[发明专利]多位高集成度垂直结构存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳技术领域，特别涉及一种多位高集成度垂直结构存储器的制备方法。

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。具有类似器件结构，基于金属氧化物的电阻存储器RRAM由于其结构简单、成分精确可控、与逻辑工艺兼容等优点。PCRAM和RRAM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。

电阻存储器(Resistance RandomAccess Memory，RRAM)是基于一些介质材料的电诱导阻变效应发展起来的非挥发存储器。它以简单的MIM(Metal-Insulator-Metal)电容结构为功能器件。电容结构中间的绝缘层是具有电诱导阻变特性的材料，其材料电阻会在特定外加电信号下发生可逆的非挥发的变化。这种可逆的阻值变化就形成了存储器工作的基础。

对于PCRAM和RRAM来说，最具有产业化发展前景的是垂直结构，但垂直结构的制备产业化过程中都离不开CMP工艺。相比较其它工艺来说，对于新材料的刻蚀和CMP工艺优化则是一个比较耗时、耗钱的过程，这也是新型存储材料验证要面临的最大瓶颈。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种多位高集成度垂直结构存储器的制备方法。本发明对于快速实现小单元功耗及大单位面积集成度，与现有的CMOS工艺兼容，具有非常好的产业化应用前景。

本发明提供一种多位高集成度垂直结构存储器的制备方法，该方法包括：

步骤1：在衬底上，淀积第一电热隔离材料层，旋涂掩模层并光刻形成第一掩模开槽；然后，在第一掩模开槽及第一电热隔离材料层暴露的上表面上，淀积第一电极材料层，并去除第一掩模开槽，剥离形成第一下电极；其次，在第一电热隔离材料层及第一下电极暴露的上表面，淀积第二电热隔离材料层；

步骤2：在第二电热隔离材料层上，旋涂掩模层并光刻形成第二掩模开槽；然后，在第二掩开槽及第二电热隔离材料层暴露的上表面，淀积第二电极材料层，并去除第二掩模开槽，剥离形成第二下电极；其次，在第二电热隔离材料层及第二下电极暴露的上表面，淀积第三电热隔离材料层；

步骤3：在第三电热隔离材料层上旋涂掩模层，并光刻形成第三掩开槽；然后，在第三掩开槽及第三电热隔离材料层暴露的上表面淀积第三电极材料层，并去除第三掩模开槽，剥离形成第三下电极；其次，在第三电热隔离材料层及第三下电极暴露的上表面，淀积第四电热隔离材料层；

步骤4：在第四电热隔离材料层上，旋涂掩模层并光刻形成第四掩模开槽；然后，在第四掩开槽及第四电热隔离材料层暴露的上表面，依次淀积存储材料层及第四电极材料层，并去除第四掩模开槽，剥离形成条形存储区及垂直叠加在条形存储区正上方的上电极；其次，在第四电热隔离材料层及上电极暴露的上表面，淀积第五电热隔离材料层；

步骤5：在第五电热隔离材料层上旋涂掩模层，并光刻形成第五掩模开槽；然后，通过第五掩模开槽，在第五、第四、第三、第二电热隔离材料层上，各开孔至第一、第二、第三下电极的上表面；其次，在第五掩模开槽及第一、第二、第三下电极暴露的上表面，淀积第五电极材料层，并去除第五掩模开槽并剥离形成三个第一测试电极；