CN101452891A - 一种制作阻变存储器交叉阵列的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作阻变存储器交叉阵列的方法，该方法经过两次光刻、两次薄膜淀积、两次剥离工艺，获得阻变存储器交叉阵列，该方法包括：在基片表面上生长绝缘层薄膜；在绝缘层薄膜表面上涂敷光刻胶，之后曝光、显影得到下电极图形；在下电极图形上淀积下电极材料；剥离淀积的下电极材料，得到交叉阵列线下电极；在下电极上涂敷光刻胶，之后曝光、显影得到电阻转变层和上电极图形；在电阻转变层和上电极图形上淀积电阻转变层材料和上电极材料；剥离淀积的电阻转变层材料和上电极材料，得到电阻转变层和交叉阵列线的上电极。利用本发明，降低了制作成本，提高了存储器阵列的密度。
Description
技术领域
本发明涉及微电子制造及存储器技术领域，尤其涉及一种制作阻变存储器交叉阵列的方法。
背景技术
目前的非挥发性存储器以闪存(Flash)为主流，但是闪存器件存在操作电压过大、操作速度慢、耐久力不够好，以及由于在器件缩小化过程中过薄的隧穿氧化层导致记忆时间不够长等缺点。
理想的非挥发性存储器应具备操作电压低、结构简单、非破坏性读取、操作速度快、记忆时间(Retention)长、器件面积小、耐久力(Endurance)好等条件。
目前已经对许多新型材料和器件进行了研究，试图来达到上述的目标，其中有相当部分的新型存储器器件都采用电阻值的改变来作为记忆的方式。其中电阻转变型存储器(RRAM)主要是基于固态氧化物材料的电阻可变特性的。
图1是电阻转变型存储器器件的基本结构示意图。在图1中，101表示上电极，102表示下电极，103表示功能层材料薄膜。该层薄膜的电阻值可以具有两种不同的状态(高阻和低阻，可以分别用来表征‘0’和‘1’两种状态)，如图2所示，这两种电阻状态可以在外加电场的作用下相互转换。RRAM具有在32nm节点及以下取代现有主流FLASH存储器的潜力，因而成为目前新型存储器器件的一个重要研究方向。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制作阻变存储器交叉阵列的方法，以降低制作成本，提高存储器阵列的密度。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制作阻变存储器交叉阵列的方法，该方法经过两次光刻、两次薄膜淀积、两次剥离工艺，获得阻变存储器交叉阵列，该方法包括：
A、在基片表面上生长绝缘层薄膜；
B、在绝缘层薄膜表面上涂敷光刻胶，之后曝光、显影得到下电极图形；
C、在下电极图形上淀积下电极材料；
D、剥离淀积的下电极材料，得到交叉阵列线下电极；
E、在下电极上涂敷光刻胶，之后曝光、显影得到电阻转变层和上电极图形；
F、在电阻转变层和上电极图形上淀积电阻转变层材料和上电极材料；
G、剥离淀积的电阻转变层材料和上电极材料，得到电阻转变层和交叉阵列线的上电极。
上述方案中，步骤A中所述绝缘层薄膜包括氧化硅或氮化硅，通过热氧化方法或者化学气相沉积的方法获得。
上述方案中，步骤B中所述光刻胶包括光学光刻胶和电子束抗蚀剂光刻胶，光刻胶涂敷的厚度大于下电极材料的厚度；步骤B中所述曝光包括针对大线条的光学曝光方法和针对小线条的电子束曝光方法。
上述方案中，步骤C中所述的下电极材料包括金属、具有导电性的化合物，以及为了增加下电极与衬底的粘附性所淀积的粘附层；步骤C中所述的下电极材料是采用电子束蒸发、热蒸发或者溅射的方法得到。
上述方案中，步骤D中所述的剥离采用丙酮、乙醇、去离子水液体超声方法。
上述方案中，步骤E中所述光刻胶包括光学光刻胶和电子束抗蚀剂光刻胶，光刻胶涂敷的厚度大于电阻转变层材料和上电极材料的总厚度；步骤E中所述曝光包括针对大线条的光学曝光方法和针对小线条的电子束曝光方法。
上述方案中，步骤F中所述具有电阻转变特性的材料为二元金属氧化物ZrO2、NiO、TiO2，CuO、MnO、Al2O3、MgO、Nb2O5、Ta2O5，VO2、ZnO或MoO，或者为三元氧化物SrZrO3或SrTiO3，或者为复杂氧化物LaSrMnO3、LaCaMnO3或PrCaMnO3；步骤F中所述上电极材料包括金属、具有导电性的化合物，以及为了增加上电极与衬底的粘附性所淀积的粘附层。
上述方案中，步骤G中所述的剥离采用丙酮、乙醇、去离子水液体超声方法。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、利用本发明，制作阻变存储器交叉阵列的加工工艺大大简化，降低了制作成本。
2、本发明提供的制作阻变存储器交叉阵列的方法，可以大幅提高存储器阵列的密度，其密度取决于光刻工艺的半间距线宽的工艺尺寸(half pitch)。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是阻变存储器单元器件的基本结构示意图；
图2是阻变存储器理想化的电流电压曲线示意图；
图3是本发明提供的制作阻变存储器交叉阵列的方法流程图；
图4是本发明提供的制作阻变存储器交叉阵列的工艺流程图；
图5是阻变存储器交叉阵列的三维示意图；
图6是依照本发明实施例制作阻变存储器交叉阵列的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图3所示，图3是本发明提供的制作阻变存储器交叉阵列的方法流程图，该方法经过两次光刻、两次薄膜淀积、两次剥离工艺，获得阻变存储器交叉阵列，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤301：在基片表面上生长绝缘层薄膜；
步骤302：在绝缘层薄膜表面上涂敷光刻胶，之后曝光、显影得到下电极图形；
步骤303：在下电极图形上淀积下电极材料；
步骤304：剥离淀积的下电极材料，得到交叉阵列线下电极；
步骤305：在下电极上涂敷光刻胶，之后曝光、显影得到电阻转变层和上电极图形；
步骤306：在电阻转变层和上电极图形上淀积电阻转变层材料和上电极材料；
步骤307：剥离淀积的电阻转变层材料和上电极材料，得到电阻转变层和交叉阵列线的上电极，完成阻变存储器交叉阵列的制作。
基于图3所示的制作阻变存储器交叉阵列的方法流程图，图4示出了本发明提供的制作阻变存储器交叉阵列的工艺流程图，该工艺流程图中选取的剖面为图5中A-B剖面，该工艺具体包括：
如图4-1所示，在衬底表面上通过热氧化生长或化学气相沉积的方法制备绝缘层薄膜。
如图4-2所示，在绝缘层薄膜表面上旋涂光学光刻胶或电子束抗蚀剂光刻胶，在热板或烘箱里进行烘烤。
如图4-3所示，经过光学曝光或电子束曝光，显影后在光刻胶上获得下电极图形。
如图4-4所示，通过蒸发或者溅射方法获得下电极金属薄膜。
如图4-5所示，丙酮、乙醇和去离子水等超声剥离后在绝缘层上制备出金属下电极。
如图4-6所示，在制备出下电极的表面上旋涂光学光刻胶或电子束抗蚀剂光刻胶，在热板或烘箱里进行烘烤。
如图4-7所示，经过光学曝光或电子束曝光，显影后在光刻胶上获得电阻转变层和上电极图形。
如图4-8所示，通过蒸发或者溅射方法依次淀积电阻转变层材料和上电极材料。
如图4-9所示，丙酮、乙醇和去离子水等超声剥离后在下电极图形上获得电阻转变层和上电极。
俯视图如4-10所示。
图5为阻变存储器交叉阵列的三维结构示意图。
本发明的一个具体实施例子如图6所示，图6是依照本发明实施例制作阻变存储器交叉阵列的工艺流程图，该工艺流程图中选取的剖面为图5中A-B剖面，该工艺具体包括：
如图6-1所示，以n型硅为衬底。首先通过干氧氧化的方法(1000℃，5小时)生长一层约120nm厚的SiO2作为绝缘衬底。
如图6-2所示，在氧化硅薄膜表面上旋涂AZ5214光刻胶。时间1分钟，转速为3000转/分，这样形成的光刻胶的厚度在1.3um左右。
如图6-3所示，经过光学曝光，显影后在AZ5214光刻胶上获得下电极图形。
如图6-4所示，通过电子束蒸发方法获得下电极Pt/Ti双层金属薄膜，其中Ti是作为粘附层用的。
如图6-5所示，通过丙酮、乙醇和去离子水等超声剥离后在氧化硅上制备出Pt/Ti金属下电极。
如图6-6所示，在制备出下电极的表面上旋涂AZ5214光刻胶。时间1分钟，转速为3000转/分，这样形成的光刻胶的厚度在1.3um左右。
如图6-7所示，经过光学曝光，显影后在AZ5214光刻胶上获得电阻转变层和上电极图形。
如图6-8所示，通过电子束蒸发依次淀积50nm厚的ZrO2电阻转变层材料和Cu上电极材料。
如图6-9所示，丙酮、乙醇和去离子水等超声剥离后在下电极图形上获得电阻转变层和上电极，完成交叉阵列的制作。
8×8的交叉阵列结构的俯视图如6-10所示。
由上述可知，在本发明的实施例中，通过采用两次光刻、两次薄膜淀积、两次剥离工艺，获得阻变存储器交叉阵列。这种基于剥离工艺的阻变存储器交叉阵列制作方法，其制造工艺简单、制造成本低。同时可以大幅提高存储器的密度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1、一种制作阻变存储器交叉阵列的方法，该方法经过两次光刻、两次薄膜淀积、两次剥离工艺，获得阻变存储器交叉阵列，其特征在于，该方法包括：
A、在基片表面上生长绝缘层薄膜；
B、在绝缘层薄膜表面上涂敷光刻胶，之后曝光、显影得到下电极图形；
C、在下电极图形上淀积下电极材料；
D、剥离淀积的下电极材料，得到交叉阵列线下电极；
E、在下电极上涂敷光刻胶，之后曝光、显影得到电阻转变层和上电极图形；
F、在电阻转变层和上电极图形上淀积电阻转变层材料和上电极材料；
G、剥离淀积的电阻转变层材料和上电极材料，得到电阻转变层和交叉阵列线的上电极。
2、根据权利要求1所述的制作阻变存储器交叉阵列的方法，其特征在于，步骤A中所述绝缘层薄膜包括氧化硅或氮化硅，通过热氧化方法或者化学气相沉积的方法获得。
3、根据权利要求1所述的制作阻变存储器交叉阵列的方法，其特征在于，
步骤B中所述光刻胶包括光学光刻胶和电子束抗蚀剂光刻胶，光刻胶涂敷的厚度大于下电极材料的厚度；
步骤B中所述曝光包括针对大线条的光学曝光方法和针对小线条的电子束曝光方法。
4、根据权利要求1所述的制作阻变存储器交叉阵列的方法，其特征在于，
步骤C中所述的下电极材料包括金属、具有导电性的化合物，以及为了增加下电极与衬底的粘附性所淀积的粘附层；
步骤C中所述的下电极材料是采用电子束蒸发、热蒸发或者溅射的方法得到。
5、根据权利要求1所述的制作阻变存储器交叉阵列的方法，其特征在于，步骤D中所述的剥离采用丙酮、乙醇、去离子水液体超声方法。
6、根据权利要求1所述的制作阻变存储器交叉阵列的方法，其特征在于，
步骤E中所述光刻胶包括光学光刻胶和电子束抗蚀剂光刻胶，光刻胶涂敷的厚度大于电阻转变层材料和上电极材料的总厚度；
步骤E中所述曝光包括针对大线条的光学曝光方法和针对小线条的电子束曝光方法。
7、根据权利要求1所述的制作阻变存储器交叉阵列的方法，其特征在于，
步骤F中所述具有电阻转变特性的材料为二元金属氧化物ZrO2、NiO、TiO2，CuO、MnO、Al2O3、MgO、Nb2O5、Ta2O5，VO2、ZnO或MoO，或者为三元氧化物SrZrO3或SrTiO3，或者为复杂氧化物LaSrMnO3、LaCaMnO3或PrCaMnO3；
步骤F中所述上电极材料包括金属、具有导电性的化合物，以及为了增加上电极与衬底的粘附性所淀积的粘附层。
8、根据权利要求1所述的制作阻变存储器交叉阵列的方法，其特征在于，步骤G中所述的剥离采用丙酮、乙醇、去离子水液体超声方法。
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