[发明专利]一种三维堆叠结构的单晶薄膜忆阻交叉阵列制备方法

摘要

本发明涉及半导体存储器及其制造技术领域，具体涉及一种三维堆叠结构的单晶薄膜忆阻交叉阵列制备方法。本发明选用忆阻薄膜材料为单晶薄膜材料，采用聚合物进行晶圆键合，代替传统离子注入剥离法常用的SiO₂亲水性键合，结合局部Ar⁺离子注入对交叉阵列进行氧空位掺杂，再通过多次键合剥离的步骤，最终获得具有三维堆叠结构的单晶薄膜忆阻交叉阵列，每一步键合剥离的过程均不需要额外制备SiO₂或Si₃N₄钝化层对交叉阵列进行隔离保护，省去化学机械抛光的过程，简化工艺流程。本发明相对现有三维堆叠结构的单晶薄膜忆阻交叉阵列制备工艺，降低了工艺难度，并简化了工艺流程。

主权项

1.一种三维堆叠结构的单晶薄膜忆阻交叉阵列制备方法，包括以下步骤：步骤1、对单晶氧化物晶圆进行H+或He+离子注入，注入能量为150‑285keV，注入剂量为2×10¹⁶～6×10¹⁶ions/cm²，注入离子在单晶晶圆表面以下预设深度产生离子聚集层，聚集层深度为200‑900nm；步骤2、在晶圆注入面生长下电极并图形化，电极厚度50～200nm，电极材料为Cu、Al、W、Ta、Ru、Mo、Au或Pt；步骤3、将聚合物分别旋涂于步骤2所得晶圆注入面和基板，聚合物旋涂厚度小于1um，并完全覆盖图形化的下电极；步骤4、将步骤3所得涂覆聚合物的单晶晶圆和基板在热板上预烘直至聚合物的有机溶剂挥发完全，预烘时间为30～300秒，预烘温度为80～120℃；步骤5、将步骤4所得的预烘完成的单晶晶圆和基板进行键合，键合面为涂覆聚合物的表面，键合压强为1～500千帕；步骤6、将键合后的晶圆在160‑250℃进行退火，退火完成后的单晶晶圆沿离子聚集层发生剥离，最终转移预设厚度的单晶薄膜至基板；步骤7、在步骤6所得单晶薄膜上用光刻胶制备掩膜，并进行局部Ar⁺离子注入引入氧空位掺杂；步骤8、在步骤7所得的单晶薄膜上生长上电极并图形化，与图形化下电极和单晶薄膜构成交叉阵列，电极厚度50～200nm，上电极与下电极交叉的区域覆盖步骤7中的局部Ar⁺离子注入区域；步骤9、重复步骤1～8，以获得三维堆叠结构的单晶薄膜忆阻交叉阵列，重复过程中，步骤1～8中涉及的基板由上一次步骤8获得忆阻交叉阵列代替，最终形成三维堆叠的交叉阵列结构；步骤10、在步骤9所得的三维堆叠结构的单晶薄膜忆阻交叉阵列制备金属通孔，并将每一层忆阻阵列的电极引出至表面，用于后续的引线键合工艺。