一种制作纳米尺寸相变存储器的方法技术

本发明专利技术公开了一种制作纳米尺寸相变存储器的方法，首先在硅衬底上淀积一层抗腐蚀性很强的电热绝缘材料，然后利用侧墙工艺在该材料表面制备出一个纳米尺寸的金属ＮＡＮＯＧＡＰ，该步工艺中的侧墙材料是光刻胶，然后再一次利用侧墙工艺制备出一条纳米尺寸的相变材料，纳米相变条填充在金属隙缝中。钝化开孔引出电极，最后制备出了纳米尺寸的相变存储器件。本发明专利技术不仅避免了使用电子束曝光的成本高、周期长的缺陷，只采用光刻和两步侧墙工艺，便制备出了纳米尺寸的相变存储器，而且可以在进行金属剥离过程时同步实现光刻胶侧墙身上的金属的剥离，缩减了工艺步骤，具有很大的优越性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子
，特别涉及，采用了两步侧墙工艺来制备用来填充相变材料的金属NAN0GAP和相变材料纳米条。
技术介绍
相变随机存储器(Phase Change-Random Access Memory, PC-RAM)技术是基于S. R. Ovshinsky在1968年提出的利用硫系化合物薄膜相变时具有明显的电阻差异而具有存储效应建立起来的。相变存储器具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、功耗低、成本低、可多级存储、抗强震动和抗辐照等优点，被国际半导体工业协会认为是最有可能取代目前的闪存存储器，而成为未来存储器的主流产品和最先成为商用产品的器件。 相变存储器自诞生以来已经有很多人对它进行了研究，例如Ovonyx、 Intel、Samsung、 STMicroelectronics、 Hitachi等，并且具备了良好的性能。但是，随着半导体行业的高速发展，存储器的集成密度随着摩尔定律提高。要想使相变存储器能够在今天的存储器市场上崭露头角，必须具有很高的集成密度。而且，flash存储器在小尺寸化方面很难突破45nm，相变存储器在小尺寸化方面却有着较小的限制。因此，制备小尺寸的尤其是纳米尺度的相变存储器，成为当前研究的重要内容。 目前，获得小尺寸的方法，主要有电子束曝光(EBL)、聚焦离子束曝光(FIB)等，但是他们的成本过于高昂。为了寻找简单而低成本的制备小尺寸的纳米尺寸的相变存储器的方法，我们提出本专利技术构思。
技术实现思路
( — )要解决的技术问题 本专利技术的主要目的在于提供，以寻找一种纳米尺寸的相变存储单元的制作方法，避免使用电子束曝光的成本高、周期长的缺陷，只采用光刻和两步侧墙工艺，便制备出纳米尺寸的相变存储器，突破光刻分辨率限制及提高器件制备效率。( 二 )技术方案 为达到上述目的，本专利技术提供了，该方法包括 a、在衬底上生长一层电热绝缘材料； b、在该电热绝缘材料上，制作第一个侧墙基底，然后涂光刻胶，烘干，用trimming方法回刻出侧墙，去除侧墙基底，形成第一个侧墙； c、在该第一个侧墙上涂光刻胶并光刻出用来淀积搭在侧墙上的金属条的图形，淀积金属，去除光刻胶并剥离金属，形成具有NANOGAP的金属条； d、在该金属条之上制作第二个侧墙基底，然后淀积相变材料及其保护层，用干法刻蚀回刻出带有保护层的第二个侧墙；4 e、淀积钝化层，在相变材料两端的金属上方开孔，引出电极，形成相变存储器。 上述方案中，步骤a中所述在衬底上生长一层电热绝缘材料是采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧化方法中的一种实现的。 上述方案中，步骤a中所述衬底是半导体材料衬底，或者是绝缘材料衬底。所述半导体材料衬底是硅片或SOI，所述绝缘材料衬底是Si02或玻璃。 上述方案中，步骤a中所述电热绝缘材料是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种。 上述方案中，步骤b中所述第一个侧墙基底是采用光刻和干法刻蚀的方法制备的，该第一个侧墙基底采用多晶硅、氧化物、氮化物、硫化物，或者由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的任一种混合物，该第一个侧墙基底的厚度为100 1000nm。 上述方案中，步骤b中所述第一个侧墙是通过对烘干后的光刻胶用trimming方法获得的，厚度为10 500nm。 上述方案中，步骤b中所述去除侧墙基底采用湿法腐蚀的方法去除，腐蚀液采用氢氟酸、EDP、 HNA或KOH溶液。 上述方案中，步骤c中所述金属条采用光刻剥离工艺制备的，金属条采用钨、钼、金、钛、银和铜中的任一种金属；在光刻形成金属条图形时，光刻胶侧墙不会被曝光，用作侧墙光刻胶和制备金属条的光刻胶互为正负胶。 上述方案中，步骤c中所述金属NANOGAP的宽度为10 500nm，剥离剂采用丙酮或piranha溶液。 上述方案中，步骤d中所述第二个侧墙基底，其一个或多个边缘横跨在金属NANOGAP上，该边缘的长度大于或等于金属NAN0GAP的宽度。 上述方案中，步骤d中所述第二个侧墙基底采用电热绝缘材料，该电热绝缘材料是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种。 上述方案中，步骤d中所述第二个侧墙基底是采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法或热氧化方法中的一种制备的，该第二个侧墙基底的厚度为100 1000nm。 上述方案中，步骤d中所述第二个侧墙由内部的相变层和外部的保护层构成，相变层的厚度为10 500nm，保护层的厚度为10 500nm。 上述方案中，所述第二个侧墙的相变层是采用溅射法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法中的一种制备的，相变层材料采用Ge2Sb2Te5、Sb2Te3、GeiSb2Te4、Ge2Sb4Te7或者含有硫族元素的任意相变材料中的一种；所述第二个侧墙的保护层是采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法、热氧化方法中的一种制备的，保护层材料采用电热绝缘，该电热绝缘材料是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种。(三)有益效果 本专利技术提供的这种制作纳米尺寸相变存储器的方法，采用薄膜工艺、光刻剥离工艺、湿法腐蚀工艺和两步侧墙工艺制备了纳米尺寸的相变存储器器件单元，而且还采用光刻胶作为制作侧墙的材料，在去除侧墙时，更容易剥离侧墙身上的金属，有利于形成尺寸更小的金属NANOGAP，而且可以在进行金属剥离过程时同步实现光刻胶侧墙身上的金属的剥离，縮减了工艺步骤，有利于形成厚度更小的侧墙，提高器件的集成度。这种器件单元制备方法的特点在于器件结构简单，制备方便，器件单元尺寸小，避免了使用电子束曝光(EBL)，聚焦离子束曝光(FIB)等技术，大大降低了成本，集成度大幅度的提高。附图说明 图1是本专利技术提供的制作纳米尺寸相变存储器的方法流程图； 图2是依照本专利技术实施例在淀积有电热绝缘层的衬底材料上制作第一个侧墙基底的示意图，其中图2(a)是剖视图，图2(b)是俯视图； 图3是依照本专利技术实施例第一个侧墙材料(光刻胶)的示意图，其中图3(a)是剖视图，图3(b)是俯视图； 图4是依照本专利技术实施例用trimming方法形成第一个侧墙(光刻胶)的示意图，其中图4(a)是剖视图，图4(b)是俯视图； 图5是依照本专利技术实施例去掉侧墙基底的示意图，其中图5(a)是剖视图，图5 (b)是俯视图； 图6是依照本专利技术实施例淀积金属条并剥离金属，形成金属NAN0GAP的示意图，其中图6(a)是剖视图，图6(b)是俯视图； 图7是依照本专利技术实施例制作第二个侧墙基底的示意图，其中图7(a)是剖视图，图7(b)是俯视图; 图8是依照本专利技术实施例淀积相变材料和保护层后回刻形成第二个侧墙的示意图，其中图8(a)是剖视图，图8(b)是俯视图； 图9是依照本专利技术实施例钝化开孔的示意图，其中图9(a)是剖视图，图9 (b)是俯视图； 图IO是依照本专利技术实施例引出电极的示意图，其中图10(a)是剖视图，图10(b)是俯视图； 其中，101衬底10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作纳米尺寸相变存储器的方法，其特征在于，该方法包括：ａ、在衬底上生长一层电热绝缘材料；ｂ、在该电热绝缘材料上，制作第一个侧墙基底，然后涂光刻胶，烘干，用ｔｒｉｍｍｉｎｇ方法回刻出侧墙，去除侧墙基底，形成第一个侧墙；ｃ、在该第一个侧墙上涂光刻胶并光刻出用来淀积搭在侧墙上的金属条的图形，淀积金属，去除光刻胶并剥离金属，形成具有ＮＡＮＯＧＡＰ的金属条；ｄ、在该金属条之上制作第二个侧墙基底，然后淀积相变材料及其保护层，用干法刻蚀回刻出带有保护层的第二个侧墙；ｅ、淀积钝化层，在相变材料两端的金属上方开孔，引出电极，形成相变存储器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张加勇，王晓峰，田晓丽，杨富华，王晓东，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]