基于腐蚀的水平全限制相变存储器的自对准制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳制造领域，特别涉及一种基于腐蚀的水平全限制相变存储器的自对准制备方法。该方法利用晶态相变材料在不同衬底上的腐蚀速率超过一个数量级的物理规律，将相变材料有效地限制在电极材料缝隙中。这种具有自对准填充特性的水平全限制相变存储器的制备工艺，在制备精度、制备难度、制备良品率、兼容性等方面具有很大的优越性。
【背景技术】
[0002]相变存储器PCRAM (phase change random access memory)以硫系化合物为存储介质，依靠电流的热效应控制相变材料在晶态(低阻)和非晶态(高阻)之间转化实现信息的写入与擦除，依靠探测存储区域电阻的变化实现信息的读出。PCRAM具有非挥发性，与目前大多数的存储器相比，具有器件尺寸小、功耗低、读取速度快、抗辐照、能实现多级存储以及与现有的CMOS工艺兼容等诸多优点，是最有可能取代目前的FLASH而成为未来主流存储的半导体非挥发存储器之一。操作电流过大是目前相变存储器面临的最主要问题，减小有效相变体积可以减小存储功耗。通过将相变材料限制到电极缝隙间，提高加热效率，减小有效相变体积，从而达到提高擦写速度和降低功耗的目的，是目前的研究热点之一。相变材料GeSbTe合金是目前技术成熟且应用广泛的硫系化合物的典型代表，多用做光盘、PRAM的存储介质。对于水平结构来说，就如何将相变材料在水平对置电极缝隙间保持一致性地自对准制备，是一直困扰研发人员的难题。但是，按照常规的“刻蚀出沟槽-薄膜淀积填充相变材料-CMP磨平”的思路制备相变材料全限制结构方法需要高分辨精度的光刻机、薄膜淀积和刻蚀工艺，同时还面临着工艺良品率提升困难和工艺成本居高不下等困境。为了实现相变材料在水平对置电极缝隙间的自对准制备，我们提出本发明构思。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，提供一种基于腐蚀的水平全限制相变存储器的自对准制备方法，该制备方法对工艺精度要求低、制备简单、可靠性高、制备良品率高、研发成本低、经济高效。本发明基于湿法腐蚀原理，搭配电子束曝光、干法刻蚀、剥离等工艺，可实现多种材料间全限制量子点器件结构的自对准制备。
[0004]本发明提供一种基于腐蚀的水平全限制相变存储器的自对准制备方法，该方法包括:
[0005]步骤1:在衬底上生长一层抗腐蚀的第一电热绝缘材料层，在第一电热绝缘材料层上旋涂并光刻形成纵向第一掩膜层；
[0006]步骤2:在第一电热绝缘层及纵向第一掩膜层的上表面淀积第一功能材料层，在去离子水浸泡辅助下用棉球沿着与第一纵向掩模层垂直的方向擦拭样品表面，剥离形成与第一纵向掩模层的方向和尺寸一致的第一功能材料层缝隙；
[0007]步骤3:在第一功能材料层上面和第一功能材料层缝隙内，利用光刻-薄膜淀积-剥离的方法制备一层相变材料层；
[0008]步骤4:退火并在碱性溶液中腐蚀，将位于第一功能材料层上方的相变材料层去除，形成填充在第一功能材料层缝隙中的相变材料层纳米线；
[0009]步骤5:在第一功能材料层、第一功能材料层缝隙以及相变材料层纳米线的上表面，旋涂并光刻形成第二掩膜层并通过第二掩模层干法刻蚀第一功能材料层和相变材料纳米线至第一电热绝缘材料层的上表面，形成水平对置电极层局域化的相变材料量子点；
[0010]步骤6:去除第二掩模层，并在第一电热绝缘材料层、第一功能材料层和相变材料量子点的上表面，淀积第二电热绝缘层；
[0011]步骤7:在第二电热绝缘材料层的上表面，旋涂并光刻形成第三掩模层掩盖住相变材料量子点，通过第三掩模层依次刻蚀第二电热绝缘材料层和第一功能材料层至第一电热绝缘材料层的上表面，并去除第三掩模层；
[0012]步骤8:在第一电热绝缘材料层和第二电热绝缘材料层的上表面，淀积第三电热绝缘材料层；
[0013]步骤9:旋涂并光刻出第四掩模层，并通过第四掩模层依次腐蚀第三、第二电热绝缘材料层至第一功能材料层的上表面，薄膜淀积第二功能材料层，并剥离形成测试电极，完成器件制备。
[0014]本发明的有益效果是，其是利用相变材料GeSbTe合金晶态下在导电性不同的衬底上腐蚀速率差异超过一个数量级的物理规律，通过在电极缝隙上方淀积一层相变材料，并用退火的方式将相变材料设置到晶态，并通过湿法腐蚀将相变材料填充到电极缝隙内，工艺精度要求低，操作简单，成本低，可推广性强。
【附图说明】
[0015]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:
[0016]图1是本发明提供的基于腐蚀的水平全限制相变存储器的自对准制备方法的流程图；
[0017]图2-图8是本发明方法的各步骤的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]请参阅图1，并结合参阅图2至图8所示，本发明提供一种基于腐蚀的水平全限制相变存储器的自对准制备方法，该方法包括:
[0019]步骤1:在衬底100上生长一层抗腐蚀的第一电热绝缘材料层101A，在第一电热绝缘材料层1lA上旋涂并光刻形成纵向第一掩膜层102A。其中衬底100的材料为硅、氮化镓、蓝宝石、碳化硅、砷化镓或玻璃等现有的以及以后出现的衬底材料，衬底100的电阻态可以是高阻态或低阻态，衬底100的厚度为l-103um。所述第一电热绝缘材料层1lA的材料是氮氧化合物、氮化物或氧化物，或者是这几种化合物构成的混合物，第一电热绝缘材料层1lA的厚度为l-103nm，所述第一电热绝缘材料层1lA是通过溅射法、蒸镀法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法、原子层淀积法、热氧化法或金属有机物热分解法中的一种或者几种制备；
[0020]步骤2:在第一电热绝缘层1lA及纵向第一掩膜层102A的上表面淀积第一功能材料层103，在去离子水浸泡辅助下用棉球沿着与第一纵向掩模层102A垂直的方向擦拭样品表面，剥离形成与第一纵向掩模层102A的方向和尺寸一致的第一功能材料层缝隙1031，并在扫描电子显微镜下进行形貌观测；所述第一功能材料层103可以是钨、氮化钛、镍、铝、钛、金、银、铜、铂、氮化钨，或者它们的合金，第一功能材料层103的厚度为l_103nm，所述第一功能材料层103是通过溅射法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法或原子层淀积法中的一种或者几种制备；
[0021]步骤3:在第一功能材料层103上面和第一功能材料层缝隙1031内，利用“光刻-薄膜淀积-剥离”的方法制备一层相变材料层104，其中相变材料层104 (1041、1042)可以是GeSbTe合金，相变材料层104的厚度为l_103nm，所述相变材料层104 (1041、1042)是通过溅射法、化学气相淀积法、激光辅助淀积法、原子层淀积法、热氧化法、金属有机物热分解法中的一种或者几种制备；
[0022]步骤4:退火将相变材料设置为晶态，并在碱性溶液中腐蚀，不同衬底上的晶态相变材料在碱性溶液中的腐蚀速率不一样，差异超过一个数量级，控制好腐蚀时间，由此可以将位于第一功能材料层103上方的相变材料去除，形成填充在第一功能材料层缝隙1031中的相变材料层纳米线1041 ；
[0023]步骤5:在第一功能材料层103、第一功能材料层缝隙1031以及相变材料层纳米线1041的上表面，旋涂并光刻形成第