專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米相變存儲(chǔ)器單元的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于減小寫(xiě)操作電流的納米相變存儲(chǔ)器的制備方法。
背景技術(shù)：
存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體市場(chǎng)中占有重要地位，僅DRAM(Dynamnic Randam Access Memory)和FLASH兩種就占有整個(gè)市場(chǎng)的15％，隨著便攜式電子設(shè)備的逐步普及，不揮發(fā)存儲(chǔ)器的市場(chǎng)也越來(lái)越大，目前FLASH占不揮發(fā)存儲(chǔ)器的主流，約占90％。但隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，F(xiàn)LASH遇到了越來(lái)越多的技術(shù)瓶頸，首先存儲(chǔ)電荷的浮柵不能隨著集成電路工藝的發(fā)展無(wú)限制地減薄，此外，F(xiàn)LASH技術(shù)的其它一些缺點(diǎn)也限制了它的應(yīng)用，例如數(shù)據(jù)寫(xiě)入慢、寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)需要高電壓因而功耗大，需要特殊的電壓提升結(jié)構(gòu)增加了電路和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，可擦寫(xiě)次數(shù)低，必須對(duì)指定的單元塊而不能對(duì)指定的單元進(jìn)寫(xiě)操作等。鑒于這種情況，目前世界上幾乎所有電子和半導(dǎo)體行業(yè)巨頭及其它相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)都在競(jìng)相研發(fā)新一代不揮發(fā)存儲(chǔ)器技術(shù)，以期在未來(lái)激烈的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中保有技術(shù)和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì).PCM(PhaseChange Memory)-相變存儲(chǔ)器作為一種新興的不揮發(fā)存儲(chǔ)技術(shù)，在讀寫(xiě)速度、讀寫(xiě)次數(shù)、數(shù)據(jù)保持時(shí)間、單元面積、多值實(shí)現(xiàn)等諸多方面都具有極大的優(yōu)越性，成為未來(lái)不揮發(fā)存儲(chǔ)技術(shù)市場(chǎng)主流產(chǎn)品最有力的競(jìng)爭(zhēng)者之一(1)。
相變存儲(chǔ)器采用硫系化合物材料，目前應(yīng)用最廣泛的是GeSbTe的合金(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GST)，在電或熱等形式的能量作用下，該材料可在多晶和非晶兩相間發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變，相應(yīng)地，電阻在低阻和高阻間發(fā)生可逆變化，從而可用于信息1或0的存儲(chǔ)。
在當(dāng)前的相變存儲(chǔ)器研究領(lǐng)域中，器件面積受到了現(xiàn)有光刻條件的限制，寫(xiě)操作電流過(guò)大(接近毫安量級(jí))成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題(1)。減小電極面積可以有效地降低寫(xiě)操作電流，圖1是用matlab熱分析模型計(jì)算得出寫(xiě)操作電流隨電極面積的減小而減小的關(guān)系。目前報(bào)道的較高密度的相變存儲(chǔ)器測(cè)試芯片中，SAMSUNG采用先進(jìn)的光刻技術(shù)獲得64M相變存儲(chǔ)器(2)；STMICROELECTRICS公司利用傳統(tǒng)的工藝技術(shù)構(gòu)建2D結(jié)構(gòu)(3)，使有一維電極尺度不受光刻限制。但均未完全擺脫光刻限制。本發(fā)明提出的方法利用邊墻技術(shù)來(lái)構(gòu)建納米電極，可完全突破光刻限制，從而較好地解決當(dāng)前存儲(chǔ)單元尺寸大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種可以擺脫光刻條件限制的制備納米相變存儲(chǔ)器單元的制備方法，以便降低器件的寫(xiě)操作電流。
本發(fā)明提出的制備納米存儲(chǔ)器單元的方法，是利用邊墻技術(shù)來(lái)構(gòu)建納米電極，其步驟為首先在襯底的介質(zhì)層上形成凸起的臺(tái)階，再在介質(zhì)層上淀積電極材料，刻蝕去掉水平面部分電極材料，保留臺(tái)階側(cè)壁部分，形成納米電極線(xiàn)，獲得的納米線(xiàn)橫截面積取決于電極材料薄膜厚度和臺(tái)階高度。也可以在刻蝕之前，在電極材料上先淀積一層介質(zhì)保護(hù)層，再進(jìn)行納米線(xiàn)刻蝕，使形成的納米線(xiàn)尺度更加可控；介質(zhì)臺(tái)階為納米線(xiàn)提供有力的支撐，從而增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。打斷納米線(xiàn)，淀積相變材料或包含相變材料的復(fù)合層，形成邊沿接觸式納米相變存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)。該納米相變存儲(chǔ)器單元尺寸完全不受光刻條件限制。
上述方法中，在介質(zhì)層上淀積電極材料后，再淀積一介質(zhì)層；刻蝕形成介質(zhì)邊墻，保護(hù)邊墻側(cè)壁上的電極材料，再進(jìn)一步刻蝕去掉水平部分電極材料，留下臺(tái)階側(cè)壁部分，形成“L”形納米電極。


圖1為RESET電流和電極面積大小關(guān)系。
圖2～圖9為本發(fā)明方法的流程圖示，其中圖2向襯底淀積介質(zhì)材料。
圖3為刻蝕介質(zhì)臺(tái)階。
圖4a為淀積下電極材料。
圖4b為淀積介質(zhì)保護(hù)層。
圖5為刻蝕形成介質(zhì)保護(hù)邊墻。
圖5a為刻蝕形成‘L’形納米線(xiàn)。
圖5b為未淀積介質(zhì)保護(hù)層，直接刻蝕形成‘I’形納米線(xiàn)。
圖6為淀積一層隔離介質(zhì)層。
圖7為刻蝕打斷納米線(xiàn)。
圖8為淀積相變材料或包含相變材料的符合層。
圖9為和上電極材料。圖中標(biāo)號(hào)1-基片襯底；2-介質(zhì)層；3-下電極材料；4-介質(zhì)保護(hù)層；5-介質(zhì)邊墻；6-電極材料納米線(xiàn)；7-介質(zhì)隔離層；8-相變材料；9-上電極材料。
具體實(shí)施例方式
圖2～圖9給出了本發(fā)明方法的操作流程圖示。下面結(jié)合圖示進(jìn)一步介紹制備納米相變存儲(chǔ)器單元的操作步驟a.清洗襯底1；
b.在襯底上淀積介質(zhì)層2；(如圖2)。
c.在介質(zhì)層上形成突起的臺(tái)階；(如圖3)。
d.淀積納米厚度的下電極材料3；(如圖4a)。
e.在下電極上方淀積介質(zhì)層材料4，起保護(hù)臺(tái)階側(cè)面的下電極的作用；(如圖4b)。
f，干法或濕法腐蝕，去掉水平部分介質(zhì)材料，留下側(cè)壁部分，形成保護(hù)邊墻5；(如圖5)。
g.干法或濕法腐蝕，去掉水平部分電極材料，留下側(cè)壁部分以及邊墻下面部分，形成“L”形納米電極6，臺(tái)階為納米電極提供支撐；(如圖5a)。
h.淀積介質(zhì)層7，其作用在于作為電介質(zhì)材料阻擋熱傳導(dǎo)，從而減小器件單元之間的干擾，增加器件工作穩(wěn)定性；(如圖6)。
i.干法刻蝕打斷納米線(xiàn)；(如圖7)。
j.淀積納米厚度的相變材料或含有納米厚度相變材料的復(fù)合層8，實(shí)現(xiàn)下電極與其的邊沿接觸，相變體積的大小由下電極的厚度、相變材料的厚度或復(fù)合結(jié)構(gòu)的厚度以及L型長(zhǎng)度決定；(如圖8)。k.淀積上電極材料9，從而構(gòu)建成為相變存儲(chǔ)器的納米單元；(如圖9)。
上描述中，可去除e步驟，形成“I”形納米電極，最終在j步驟中接觸面積的大小由下電極的厚度、相變材料的厚度或復(fù)合結(jié)構(gòu)的厚度以及“I”型長(zhǎng)度決定；下面給出幾個(gè)實(shí)施例子實(shí)施例1具體工藝過(guò)程如下1.選擇低阻型的(100)硅片，先用丙酮超聲去掉表面有機(jī)物，再用濃H2SO4∶H2O21∶1加熱至100±10度5分鐘左右，之后用去離子水沖干甩干，再將將硅片放入10.1的水HF溶液中浸20±2秒，去除表面氧化物，之后用去離子水沖干甩干，再將硅片放入NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5體積比的I號(hào)液煮沸5分鐘，之后用去離子水沖干甩干，再將硅片放入HCL∶H2O2∶H2O＝1∶2∶8體積比的II號(hào)液煮沸10分鐘，之后用去離子水沖干甩干；2.熱氧化清洗好的硅片；(如圖2)。
3.經(jīng)過(guò)涂膠，曝光，顯影等光刻步驟后，光刻實(shí)現(xiàn)圖形化；4.RIE各向異性干法刻蝕SiO2，形成SiO2臺(tái)階；(如圖3)。
5.濺射下電極材料；(如圖4a)。
6.淀積保護(hù)層；(如圖4b)。
7.各向異性干法刻蝕，形成‘L’形納米線(xiàn)；(如圖5a)。
8.淀積介質(zhì)隔離層；(如圖6)。
9.光刻納米線(xiàn)打斷處圖形；。
10.干法刻蝕打斷納米線(xiàn)；(如圖7)。
11.淀積相變材料；(如圖8)。
12.淀積上電極材料；(如圖9)。
實(shí)施例2；采用淀積介質(zhì)層作為器件基底，其余條件同實(shí)施例1。
實(shí)施例3不淀積介質(zhì)保護(hù)層，直接刻蝕得到‘I’形納米線(xiàn)，其余條件同實(shí)施例1。(如圖5b)。
參考文獻(xiàn)(1)Stefan Lai，Current status of the phase change memory and its future，in IEEE IEDM2003-255(2)S.H.Lee，Y.N.Hwang，et al，F(xiàn)ull Integration and Cell Characteristics for 64MbNonvolatile PRAM，in Symposium an VLSl Technology Digest of Technical Papers，2004，20～21(3)F.Pellzzer etal.Novel μTrench Phase-Change Memory Cell for Embedded andStand-Alone Non-Volatile Memory Applications，Symposium on VLSI Technology Digest ofTechnical Papers，2004，18
權(quán)利要求
1.一種納米相變存儲(chǔ)器單元的制備方法，其特征在于利用邊墻技術(shù)來(lái)構(gòu)建納米電極，其步驟為首先在襯底的介質(zhì)層上形成凸起的臺(tái)階，再在介質(zhì)層上淀積電極材料，刻蝕去掉水平部分電極材料，保留臺(tái)階側(cè)壁部分，形成納米電極線(xiàn)；打斷納米線(xiàn)，淀積相變材料或包含相變材料的復(fù)合層，形成邊沿式納米相變存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米相變存儲(chǔ)器單元的制備方法，其特征在于在介質(zhì)層上淀積電極材料后再淀積一介質(zhì)層；先刻蝕形成介質(zhì)邊墻，保護(hù)邊墻側(cè)壁上的電極材料，再進(jìn)一步刻蝕去掉水平部分電極材料，留下臺(tái)階側(cè)壁部分，形成‘L’形納米電極線(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米相變存儲(chǔ)器單元的制備方法，其特征在于刻蝕過(guò)程為干法刻蝕或者濕法腐蝕。
全文摘要
本發(fā)明屬微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種納米相變存儲(chǔ)器件的制備方法。它利用邊墻技術(shù)構(gòu)建納米電極，通過(guò)形成納米電極來(lái)減小電極接觸面積。納米線(xiàn)和相變材料或包含相變材料的復(fù)合層進(jìn)行邊沿式接觸，接觸面積的大小就是納米線(xiàn)橫截面積的大小，從而構(gòu)建成完全突破光刻條件限制的納米相變存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)。采用本發(fā)明方法制備的器件具有較小的寫(xiě)操作電流、較低的功耗，較快的讀寫(xiě)速度，提高了器件性能。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1750289SQ20051002824
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者呂杭炳, 林殷茵, 湯庭鰲, 陳邦明 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué), 硅存儲(chǔ)技術(shù)公司