[发明专利]具有新型电极结构的相变存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子领域，涉及一种相变存储器的制备方法，尤其涉及一种具有新型电极结构的相变存储器的制备方法。 

背景技术

相变随机存储器(PCRAM)与目前的动态随机存储器(DRAM)、闪存(FLASH)相比有明显的优势：它体积小，驱动电压低，功耗小，读写速度快，非挥发。相变存储器不仅是非挥发性存储器，而且有可能制成多机存储，并实用于超低温和高温环境，抗辐照、抗震动，因此不仅将被广泛应用到日常的便携电子产品，而且在航空航天的领域有巨大的潜在应用。尤其，在便携式电子产品中它的高速、非挥发性正好弥补了闪存(FLASH)和铁电存储器(FeRAM)的不足。Intel公司就曾预言相变存储器将取代FLASH、DRAM和静态随机存储器(SRAM)芯片将很快进入市场。国际半导体联合会在它2001年的路线图中，同样把相变存储器预测为可以最先实现商业化的存储器之一。 

目前尽管报道了很多提高相变存储器的方法，在真正商业化之前还需有效地降低器件功耗，提高器件的操作速度。在器件单元中，提高热效率可以有效地降低器件功耗。纵向结构中，有60％到70％的热量散失于底层电极材料中，真正用于器件操作的有效热量不到1.5％。如何有效地降低散失于底层电极材料中的热量，还没有引起足够的重视。本文中提出一种新型的底层电极结构将有助于提高有效热量的使用率，降低散失于底层电极材料中的热量。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有新型电极结构的相变存储器的制备方法，有助于制备新型的高密度低功耗相变存储器，促进存储器的发展。 

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 

一种具有新型电极结构的相变存储器的制备方法，包括如下步骤： 

步骤A、在硅片上面应用化学气相沉积的方法制备一层SixN介质层； 

步骤B、依次沉积Al层、Ti层、TiN层，使其作为底层电极； 

步骤C、在上述底层电极上使用超高真空电子束蒸发法制备SixO作为绝缘层；旋涂负性抗蚀剂；利用电子束曝光制备设定长度直径圆的阵列以及后续光刻的对准标记；刻蚀所述氧化硅，形成氧化硅柱的阵列； 

步骤D、使用化学气相沉积法沉积金属材料钨，使其均匀包裹氧化硅柱； 

步骤E、沉积相变材料； 

步骤F、利用离子束沉积法沉积氧化硅作为介质保护层； 

步骤G、旋涂正性抗蚀剂，电子束曝光开孔，曝光前仔细精确的执行位置对准，使孔位于氧化硅柱的位置； 

步骤H、磁控溅射沉积设定厚度的钨，紫外光刻后经反应离子刻蚀形成上层电极。 

作为本发明的一种优选方案，步骤A中，SixN介质层的厚度为300～500nm；步骤B中，使用磁控溅射的方法沉积300nm厚的底层电极材料，底层电极材料中Al层、Ti层、TiN层的厚度分别为150nm、100nm、50nm；步骤C中，SixO层为200nm，抗蚀剂厚度控制为200nm；利用电子束曝光制备40～60nm直径圆的阵列 以及后续光刻的对准标记，阵列周期为100nm～1un；使用ICP刻蚀所述氧化硅；步骤D中，沉积100nm厚的金属材料钨；步骤E中，利用磁控溅射法沉积厚度为100nm的相变材料；步骤F中，利用离子束沉积法沉积200nm的氧化硅作为介质保护层；步骤G中，所述正性抗蚀剂为PMMA，抗蚀剂厚度控制为200nm；步骤H中，磁控溅射沉积的钨的厚度为150nm。 

作为本发明的一种优选方案，所述步骤G还包括：利用反应离子刻蚀法去除开孔位置沉积的氧化硅，确保相变材料上没有残余的氧化硅；刻蚀完成，通过丙酮浸泡去除残余的抗蚀剂； 

作为本发明的一种优选方案，在步骤A之前还包括清洗硅片步骤： 

将硅片放入第一溶液中煮沸3-10分钟，冷却，去离子水冲洗1-5分钟，而后用氮气吹干；其中，所述第一溶液为氨水、双氧水、去离子水的混合液，氨水、双氧水、去离子水的比例为1∶2∶5。 

将硅片放入第二溶液中煮沸3-10分钟，冷却，去离子水冲洗1-5分钟，而后用氮气吹干；其中，所述第二溶液为盐酸、双氧水、去离子水的混合液，盐酸、双氧水、去离子水的比例为1∶2∶5。 

清洗硅片后，将硅片于100℃-200℃的烘箱中烘烤10min-60min去除表面的水分。