[发明专利]制备相变存储器的方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子领域，涉及一种制备相变存储器的方法，尤其涉及一种高密度有序自组装微球作为掩膜、结合化学机械抛光制备相变存储器的方法。

背景技术

相变存储器的基本概念最初是Ovshinsky在1968年提出的[，是基于相变材料的可逆相变，利用其非晶态时的半导体高阻特性与多晶态时的低阻特性实现存储的技术。新型相变材料与器件制备工艺的发展经历了非常漫长的过程，在七、八十年代受材料与器件研究及加工水平的限制，原型器件的功耗与速度无法与常规半导体存储技术相比拟，不能实现与CM0S工艺和功能的集成，因而没有引起国际上的重点关注。九十年代以来，相变材料及其光学可逆转变特性的研究取得重大突破，在相变光存储应用方面得到飞速发展，可擦写HD-DVD相变光盘已实现产业化，取得了巨大的商业价值。随着集成电路技术的发展，特别是光刻等微纳加工技术水平的迅速提高，利用纳米尺度相变材料的电阻特性实现非挥发的存储技术引起了工业界的重视。2001年，Intel公布了容量为4Mb的PCRAM试验芯片，其性能表明，当器件特征尺寸进入纳米量级，PCRAM体现出比SRAM、DRAM和FLASH等商用化存储技术以及FERAM和MRAM等新型存储技术更优越的综合存储性能，被认为是固态存储技术继FLASH后的重大突破，在国际上掀起了PCRAM存储技术的研究热潮。

在微纳加工及半导体工业中，光刻技术是整个工艺流程的核心，光刻极限尺寸决定了整个半导体器件的性能以及相应的集成度。在光刻技术进入45nm及以下尺寸时，大面积区域的光刻受到限制，同时系统集成度的提高也难以解决。基于此需寻找一种简单有效的方法来作为45nm尺寸以下器件的掩膜技术。当前以单分散胶体微球有序组装为基础的微纳米结构新材料已成为先进材料家族中的一枝新秀。尤其是近十年来随着光子晶体技术的发展，由胶体微球组装的三维有序周期结构已成为研究可见光和近红外光波段光子晶体的最便捷形式。有序组装的胶粒晶体潜在应用领域十分广泛，可以用来制作生物、化学、光传感器，光滤波器和光开关等，此外亚微米胶粒晶体的晶格常数和可见光、近红外光波长可比，因此可以用来制作可见和近红外波段的光子晶体。通过实验我们发现，氧气对聚苯乙烯(PS)微球的刻蚀速率很快，而半导体工艺中使用的其他气体如SF6、CHF3、CF4等气体对PS微球的刻蚀速率很慢。因此可以将自组装后形成的PS微球薄膜作为掩膜用于对下层材料的刻蚀。

在半导体工业中，集成度遵循摩尔定律和按比例缩小原理，以每隔3年芯片的集成度翻两番，特征尺寸缩小1/3的速度发展。在微电子工艺中，其表面粗糙度和表面平整度成为影响集成电路刻蚀线宽的重要因素之一。目前，由于器件尺寸的缩小、光学光刻设备焦深的减小，要求基片表面平整度达到纳米级。1991年IBM首次将化学机械抛光技术成功应用到64Mb DRAM的生产中，之后各种逻辑电路和存储器以不同的发展规模走向CMP，CMP将纳米粒子的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来，满足了特征尺寸在0.35μm以下的全局平面化要求。经CMP工艺处理过的基片可以达到其他任何平面化加工工艺所不能达到的表面平整度。目前，化学机械抛光技术已成为公认的标准全局平面化技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高密度有序自组装微球作为掩膜、结合化学机械抛光制备相变存储器的方法，有助于制备新型的高密度低功耗相变存储器，促进存储器的发展。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种制备相变存储器的方法，包括如下步骤：制备底层介质层的步骤；制备底层电极的步骤；制备标记图形的步骤；制备标记保护层的步骤；制备相变材料的步骤；制备刻蚀相变材料掩膜的步骤：利用自组装有序排列的聚苯乙烯微球做掩膜刻蚀相变材料；制备相变材料结构的步骤；基片平坦化处理步骤；顶层电极的引出步骤；顶层氧化硅沉积步骤。

作为本发明的一种优选方案，在制备底层介质层的步骤之前还包括清洗硅片步骤：将硅片放入第一溶液中煮沸3-10分钟，冷却，去离子水冲洗1-5分钟，而后用氮气吹干；其中，所述第一溶液为氨水、双氧水、去离子水的混合液，氨水:双氧水:去离子水＝1:2:5；将硅片放入第二溶液中煮沸3-10分钟，冷却，去离子水冲洗1-5分钟，而后用氮气吹干；其中，所述第二溶液为盐酸、双氧水、去离子水的混合液，盐酸:双氧水:去离子水＝1:2:5；清洗硅片后，将硅片于100℃-200℃的烘箱中烘烤10min-60min去除表面的水分。