一種製作阻變存儲器交叉陣列的方法
2023-04-29 16:57:16
專利名稱：一種製作阻變存儲器交叉陣列的方法
技術領域：
本發明涉及微電子製造及存儲器技術領域，尤其涉及一種製作阻 變存儲器交叉陣列的方法。
背景技術：
目前的非揮發性存儲器以快閃記憶體(Flash)為主流，但是快閃記憶體器件存在 操作電壓過大、操作速度慢、耐久力不夠好，以及由於在器件縮小化 過程中過薄的隧穿氧化層導致記憶時間不夠長等缺點。
理想的非揮發性存儲器應具備操作電壓低、結構簡單、非破壞性 讀取、操作速度快、記憶時間(Retention)長、器件面積小、耐久力 (Endurance)好等條件。
目前己經對許多新型材料和器件進行了研究，試圖來達到上述的 目標，其中有相當部分的新型存儲器器件都採用電阻值的改變來作為 記憶的方式。其中電阻轉變型存儲器(RRAM)主要是基於固態氧化物材
料的電阻可變特性的。
圖1是電阻轉變型存儲器器件的基本結構示意圖。在圖1中，101 表示上電極，102表示下電極，103表示功能層材料薄膜。該層薄膜的 電阻值可以具有兩種不同的狀態(高阻和低阻，可以分別用來表徵'O' 和'l'兩種狀態)，如圖2所示，這兩種電阻狀態可以在外加電場的作用 下相互轉換。RRAM具有在32nm節點及以下取代現有主流FLASH存 儲器的潛力，因而成為目前新型存儲器器件的一個重要研究方向。
發明內容
(一)要解決的技術問題 有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種製作阻變存儲器交叉 陣列的方法，以降低製作成本，提高存儲器陣列的密度。(二)技術方案
為達到上述目的，本發明提供了一種製作阻變存儲器交叉陣列的 方法，該方法經過兩次光刻、兩次薄膜澱積、兩次剝離工藝，獲得阻 變存儲器交叉陣列，該方法包括
A、 在基片表面上生長絕緣層薄膜；
B、 在絕緣層薄膜表面上塗敷光刻膠，之後曝光、顯影得到下電極 圖形；
C、 在下電極圖形上澱積下電極材料；
D、 剝離澱積的下電極材料，得到交叉陣列線下電極；
E、 在下電極上塗敷光刻膠，之後曝光、顯影得到電阻轉變層和上 電極圖形；
F、 在電阻轉變層和上電極圖形上澱積電阻轉變層材料和上電極材
料；
G、 剝離澱積的電阻轉變層材料和上電極材料，得到電阻轉變層和 交叉陣列線的上電極。
上述方案中，步驟A中所述絕緣層薄膜包括氧化矽或氮化矽，通 過熱氧化方法或者化學氣相沉積的方法獲得。
上述方案中，步驟B中所述光刻膠包括光學光刻膠和電子束抗蝕 劑光刻膠，光刻膠塗敷的厚度大於下電極材料的厚度；步驟B中所述 曝光包括針對大線條的光學曝光方法和針對小線條的電子束曝光方 法。
上述方案中，步驟C中所述的下電極材料包括金屬、具有導電性 的化合物，以及為了增加下電極與襯底的粘附性所澱積的粘附層；步 驟C中所述的下電極材料是採用電子束蒸發、熱蒸發或者濺射的方法 得到。
上述方案中，步驟D中所述的剝離採用丙酮、乙醇、去離子水液 體超聲方法。
上述方案中，步驟E中所述光刻膠包括光學光刻膠和電子束抗蝕 劑光刻膠，光刻膠塗敷的厚度大於電阻轉變層材料和上電極材料的總厚度；步驟E中所述曝光包括針對大線條的光學曝光方法和針對小線 條的電子束曝光方法。
上述方案中，步驟F中所述具有電阻轉變特性的材料為二元金屬
氧化物Zr02、 NiO、 Ti02， CuO、 MnO、 A1203、 MgO、 Nb205、 Ta205， V02、 ZnO或MoO，或者為三元氧化物SrZr03或SrTi03，或者為復 雜氧化物LaSrMn03、 LaCaMn03或PrCaMn03;步驟F中所述上電極 材料包括金屬、具有導電性的化合物，以及為了增加上電極與襯底的 粘附性所澱積的粘附層。
上述方案中，步驟G中所述的剝離採用丙酮、乙醇、去離子水液 體超聲方法。
(三)有益效果
從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果
1、 利用本發明，製作阻變存儲器交叉陣列的加工工藝大大簡化， 降低了製作成本。
2、 本發明提供的製作阻變存儲器交叉陣列的方法，可以大幅提高
存儲器陣列的密度，其密度取決於光刻工藝的半間距線寬的工藝尺寸
(half pitch )。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明
圖1是阻變存儲器單元器件的基本結構示意圖2是阻變存儲器理想化的電流電壓曲線示意圖3是本發明提供的製作阻變存儲器交叉陣列的方法流程圖4是本發明提供的製作阻變存儲器交叉陣列的工藝流程圖5是阻變存儲器交叉陣列的三維示意圖6是依照本發明實施例製作阻變存儲器交叉陣列的工藝流程圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
如圖3所示，圖3是本發明提供的製作阻變存儲器交叉陣列的方 法流程圖，該方法經過兩次光刻、兩次薄膜澱積、兩次剝離工藝，獲 得阻變存儲器交叉陣列，其特徵在於，該方法包括以下步驟
步驟301:在基片表面上生長絕緣層薄膜；
步驟302:在絕緣層薄膜表面上塗敷光刻膠，之後曝光、顯影得到
下電極圖形；
步驟303:在下電極圖形上澱積下電極材料；
步驟304:剝離澱積的下電極材料，得到交叉陣列線下電極；
步驟305:在下電極上塗敷光刻膠，之後曝光、顯影得到電阻轉變
層和上電極圖形；
步驟306:在電阻轉變層和上電極圖形上澱積電阻轉變層材料和上
電極材料；
步驟307:剝離澱積的電阻轉變層材料和上電極材料，得到電阻轉 變層和交叉陣列線的上電極，完成阻變存儲器交叉陣列的製作。
基於圖3所示的製作阻變存儲器交叉陣列的方法流程圖，圖4示 出了本發明提供的製作阻變存儲器交叉陣列的工藝流程圖，該工藝流 程圖中選取的剖面為圖5中A-B剖面，該工藝具體包括
如圖4-1所示，在襯底表面上通過熱氧化生長或化學氣相沉積的 方法製備絕緣層薄膜。
如圖4-2所示，在絕緣層薄膜表面上旋塗光學光刻膠或電子束抗 蝕劑光刻膠，在熱板或烘箱裡進行烘烤。
如圖4-3所示，經過光學曝光或電子束曝光，顯影后在光刻膠上 獲得下電極圖形。
如圖4-4所示，通過蒸發或者濺射方法獲得下電極金屬薄膜。
如圖4-5所示，丙酮、乙醇和去離子水等超聲剝離後在絕緣層上 製備出金屬下電極。
如圖4-6所示，在製備出下電極的表面上旋塗光學光刻膠或電子 束抗蝕劑光刻膠，在熱板或烘箱裡進行烘烤。如圖4-7所示，經過光學曝光或電子束曝光，顯影后在光刻膠上 獲得電阻轉變層和上電極圖形。
如圖4-8所示，通過蒸發或者濺射方法依次澱積電阻轉變層材料
和上電極材料。
如圖4-9所示，丙酮、乙醇和去離子水等超聲剝離後在下電極圖 形上獲得電阻轉變層和上電極。 俯視圖如4-10所示。
圖5為阻變存儲器交叉陣列的三維結構示意圖。
本發明的一個具體實施例子如圖6所示，圖6是依照本發明實施 例製作阻變存儲器交叉陣列的工藝流程圖，該工藝流程圖中選取的剖 面為圖5中A-B剖面，該工藝具體包括
如圖6-1所示，以n型矽為襯底。首先通過幹氧氧化的方法 (IOO(TC， 5小日寸)生長一層約120nm厚的SiO2作為絕緣襯底。
如圖6-2所示，在氧化矽薄膜表面上旋塗AZ5214光刻膠。時間1 分鐘，轉速為3000轉/分，這樣形成的光刻膠的厚度在1.3um左右。
如圖6-3所示，經過光學曝光，顯影后在AZ5214光刻膠上獲得下 電極圖形。
如圖6-4所示，通過電子束蒸發方法獲得下電極Pt/Ti雙層金屬薄 膜，其中Ti是作為粘附層用的。
如圖6-5所示，通過丙酮、乙醇和去離子水等超聲剝離後在氧化 矽上製備出Pt/Ti金屬下電極。
如圖6-6所示，在製備出下電極的表面上旋塗AZ5214光刻膠。時 間1分鐘，轉速為3000轉/分，這樣形成的光刻膠的厚度在1.3um左右。
如圖6-7所示，經過光學曝光，顯影后在AZ5214光刻膠上獲得電 阻轉變層和上電極圖形。
如圖6-8所示，通過電子束蒸發依次澱積50nm厚的Zr02電阻轉 變層材料和Cu上電極材料。
如圖6-9所示，丙酮、乙醇和去離子水等超聲剝離後在下電極圖形上獲得電阻轉變層和上電極，完成交叉陣列的製作。 8X8的交叉陣列結構的俯視圖如6-10所示。
由上述可知，在本發明的實施例中，通過採用兩次光刻、兩次薄 膜澱積、兩次剝離工藝，獲得阻變存儲器交叉陣列。這種基於剝離工 藝的阻變存儲器交叉陣列製作方法，其製造工藝簡單、製造成本低。 同時可以大幅提高存儲器的密度。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果 進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體 實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內， 所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍 之內。
權利要求
1、一種製作阻變存儲器交叉陣列的方法，該方法經過兩次光刻、兩次薄膜澱積、兩次剝離工藝，獲得阻變存儲器交叉陣列，其特徵在於，該方法包括A、在基片表面上生長絕緣層薄膜；B、在絕緣層薄膜表面上塗敷光刻膠，之後曝光、顯影得到下電極圖形；C、在下電極圖形上澱積下電極材料；D、剝離澱積的下電極材料，得到交叉陣列線下電極；E、在下電極上塗敷光刻膠，之後曝光、顯影得到電阻轉變層和上電極圖形；F、在電阻轉變層和上電極圖形上澱積電阻轉變層材料和上電極材料；G、剝離澱積的電阻轉變層材料和上電極材料，得到電阻轉變層和交叉陣列線的上電極。
2、 根據權利要求l所述的製作阻變存儲器交叉陣列的方法，其特 徵在於，步驟A中所述絕緣層薄膜包括氧化矽或氮化矽，通過熱氧化 方法或者化學氣相沉積的方法獲得。
3、 根據權利要求l所述的製作阻變存儲器交叉陣列的方法，其特 徵在於，步驟B中所述光刻膠包括光學光刻膠和電子束抗蝕劑光刻膠，光 刻膠塗敷的厚度大於下電極材料的厚度；步驟B中所述曝光包括針對大線條的光學曝光方法和針對小線條 的電子束曝光方法。
4、 根據權利要求l所述的製作阻變存儲器交叉陣列的方法，其特 徵在於，步驟C中所述的下電極材料包括金屬、具有導電性的化合物，以 及為了增加下電極與襯底的粘附性所澱積的粘附層；步驟C中所述的下電極材料是採用電子束蒸發、熱蒸發或者濺射的方法得到。
5、 根據權利要求l所述的製作阻變存儲器交叉陣列的方法，其特 徵在於，步驟D中所述的剝離採用丙酮、乙醇、去離子水液體超聲方 法。
6、 根據權利要求l所述的製作阻變存儲器交叉陣列的方法，其特 徵在於，步驟E中所述光刻膠包括光學光刻膠和電子束抗蝕劑光刻膠，光 刻膠塗敷的厚度大於電阻轉變層材料和上電極材料的總厚度；步驟E中所述曝光包括針對大線條的光學曝光方法和針對小線條 的電子束曝光方法。
7、 根據權利要求l所述的製作阻變存儲器交叉陣列的方法，其特 徵在於，步驟F中所述具有電阻轉變特性的材料為二元金屬氧化物Zr02、 NiO、 Ti02， CuO、 MnO、 A1203、 MgO、 Nb205、 Ta205，V02、 ZnO或 MoO，或者為三元氧化物SrZr03或SrTi03 ，或者為複雜氧化物 LaSrMn03 、 LaCaMn03或PrCaMn03;步驟F中所述上電極材料包括金屬、具有導電性的化合物，以及 為了增加上電極與襯底的粘附性所澱積的粘附層。
8、 根據權利要求l所述的製作阻變存儲器交叉陣列的方法，其特 徵在於，步驟G中所述的剝離採用丙酮、乙醇、去離子水液體超聲方 法。
全文摘要
本發明公開了一種製作阻變存儲器交叉陣列的方法，該方法經過兩次光刻、兩次薄膜澱積、兩次剝離工藝，獲得阻變存儲器交叉陣列，該方法包括在基片表面上生長絕緣層薄膜；在絕緣層薄膜表面上塗敷光刻膠，之後曝光、顯影得到下電極圖形；在下電極圖形上澱積下電極材料；剝離澱積的下電極材料，得到交叉陣列線下電極；在下電極上塗敷光刻膠，之後曝光、顯影得到電阻轉變層和上電極圖形；在電阻轉變層和上電極圖形上澱積電阻轉變層材料和上電極材料；剝離澱積的電阻轉變層材料和上電極材料，得到電阻轉變層和交叉陣列線的上電極。利用本發明，降低了製作成本，提高了存儲器陣列的密度。
文檔編號H01L21/84GK101452891SQ200710178769
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月5日 優先權日2007年12月5日
發明者明 劉, 管偉華, 龍世兵 申請人:中國科學院微電子研究所