CN101814579B - 一种高密度相变存储器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高密度相变存储器的制备方法，包括：在衬底上淀积一层金属层；在金属层上面淀积多周期的上电极层，该多周期的上电极层的每一周期包括：一层电热绝缘材料和在其表面淀积的金属材料，每生长一层金属材料后在其表面光刻一个凹槽；在多周期的上电极层上用薄膜淀积工艺淀积电热绝缘材料层，然后将表面平坦化；采用光刻方法和干法刻蚀的工艺在电热绝缘材料层的上面制备插塞小孔，该插塞小孔的宽度大于每一层金属材料上的凹槽的宽度；在插塞小孔的孔壁上的表面淀积一层相变材料，得到管状结构；采用化学气相淀积工艺，在相变材料上再淀积一层金属材料层，该金属材料层填满插塞小孔内；最后用化学机械抛光方法，去除插塞小孔表面上多余的金属材料层和相变材料，抛光表面。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，涉及一种存储器的制备方法，尤其涉及一种高科技相变存储器的制备方法。
背景技术
存储器在半导体市场中占有重要的地位，由于便携式电子设备的不断普及，非挥发存储器在整个存储器市场中的份额也越来越大，其中90％以上的份额被FLASH占据。目前，Flash大行其道的主要原因在于其存储密度高(尤其是实现多值存储后)、工艺成熟，以致单元容量的制作成本低。然而Flash的抗疲劳特性不好，只能进行“块”写/擦除操作，所需电压高等缺点。而且，Flash受制于自身的机制，如SILC(Stress InducedLeakage Currents)等的影响，其特征尺寸将很难缩小到45nm以下。这就迫使人们寻找性能更为优越的下一代不挥发存储器。
其中，相变存储器由于具有高速读取、高可擦写速度、非易失性、元件尺寸小、功耗低、与CMOS工艺兼容性好、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。
如今，存储器的研究一直朝着高速、高密度、低功耗的方向发展。目前世界上从事相变存储器研发工作的机构大多数是半导体行业的大公司，研究热点大多围绕其器件工艺展开：器件的物理机制研究，包括如何减小器件的操作电流，即降低功耗；器件结构设计和存储机理研究等；高密度期间阵列的制造工艺研究，包括如何实现器件单元的纳米尺度化问题、高密度器件芯片的工艺问题、器件单元的失效问题等。
传统的半导体工艺中，高密度单元器件的制备依赖于光刻技术，光刻的极限指标决定了器件单元的最小尺寸；由于光刻中邻近效应的影响对于高密度器件的平面制备工艺上受到的限制较多。因此，在垂直方向上三维叠层技术成为实现高密度存储一个重要的方向，由此我们提出了本发明构思。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高密度相变存储器的制备方法，具有制备过程简单、成本低廉，实现高密度的优点。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的一种高密度相变存储器的制备方法，该方法包括：
步骤1：在衬底上淀积一层金属层，作为相变存储器的下电极；
步骤2：在金属层上面淀积多周期的上电极层，该多周期的上电极层的每一周期包括：一层电热绝缘材料和在其表面淀积的金属材料，每生长一层金属材料后在其表面光刻一个凹槽，使凹槽两侧形成金属条；
步骤3：在多周期的上电极层上用薄膜淀积工艺淀积电热绝缘材料层，然后将表面平坦化；
步骤4：采用光刻方法和干法刻蚀的工艺在电热绝缘材料层的上面制备插塞小孔，该插塞小孔的宽度大于每一层金属材料上的凹槽的宽度；
步骤5：采用化学气相淀积工艺，在插塞小孔的孔壁上的表面淀积一层相变材料，得到管状结构；
步骤6：采用化学气相淀积工艺，在相变材料上再淀积一层金属材料层，该金属材料层填满插塞小孔内，作为插塞电极；
步骤7：最后用化学机械抛光方法，去除插塞小孔表面上多余的金属材料层和相变材料，抛光表面。
其中所述的多周期的上电极层的周期数为3-8层。
其中所述多周期的上电极层中的电热绝缘材料和电热绝缘材料层是氮化硅或SiO2。
其中所述金属层和金属材料及金属材料层是钨、镍、铝、钛、氮化钛、铜、银、金或铂中的一种。
其中所述相变材料采用的材料为Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4、Sb2Te3或Si2Sb2Te5中的一种。
其中所述衬底是半导体材料衬底。
其中所述半导体材料衬底是硅片或SOI片。
其中所述的表面平坦化方法是反刻、旋涂玻璃回流或化学机械抛光。
其中所述插塞小孔的深度至金属层。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种高密度相变存储器的制备方法，具有制备过程简单、成本低廉，实现高密度的优点。
附图说明
为进一步描述本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是本发明提供的相变存储器的制备方法的流程图；
图2-图13是制备相变存储器的流程结构示意图。
图14是本发明制备的相变存储器的横切面示意图。
具体实施方式
请参阅图2至图13所示，本发明是一种高密度相变存储器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：在衬底101上淀积一层金属层102，作为相变存储器的下电极；所述衬底101是半导体材料衬底；所述半导体材料衬底101是硅片或SOI片；所述的金属层102，是钨、镍、铝、钛、氮化钛、铜、银、金或铂中的一种；所述的金属层102，采用溅射法、蒸发法和化学气相淀积法中的一种制备的(如图2所示)；
步骤2：在金属层102上面淀积多周期的上电极层20，该多周期的上电极层20的每一周期包括：一层电热绝缘材料103和在其表面淀积的金属材料104，每生长一层金属材料104后在其表面光刻一个凹槽1041，使凹槽1041两侧形成金属条；所述多周期的上电极层20的周期数为3-8层；所述多周期的上电极层20中的电热绝缘材料103，是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种；所述电热绝缘材料103，采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧化方法中的一种实现的；；所述金属材料104是钨、镍、铝、钛、氮化钛、铜、银、金或铂中的一种；所述金属材料104，采用溅射法、蒸发法和化学气相淀积法中的一种制备的(如图3-图8所示)；
步骤3：在多周期的上电极层20上用薄膜淀积工艺淀积电热绝缘材料层109，然后将表面平坦化；所述电热绝缘材料层109，是氧化物、氮化物、硫化物或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物中的任一种；所述电热绝缘材料层109，是采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧化方法中的一种实现的；所述的表面平坦化方法是反刻、旋涂玻璃回流或化学机械抛光(如图9所示)；
步骤4：采用光刻方法和干法刻蚀的工艺在电热绝缘材料层109的上面制备插塞小孔110，该插塞小孔110的宽度大于每一层金属材料104上的凹槽1041的宽度；所述插塞小孔的深度至金属层102(如图10所示)；
步骤5：采用化学气相淀积工艺，在插塞小孔110的孔壁上的表面淀积一层相变材料111，得到管状结构；所述相变材料111采用的材料为Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4、Sb2Te3、Si2Sb2Te5等二元、三元、四元具有存储功能的相变合金材料(如图11所示)；
步骤6：采用化学气相淀积工艺，在相变材料111上再淀积一层金属材料层112，该金属材料层112填满插塞小孔110内，作为插塞电极；所述的金属材料层112，是钨、镍、铝、钛、氮化钛、铜、银、金或铂中的一种(如图12所示)；
步骤7：最后用化学机械抛光方法，去除插塞小孔110上多余的金属材料层112和相变材料111，抛光表面(如图13所示)。
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 (9)
1.一种高密度相变存储器的制备方法，该方法包括：
步骤1：在衬底上淀积一层金属层，作为相变存储器的下电极；
步骤2：在金属层上面淀积多周期的上电极层，该多周期的上电极层的每一周期包括：一层电热绝缘材料和在其表面淀积的金属材料，每生长一层金属材料后在其表面光刻一个凹槽，使凹槽两侧形成金属条；
步骤3：在多周期的上电极层上用薄膜淀积工艺淀积电热绝缘材料层，然后将表面平坦化；
步骤4：采用光刻方法和干法刻蚀的工艺在电热绝缘材料层的上面制备插塞小孔，该插塞小孔的宽度大于每一层金属材料上的凹槽的宽度；
步骤5：采用化学气相淀积工艺，在插塞小孔的孔壁上的表面淀积一层相变材料，得到管状结构；
步骤6：采用化学气相淀积工艺，在相变材料上再淀积一层金属材料层，该金属材料层填满插塞小孔内，作为插塞电极；
步骤7：最后用化学机械抛光方法，去除插塞小孔表面上多余的金属材料层和相变材料，抛光表面。
2.根据权利要求1所述的高密度相变存储器件的制备方法，其中所述的多周期的上电极层的周期数为3-8层。
3.根据权利要求1所述的高密度相变存储器件的制备方法，其中所述多周期的上电极层中的电热绝缘材料和电热绝缘材料层是氮化硅或SiO2。
4.根据权利要求1所述的高密度相变存储器件的制备方法，其中所述金属层和金属材料及金属材料层是钨、镍、铝、钛、氮化钛、铜、银、金或铂中的一种。
5.根据权利要求1所述的高密度相变存储器件的制备方法，其中所述相变材料采用的材料为Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4、Sb2Te3或Si2Sb2Te5中的一种。
6.根据权利要求1所述的相变存储器件的制备方法，其中所述衬底是半导体材料衬底。
7.根据权利要求6所述的相变存储器件的制备方法，其中所述半导体材料衬底是硅片或SOI片。
8.根据权利要求1所述的相变存储器件的制备方法，其中所述的表面平坦化方法是反刻、旋涂玻璃回流或化学机械抛光。
9.根据权利要求1所述的相变存储器件的制备方法，其中所述插塞小孔的深度至金属层。
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