專利名稱：平面相變存儲(chǔ)器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微納技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種平面相變存儲(chǔ)器的制備方法。本發(fā)明提 出了一種采用側(cè)墻工藝、濕法腐蝕方法制備平面相變存儲(chǔ)器的方法。該方法盡量避免使用 電子束曝光的成本高、周期長(zhǎng)的不足，制備方法簡(jiǎn)單，可控性好，在突破光刻分辨率限制及 提高平面相變存儲(chǔ)器的制備效率等方面具有很大的優(yōu)越性。
背景技術(shù)：
存儲(chǔ)器自問(wèn)世以來(lái)，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占著越來(lái)越重要的地位。全球的半導(dǎo)體市場(chǎng) 中，存儲(chǔ)器占有80 %的份額。而且隨著信息化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和需求，存儲(chǔ)器的發(fā)展也在發(fā) 生著日新月異的變化。存儲(chǔ)器按其存儲(chǔ)特性可以分為揮發(fā)型(斷電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失，如DRAM 和SRAM)和非揮發(fā)型(斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，如FLASH，EPR0M)兩種類型。近年來(lái)，非揮發(fā) 性存儲(chǔ)器(Flash為主流)，在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，占有了存儲(chǔ)器市場(chǎng)近20%的份額。非揮 發(fā)存儲(chǔ)器已經(jīng)與人們的生活和工作息息相關(guān)，手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備等等，都已成 為人們的必需品。但是在這樣大的需求下，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器受到摩爾定律的限制，已經(jīng)很難再 有以前勢(shì)不可擋的發(fā)展的趨勢(shì)。因此，新一代的非揮發(fā)存儲(chǔ)器呼之欲出。相變存儲(chǔ)器(PRAM或者0UM)是由S. R. Ovshinsky在1968年基于硫系化合物薄膜 相變時(shí)具有明顯的電阻差異而具有存儲(chǔ)效應(yīng)提出來(lái)的。它具有高速讀取、高可擦寫次數(shù)、非 易失性、功耗低、成本低、可多級(jí)存儲(chǔ)、抗強(qiáng)震動(dòng)和抗輻照等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn) 為是最有可能取代目前的Flash存儲(chǔ)器，而成為未來(lái)存儲(chǔ)器的主流產(chǎn)品和最先成為商用產(chǎn) 品的器件。相變存儲(chǔ)器自誕生以來(lái)已經(jīng)有很多人對(duì)它進(jìn)行了研究，例如0vOnyX、Intel、IBM、 Samsung.STMicroelectronics,Hitachi等，通過(guò)改變相變材料和器件結(jié)構(gòu)等已經(jīng)使其具備 了良好的性能。但是，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的高速發(fā)展，存儲(chǔ)器的集成密度隨著摩爾定律提高。 要想使相變存儲(chǔ)器能夠在今天的存儲(chǔ)器市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力，必須實(shí)現(xiàn)更高密度的存儲(chǔ)。因 此，制備小尺寸的尤其是納米尺度的相變存儲(chǔ)器，成為當(dāng)前研究的重要課題。目前，獲得小尺寸的方法，主要有電子束曝光(EBL)、聚焦離子束曝光(FIB)等，但 是它們或者周期太長(zhǎng)或者成本過(guò)于高昂。為了實(shí)現(xiàn)在光刻分辨率的條件下制備納米尺寸的 存儲(chǔ)器、提高器件制備效率、降低器件成本，我們提出本發(fā)明構(gòu)思。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，以尋找到一種小尺 寸平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，并且制備方法簡(jiǎn)單且成本較低，能夠突破光刻分辨率限制， 并提高平面相變存儲(chǔ)器的制備效率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，包括如下步驟步驟1 在襯底上依次生長(zhǎng)一層電熱絕緣材料層，相變材料層和基底材料層；步驟2 用光刻和干法刻蝕的方法去除基底材料層的四邊，形成圖形作為制備側(cè) 墻的基底；
步驟3 在該相變材料層的上面和基底材料層的表面及側(cè)面淀積側(cè)墻材料層；步驟4:采用干法回刻，去除基底材料層上表面的和相變材料層表面的側(cè)墻材料 層，在基底材料層的側(cè)面將形成高和寬均為納米尺寸的側(cè)墻；步驟5 用濕法腐蝕的方法去除基底材料層，只保留納米尺寸的側(cè)墻；步驟6 采用干法刻蝕的方法去掉除了側(cè)墻底部以外的所有相變材料，從而形成 由側(cè)墻和相變材料層構(gòu)成的疊層側(cè)墻；步驟7 采用光刻或電子束光刻+薄膜淀積+剝離工藝在該側(cè)墻的一條邊上搭上 一條制作電極的金屬層；步驟8、再用濕法腐蝕的方法去除側(cè)墻以及側(cè)墻表面上的金屬層，從而形成中間夾 有相變材料層的nano-gap電極；步驟9、最后淀積一層絕緣材料，再在nano-gap電極兩邊的金屬層上開(kāi)孔并引出 電極，完成平面相變存儲(chǔ)器的制作。其中所述電熱絕緣材料層是氮化硅或Si02。其中所述相變材料層是Ge2Sb2Te5、Sb2Te3、Ge1Sb2Te4, Ge2Sb4Te7或者含有硫族元素 的任意相變材料中的一種。其中所述基底材料層是SiO2、氮化硅或多晶硅。其中所述側(cè)墻材料層是SiO2、氮化硅或多晶硅。其中所述金屬層是鎢、鎳或氮化鈦。其中所述絕緣材料層是氧化物、氮化物或硫化物，或者是由氧化物、氮化物、硫化 物中的至少兩種構(gòu)成的混合物中的任一種；其中所述淀積絕緣材料的方法是濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相 淀積法、金屬有機(jī)物熱分解法、激光輔助淀積法或熱氧化方法中的一種。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的這種平面相變存儲(chǔ)器的制備的方法，采用薄膜工藝、光刻剝離工藝、 光刻干法刻蝕工藝、濕法刻蝕工藝和側(cè)墻工藝制備了平面相變存儲(chǔ)器。這種平面相變存儲(chǔ) 器的制備方法的特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備方便，器件尺寸小，盡量避免了使用電子束曝光 (EBL)，聚焦離子束曝光(FIB)等技術(shù)，大大降低了成本，集成度大幅度的提高，同時(shí)突破光 刻分辨率限制及提高了平面相變存儲(chǔ)器的制備效率等。


為進(jìn)一步描述本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說(shuō)明如后，其 中圖1是本發(fā)明提供的平面相變存儲(chǔ)器的制備方法的流程圖；圖2-圖9是平面相變存儲(chǔ)器的制備方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1至圖10所示，本發(fā)明一種平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，包括如下步 驟步驟1 在襯底101上依次生長(zhǎng)一層電熱絕緣材料層102，相變材料層103和基底材料層104 ；所述的電熱絕緣材料102，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮 化物、硫化物中的至少兩種構(gòu)成的混合物中的任一種；所述在襯底上生長(zhǎng)一層電熱絕緣材 料102，可以是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機(jī)物熱 分解法、激光輔助淀積法和熱氧化方法中的一種實(shí)現(xiàn)的；所述電熱絕緣材料102，對(duì)于步驟 5中濕法去除基底材料層103時(shí)使用的腐蝕液具有抗腐蝕性；所述電熱絕緣材料102，對(duì)于 步驟8中濕法去除側(cè)墻105’時(shí)使用的腐蝕液具有抗腐蝕性；所述的相變材料層103，可以 是Ge2Sb2Te5、Sb2Te3、GeiSb2Te4、Ge2Sb4Te7或者含有硫族元素的任意相變材料中的一種；所述 相變材料層103，對(duì)于步驟5中濕法去除基底材料層104時(shí)使用的腐蝕液具有抗腐蝕性；所 述相變材料層103，對(duì)于步驟8中濕法去除側(cè)墻105’時(shí)使用的腐蝕液具有抗腐蝕性；所述 的基底材料層104，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至 少兩種構(gòu)成的混合物中的任一種；所述淀積一層基底材料層104，可以是采用濺射法、蒸發(fā) 法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機(jī)物熱分解法、激光輔助淀積法和熱氧 化方法中的一種實(shí)現(xiàn)的；所述相變材料層103的厚度為20-200nm ；所述基底材料層104的 厚度為 20-2000nm(圖 2)；步驟2 用光刻和干法刻蝕的方法去除基底材料層104的四邊，形成圖形作為制備 側(cè)墻的基底(圖2)；步驟3 在該相變材料層103的上面和基底材料層104的表面淀積側(cè)墻材料層 105 ；其中所述的側(cè)墻材料層105，可以是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、 硫化物中的至少兩種構(gòu)成的混合物中的任一種；所述淀積一層側(cè)墻材料層105，可以是采 用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機(jī)物熱分解法、激光輔助 淀積法和熱氧化方法中的一種實(shí)現(xiàn)的；所述的側(cè)墻材料層105，對(duì)于步驟5中去除基底材料 層104時(shí)使用的腐蝕液具有抗腐蝕性(圖3)；步驟4 采用干法回刻，去除基底材料層104上表面的和相變材料層103表面的側(cè) 墻材料層105，將形成高和寬均為納米尺寸的側(cè)墻105’;其中所述側(cè)墻材料層105形成的側(cè) 墻105，的寬度為5-200nm(圖4)；步驟5 用濕法腐蝕的方法去除基底材料層104，只保留納米尺寸的側(cè)墻105’ ；其 中的腐蝕液可以是HF酸、TMAH溶液、熱濃磷酸等中的一種(圖5)；步驟6 采用干法刻蝕的方法去掉除了側(cè)墻105’底部以外的所有相變材料103，從 而形成由側(cè)墻105’和相變材料層103構(gòu)成的疊層側(cè)墻(圖6)；步驟7 再用光刻或電子束光刻+薄膜淀積+剝離工藝在側(cè)墻105’上搭上一條制 作電極的金屬層106 ；所述的金屬層106，可以是鎢、鎳或氮化鈦中的任一種；所述的金屬層 106，可以是采用濺射法、蒸發(fā)法和化學(xué)氣相淀積法中的一種制備的；所述的金屬層106，對(duì) 于步驟8中濕法去除側(cè)墻105’時(shí)使用的腐蝕液具有抗腐蝕性；所述的金屬層106的厚度為 10-200nm(圖 7)；步驟8 再用濕法腐蝕的方法去除側(cè)墻105’以及側(cè)墻105’表面上的金屬106，從 而形成中間夾有相變材料層103的nano-gap電極106’ ；其中的腐蝕液可以是HF酸、TMAH 溶液、熱濃磷酸等中的一種(圖8)；步驟9 最后淀積一層絕緣材料107，再在nano-gap電極106’兩邊的金屬層106 上開(kāi)孔并引出電極108即可形成平面相變存儲(chǔ)器。其中所述的絕緣材料107，可以是氧化
5物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu)成的混合物中的任一 種；所述淀積一層絕緣材料107，可以是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣 相淀積法、金屬有機(jī)物熱分解法、激光輔助淀積法和熱氧化方法中的一種實(shí)現(xiàn)的(圖9)。實(shí)施例一1、采用單晶硅片、SOI片等半導(dǎo)體或者絕緣材料作為襯底101 ；2、采用薄膜制備工藝，在襯底上制備200nm氮化硅作為電熱絕緣層102，IOOnm Ge2Sb2Te5作為相變材料層103和450nm多晶硅作為基底材料層104 ；3、用光刻和干法刻蝕的方法去除基底材料層104的四邊，形成圖形作為制備側(cè)墻 的基底；4、在該電熱絕緣材料層102的上面和相變材料層103的表面及側(cè)面淀積200nm SiO2作為側(cè)墻材料層105 ；5、采用干法回刻，去除基底材料層104上表面的和相變材料層103表面的側(cè)墻材 料層105，將形成高450nm和寬IOOnm的SiO2側(cè)墻105，；6、用恒溫TMAH溶液漂去側(cè)墻基底104，TMAH溶液的溫度恒定在70°C，只保留納米 尺寸的 SiOJIPi 105，；7、采用干法刻蝕的方法去掉除了側(cè)墻105’底部以外的所有相變材料103，從而形 成由側(cè)墻105’和相變材料層103構(gòu)成的疊層側(cè)墻；8、采用光刻或電子束光刻+薄膜淀積+剝離工藝在該側(cè)墻105’的一條邊上搭上 一條制作電極的鎢金屬層106，金屬厚度為IOOnm ；9、用氫氟酸溶液腐蝕SiO2側(cè)墻105’，并去除側(cè)墻105’表面的金屬106，形成寬度 為IOOnm且中間夾有IOOnm厚的相變材料層103的nano-gap電極106，；10、最后淀積一層500nm的SiO2 108，再在nano-gap電極106，兩邊的金屬鎢上開(kāi) 孔并引出電極109即可形成平面相變存儲(chǔ)器。實(shí)施例二與實(shí)施例一大致相同，區(qū)別在于基底材料層104為SiO2，其相應(yīng)的腐蝕液為氫氟 酸；側(cè)墻材料層105為SixNy，其相應(yīng)的腐蝕液為熱的濃磷酸。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，包括如下步驟步驟1 在襯底上依次生長(zhǎng)一層電熱絕緣材料層，相變材料層和基底材料層；步驟2 用光刻和干法刻蝕的方法去除基底材料層的四邊，形成圖形作為制備側(cè)墻的 基底；步驟3 在該相變材料層的上面和基底材料層的表面及側(cè)面淀積側(cè)墻材料層；步驟4 采用干法回刻，去除基底材料層上表面的和相變材料層表面的側(cè)墻材料層，在 基底材料層的側(cè)面將形成高和寬均為納米尺寸的側(cè)墻；步驟5 用濕法腐蝕的方法去除基底材料層，只保留納米尺寸的側(cè)墻；步驟6 采用干法刻蝕的方法去掉除了側(cè)墻底部以外的所有相變材料，從而形成由側(cè) 墻和相變材料層構(gòu)成的疊層側(cè)墻；步驟7 采用光刻或電子束光刻+薄膜淀積+剝離工藝在該側(cè)墻的一條邊上搭上一條 制作電極的金屬層；步驟8、再用濕法腐蝕的方法去除側(cè)墻以及側(cè)墻表面上的金屬層，從而形成中間夾有相 變材料層的nano-gap電極；步驟9、最后淀積一層絕緣材料，再在nano-gap電極兩邊的金屬層上開(kāi)孔并引出電極， 完成平面相變存儲(chǔ)器的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，其中所述電熱絕緣材料層是氮 化硅或SiO2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，其中所述相變材料層是 Ge2Sb2Te5, Sb2Te3、Ge1Sb2Te4, Ge2Sb4Te7或者含有硫族元素的任意相變材料中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，其中所述基底材料層是Si02、 氮化硅或多晶硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，其中所述側(cè)墻材料層是Si02、氮化硅或多晶硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，其中所述金屬層是鎢、鎳或氮 化鈦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，其中所述絕緣材料層是氧化 物、氮化物或硫化物，或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu)成的混合物中的任 一種；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，其中所述淀積絕緣材料的方法 是濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機(jī)物熱分解法、激光輔助 淀積法或熱氧化方法中的一種。
全文摘要
一種平面相變存儲(chǔ)器的制備方法，包括在襯底上依次生長(zhǎng)一層電熱絕緣材料層，相變材料層和基底材料層；去除基底材料層的四邊，形成基底；在相變材料層的上面和基底材料層的表面及側(cè)面淀積側(cè)墻材料層；去除基底材料層上表面的和相變材料層表面的側(cè)墻材料層，在基底材料層的側(cè)面將形成高和寬均為納米尺寸的側(cè)墻；去除基底材料層，只保留納米尺寸的側(cè)墻；去掉除了側(cè)墻底部以外的所有相變材料，從而形成由側(cè)墻和相變材料層構(gòu)成的疊層側(cè)墻；在該側(cè)墻的一條邊上搭上一條制作電極的金屬層；去除側(cè)墻以及側(cè)墻表面上的金屬層，從而形成中間夾有相變材料層的nano-gap電極；最后淀積一層絕緣材料，再在nano-gap電極兩邊的金屬層上開(kāi)孔并引出電極，完成平面相變存儲(chǔ)器的制作。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102005535SQ20101028355
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者張加勇, 楊富華, 王曉東, 王曉峰, 程凱芳, 馬慧莉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所