[发明专利]与光刻分辨率无关的水平相变存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳技术领域，特别涉及一种与光刻分辨率无关的水平相变存储器的制备方法。本发明提出了一种采用侧墙工艺和超声-剥离工艺自对准制备水平全限制相变存储器器件的方法。该方法尽量避免了使用诸如电子束曝光、聚焦粒子束刻蚀等线性光刻手段成本高、周期长的缺点，突破了光学光刻分辨率的限制，适用于大面积衬底上纳米尺度器件的制备，在制备精度、制备效率、经济性以及与现有的CMOS工艺兼容性等方面具有很大的优越性。

背景技术

高新技术产业和基础服务设施的加速发展对于快速计算和高效存储的要求越来越高，而CPU处理能力的提升对存储芯片的速度和功耗的依赖性越来越显著，因此如何发展高效存储成为未来急需突破的关键技术之一。相变存储器PCRAM(phase change random access memory)具有非挥发性，与目前大多数的存储器相比，具有器件尺寸小、功耗低、读取速度快、抗辐照、能实现多级存储以及与现有的CMOS工艺兼容等诸多优点，被认为最有可能取代目前的SRAM、DRAM、FLASH等主流产品而成为未来主流存储的半导体存储器。

PCRAM以硫系化合物为存储介质，依靠电流的热效应控制相变材料在晶态(低阻)和非晶态(高阻)之间转化实现信息的写入与擦除，依靠探测存储区域电阻的变化实现信息的读出。目前，相变存储器面临的最主要问题是操作电流过大，对驱动电路的要求较高，限制了存储功耗的降低、存储速度的提升和存储密度的提高。对于PCRAM操作电流过大的技术瓶颈，常规的解决方法(例如垂直器件中的插塞电极制备)对于光学光刻分辨率、CMP、MOCVD等工艺的依赖性较强，难于实现大面积、高精度、经济、高效地制备。而制备精度较高的电子束曝光、聚焦粒子束刻蚀等线性加工技术虽然能实现较高的制备精度，但受限于加工的速度无法实现大面积衬底上精细图形的高效制备。

侧墙工艺来源于传统的微电子工艺，在微电子器件自对准制备中被广泛应用。现有的技术能够较容易实现在纳米尺度精确可控的薄膜淀积，因此，通过淀积厚度精确可控的纳米薄膜材料，回刻形成侧墙作为掩膜制备纳米线的方法，搭配诸如光学光刻、薄膜淀积、溅射、蒸镀、剥离、刻蚀等工艺可以实现纳米尺度图形的高效加工。由于制备图形的精度只取决于侧墙薄膜的厚度和侧墙材料干法回刻的时间，因而实现了制备精度上与光学光刻分辨率无关以及与现有的CMOS工艺兼容等优点，从而使大面积衬底上精细图形的高效制备成为可能。为了突破光学光刻分辨率的限制以及提高制备方法与CMOS工艺的兼容性等问题，寻找经济高效的自对准制备相变存储器的方法，我们提出本发明构思。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种与光刻分辨率无关的水平相变存储器的制备方法，该制备方法能够突破光学光刻分辨率的限制，制备精度高、经济高效，与现有的CMOS工艺兼容。

本发明提供一种与光刻分辨率无关的水平相变存储器的制备方法，该方法包括：

步骤1：在衬底上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层，在该电热绝缘材料层上，依次淀积一层相变材料层和一层牺牲材料层；

步骤2：在牺牲材料层上通过光刻和干法刻蚀的方法，形成制备侧墙的台阶；

步骤3：在相变材料层1和牺牲材料层裸露的上表面和侧面，淀积侧墙材料层保形覆盖样品上表面；

步骤4：干法回刻侧墙材料层，去除牺牲材料层及电热绝缘材料层上表面的侧墙材料层，形成高和宽均为纳米尺度的侧墙；

步骤5：湿法腐蚀去除牺牲材料层，同时最大限度地保留纳米尺度的侧墙材料层；

步骤6：用侧墙材料层作掩膜，干法刻蚀相变材料层，形成相变材料的纳米线；

步骤7：通过光刻或电子束曝光+薄膜淀积+超声-剥离，在侧墙材料层的一条边上，制备一条抗腐蚀的电极材料层，横向跨置由牺牲材料层和侧墙材料层构造的纵向叠层纳米线结构；

步骤8：湿法腐蚀去除侧墙材料层；

步骤9：通过金属电极材料层掩膜，干法刻蚀去除电极材料层下方以外的相变材料层；

步骤10：剥离，形成相变材料层全限制在电极材料层间的结构，钝化并引出测试电极，完成器件的制备。

本发明是利用侧墙工艺、薄膜淀积工艺、干法刻蚀工艺、湿法腐蚀工艺和腐蚀剥离工艺相结合，实现纳米尺度器件的自对准制备。