[发明专利]平面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，特别涉及平面相变存储器的制备方法。本发明提出了一种采用侧墙工艺、湿法腐蚀方法和化学机械抛光(CMP)制备平面相变存储器的方法。该方法尽量避免使用电子束曝光的成本高、周期长的不足，制备方法简单，可控性好，在突破光刻分辨率限制及提高平面相变存储器的制备效率等方面具有很大的优越性。

背景技术

存储器自问世以来，在半导体产业中占着越来越重要的地位。全球的半导体市场中，存储器占有80％的份额。而且随着信息化产业的不断发展和需求，存储器的发展也在发生着日新月异的变化。存储器按其存储特性可以分为挥发型(断电后数据会丢失，如DRAM和SRAM)和非挥发型(断电后数据不会丢失，如FLASH，EPROM)两种类型。近年来，非挥发性存储器(Flash为主流)，在摩尔定律的驱动下，占有了存储器市场近20％的份额。非挥发存储器已经与人们的生活和工作息息相关，手机、数码相机、移动存储设备等等，都已成为人们的必需品。但是在这样大的需求下，Flash存储器受到摩尔定律的限制，已经很难再有以前势不可挡的发展的趋势。因此，新一代的非挥发存储器呼之欲出。

相变存储器(PRAM或者OUM)是由S.R.Ovshinsky在1968年基于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提出来的。它具有高速读取、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Flash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、IBM、Samsung、STMicroelectronics、Hitachi等，通过改变相变材料和器件结构等已经使其具备了良好的性能。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具有竞争力，必须实现更高密度的存储。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课题。

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，但是它们或者周期太长或者成本过于高昂。为了实现在光刻分辨率的条件下制备纳米尺寸的存储器、提高器件制备效率、降低器件成本，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平面相变存储器的制备方法，以寻找到一种小尺寸平面相变存储器的制备方法，并且制备方法简单且成本较低，能够突破光刻分辨率限制，并提高平面相变存储器的制备效率。

为达到上述目的，本发明提供一种平面相变存储器的制备方法，该方法包括：

步骤1：在衬底上依次生长一层电热绝缘材料层、相变材料层和基底材料层；

步骤2：用光刻和干法刻蚀的方法去除基底材料层的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；

步骤3：在该相变材料层的上面和基底材料层的表面及侧面淀积侧墙材料层；

步骤4：采用干法回刻，去除基底材料层上表面的和相变材料层表面的侧墙材料层，在基底材料层的侧面将形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；

步骤5：用湿法腐蚀的方法去除基底材料层，只保留纳米尺寸的侧墙；

步骤6：采用干法刻蚀的方法去掉除了侧墙底部以外的所有相变材料，从而形成由侧墙和相变材料层构成的叠层侧墙；

步骤7：采用光刻或电子束光刻+薄膜淀积+剥离工艺在该侧墙的一条边上搭上一条制作电极的金属层；

步骤8：再用薄膜淀积工艺在金属层上制备一层绝缘材料层，将侧墙和金属层包裹在其中；

步骤9：再用化学机械抛光的方法抛光表面直至磨到电热绝缘层上的金属表面，从而割断金属层形成中间夹有相变材料层的nano-gap电极；

步骤10：最后在nano-gap电极上淀积一层绝缘材料层，再在nano-gap电极两边的金属上开孔并引出电极，即形成平面相变存储器。

其中所述电热绝缘材料层是氮化硅或SiO₂。