專利名稱：用于實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法。本發(fā)明在實現(xiàn)用于存儲器設(shè)備并且具體用于非易失性存儲器設(shè)備的交叉存取線的交叉桿陣列的領(lǐng)域中有特別令人感興趣的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
已知允許實現(xiàn)這一類交叉存取線的交叉桿陣列的各種方法。因此，在文獻(xiàn)"A hybrid micro-nano-mo 1 ecu 1 ar route for nonvolatile memories，，(G F Cerofolini 禾口 D Mascolo，Semicond，Sci. Technol. 21 (2006) 1315-1325) 中描述的稱為SnPT或者“多間隔圖形技術(shù)”的方法允許實現(xiàn)第一組傳導(dǎo)線與第二組傳導(dǎo)線交叉。這一方法包括針對各傳導(dǎo)線依次實現(xiàn)在襯底上的保形沉積和各向異性蝕刻。這一方法的主要弊端在于它需要與產(chǎn)生線時一樣多的沉積和蝕刻階段這一事實。 現(xiàn)在某些應(yīng)用(通常為存儲器架構(gòu))需要在實現(xiàn)很大數(shù)目的線時進(jìn)行很多的沉積和蝕刻階段，從而導(dǎo)致成本高和制造時間長。還已知一種用于使用稱為“納米刻印”的光刻技術(shù)來實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法；這一方法在文獻(xiàn)“One-kilobit cross-bar molecular memory circuits at 30-nm half-pitch fabricated by namoimprint lithography，，(Wu 等人，Appl. Phys. A 80. 1173-1178(2005))中描述。它的實施需要使用透明模具，該模具在它的一面包括蝕刻的結(jié)構(gòu)(或者腔)。樹脂沉積于襯底上。然后模具對樹脂施加略微壓力使得后者填充模具的腔。然后通過透明襯底發(fā)射UV輻射來光聚合樹脂。這一方法也帶來某些弊端。第一弊端在于由腔側(cè)面的粗糙而形成的缺陷傳導(dǎo)到樹脂圖形的側(cè)面這一事實。另外，腔的理論位置與它在模具上的實際位置之間的差異生成誤差，該誤差在若干級的對準(zhǔn)時被重復(fù)。最后，模具的使用需要使用兩個樹脂層用于實現(xiàn)提起階段的下層和由模具刻印的上層。由于模具與上層的機械接觸，模具的表面因摩擦而面臨過早退化。在文獻(xiàn)US20070161237中描述的另一方法允許以碳納米管實現(xiàn)交叉存取線結(jié)構(gòu)； 這一方法包括通過化學(xué)蝕刻在襯底上限定區(qū)段、然后在這些區(qū)段上實現(xiàn)納米管氣相沉積。 在氣相沉積時通過施加電場對納米管進(jìn)行定向。另一方面，這樣的方法不能對納米管精確定位。因此，這樣具有交叉存取線的結(jié)構(gòu)通常帶來不能相互理想平行并且間距近似的納米管。另外，這一技術(shù)僅在有關(guān)通過化學(xué)氣相沉積(CVD)實現(xiàn)的碳納米管或者硅納米線時描述過。在文獻(xiàn)"Nano-Crossbar Arrays for Nonvolatile Resistive RAM(RRAM) Applications，，(C. Nauenheim 等人，8th IEEE Conference on Nanotechnology, 2008, PP. 464-467)中描述的另一用于實現(xiàn)具有交叉存取線的交叉桿陣列的方法使用與提起型方法組合的電子束刻蝕以限定隔開IOOnm的金屬線。除了電子束刻蝕技術(shù)的成本很高之外，這一方法還需要長時間暴露于電子束下。以己知方式，在文獻(xiàn)"Applied physics letters, volume 82，number 10， pp.1610-1612,2003” 中描述的稱為 SNAP 或者"Superlattice Nanowire Pattern Transfer"的方法允許通過實現(xiàn)相互平行的金屬或者半傳導(dǎo)線來獲得交叉存取線。該技術(shù)基于將對薄膜增加厚度的控制轉(zhuǎn)換成對平行線直徑和間距(分別減少至8nm和16nm)的控制。然而這樣的方法帶來弊端。事實上，這一方法允許實現(xiàn)數(shù)目有限的傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線，因此不允許在單個階段中覆蓋襯底的整個表面。因此，由于希望實現(xiàn)大量傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線，所以制造成本變得非常高。也已知用于使用UV型光刻技術(shù)來實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法。在文獻(xiàn)"2-stack ID-IR Cross-point Structure with Oxide Diodes as Switch Elements for High Density Resistance RAM Applications，，，(Myoung-Jae Lee 等人， proceedings of IEDM 2008，pp. 771-774)中描述這樣的方法。由于傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線的寬度和間距受UV型光刻方法限制，所以這一類方法也在這一程度上帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明因此具體以糾正現(xiàn)有技術(shù)方法的弊端為目的。在這一背景中，本發(fā)明的目的在于提出一種實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法，該方法的階段數(shù)目獨立于線數(shù)目，傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線的定位得到掌握并且精確。為此，本發(fā)明涉及一種用于在襯底上實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法，該交叉桿陣列包括-在與襯底平行的平面中在交叉桿陣列絕緣體上的第一級線，包括在傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料中實現(xiàn)的相互平行的多個第一線；-在第一級線上方的第二級線，包括在傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料中實現(xiàn)的相互平行的多個第二線，第二線與第一線基本上垂直，所述方法的特征在于包括以下階段-在襯底上形成基本上矩形形狀的第一腔；-形成向第一腔疊加的基本上矩形形狀的第二腔，第一腔和第二腔相互垂直相交以便形成合成腔；-用第一雙嵌段共聚物層覆蓋合成腔的基部，第一雙嵌段共聚物層包括由第一聚合物的線和第二聚合物的線交替形成的線陣列，這些線按照第二腔的長度來平行布置；-取出第一聚合物的線以便形成第一槽和第二聚合物的線的交替；-實現(xiàn)第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層在槽和第二聚合物的線上的保形沉積；-取出由第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層覆蓋的第二聚合物的線以便實現(xiàn)第一級線；-有選擇地取出形成第二腔的材料以便使第一腔的按照它的寬度由第一級線部分覆蓋的基部變成可存??；-在已經(jīng)變成可存取的第一腔中沉積第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層；
-用第二雙嵌段共聚物層覆蓋第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層，第二雙嵌段共聚物層包括由第三聚合物的線和第四聚合物的線交替形成的線陣列，這些線與第一和第二聚合物的線基本上垂直；-取出第四聚合物的線以便形成第二槽和第三聚合物的線的交替；-在第二槽中取出第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料以便實現(xiàn)第二級線。應(yīng)當(dāng)注意第一雙嵌段共聚物的第一和第二聚合物有不同化學(xué)性質(zhì)。類似地，第二雙嵌段共聚物的第三和第四聚合物有不同化學(xué)性質(zhì)。另一方面，第一共聚物和第二共聚物可以有相同化學(xué)性質(zhì)。由于本發(fā)明，該方法的階段數(shù)目不再依賴于實現(xiàn)的傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線的數(shù)目。事實上，與合成腔同時實現(xiàn)第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線，而與第一腔同時實現(xiàn)第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線。換而言之，無論實現(xiàn)的傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線的數(shù)目如何，制造階段數(shù)目都不變。將注意根據(jù)本發(fā)明的方法根本上不同于使用雙嵌段共聚物以限定內(nèi)嵌圖形并且蝕刻半導(dǎo)體通道的已知方法。例如在文獻(xiàn)“Polymer self assembly in semiconductor microelectronics”(C. Τ. Black等人，IEE IEDM 2006)中描述這樣的方法。這一方法需要適于接收雙嵌段共聚物和矩形腔的表面，該矩形腔的寬度與聚合物的給定線數(shù)目對應(yīng)而不允許通過實施相同方法來實現(xiàn)第二級線。事實上，為了沉積雙嵌段共聚物，有必要適配接收它的表面?，F(xiàn)在第一級線帶來如下形貌，該形貌不允許接收雙嵌段共聚物。另外有必要使用如下矩形腔，該矩形的長度方向與聚合物的線的長度方向平行而寬度與聚合物的給定線數(shù)目對應(yīng)。反言之，根據(jù)本發(fā)明的方法有利地使用第一腔和第二腔的特定布置，該布置允許獲得合成腔，第二腔的材料能夠相對于結(jié)構(gòu)的其它材料被有選擇地蝕刻。這一合成腔允許實現(xiàn)第一級線。然后，當(dāng)消除第二腔時，對第一腔的取用賦予實現(xiàn)第二級線的可能性。這兩個腔的尺度還允許獲得兩級所需數(shù)目的線。此外，由于雙嵌段共聚物的線陣列的幾何精確性而獲得如下線，這些線的間距被理想控制并且表面精確度增加。除了剛才已經(jīng)在前段中討論的主要特征之外，本發(fā)明的方法還可以帶來個別考慮或者根據(jù)所有在技術(shù)上可實現(xiàn)的組合來考慮的一個或者多個下述附加特征-該方法在已經(jīng)變成可存取的第一腔中沉積第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層之前包括通過施加電場而具有阻抗開關(guān)性質(zhì)的材料層的沉積階段，在第二槽中的第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)層的取出階段伴隨有取出包括切換性質(zhì)的材料層；-通過施加電場而包括切換性質(zhì)的材料層為以下類型- 二元氧化物；-固體電解質(zhì)；-基于三元氧化物的鈣鈦礦；-相變材料；-具有電阻開關(guān)性質(zhì)的分子或者聚合物；或者-磁性材料，能夠形成磁型或者自旋閥隧道結(jié)；-第一腔包括與第二雙嵌段共聚物的節(jié)距的倍數(shù)相等的寬度；-第二腔包括與第一雙嵌段共聚物的節(jié)距的寬度相等的寬度；一般而言，第一雙嵌段共聚物的“節(jié)距”取決于第一聚合物的線(或者鏈)的寬度(或者直徑)與第二聚合
6物的線(或者鏈)的寬度(或者直徑)之和。類似地，第二雙嵌段共聚物的“節(jié)距”取決于第三聚合物的線(或者鏈)的寬度(或者直徑)與第四聚合物的線(或者鏈)的寬度(或者直徑)之和；-在第一腔的形成階段之后是以下兩個階段-在第一腔的邊緣和基部上沉積絕緣材料層；-在絕緣材料層上沉積適合相對于第二聚合物的線和絕緣材料以有選擇性的方式蝕刻的材料層。-第二腔的形成階段包括-沉積適合相對于形成第一腔的基部和邊緣的材料以有選擇性的方式蝕刻的材料層；-取出材料層的部分使得第二腔的基部由第一腔的由適合相對于第二聚合物的線和絕緣材料以有選擇性的方式蝕刻的材料層的材料覆蓋的基部形成；-在第一聚合物的線的取出階段之后是經(jīng)過第一槽對適合相對于第二聚合物的線和絕緣材料層以有選擇性的方式蝕刻的材料的取出階段；-通過以下階段實現(xiàn)用雙嵌段共聚物覆蓋的階段-沉積雙嵌段共聚物層)；-分離沉積的雙嵌段共聚物的相以便實現(xiàn)兩種不同聚合物的線的交替；-在用雙嵌段共聚物覆蓋的各階段之后是構(gòu)造階段使得第一雙嵌段共聚物局限于合成腔中和/或第二雙嵌段共聚物局限于第一腔中；-在沉積第一和/或第二雙嵌段共聚物之前沉積中和膜；-在第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料的沉積階段之后是第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層的化學(xué)改型階段以便獲得對于第二雙嵌段共聚物的多相之一具有化學(xué)親和性的端基；-第一雙嵌段共聚物的第一或者第二聚合物之一具有包含于0.35與0. 65之間的體積組成；-第二雙嵌段共聚物的第三或者第四聚合物之一具有包含于0.35與0. 65之間的體積組成。


根據(jù)下文參照以下附圖僅通過示例而非限制的方式給出的實施例描述將清楚本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，其中-圖1至圖20圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法的不同階段；-圖21示意地代表通過實施根據(jù)本發(fā)明的方法直接獲得的交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列。
具體實施例方式為求簡潔，僅已經(jīng)表示用于理解本發(fā)明的單元并且這一表示并未按照比例而是以示意方式。另外，在不同圖上出現(xiàn)的單元包括相同標(biāo)號。這里借助圖1至圖20描述根據(jù)本發(fā)明的方法的不同階段。
具體而言，在圖1至圖11中圖示了實現(xiàn)第一級傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線。根據(jù)本發(fā)明的方法包括第一階段101，該階段包括在例如硅的襯底2上形成矩形形狀的第一腔1。為了實現(xiàn)這一第一腔1，在襯底2上實現(xiàn)沉積厚度為50nm的氧化硅層3。然后為了形成第一腔1，實現(xiàn)對氧化硅層3的光刻。因此，第一腔1的基部和邊緣分別由襯底2和氧化硅層3形成。以一般而非限制的方式，可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知和掌握的方法(比如化學(xué)氣相沉積(CVD)、陰極粉化沉積、電子槍沉積或者其它熱蒸發(fā)沉積)實現(xiàn)在第一階段101期間實現(xiàn)的沉積和在以下階段期間實現(xiàn)的沉積。另外應(yīng)當(dāng)強調(diào)確定第一腔1的寬度Il以便兼容于由將在后續(xù)階段中沉積的第一雙嵌段共聚物層的第一聚合物和第二聚合物形成的線的數(shù)目。在下文描述中，單元“X”的各長度由標(biāo)識Lx表示，而單元“X”的各寬度由標(biāo)識Ix表不。根據(jù)本發(fā)明的方法的第二階段102包括在第一腔1的基部上和邊緣上實現(xiàn)沉積電介質(zhì)材料(如例如氮化硅)的絕緣材料層4。根據(jù)本發(fā)明的方法的第三階段103包括在絕緣材料層4上沉積氧化硅材料層5。 后者優(yōu)選包括-OH型端基，這些端基對于將隨后沉積于此的共聚物的多相之一而言具有化學(xué)親合性。第四階段103 (圖4A、圖4B)包括形成基本上矩形形狀并且向第一腔1疊加的第二腔6。此外還以基本上垂直方式設(shè)置第一腔和第二腔1、6(即一個腔的寬度方向與另一個腔的長度方向垂直)。為了這樣做，在上文提到的氧化硅材料層5的整個表面之上沉積氮化硅材料7的層。然后在后者中實現(xiàn)蝕刻以便形成第二腔6。舉例而言可以提出使用稱為干蝕刻的蝕刻方法(比如在A之下的等離子體型蝕刻)或者稱為濕蝕刻的H3PO4型蝕刻方法。應(yīng)當(dāng)注意第二腔6的基部由氧化硅材料層5形成，該層也形成第一腔1的基部和邊緣。因此將能夠注意選擇氮化硅材料7以便能夠相對于氧化硅材料7以有選擇性的方式蝕刻該材料。也應(yīng)當(dāng)注意向第一腔1疊加第二腔6并且第一腔1與第二腔6的交叉形成合成腔 8B，該腔的基部由相交表面8A形成(圖4A中的虛線所示)。如圖4B中所示，合成腔8B包括由第一腔1的寬度Il形成的長度L8和由第二腔 6的寬度16形成的寬度18。此外，確定第二腔6的寬度16以便兼容于由將在后續(xù)階段中沉積的第二雙嵌段共聚物層的第三聚合物和第四聚合物形成的線的數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明的第五階段包括用第一雙嵌段共聚物層9覆蓋合成腔8B的基部，該共聚物層包括第一聚合物的線Pl與第二聚合物的線P2交替形成的線陣列。按照第二腔6的長度L6平行布置線P1、P2。這一第一雙嵌段共聚物層9的厚度優(yōu)選少于第一腔1的深度。為了這樣做，以下兩個相繼階段可以實現(xiàn)覆蓋階段-根據(jù)階段105A在合成腔8B的基部上沉積包括化學(xué)性質(zhì)不同并且隨機設(shè)置的兩種聚合物的第一雙嵌段共聚物層9 ；-根據(jù)階段105B，分離第一雙嵌段共聚物9的相以便實現(xiàn)第一聚合物的線Pl和第二聚合物的線P2交替形成的線陣列。例如可以借助中和膜實現(xiàn)這一相分離。事實上，為了獲得垂直結(jié)構(gòu)(與襯底2平行的第一和第二聚合物PI、P2的鏈定向)，在接觸表面(在這一情況下為氧化硅材料層幻與不同聚合物Pl和P2之間的互作用有必要不同。由于未適配接觸表面，于是通過中和接觸表面來獲得垂直結(jié)構(gòu)。常規(guī)地借助中和膜(未圖示)獲得表面中和，該中和膜可以是包括隨機設(shè)置的聚合物鏈的聚合物材料的膜。由于材料層5為氧化硅，所以可以使用如下聚合物材料的中和膜，該聚合物材料包括隨機設(shè)置的聚甲基丙烯酸酯和聚苯乙烯的共聚物鏈。Mansky等人在“Controlling Polymer-Surface Interactions with Random Copolymer Brushes，， (Science 275,1458, 1997)中描述一個示例實施例。當(dāng)共聚物的組成相對對稱時，形態(tài)稱為“薄片狀”或者稱為“橫臥圓柱體”。Park 等人已經(jīng)在論文“Directed Assembly of Lamallae-Forming Block Copolymer by Using Chemically and Topographically Patterned Substrates，， (Advanced Materials，2007， 19,607-611)中具體描述這樣的結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng)適配聚合物鏈的體積組成時，常規(guī)地獲得具有稱為薄片狀的與襯底垂直的結(jié)構(gòu)的共聚物。這樣，第一或者第二聚合物PI、P2之一的體積組成優(yōu)選包含于0. 35與 0. 65之間。根據(jù)本發(fā)明的方法的一種變化，可以通過在合成腔8B的基部上沉積第一雙嵌段共聚物層9 (包括第一聚合物的線Pl和第二聚合物的線P2交替形成的預(yù)先組織的線陣列) 來實現(xiàn)覆蓋階段?？梢酝ㄟ^熱退火方法獲得這樣的共聚物。以一般方式，按照第二腔6的長度L6平行布置第一和第二聚合物的線P1、P2。另外，在第二階段102期間沉積的絕緣材料層4的厚度可以是第一聚合物的線Pl 的寬度與第二聚合物的線P2的寬度之和這一數(shù)量級(例如lOnm)。第六階段105B然后允許在合成腔8B中構(gòu)造第一雙嵌段共聚物9。為了在合成腔 8內(nèi)對第一雙嵌段共聚物9嚴(yán)格定位，消除設(shè)置于合成腔8B以外的過量第一雙嵌段共聚物層9?？梢岳缃柚饪绦秃臀g刻或者機械化學(xué)拋光方法實現(xiàn)這樣的操作。另外應(yīng)當(dāng)注意選擇第二腔6的寬度16使得它等于第一雙嵌段共聚物9的節(jié)距的倍數(shù)，該第一雙嵌段共聚物9的節(jié)距由第一聚合物的線(或者鏈)Pl的寬度(或者直徑) IPl與第二聚合物的線(或者鏈)P2的寬度(或者直徑)IP2之和形成。這一特征允許避免將第一雙嵌段共聚物層9約束于第二腔6內(nèi)并且因而約束于合成腔8B內(nèi)。第一和第二聚合物的線PI、P2的交替優(yōu)選在合成腔8B的兩端以相同聚合物(例如第二聚合物P2)的線作為結(jié)束。另外，聚合物的陣列節(jié)距由聚合物的鏈長度控制而又保持與各聚合物的組成有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。在第七階段107期間，取出第一雙嵌段共聚物層9的多相之一以便形成第一槽Sl 和第二聚合物的線P2的交替。在第三階段103期間沉積的氧化硅材料層5然后在第一槽 Sl的位置是自由的。如果使用中和膜，則也在這些第一槽內(nèi)消除它。通過任何適當(dāng)技術(shù)實現(xiàn)該消除。舉例而言，如果第一聚合物Pl為聚甲基丙烯酸酯，則有可能借助在深紫外線輻射之下相對于第二聚合物P2有選擇地去除第一聚合物Pl。
根據(jù)本發(fā)明的方法的第八階段108包括例如通過SiA等離子體CF4蝕刻來取出形成第一槽Sl的基部的所述氧化硅材料層5。繼而這些槽的基部由絕緣材料4的層形成。 由于選擇材料5的特征允許，材料5的選擇使得其能夠被有選擇地蝕刻。具體而言，選擇材料5的特征以便能夠相對于第二聚合物P2和絕緣材料4以有選擇性的方式蝕刻材料5。該方法的第九階段109包括實現(xiàn)厚度與氧化硅材料層5的厚度基本上相同的第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層10在第一槽Sl的基部和在第二聚合物的線P2的頂點的保形沉積。優(yōu)選地，第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料10為非晶硅、多晶硅或者任何其它具有金屬或者半傳導(dǎo)性質(zhì)的材料。沉積這一材料以便至少部分填充第一槽Sl并且因此在消除的第一聚合物的線Pi位置形成第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線11。第十階段110(圖10和圖11)包括例如通過蝕刻來取出第二聚合物的線P2。為此，可以實現(xiàn)提起型光刻從而允許消除第二聚合物的線P2和處于第二聚合物的線P2的頂點的第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層10。這樣獲得包含于合成腔8B內(nèi)的多個第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線11。這些第一線11沉積于絕緣材料層4上。具體而言，獲得與第二腔6的長度L6 或者與合成腔8B的長度L8平行的多個第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線11。該方法的第十一階段111(圖12)包括例如用基于H3PO4的化學(xué)劑實現(xiàn)選擇型蝕刻以便蝕刻形成第二腔6的材料層7。根據(jù)這樣的實施，消除在第四階段104期間沉積的材料層7。在本示例中，已經(jīng)選擇材料7以便能夠相對于氧化硅材料5和第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料10有選擇地蝕刻材料7。在這些先前十一階段結(jié)束時實現(xiàn)第一級傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線。這里借助圖13至圖 20描述第二級線的實現(xiàn)。該方法的第十二階段112(圖1 包括在處于第一腔1內(nèi)的第一傳導(dǎo)線11上方沉積材料層13。層13的材料通過施加電場而具有阻抗開關(guān)性質(zhì)。以非限制方式，這一材料層 13的材料可以屬于以下系列之一- 二元氧化物 W03、If203、Zr02、Rh02 (參見美國專利 4839700)或者 Ti0、Cu0、Ni0、 ZrO和HfO?？梢酝ㄟ^氧化金屬、物理氣相沉積或者通過共同粉化來獲得這些氧化物；-固體電解質(zhì)具有傳導(dǎo)橋的存儲單元(包括與起到固體電解質(zhì)作用的材料 (GeSe、Si02氧化物…)接觸的可溶電解質(zhì)(Ag、Cir"))；-鈣鈦礦。這是基于PCMO、SrTi03、SrZr03和BaTi03型的三元氧化物的材料；-相變材料，如例如氧屬化物玻璃(GeSbTe)；-分子，如例如分子薄膜這樣的聚合物或者具有電阻開關(guān)特性的聚合物；-磁性材料，能夠形成磁型或者自旋閥隧道結(jié)。該方法的第十三階段113(圖14)包括在第十二階段112期間沉積的材料層13上沉積第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層14。第十四階段114(圖1 包括實現(xiàn)對第二傳導(dǎo)或者化學(xué)傳導(dǎo)材料層14的表面的化學(xué)改型以便增加其-OH端基的數(shù)目。這一特征允許增加與在以下第十五階段期間沉積的第二共聚物層16的親和性?？梢酝ㄟ^沉積來增加-OH端基的數(shù)目?？梢酝ㄟ^在第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層14上沉積HfO2型(其自由表面富含端基-0H)材料層15來增加-OH端基的數(shù)目?？梢酝ㄟ^ALD(原子層沉積)來沉積這一材料。如前文所示，根據(jù)本發(fā)明的方法的第十五階段包括用第二雙嵌段共聚物層16(包括第三聚合物的線P3和第四聚合物的線P4的交替形成的線陣列)覆蓋材料層15或者更一般地覆蓋已經(jīng)化學(xué)改型的第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層14。為了這樣做，以下兩個相繼階段可以實現(xiàn)覆蓋階段-根據(jù)階段115A(圖16)在材料層15上沉積第二雙嵌段共聚物層16，該第二雙嵌段共聚物層16包括化學(xué)性質(zhì)不同并且隨機設(shè)置的兩種聚合物；-根據(jù)階段115B(圖17)分離第二雙嵌段共聚物16的相以便實現(xiàn)第三聚合物的線 P3和第四聚合物的線P4交替形成的線陣列。用于獲得這樣的陣列的技術(shù)已經(jīng)在階段105B 中有所呈現(xiàn)并且可運用于這一階段115B根據(jù)本發(fā)明方法的一種變化，可以通過沉積第二雙嵌段共聚物16來形成材料層 15的覆蓋階段，該第二雙嵌段共聚物16包括第三聚合物的線P3和第四聚合物的線P4交替形成的預(yù)先組織的線陣列。以一般方式，按照第一腔1的長度Ll平行布置第三和第四聚合物的線P3、P4。另外應(yīng)當(dāng)注意選擇第一腔1的寬度Il使得它等于第二雙嵌段共聚物16的節(jié)距的倍數(shù)，該第二雙嵌段共聚物16的節(jié)距由第三聚合物的線(或者鏈)P3的寬度(或者直徑)IP3與第四聚合物的線(或者鏈)P4的寬度(或者直徑)IP4之和形成。這一特征允許避免將第二雙嵌段共聚物層16約束于第一腔1內(nèi)。第三和第四聚合物的線P3、P4的交替優(yōu)選在第一腔1的兩端以相同聚合物(例如第三聚合物P3)的線作為結(jié)束。另外，第三聚合物P3和第四聚合物P4的線基本上與第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線11垂直。第十六階段115B(圖17)允許在第一腔1中構(gòu)造第二雙嵌段共聚物16。以常規(guī)方式，為了在第一腔1內(nèi)對第二雙嵌段共聚物16嚴(yán)格定位，消除設(shè)置于第一腔1以外的過量第二雙嵌段共聚物16。例如可以借助光刻型和蝕刻或者機械化學(xué)拋光方法實現(xiàn)這樣的操作。第十七階段117(圖18)包括例如通過光刻來取出第二雙嵌段共聚物層16的多相之一(在本示例中為第四聚合物的線P4)以便形成第二槽S2和第三聚合物的線P3的交替。第十八階段118(圖19)包括經(jīng)過第二槽S2蝕刻層的堆疊物。具體而言，蝕刻-通過施加電場而具有阻抗開關(guān)性質(zhì)的材料層13；-傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層14；-自由表面富含端基-OH的材料層16(在這樣的層存在時)。實現(xiàn)這一階段的目的在于獲得第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線17的交替。如果共聚物厚度不允許蝕刻所有堆疊物，則可以實現(xiàn)金屬提起物或者Al2O3并且使用金屬或者Al2O3作為掩模在沉積第二雙嵌段共聚物16之后，一相相對于另一相被消除，例如通過保形ALD (原子層沉積)來沉積金屬或者Al2O3，然后通過等離子體蝕刻在共聚物的尚未消除的相上沉積的金屬或者Al2O3來實現(xiàn)提起；使用其余金屬或者Al2O3線作為堆疊物的蝕刻掩模。。該方法還包括第十九階段119 (圖20)，在該階段期間取出第二共聚物層16的第三聚合物的線P3。為了這樣做，有可能實現(xiàn)光刻型蝕刻。在圖21中圖示了通過實施該實現(xiàn)方法來直接獲得的交叉桿陣列19的最終結(jié)構(gòu)。這樣的交叉桿陣列19包括由第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線11形成的第一級線20和由第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線17形成的第二級線21。具體而言，交叉桿陣列19在與襯底2平行的平面中在絕緣材料層4上包括第一級線20，該第一級線包括在第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料10中實現(xiàn)的多個第一線11。另外，在第一級20的線11上有第二級線21，該第二級線包括在第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料14中形成的多個第二線17。第二線17與第一線11基本上垂直。以微度量實現(xiàn)分別在第一階段101和第四階段104期間實現(xiàn)的第一腔1和第二腔 6。另外，第一和第二雙嵌段共聚物9、16例如各自包括聚甲基丙烯酸酯型聚合物和聚苯乙烯型聚合物。以非限制方式，第一和第二共聚物9、16的節(jié)距可以是20nm這一數(shù)量級。另外，為了形成第一腔1在第一階段101期間沉積的氧化硅層3具有50nm或者更多的厚度，以便大于或者等于通過施加電場而具有阻抗開關(guān)性質(zhì)的層13、第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層14、自由表面富含端基-OH的材料層15和第二雙嵌段共聚層16的厚度之和。由于本發(fā)明的方法，通過實施本發(fā)明的方法來獲得的交叉桿陣列19的實現(xiàn)成本和時間不依賴于實現(xiàn)的傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線的數(shù)目。另外，本發(fā)明的方法具體允許-在襯底的幾乎整個表面上實現(xiàn)傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線；-將傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)線精確隔開給定距離。上文通過示例描述本發(fā)明；理解本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)用于實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法的各種變化，具體涉及在不脫離本專利的框架時使用的蝕刻和沉積技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于在襯底(2)上實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法，所述交叉桿陣列包括-在與所述襯底(2)平行的平面中在交叉桿陣列絕緣體(4)上的第一級線，包括在傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料中實現(xiàn)的相互平行的多個第一線；-在所述第一級線上方的第二級線，包括在傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料中實現(xiàn)的相互平行的多個第二線，所述第二線與所述第一線基本上垂直， 其特征在于，所述方法包括以下階段-在所述襯底(2)上形成(101)基本上矩形形狀的第一腔(1)； -形成(104)向所述第一腔(1)疊加的基本上矩形形狀的第二腔(6)，所述第一腔和第二腔(1，6)相互垂直相交以便形成合成腔；-利用第一雙嵌段共聚物層(9)覆蓋所述合成腔的基部，所述第一雙嵌段共聚物層(9) 包括由第一聚合物的線和第二聚合物的線交替形成的線陣列，所述線按照所述第二腔(6) 的長度來平行布置；-取出(107)所述第一聚合物的線，以便形成第一槽和所述第二聚合物的線的交替； -實現(xiàn)第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層在所述槽和所述第二聚合物的線上的保形沉積 (109)；-取出(110)由所述第一傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料覆蓋的所述第二聚合物的線，以便實現(xiàn)所述第一級線；-有選擇地取出(111)形成所述第二腔(6)的材料，以便使所述第一腔(1)的按照它的寬度由所述第一級線部分覆蓋的基部變成可存??；-在已經(jīng)變成可存取的所述第一腔(1)中沉積(113)第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層； _利用第二雙嵌段共聚物層覆蓋所述第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層，所述第二雙嵌段共聚物層包括由第三聚合物的線和第四聚合物的線交替形成的線陣列，所述線(P3，P4)與所述第一和第二聚合物的線(Pl，P2)基本上垂直；-取出(117)所述第四聚合物的線，以便形成第二槽和第三聚合物的線的交替； -在所述第二槽中取出(118)所述第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料，以便實現(xiàn)所述第二級線。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，包括在已經(jīng)變成可存取的所述第一腔 (1)中沉積(113)第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層之前，包括通過施加電場而具有阻抗開關(guān)性質(zhì)的材料層的沉積階段(112)，在所述第二槽中的所述第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)層的取出階段 (118)伴隨有取出包括開關(guān)性質(zhì)的所述材料層。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過施加電場而包括阻抗開關(guān)性質(zhì)的所述材料為以下類型-二元氧化物； -固體電解質(zhì)； _基于三元氧化物的鈣鈦礦； -相變材料；-具有電阻開關(guān)性質(zhì)的分子或者聚合物；或者 -磁性材料，能夠形成磁型或者自旋閥隧道結(jié)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于-所述第一腔(1)包括與所述第二雙嵌段共聚物的節(jié)距的倍數(shù)相等的寬度；_第二腔(6)包括與所述第一雙嵌段共聚物(9)的節(jié)距的倍數(shù)相等的寬度。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述第一腔(1)的形成階段 (101)之后是以下兩個階段-在所述第一腔⑴的邊緣和基部上沉積(102)絕緣材料層⑷；-在所述絕緣材料層(4)上沉積(103)適合相對于所述第二聚合物的線和所述絕緣材料(4)以有選擇性的方式蝕刻的材料層(5)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述第二腔的形成階段(104)包括-沉積適合相對于形成所述第一腔(1)的基部和邊緣的材料以有選擇性的方式蝕刻的材料層(7)；-取出所述材料層⑵的部分，使得所述第二腔(6)的基部由所述第一腔⑴的、由適合相對于所述第二聚合物的線和所述絕緣材料(4)以有選擇性的方式蝕刻的所述材料層 (5)的材料覆蓋的基部形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的方法，其特征在于，在所述第一聚合物的線的取出階段 (107)之后是經(jīng)過所述第一槽對于適合相對于所述第二聚合物的線和所述絕緣材料層(4) 以有選擇性的方式蝕刻的所述材料(5)的取出階段(108)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，通過以下階段實現(xiàn)利用雙嵌段共聚物覆蓋的一個或多個階段-沉積(105A，115A)所述雙嵌段共聚物層(9，16)；-分離(105B，115B)沉積的所述雙嵌段共聚物(9，16)的相，以便實現(xiàn)兩種不同聚合物的線(P1，P2，P3，P4)的交替。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在利用雙嵌段共聚物覆蓋的各階段之后是構(gòu)造階段(105B，115B)，使得所述第一雙嵌段共聚物(9)局限于所述合成腔中，和 /或所述第二雙嵌段共聚物局限于所述第一腔(1)中。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在沉積所述第一和/或第二雙嵌段共聚物(9，16)之前沉積中和膜。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料的沉積階段(113)之后是所述第二傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料層的化學(xué)改型階段(114)，以便獲得對于所述第二雙嵌段共聚物(116)的多相之一具有化學(xué)親和性的端基。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，-所述第一雙嵌段共聚物(9)的第一或者第二聚合物(P1，P2)之一具有包含于0. 35與 0. 65之間的體積組成；-所述第二雙嵌段共聚物的第三或者第四聚合物(P3，P4)之一具有包含于0. 35與 0. 65之間的體積組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在襯底上實現(xiàn)交叉?zhèn)鲗?dǎo)或者半傳導(dǎo)存取線的交叉桿陣列的方法，該交叉桿陣列包括在與襯底平行的平面中在交叉桿陣列絕緣體上的第一級線，包括在傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料中實現(xiàn)的相互平行的多個第一線；在第一級線上方的第二級線，包括在傳導(dǎo)或者半傳導(dǎo)材料中實現(xiàn)的相互平行的多個第二線，第二線與第一線基本上垂直。所述方法具體包括以下階段在襯底上形成基本上矩形形狀的第一腔；形成向第一腔疊加的基本上矩形形狀的第二腔，第一腔和第二腔相互垂直相交以便形成合成腔。本發(fā)明的方法在非易失性存儲器設(shè)備領(lǐng)域中有特別令人感興趣的應(yīng)用。
文檔編號G11C13/02GK102315172SQ20111015993
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者G·莫拉斯, J·比克利, K·艾森, T·巴龍 申請人:國家科學(xué)研究中心, 法國原子能及替代能源委員會, 約瑟夫·傅立葉大學(xué)