CN104393170B - 一种三维高密度电阻转变存储器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维高密度电阻转变存储器的制备方法，包括：衬底预备；在衬底上涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成电极图形；在形成电极图形的衬底上电子束蒸发惰性电极；剥离光刻胶及其上的金属，形成惰性电极；在形成惰性电极的衬底上旋涂电子束光刻胶HSQ并电子束曝光；涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成活性电极图形；在形成活性电极图形的衬底上电子束蒸发活性电极；剥离光刻胶及其上的金属，形成活性电极；在形成活性电极的衬底上旋涂电子束光刻胶HSQ并电子束曝光；涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成电极图形；在形成电极图形的衬底上电子束蒸发惰性电极；剥离光刻胶及其上的金属，形成惰性电极。
Description
技术领域
本发明涉及纳米电子器件及纳米加工技术领域，尤其涉及一种高存储密度电阻转变存储器的制作方法。
背景技术
随着大数据及云计算的不断发展，高密度的非挥发性半导体存储器件的需求也越来越迫切。为了实现高密度存储，首先考虑的是将器件尺寸等比例缩小，以此来增加单位面积上能够存储的信息量，但是，随着微电子加工工艺逼近其物理极限，单纯依靠器件面积的缩小来满足较高的存储密度要求已经变得十分困难。另一个提升存储密度的办法就是开发具有多值存储能力的非挥发性存储器件，但研究表明，具有多值存储的非挥发性器件的“中间态”往往保持性不好，容易造成器件存储信息的丢失，况且多值存储很难大幅度提升存储密度。传统的电阻转变存储器件都是二维排布的衬底材料上，也就是基底上只有一层存储器件，如果能够在第三维上实现不同层存储器的堆叠，并且能够有效的实现各个器件的选通、编程、擦除和读取等操作，那么这种三维堆叠的方法可以大大地提升存储器的密度。
目前对于电阻转变存储器来说，实现三维堆叠的方案主要集中在交叉阵列结构，因为互相垂直的两个金属线条的交叉点处既可以形成存储器件单元，这两条金属线又可以充当所在一列或者一行存储器件的选址、编程、读取线。直接在平整衬底上实现一层交叉阵列的存储器件比较容易实现，但是随着层数的增多，平整度变差会给后续的工艺带来诸多问题，造成结构的不稳定及器件的失效。为了增加平整度，工艺上可以实现将金属纳米线“埋入”介质层中，使得纳米线与介质层高度一致，然后沉积功能层，依次类推，使得每一层都能形成一个平整的结构。这种方式虽然解决了平整度的问题，但是工艺成本大大提升，并且“平坦化”的工艺会对器件产生一定的不良影响。那么实现一种低成本高密度的三维集成结构变得尤为重要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明主要提供一种制备三维电阻转变存储器的方法，以解决目前制备三维高密度存储器流程复杂、不可控、成本高等一系列问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种三维高密度电阻转变存储器的制备方法，包括：
步骤1：衬底预备；
步骤2：在衬底上涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成电极图形；
步骤3：在形成电极图形的衬底上电子束蒸发惰性电极；
步骤4：剥离光刻胶及其上的金属，形成惰性电极；
步骤5：在形成惰性电极的衬底上旋涂电子束光刻胶HSQ并电子束曝光；
步骤6：涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成活性电极图形；
步骤7：在形成活性电极图形的衬底上电子束蒸发活性电极；
步骤8：剥离光刻胶及其上的金属，形成活性电极；
步骤9：在形成活性电极的衬底上旋涂电子束光刻胶HSQ并电子束曝光；
步骤10：涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成电极图形；
步骤11：在形成电极图形的衬底上电子束蒸发惰性电极；
步骤12：剥离光刻胶及其上的金属，形成惰性电极。
上述方案中，步骤1中所述衬底为已经制备氧化物介质层的硅片，该氧化物介质层是在氧气气氛中高温热氧化硅片而形成。
上述方案中，步骤2中所述光刻胶为9920，形成的电极图形尺寸为2μm×1μm。
上述方案中，步骤3中电子束蒸发惰性电极金属为铂(Pt)，厚度70-80纳米。
上述方案中，步骤4中所述剥离试剂为丙酮+乙醇。
上述方案中，步骤5中所述旋涂电子束光刻胶HSQ的厚度为120纳米。
上述方案中，步骤6中所述光刻胶为9920，形成的电极图形尺寸为1mm×2μm。
上述方案中，步骤7中所述活性电极为银(Ag)，厚度为80纳米。
上述方案中，步骤8中所述剥离试剂为丙酮+乙醇。
上述方案中，步骤9中所述旋涂电子束光刻胶HSQ的厚度为120纳米。
上述方案中，步骤10中所述光刻胶为9920，形成的电极图形尺寸为2μm×1μm。
上述方案中，步骤11中电子束蒸发惰性电极金属为铂(Pt)，厚度80纳米。
上述方案中，步骤12中所述剥离试剂为丙酮+乙醇。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明有以下有益效果：
1、利用本发明制备的具有三维结构的电阻转变存储器，在保证较高的存储密度的同时，也具备工艺简单、成本低、可控性好等优点。
2、利用本发明，活性电极充当阳极的电阻转变存储器在发生电阻转变的过程中会形成金属性质的纳米细丝，可以通过调节限制电流的大小来实现低功耗操作和多值存储，此类器件具有低的操作电压和较快的读写速度，并且具有良好的器件保持特性，具有很大的应用潜力。
3、利用本发明，可以获得三维多层堆叠的电阻转变存储器件，器件制备过程简单，成本低可操作性强，对于三维高密度电阻转变存储器的相关研究和应用有现实意义。
附图说明
图1是本发明提供的制备三维高密度电阻转变存储器的方法流程图。
图2是依照图1制备的三维高密度电阻转变存储器的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明通过制备一层金属纳米线、旋涂一层HSQ、再制备另外一层金属纳米线的方式，将每一层的金属纳米线的阵列都包裹在HSQ中，通过旋涂来控制厚度并且可以实现平坦化。HSQ是一种较为特殊的光刻胶材料，在旋涂的过程中，可以很好的包覆在金属纳米线周围，并且使得表面平整，另外，在电子束曝光之后，HSQ将会变性，利用这种方法来制备具有三维结构的电阻转变存储器在保证较高的存储密度的同时，也具备工艺简单、成本低、可控性好等优点。
这种活性电极充当阳极的电阻转变存储器在发生电阻转变的过程中会形成金属性质的纳米细丝，可以通过调节限制电流的大小来实现低功耗操作和多值存储，此类器件具有低的操作电压和较快的读写速度，并且具有良好的器件保持特性，具有很大的应用潜力。
如图1所示，图1是本发明提供的制备三维高密度电阻转变存储器的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤1：衬底预备；其中衬底为已经制备氧化物介质层的硅片，该氧化物介质层是在氧气气氛中高温热氧化硅片而形成。
本发明实施例所用的衬底为已经形成衬底介质层的2英寸硅片，在形成衬底介质层之前，硅片是要进行严格的清洗过程，具体为：2英寸硅片在硫酸(H2SO4)和双氧水(H2O2)的溶液中(两者比例为7∶3)煮30分钟，温度为400摄氏度，去除有机物和金属杂质，然后放入氢氟酸(HF)和去离子水(DIW)中漂洗，最后用去离子水(DIW)冲洗。
步骤2：在衬底上涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成电极图形；其中光刻胶采用9920，旋涂厚度为1.2μm，85℃热板烘烤4.5分钟，采用掩膜曝光，图形为2μm×1mm的长条形阵列，曝光时间3.5秒，然后在显影溶液里浸泡40秒。
步骤3：在形成电极图形的衬底上电子束蒸发惰性电极；其中电子束蒸发惰性电极金属为铂(Pt)，厚度70-80纳米。
步骤4：剥离光刻胶及其上的金属，形成惰性电极；其中剥离试剂为丙酮+乙醇，具体为先在丙酮中浸泡5分钟，有光刻胶的地方与丙酮发生反应被溶解，连通光刻胶上的金属一起被剥离掉，待金属脱离后分别用乙醇和去离子水浸洗。
步骤5：在形成惰性电极的衬底上旋涂电子束光刻胶HSQ并电子束曝光；其中旋涂电子束光刻胶HSQ的厚度为120纳米，转速为7000转/分钟。
步骤6：涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成活性电极图形；其中光刻胶为9920，形成的电极图形尺寸为1mm×2μm，其他条件同步骤2。
步骤7：在形成活性电极图形的衬底上电子束蒸发活性电极；其中活性电极为银(Ag)，厚度为80纳米。
步骤8：剥离光刻胶及其上的金属，形成活性电极；其中剥离试剂为丙酮+乙醇，其他条件同步骤4。
步骤9：在形成活性电极的衬底上旋涂电子束光刻胶HSQ并电子束曝光；其中旋涂电子束光刻胶HSQ的厚度为120纳米，其他条件同步骤5。
步骤10：涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成电极图形；其中光刻胶为9920，形成的电极图形尺寸为2μm×1μm，其他条件同步骤2。
步骤11：在形成电极图形的衬底上电子束蒸发惰性电极；其中电子束蒸发惰性电极金属为铂(Pt)，厚度80纳米，其他条件同步骤3。
步骤12：剥离光刻胶及其上的金属，形成惰性电极；其中剥离试剂为丙酮+乙醇，其他条件同步骤4。
实施例
本实施例选用2英寸硅片，衬底介质层选用氧化硅，活性电极采用银(Ag)，惰性电极采用铂金(Pt)。
对2英寸的硅片进行如上述的标准清洗过程，去除表面油污及金属污染。
清洗后的硅片在高温氧化炉中氧化处理，表面形成绝缘氧化硅，作为衬底介质层，厚度为100纳米左右。
在长好氧化硅的衬底上光刻形成惰性电极图形旋涂光刻胶9920，转速7000转每分钟，旋涂一分钟，厚度大约1.2微米，85℃热板烘烤4.5分钟曝光选用真空曝光模式，曝光时间3.5秒。然后在9920对应的显影液中显影40秒，形成图形后在去离子水中清洗，待水分蒸发后电子束蒸发生长Pt，厚度为70纳米，随后在丙酮溶液中剥离，之后旋涂HSQ并电子束曝光，转速为7000转每分钟，然后套刻形成活性电极的图形，电子束蒸发沉积80纳米厚的上电极活性金属银(Ag)，剥离后再次旋涂HSQ并电子束曝光，再次套刻形成最上面一层的电极，蒸发惰性电极金属Pt，厚度为70纳米，取出后在丙酮中浸泡5分钟，待金属剥离干净后再用乙醇浸洗。
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 (13)
1.一种三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：衬底预备；
步骤2：在衬底上涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成电极图形；
步骤3：在形成电极图形的衬底上电子束蒸发惰性电极；
步骤4：剥离光刻胶及其上的金属，形成惰性电极；
步骤5：在形成惰性电极的衬底上旋涂电子束光刻胶HSQ并电子束曝光；
步骤6：涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成活性电极图形；
步骤7：在形成活性电极图形的衬底上电子束蒸发活性电极；
步骤8：剥离光刻胶及其上的金属，形成活性电极；
步骤9：在形成活性电极的衬底上旋涂电子束光刻胶HSQ并电子束曝光；
步骤10：涂敷光刻胶，对光刻胶进行光刻、曝光和显影形成电极图形；
步骤11：在形成电极图形的衬底上电子束蒸发惰性电极；
步骤12：剥离光刻胶及其上的金属，形成惰性电极。
2.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤1中所述衬底为已经制备氧化物介质层的硅片，该氧化物介质层是在氧气气氛中高温热氧化硅片而形成。
3.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤2中所述光刻胶为9920，形成的电极图形尺寸为2μm×1μm。
4.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤3中电子束蒸发惰性电极金属为铂(Pt)，厚度70-80纳米。
5.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤4中所述剥离光刻胶及其上的金属，采用的剥离试剂为丙酮+乙醇。
6.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤5中所述旋涂电子束光刻胶HSQ的厚度为120纳米。
7.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤6中所述光刻胶为9920，形成的电极图形尺寸为1mm×2μm。
8.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤7中所述活性电极为银(Ag)，厚度为80纳米。
9.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤8中所述剥离光刻胶及其上的金属，采用的剥离试剂为丙酮+乙醇。
10.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤9中所述旋涂电子束光刻胶HSQ的厚度为120纳米。
11.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤10中所述光刻胶为9920，形成的电极图形尺寸为2μm×1μm。
12.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤11中电子束蒸发惰性电极金属为铂(Pt)，厚度80纳米。
13.根据权利要求1所述的三维高密度电阻转变存储器的制备方法，其特征在于，步骤12中所述剥离光刻胶及其上的金属，采用的剥离试剂为丙酮+乙醇。
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| CN104393170A (zh) | 2015-03-04 |
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