專利名稱：一種制作納米尺寸相變存儲器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制作納米尺寸相變存儲器的方法，采用了兩步側(cè)墻工藝來制備用來填充相變材料的金屬NAN0GAP和相變材料納米條。
背景技術(shù)：
相變隨機存儲器(Phase Change-Random Access Memory, PC-RAM)技術(shù)是基于
S. R. Ovshinsky在1968年提出的利用硫系化合物薄膜相變時具有明顯的電阻差異而具有
存儲效應(yīng)建立起來的。相變存儲器具有高速讀取、高可擦寫次數(shù)、非易失性、功耗低、成本
低、可多級存儲、抗強震動和抗輻照等優(yōu)點，被國際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會認為是最有可能取代目
前的閃存存儲器，而成為未來存儲器的主流產(chǎn)品和最先成為商用產(chǎn)品的器件。 相變存儲器自誕生以來已經(jīng)有很多人對它進行了研究，例如Ovonyx、 Intel、
Samsung、 STMicroelectronics、 Hitachi等，并且具備了良好的性能。但是，隨著半導(dǎo)體行
業(yè)的高速發(fā)展，存儲器的集成密度隨著摩爾定律提高。要想使相變存儲器能夠在今天的存
儲器市場上嶄露頭角，必須具有很高的集成密度。而且，flash存儲器在小尺寸化方面很難
突破45nm，相變存儲器在小尺寸化方面卻有著較小的限制。因此，制備小尺寸的尤其是納米
尺度的相變存儲器，成為當前研究的重要內(nèi)容。 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，但是他們的成本過于高昂。為了尋找簡單而低成本的制備小尺寸的納米尺寸的相變存儲器的方法，我們提出本發(fā)明構(gòu)思。
發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問題 本發(fā)明的主要目的在于提供一種制作納米尺寸相變存儲器的方法，以尋找一種納米尺寸的相變存儲單元的制作方法，避免使用電子束曝光的成本高、周期長的缺陷，只采用光刻和兩步側(cè)墻工藝，便制備出納米尺寸的相變存儲器，突破光刻分辨率限制及提高器件制備效率。
( 二 )技術(shù)方案 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種制作納米尺寸相變存儲器的方法，該方法包括 a、在襯底上生長一層電熱絕緣材料； b、在該電熱絕緣材料上，制作第一個側(cè)墻基底，然后涂光刻膠，烘干，用trimming方法回刻出側(cè)墻，去除側(cè)墻基底，形成第一個側(cè)墻； c、在該第一個側(cè)墻上涂光刻膠并光刻出用來淀積搭在側(cè)墻上的金屬條的圖形，淀積金屬，去除光刻膠并剝離金屬，形成具有NANOGAP的金屬條； d、在該金屬條之上制作第二個側(cè)墻基底，然后淀積相變材料及其保護層，用干法刻蝕回刻出帶有保護層的第二個側(cè)墻；
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e、淀積鈍化層，在相變材料兩端的金屬上方開孔，引出電極，形成相變存儲器。
上述方案中，步驟a中所述在襯底上生長一層電熱絕緣材料是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機物熱分解法、激光輔助淀積法和熱氧化方法中的一種實現(xiàn)的。 上述方案中，步驟a中所述襯底是半導(dǎo)體材料襯底，或者是絕緣材料襯底。所述半導(dǎo)體材料襯底是硅片或SOI，所述絕緣材料襯底是Si02或玻璃。 上述方案中，步驟a中所述電熱絕緣材料是氧化物、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。 上述方案中，步驟b中所述第一個側(cè)墻基底是采用光刻和干法刻蝕的方法制備
的，該第一個側(cè)墻基底采用多晶硅、氧化物、氮化物、硫化物，或者由氧化物、氮化物、硫化物
中的至少兩種構(gòu)成的任一種混合物，該第一個側(cè)墻基底的厚度為100 1000nm。 上述方案中，步驟b中所述第一個側(cè)墻是通過對烘干后的光刻膠用trimming方法
獲得的，厚度為10 500nm。 上述方案中，步驟b中所述去除側(cè)墻基底采用濕法腐蝕的方法去除，腐蝕液采用氫氟酸、EDP、 HNA或KOH溶液。 上述方案中，步驟c中所述金屬條采用光刻剝離工藝制備的，金屬條采用鎢、鉬、金、鈦、銀和銅中的任一種金屬；在光刻形成金屬條圖形時，光刻膠側(cè)墻不會被曝光，用作側(cè)墻光刻膠和制備金屬條的光刻膠互為正負膠。 上述方案中，步驟c中所述金屬NANOGAP的寬度為10 500nm，剝離劑采用丙酮或piranha溶液。 上述方案中，步驟d中所述第二個側(cè)墻基底，其一個或多個邊緣橫跨在金屬NANOGAP上，該邊緣的長度大于或等于金屬NAN0GAP的寬度。 上述方案中，步驟d中所述第二個側(cè)墻基底采用電熱絕緣材料，該電熱絕緣材料是氧化物、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。 上述方案中，步驟d中所述第二個側(cè)墻基底是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機物熱分解法、激光輔助淀積法或熱氧化方法中的一種制備的，該第二個側(cè)墻基底的厚度為100 1000nm。 上述方案中，步驟d中所述第二個側(cè)墻由內(nèi)部的相變層和外部的保護層構(gòu)成，相變層的厚度為10 500nm，保護層的厚度為10 500nm。 上述方案中，所述第二個側(cè)墻的相變層是采用濺射法、等離子體輔助淀積法、化
學(xué)氣相淀積法、金屬有機物熱分解法、激光輔助淀積法中的一種制備的，相變層材料采用
Ge2Sb2Te5、Sb2Te3、GeiSb2Te4、Ge2Sb4Te7或者含有硫族元素的任意相變材料中的一種；所述第
二個側(cè)墻的保護層是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有
機物熱分解法、激光輔助淀積法、熱氧化方法中的一種制備的，保護層材料采用電熱絕緣，
該電熱絕緣材料是氧化物、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。(三)有益效果 本發(fā)明提供的這種制作納米尺寸相變存儲器的方法，采用薄膜工藝、光刻剝離工藝、濕法腐蝕工藝和兩步側(cè)墻工藝制備了納米尺寸的相變存儲器器件單元，而且還采用光刻膠作為制作側(cè)墻的材料，在去除側(cè)墻時，更容易剝離側(cè)墻身上的金屬，有利于形成尺寸更小的金屬NANOGAP，而且可以在進行金屬剝離過程時同步實現(xiàn)光刻膠側(cè)墻身上的金屬的
剝離，縮減了工藝步驟，有利于形成厚度更小的側(cè)墻，提高器件的集成度。這種器件單元制備方法的特點在于器件結(jié)構(gòu)簡單，制備方便，器件單元尺寸小，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。
圖1是本發(fā)明提供的制作納米尺寸相變存儲器的方法流程圖； 圖2是依照本發(fā)明實施例在淀積有電熱絕緣層的襯底材料上制作第一個側(cè)墻基
底的示意圖，其中圖2(a)是剖視圖，圖2(b)是俯視圖； 圖3是依照本發(fā)明實施例第一個側(cè)墻材料(光刻膠)的示意圖，其中圖3(a)是剖視圖，圖3(b)是俯視圖； 圖4是依照本發(fā)明實施例用trimming方法形成第一個側(cè)墻(光刻膠)的示意圖，其中圖4(a)是剖視圖，圖4(b)是俯視圖； 圖5是依照本發(fā)明實施例去掉側(cè)墻基底的示意圖，其中圖5(a)是剖視圖，圖5 (b)是俯視圖； 圖6是依照本發(fā)明實施例淀積金屬條并剝離金屬，形成金屬NAN0GAP的示意圖，其中圖6(a)是剖視圖，圖6(b)是俯視圖； 圖7是依照本發(fā)明實施例制作第二個側(cè)墻基底的示意圖，其中圖7(a)是剖視圖，圖7(b)是俯視圖; 圖8是依照本發(fā)明實施例淀積相變材料和保護層后回刻形成第二個側(cè)墻的示意圖，其中圖8(a)是剖視圖，圖8(b)是俯視圖； 圖9是依照本發(fā)明實施例鈍化開孔的示意圖，其中圖9(a)是剖視圖，圖9 (b)是俯視圖； 圖IO是依照本發(fā)明實施例引出電極的示意圖，其中圖10(a)是剖視圖，圖10(b)是俯視圖； 其中，101襯底102電熱絕緣材料103第一個側(cè)墻(光刻膠側(cè)墻)基底104第一個側(cè)墻(光刻膠側(cè)墻)105金屬條106第二個側(cè)墻基底107相變層108保護層109鈍化層110引線孔111金屬連線
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。 本發(fā)明提供的制作納米尺寸相變存儲器的方法，首先在硅襯底上淀積一層抗腐
蝕性很強的電熱絕緣材料，然后利用側(cè)墻工藝在該材料表面制備出一個納米尺寸的金屬
NAN0GAP，最后再一次利用側(cè)墻工藝制備出一條納米尺寸的相變材料，納米相變條填充在金
屬NAN0GAP中。鈍化開孔引出電極，最后制備出納米尺寸的相變存儲器件。 如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制作納米尺寸相變存儲器的方法流程圖，該方法包括 步驟1、在襯底上生長一層電熱絕緣材料； 步驟2、在該電熱絕緣材料上，制作第一個側(cè)墻基底，然后涂光刻膠，烘干，用trimming方法回刻出側(cè)墻，去除側(cè)墻基底，形成第一個側(cè)墻； 步驟3、在該第一個側(cè)墻上涂光刻膠并光刻出用來淀積搭在側(cè)墻上的金屬條的圖形，淀積金屬，去除光刻膠并剝離金屬，形成具有NANOGAP的金屬條； 步驟4、在該金屬條之上制作第二個側(cè)墻基底，然后淀積相變材料及其保護層，用干法刻蝕回刻出帶有保護層的第二個側(cè)墻； 步驟5、淀積鈍化層，在相變材料兩端的金屬上方開孔，引出電極，形成相變存儲器。
上述步驟1至步驟5的詳細工藝可以進一步參考以下具體制備過程 (1)清洗襯底，襯底為半導(dǎo)體材料，絕緣材料中的一種，如硅片、玻璃、Si02、S01等
中任意一種； (2)在襯底上采用薄膜制備工藝，如濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機物熱分解法、激光輔助淀積法、熱氧化等中的一種制備電熱絕緣層，絕緣層材料為氧化物，氮化物、硫化物，或者由氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu)成的混合物中的一種； (3)在所述電熱絕緣材料上，制作第一個側(cè)墻基底，所用的方法是用光刻、干法刻
蝕工藝；基底材料可以是多晶硅、氧化物，氮化物、硫化物，或者由氧化物、氮化物、硫化物中
的至少兩種構(gòu)成的混合物中的一種，厚度為100 1000nm。 (4)然后涂光刻膠，烘干，用trimming方法回刻出光刻膠側(cè)墻； (5)用濕法腐蝕去除側(cè)墻基底，形成第一個側(cè)墻(光刻膠側(cè)墻)；所用的腐蝕劑可
以是氫氟酸、EDP、 HNA或KOH溶液中的一種； (6)在所述側(cè)墻上面再涂一層和作為側(cè)墻的光刻膠極性相反的光刻膠，刻出用來淀積金屬條且跨過側(cè)墻的圖形，然后淀積金屬，用丙酮等有機溶劑或piranha溶液剝離金屬同時也將光刻膠側(cè)墻身上的金屬剝離，形成納米尺寸金屬NANOGAP;金屬可以是鎢、鉬、金、鈦、銀、銅等中的一種。 (7)在所述的金屬條之上制作第二個側(cè)墻基底，使該基底的一個或多個邊緣橫跨在金屬NANOGAP上，所用的方法是光刻干法刻蝕工藝。第二個側(cè)墻基底的材料可以是氧化物，氮化物、硫化物，或者由氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu)成的混合物中的一種。
(8)然后淀積相變材料及其保護層，用干法刻蝕回刻出帶有保護層的第二個側(cè)墻；相變材料可以是Ge2Sb2Te5、 Sb2Te3、 GeiSb2Te4、 Ge2Sb4Te7或者含有硫族元素的任意相變材料中的一種；保護層可以是氧化物，氮化物、硫化物，或者由氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu)成的混合物中的一種。 (9)淀積鈍化層，在相變材料兩端的金屬上方開孔，引出電極，構(gòu)成相變存儲器。鈍化層可以是氧化物或氮化物中的一種。 本發(fā)明提供的制作納米尺寸相變存儲器的方法，基于側(cè)墻方法實現(xiàn)NANOGAP以及相變材料GST的側(cè)墻方法，將二者改進、結(jié)合起來并將其應(yīng)用于平面PCRAM器件制備，從而突破光刻分辨率限制并使提高器件制備效率。以下為具體實施例。
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實施例1 1、采用單晶硅片或者SOI片等半導(dǎo)體或者絕緣材料作為襯底；
2、采用薄膜制備工藝，在襯底上制備電熱絕緣層氮化硅； 3、在電熱絕緣層氮化硅上用光刻干法刻蝕的方法制備由多晶硅形成的第一個側(cè)墻基底圖形，如圖2所示。 4、涂光刻膠作為第一個側(cè)墻材料，烘干，如圖3所示；然后trimming形成第一個側(cè)墻。如圖4所示。 5、用EDP、 HNA或K0H溶液去除側(cè)墻基底，僅留下膠側(cè)墻，如圖5所示。 6、采用光學(xué)光刻和剝離工藝在第一個側(cè)墻的一條邊上形成鎢的金屬條，但是所用
的膠與作為側(cè)墻的膠互為正反膠，剝離金屬的同時，附著在膠側(cè)墻上的金屬也被剝離掉，從
而形成金屬的NAN0GAP，如圖6所示。 7、淀積相變材料的側(cè)墻基底，然后通過光學(xué)光刻和干法刻蝕形成其側(cè)墻基底，如圖7所示。 8、淀積相變材料及其保護層，通過干法回刻形成帶有保護層的相變材料側(cè)墻，如圖8所示。 9、淀積鈍化層，在相變材料兩端的金屬上方開孔，如圖9所示；引出電極，制成水平結(jié)構(gòu)的相變存儲器。如圖10所示。
實施例2 具體步驟和條件同實施例l，不同之處在于采用二氧化硅作為第一個側(cè)墻基底，其腐蝕液為氫氟酸。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，該方法包括a、在襯底上生長一層電熱絕緣材料；b、在該電熱絕緣材料上，制作第一個側(cè)墻基底，然后涂光刻膠，烘干，用trimming方法回刻出側(cè)墻，去除側(cè)墻基底，形成第一個側(cè)墻；c、在該第一個側(cè)墻上涂光刻膠并光刻出用來淀積搭在側(cè)墻上的金屬條的圖形，淀積金屬，去除光刻膠并剝離金屬，形成具有NANOGAP的金屬條；d、在該金屬條之上制作第二個側(cè)墻基底，然后淀積相變材料及其保護層，用干法刻蝕回刻出帶有保護層的第二個側(cè)墻；e、淀積鈍化層，在相變材料兩端的金屬上方開孔，引出電極，形成相變存儲器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟a中所述 在襯底上生長一層電熱絕緣材料是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀 積法、金屬有機物熱分解法、激光輔助淀積法或熱氧化方法中的一種實現(xiàn)的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟a中所述 襯底是半導(dǎo)體材料襯底，或者是絕緣材料襯底。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體 材料襯底是硅片或SOI，所述絕緣材料襯底是Si02或玻璃。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟a中所述 電熱絕緣材料是氧化物、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。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟b中所述 第一個側(cè)墻基底是采用光刻和干法刻蝕的方法制備的，該第一個側(cè)墻基底采用多晶硅、氧 化物、氮化物、硫化物，或者由氧化物、氮化物、硫化物中的至少兩種構(gòu)成的任一種混合物， 該第一個側(cè)墻基底的厚度為100 1000nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟b中所述 第一個側(cè)墻是通過對烘干后的光刻膠用trimming方法獲得的，厚度為10 500nm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟b中所述 去除側(cè)墻基底采用濕法腐蝕的方法去除，腐蝕液采用氫氟酸、EDP、 HNA或K0H溶液。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟c中所述 金屬條采用光刻剝離工藝制備的，金屬條采用鎢、鉬、金、鈦、銀和銅中的任一種金屬；在光 刻形成金屬條圖形時，光刻膠側(cè)墻不會被曝光，用作側(cè)墻的光刻膠和制備金屬條的光刻膠 互為正負膠。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟c中所 述金屬NAN0GAP的寬度為10 500nm，剝離劑采用丙酮或piranha溶液。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟d中所 述第二個側(cè)墻基底，其一個或多個邊緣橫跨在金屬NAN0GAP上，該邊緣的長度大于或等于 金屬NAN0GAP的寬度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟d中所 述第二個側(cè)墻基底采用電熱絕緣材料，該電熱絕緣材料是氧化物、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。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟d中所述第二個側(cè)墻基底是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機物熱分解法、激光輔助淀積法或熱氧化方法中的一種制備的，該第二個側(cè)墻基底的厚度為100 1000nm。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，步驟d中所述第二個側(cè)墻由內(nèi)部的相變層和外部的保護層構(gòu)成，相變層的厚度為10 500nm，保護層的厚度為10 500nm。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的制作納米尺寸相變存儲器的方法，其特征在于，所述第二個側(cè)墻的相變層是采用濺射法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機物熱分解法、激光輔助淀積法中的一種制備的，相變層材料采用Ge2Sb2Te5、 Sb2Te3、 GeiSb2Te4、Ge2Sb4Te7或者含有硫族元素的任意相變材料中的一種；所述第二個側(cè)墻的保護層是采用濺射法、蒸發(fā)法、等離子體輔助淀積法、化學(xué)氣相淀積法、金屬有機物熱分解法、激光輔助淀積法、熱氧化方法中的一種制備的，保護層材料采用電熱絕緣，該電熱絕緣材料是氧化物、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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作納米尺寸相變存儲器的方法，首先在硅襯底上淀積一層抗腐蝕性很強的電熱絕緣材料，然后利用側(cè)墻工藝在該材料表面制備出一個納米尺寸的金屬NANOGAP，該步工藝中的側(cè)墻材料是光刻膠，然后再一次利用側(cè)墻工藝制備出一條納米尺寸的相變材料，納米相變條填充在金屬隙縫中。鈍化開孔引出電極，最后制備出了納米尺寸的相變存儲器件。本發(fā)明不僅避免了使用電子束曝光的成本高、周期長的缺陷，只采用光刻和兩步側(cè)墻工藝，便制備出了納米尺寸的相變存儲器，而且可以在進行金屬剝離過程時同步實現(xiàn)光刻膠側(cè)墻身上的金屬的剝離，縮減了工藝步驟，具有很大的優(yōu)越性。
文檔編號H01L27/24GK101764197SQ20081024093
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者張加勇, 楊富華, 王曉東, 王曉峰, 田曉麗 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所