氮薄层。

[0242] 在一些实施例中，所述第三粘结层还可以通过以下方式形成：

[0243] 将特定类型的第四气体，以第四预设参数作用于每一所述第三相变结构体的表面，以实现在每一所述第三相变结构体的表面形成所述第三粘结层。其中，所述特定类型的第四气体包括：任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体，所述第四预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量。

[0244] 这里，所述特定类型的第四气体，在第四预设参数作用下可以与所述第三相变结构体中的所述顶部电极和所述中间电极的表面发生氮掺杂反应，形成所述第三粘结层。由于所述特定类型第四气体不与所述相变材料层的表面发生反应，因此，所述第三粘结层只存在于第三相变结构体中的所述顶部电极层和所述中间电极层的表面。

[0245] 第三封装层，所述第三封装层覆盖于具有所述第三粘结层的所述第三相变结构体的表面。

[0246] 所述第三封装层可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层交替形成的封装层，本申请实施例中，对第三封装层不作限制。

[0247] 所述三维存储器还包括：在第一方向上交替设置的第四相变结构体和第四刻蚀间隙；所述第四刻蚀间隙包裹所述第三刻蚀间隙，且所述第四刻蚀间隙贯通所述中间电极层、所述选通层、所述底部电极层和所述第一地址线层。

[0248] 所述第四相变结构体和第四刻蚀间隙是通过刻蚀工艺，以所述中间电极层802-2为起点，沿Z轴方向，依次刻蚀所述中间电极层802-2、所述选通层804、所述底部电极层802-3和所述第一地址线层805形成。这里，所述刻蚀工艺也可以是干法刻蚀工艺。

[0249] 第四粘结层，所述第四粘结层位于所述第四相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面。

[0250] 本申请实施例中，所述第四粘结层通过沉积法或等离子体反应技术，形成于所述第四相变结构体中。

[0251] 在一些实施例中，所述第四粘结层还可以通过以下方式形成：

[0252] 将特定类型的第五气体，以第五预设参数作用于每一所述第四相变结构体的表面，以实现在每一所述第四相变结构体的表面形成所述第四粘结层。其中，所述特定类型的第五气体包括：任意一种含氮气体或含氮气体的等离子体，所述第五预设参数的类型至少包括：气体压力、气体流量或气体能量，所述第四粘结层可以是碳化氮薄层。

[0253] 这里，所述特定类型的第五气体，在第五预设参数作用下可以与所述第四相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面发生氮掺杂反应，形成所述第四粘结层。由于所述特定类型的第五气体不与所述选通层804和所述第一地址线层805的表面发生反应，因此，所述第四粘结层只存在于第二相变结构体中的所述中间电极层和所述底部电极层的表面。

[0254] 需要说明的是，由于所述第四粘结层是通过氮掺杂化学反应形成的，所述中间电极层的表面与所述第四粘结层之间形成有C-N化学键，所述底部电极层的表面与所述第四粘结层之间也形成有C-N化学键，因此，所述第四粘结层与所述中间电极层和所述底部电极层之间的粘附性增强。

[0255] 第四封装层，所述第四封装层覆盖于具有所述第四粘结层的所述第四相变结构体的表面。这里，所述第四封装层可以是氮化硅层，也可以是氮化硅层和氧化物封装层交替形成的封装层，本申请实施例中，对第四封装层不作限制。

[0256] 需要说明的是，本申请实施例图8中仅仅示出了所述三维相变存储器的第一方向的结构示意图，对于所述三维相变存储器在第二方向的结构，请参照所述第一方向的结构示意图进行理解。

[0257] 本申请实施例提供的三维相变存储器，由于在沉积第一封装层之前，首先在第一相变结构体中通过氮掺杂反应形成了第一粘结层，并在沉积第二封装层之前，在第二相变结构体中通过氮掺杂反应形成了第二粘结层，由于第一粘结层和第二粘结层分别对第一封装层和第二封装层有更好的粘附力，进而使得三维相变存储器中相变材料和相变材料上方、下方的电极与封装层之间的粘附性增强，防止相变材料沿电极材料的侧壁扩散，并防止相变材料的成分改变，使得形成的三维相变存储器具有极大地的可靠性。

[0258] 需要说明的是，本申请实施例三维相变存储器的描述，与上述方法实施例的描述类似，具有同方法实施例相似的有益效果，因此不做赘述。对于本申请三维相变存储器实施例中未披露的技术细节，请参照本申请上述方法实施例的描述而理解。

[0259] 本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的半导体器件及其形成方法的其他构成以及作用，对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，本申请实施例不做赘述。

[0260] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0261] 尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同限定。