[发明专利]一种制作纳米尺寸相变存储器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种制作纳米尺寸相变存储器 的方法。本发明提出了一种采用两步侧墙工艺来制备用来填充相变材料的 金属NANOGAP和相变材料纳米条，从而制作纳米尺寸相变存储器的方 法。该方法避免了使用电子束曝光的成本高、周期长的不足，在突破光刻 分辨率限制及提高器件制备效率等方面具有很大的优越性。

背景技术

随着信息产业的快速发展，人们对移动存储的要求急剧增长。由于闪 存(Flash)存储技术写入速度相对慢、工作电压高，同时又难以实现纳米 级小尺寸以提高集成度等不利因素使其很难满足下一代非易失性存储器 的要求。因此基于S.R.Ovshinsky在1968年提出的利用硫系化合物薄膜相 变时具有明显的电阻差异而具有存储效应建立起来的相变随机存储器 (PC-RAM，Phase Change-Random Access Memory)被提上日程。由于相 变存储器具有高速读取、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 可能取代目前的闪存存储器，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、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 储器市场上崭露头角，必须减小其RESET电流使其具有很高的集成密度。 因此，制备小尺寸的尤其是纳米尺度的相变存储器，成为当前研究的主要 内容。

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，但是他们的成本过于高昂。为了突破光刻分辨率限制及 提高器件制备效率，寻找简单而低成本的制备小尺寸的纳米尺寸相变存储 器的方法，我们提出本发明构思。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种制作纳米尺寸相变存储器的方法，以 寻找到一种纳米尺寸的相变存储单元的制作方法，并且器件单元结构简 单、制备方法简单且成本低廉，能够突破光刻分辨率限制，并提高器件制 备效率。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制作纳米尺寸相变存储器的方 法，该方法包括：

a、在衬底上生长一层电热绝缘材料；

b、在该电热绝缘材料上制作金属GAP的侧墙基底，然后淀积侧墙材 料，用干法刻蚀回刻出牺牲侧墙，用湿法刻蚀去掉侧墙基底，形成金属 GAP侧墙；

c、采用光刻、剥离工艺在垂直于该金属GAP侧墙的一条边上形成金 属条，再用湿法刻蚀去掉金属GAP侧墙，同时将附着在金属GAP侧墙上 的金属剥离，形成纳米尺寸的金属GAP；

d、在该金属条之上制作相变材料的侧墙基底，使该侧墙基底的一个 边缘横跨在该金属GAP上，然后淀积相变材料及其保护层，用干法刻蚀 回刻出带有保护层的相变材料的侧墙；

e、淀积钝化层，在相变材料两端的金属条上方开孔，引出电极，形 成水平结构的相变存储器。

上述方案中，步骤a中所述在衬底上生长一层电热绝缘材料，是采用 化学气相淀积或者磁控溅射淀积方法生长的。

上述方案中，步骤a中所述衬底是半导体材料衬底，或是绝缘材料衬 底。所述半导体材料衬底是硅片或SOI片，所述绝缘材料衬底是SiO₂、玻 璃。

上述方案中，步骤a中所述电热绝缘材料是氮化硅。

上述方案中，步骤b中所述在该电热绝缘材料上制作金属GAP的侧 墙基底是采用光学光刻和干法刻蚀的方法制作的。

上述方案中，步骤b中所述金属GAP的侧墙基底采用二氧化硅，所 述金属GAP的侧墙材料是多晶硅。步骤b中所述去除侧墙基底采用的刻 蚀液是氢氟酸，步骤c中所述去除金属GAP侧墙形成金属GAP采用的刻 蚀液是KOH溶液、EDP、异丙醇和水的混合溶液。

上述方案中，步骤b中所述金属GAP的侧墙基底采用多晶硅，所述 金属GAP的侧墙材料是二氧化硅。步骤b中所述去除侧墙基底采用的刻 蚀液是KOH溶液，步骤c中所述去除金属GAP侧墙形成金属GAP采用 的刻蚀液是氢氟酸。