CN110265547A - 一种基于coms后端工艺的柔性3d存储器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体技术领域，具体为一种基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法。本发明包括以下步骤：提供柔性衬底；利用硬掩膜，采用低温溅射方法生长第一电极；在第一电极上形成阻变功能层；利用硬掩膜，采用低温溅射方法生长第二电极；在第二电极上形成阻变功能层；交替重复上述两步骤，形成具有多层阻变功能层的柔性3D存储器，其中，位于各层的第一电极的位置不相重叠，位于各层的第二电极的位置不相重叠，并且位于顶层的第二电极形成后，不再形成阻变功能层。本发明简化了工艺过程，降低了成本；制备过程全采用CMOS后端生产工艺，为柔性3D存储器的进一步发展应用提供基础。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法。
背景技术
目前，快速发展的现代化、智能化应用对电子器件提出更高的要求，柔性可穿戴电子设备由于其灵活性、低成本逐渐被关注，成为当下的研究热点。
柔性存储器件与传统Si基的器件相比，由于柔性衬底固有的易弯折、难以光刻、耐温性差等缺点，导致柔性器件的制备与CMOS工艺的兼容性、可扩展性及器件存储密度等方面，仍缺少更为可行的优化方式。
部分工作采用高温的原子层沉积工艺制备器件并湿法转至柔性衬底，从而避免柔性衬底直接采用与COMS传统工艺不兼容的工艺，但湿法刻蚀带来器件性能不稳定、成本与工艺难度增加等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法。
本发明提供的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器制备方法，包括以下步骤：
提供柔性衬底；
利用硬掩膜，采用低温溅射方法生长第一电极，所述第一电极沿第一方向延伸，沿第二方向均匀分布，在所述第一电极上形成阻变功能层；
利用硬掩膜，采用低温溅射方法生长第二电极，所述第二电极沿第二方向延伸，沿第一方向均匀分布，在所述第二电极上形成阻变功能层；
交替重复上述两个步骤，形成具有多层阻变功能层的柔性3D存储器，其中，位于各层的所述第一电极的位置不相重叠，位于各层的所述第二电极的位置不相重叠，所述第一方向与所述第二方向基本垂直，并且位于顶层的第二电极形成后，不再形成阻变功能层。
本发明的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法中，优选为，所述柔性衬底为聚对苯二甲酸类塑料。
本发明的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法中，优选为，所述第一电极或所述第二电极材料为TaN、Ta、TiN、Ti或ITO。
本发明的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法中，优选为，所述阻变多功能层材料为HfOx、TaOx、ZrOx、HfTaOx或HfZrOx。
本发明的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法中，优选为，所述第一电极或所述第二电极的厚度为50nm~200nm。
本发明的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法中，优选为，所述阻变功能层的厚度为30nm~150nm。
本发明的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法中，优选为，所述第一电极的间距为200μm~500μm，所述第二电极的间距为200μm~500μm。
本发明的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法中，优选为，采用物理气相沉积方法生长所述第一电极、所述第二电极和阻变功能层。
本发明采用物理气相沉积完成电极、阻变功能层的制备，代替原子层沉积、电子束蒸发等步骤，避免高温等与柔性衬底不兼容的工艺条件，有利于简化工艺与降低成本。此外，采用精心设计的硬掩膜生长阻变功能层与电极，避免光刻过程中的光刻胶烘烤，实现简便的3D柔性存储器件制备。整个制备过程全采用CMOS后端生产工艺，为实现柔性3D存储器件的后端封装、互连等工艺奠定基础，为柔性3D存储器的进一步发展应用提供可能。
附图说明
图1是基于COMS后端工艺的柔性3D存储器制备方法流程图。
图2是形成位于底层的第一电极后的示意图。
图3是未示出阻变功能层的情况下，形成位于第二层的第二电极后的示意图。
图4是未示出阻变功能层的情况下，形成位于第三层的第一电极后的示意图。
图5是未示出阻变功能层的情况下，形成位于顶层的第二电极后的示意图。
图6是基于COMS后端工艺的柔性3D存储器沿第二方向的截面图。
图7是基于COMS后端工艺的柔性3D存储器沿第一方向的截面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
基于COMS后端工艺的柔性3D存储器制备方法的流程如图1所示。
步骤S1，准备一个2cm×2cm的聚对苯二甲酸类塑料（PET）柔性衬底100用于制备柔性3D存储器。
步骤S2，利用硬掩膜，采用物理气相沉积方法生长100nm的TaN作为底层的第一电极101，如图2所示。然后，在TaN电极上采用物理气相沉积方法生长50nm厚的HfTaOx作为第一层的阻变功能层102。第一电极沿第一方向延伸，沿第二方向均匀分布，第一方向与第二方向基本垂直。优选地，各第一电极间的间隔为200μm~500μm。底层的第一电极还可以采用Ta、TiN、Ti、ITO等，厚度优选为50nm~200nm。第一层阻变功能层还可以采用HfOx、TaOx、ZrOx、HfZrOx等，厚度优选为30nm~150nm。此外，第一电极和阻变功能层还可以采用其他低温溅射方法生长。
步骤S3，利用硬掩膜，使用物理气相沉积方法在第一层阻变功能层上生长位于第二层的第二电极103。第二层的第二电极103与底层的第一电极101相互垂直，也即第二层的第二电极103沿第二方向延伸，沿第一方向均匀分布。优选地，各第二电极TaN间的间隔为200μm~500μm，进一步优选地为200μm。第二电极还可以采用Ta、TiN、Ti、ITO等，厚度优选为50nm~200nm，进一步优选地为100nm。然后，在第二电极上生长50nm厚的HfTaOx作为第二层阻变功能层104。第二层阻变功能层的厚度优选在30nm~150nm之间，进一步优选地为50nm，第二层阻变功能层还可以采用HfOx、TaOx、ZrOx、HfZrOx等。为了更好地表示第二电极与第一电极的位置关系，在图3中示出了不包括阻变功能层的情况下，形成位于第二层的第二电极后的示意图。同样，后续的图4和图5中，也均未示出阻变功能层。
步骤S4，利用硬掩膜版，使用物理气相沉积方法在第二层阻变功能层上生长位于第三层的第一电极105。例如生长100nm厚的TaN作为第三层的第一电极。位于第三层的第一电极105与位于底层的第一电极101延伸方向相同，但是位置不相互重叠，如图4所示。也就是说第三层的第一电极105处于底层的第一电极101的插空位置，避免遮挡底层的第一电极101。然后，生长50nm厚的HfTaOx作为第三层阻变功能层106。
步骤S5，利用硬掩膜，使用物理气相沉积方法在第三层阻变功能层上生长位于顶层的第二电极107，如图5所示。第二电极107沿第二方向延伸，沿第一方向均匀分布。各第二电极间的间隔为200μm~500μm，优选地为200μm。第二电极可以采用Ta、TaN、TiN、Ti、ITO等，厚度优选为50nm~200nm，进一步优选地为100nm。位于顶层的第二电极107与位于第二层的第二电极103延伸方向相同，但是位置不相互重叠。也就是说顶层的第二电极107处于第二层的第二电极103的插空位置，避免遮挡第二层的第二电极103。至此形成了基于COMS后端工艺的柔性3D存储器。在图6和图7中分别示出了基于COMS后端工艺的柔性3D存储器沿第二方向和第一方向的截面图。
以上，针对本发明的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的具体实施方式进行了详细说明，但是本发明不限定于此。各步骤的具体实施方式根据情况可以不同。此外，部分步骤的顺序可以调换，部分步骤可以省略等。
本发明采用物理气相沉积完成电极、阻变功能层的制备，代替原子层沉积、电子束蒸发等步骤，避免高温等与柔性衬底不兼容的工艺条件，有利于简化工艺与降低成本。此外，采用精心设计的硬掩膜生长阻变功能层与电极，避免光刻过程中的光刻胶烘烤，实现简便的3D柔性存储器件制备。整个制备过程全采用CMOS后端生产工艺，为实现柔性3D存储器件的后端封装、互连等工艺奠定基础，为柔性3D存储器的进一步发展应用提供可能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
提供柔性衬底；
利用硬掩膜，采用低温溅射方法生长第一电极，所述第一电极沿第一方向延伸，沿第二方向均匀分布，在所述第一电极上形成阻变功能层；
利用硬掩膜，采用低温溅射方法生长第二电极，所述第二电极沿第二方向延伸，沿第一方向均匀分布，在所述第二电极上形成阻变功能层；
交替重复上述两个步骤，形成具有多层阻变功能层的柔性3D存储器，
其中，位于各层的所述第一电极的位置不相重叠，位于各层的所述第二电极的位置不相重叠，所述第一方向与所述第二方向基本垂直，并且位于顶层的第二电极形成后，不再形成阻变功能层。
2.根据权利要求1所述的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法，其特征在于，所述柔性衬底材料为聚对苯二甲酸类塑料。
3.根据权利要求1所述的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法，其特征在于，所述第一电极或所述第二电极的材料为TaN、Ta、TiN、Ti或ITO。
4.根据权利要求1所述的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法，其特征在于，所述阻变多功能层材料为HfOx、TaOx、ZrOx、HfTaOx或HfZrOx。
5.根据权利要求1所述的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法，其特征在于，所述第一电极或所述第二电极的厚度为50nm~200nm。
6.根据权利要求1所述的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法，其特征在于，所述阻变功能层的厚度为30nm~150nm。
7.根据权利要求1所述的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法，其特征在于，所述第一电极的间距为200μm~500μm，所述第二电极的间距为200μm~500μm。
8.根据权利要求1所述的基于COMS后端工艺的柔性3D存储器的制备方法，其特征在于，采用物理气相沉积方法生长所述第一电极、所述第二电极和阻变功能层。
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