[发明专利]利用硒化晶片接合的用于原子分辨率存储移动器的加工方法

说明书

技术领域

本发明的技术领域涉及原子分辨率存储(ARS)系统，尤其涉及采用硒化晶片接合的用于ARS系统的加工流程。

背景技术

ARS系统提供一种存储密度大于每平方英寸1兆兆位(1000G)的指甲盖大小的装置。ARS技术建立在原子探针显微术发展的基础上，其中像一个原子那样小的探针场发射器尖扫描材料的表面，从而产生精确在几个纳米内的图像。探针存储技术可以使用原子大小的探针场发射器尖，用于在存储介质上的点读写数据。

ARS系统一般包括3个接合的硅(Si)晶片，即尖晶片，也称为发射器晶片，转子晶片，也称为移动器(mover)晶片，以及定子晶片。晶片通过使用本领域中熟知的晶片接合技术被接合在一起。

为了使ARS系统能够操作，转子晶片和定子晶片需要被加工，即淀积导电电极，以便进行纳米精度的位置控制。图1(a)-1(f)表示用于ARS系统100的现有技术的加工流程。

参看图1(a)，转子晶片120的定子侧(底侧)(图1(a)所示是倒置的)首先通过在转子晶片120的定子侧上淀积导电电极134(a)，例如钛/氮化钛(Ti/TiN)电极，进行加工。多晶硅(Poly Si)层102和绝缘层104(a)，例如绝缘的氧化硅(SiO₂)层，可以被淀积在转子晶片120的定子侧上。多晶硅102是被淀积在晶片上的一般形式的硅，并且可以通过“掺杂”使硅更为导电。这里，转子晶片120的厚度大约是600微米。

参看图1(b)，在定子晶片130上形成CMOS电路132，然后，利用电极134(b)的导电层，例如导电的Ti/TiN电极的导电层，绝缘层104(b)，例如绝缘的SiO₂层，以及氮化硅(Si₃N₄)层106加工定子晶片130的转子侧。Si₃N₄层106可被用作另一种绝缘(介电)层。

图1(c)表示随后进行的转子晶片120和定子晶片130的接合。因为尖晶片(未示出)和定子晶片130的厚度一般为500-600微米，所以在接合之后，转子晶片120可能需要被开槽，例如使得其厚度大约为100微米。转子晶片120一般使用晶片研磨机在介质侧上研磨。

不过，转子晶片120的剧烈的加工和研磨可能引起破坏，例如，应力，错位，机械孪晶，叠置故障，以及在晶片表面引入杂质。在研磨之后，一般进行被称为化学机械抛光(CMP)的加工，其以使晶片表面破坏较小的较“温和”的加工除去1-5微米的硅晶片。

图1(d)表示转子晶片120的介质侧的金属化，它是淀积导电电极134(c)例如导电的Ti/TiN电极进行的，用于传递电信号和驱动转子晶片120。绝缘层104(c)，例如绝缘的SiO₂层，可以涂敷在转子晶片120的介质侧上的导电电极134(c)的下面或上面，用于电气绝缘和表面保护。

参见图1(e)，通过深的硅刻蚀形成悬簧。首先，掩模层150，例如光刻胶(PR)膜层，可被淀积在转子晶片120的介质侧上的导电电极134(c)上。刻蚀掉掩模层150的预定部分，使得露出相应于掩模层150的刻蚀部分的转子晶片120的部分。接着，使用掩膜层150作为掩模利用深的硅刻蚀除去转子晶片120的暴露的部分，从而形成悬簧。

图1(f)表示ARS系统100加工的最后的步骤：利用掩模刻蚀绝缘的SiO₂层104(c)，除去掩盖的PR层150，并进行激光切割，这是一种在计算机控制的激光下把晶片切成单个的矩形器件，即切片的技术。

在一系列晶片加工步骤之后，形成作为ARS存储介质的表面160，其包括导电电极134(c)，并可以和尖晶片中的电子电路导通，以便进行读/写操作。

然而，上述的ARS系统100的加工流程具有以下缺点，首先，用作ARS存储介质的表面160可能容易地被薄化加工例如研磨和CMP所破坏。

此外，控制整个系统的操作，其中包括数据输入和输出的CMOS电路132对热非常敏感。因为CMOS电路132在其它的结构被形成和加工之前便被形成在定子晶片130中，所以现有技术的加工流程具有严重的热积聚问题，即，晶片不能在高温下被加工。

类似地，由于转子晶片120的介质侧的随后的加工和其它的加工步骤，可能使在转子晶片120和定子晶片130之间的晶片接合发生劣化的可能性较大。