专利名称:一种制作自隔离电阻转变型存储器的方法
技术领域:
本发明涉及微电子制造及存储器技术领域,尤其涉及一种采用一步剥 离工艺制作自隔离电阻转变型存储器的方法。
背景技术:
非挥发性存储器,它的主要特点是在不加电的情况下也能够长期保持
存储的信息,它既有ROM的特点,又有很高的存取速度。随着多媒体应 用、移动通信等对大容量、低功耗存储的需要,非挥发性存储器,特别是 闪速存储器(Flash),所占半导体器件的市场份额变得越来越大,也越来 越成为一种相当重要的存储器类型。
当前市场上的非挥发性存储器以闪存(Flash)为主流,但是闪存器件存 在操作电压过大、操作速度慢、耐久力不够好以及由于在器件缩小化过程 中过薄的隧穿氧化层将导致记忆时间不够长等缺点。理想的非挥发性存储 器应具备操作电压低、结构简单、非破坏性读取、操作速度快、记忆时间 (Retention)长、器件面积小、耐久力(Endurance)好等条件。
目前己经对许多新型材料和器件进行了研究,试图来达到上述的目 标,其中有相当部分的新型存储器器件都采用电阻值的改变来作为记忆的 方式。其中电阻转变型存储器(RRAM)主要是基于固态氧化物材料的电阻 可变特性的。
如图1所示,图1为电阻转变型存储器器件的基本结构示意图。在图 l中,101表示上电极,102表示下电极,103表示功能层材料薄膜。该层 薄膜的电阻值可以具有两种不同的状态(高阻和低阻,可以分别用来表征 '0'禾口 'T两种状态),如图2所示,图2为电阻转变型存储器理想化 的电流电压曲线示意图,这两种电阻状态可以在外加电场的作用下相互转 换。RRAM具有在32nm节点及以下取代现有主流FLASH存储器的潜力, 因而成为目前新型存储器器件的一个重要研究方向。由上述可知,电阻转变型存储器(RRAM)的基本器件单元结构是金属/ 介质层/金属(MIM)的三明治结构。
目前常见的制作这种基本器件结构的方法是首先在绝缘衬底上形成 下电极,之后在形成下电极的地方生长具有电阻转变特性的材料,最后制 作上电极,器件结构如图3所示,图3为存储器器件与器件通过介质层相 连而未隔离的示意图。这种利记博彩app固然简单,但是制作出来的器件与器 件之间还是有介质层相连的,影响器件的性能和稳定性。
除了这种方法之外,还有通过绝缘氧化硅来实现器件的隔离的,如图 4所示,图4为存储器器件与器件之间通过Si02绝缘层隔离的示意图。不 过这种方法工艺步骤复杂,需要多次光刻,增加了器件制作成本。
发明内容
(一) 要解决的技术问题
针对上述现有制作MIM结构的电阻转变型存储器的方法存在的不 足,本发明的主要目的在于提供一种制造工艺简单、制造成本低的制作自 隔离电阻转变型存储器的方法。
(二) 技术方案
为达到上述目的,本发明提出了一种制作自隔离电阻转变型存储器的
方法,该方法包括
A、 在绝缘衬底上形成导电薄膜作为下电极;
B、 在形成下电极的结构上涂敷光刻胶;
C、 通过光刻方法在上述光刻胶上定义器件的大小;
D、 依次生长具有电阻转变特性的材料和上电极;
E、 通过剥离光刻胶的方法释放器件。
上述方案中,步骤A中所述绝缘衬底包括玻璃、石英或硅衬底,以及 由硅衬底所支撑的氧化硅、氮化硅。
上述方案中,步骤A中所述作为下电极的导电薄膜包括金属、具有 导电性的化合物,以及用于增加与衬底的粘附性所淀积的粘附层。
上述方案中,步骤B中所述光刻胶为5214, 9912, 9918, ZEP520或lpm。
上述方案中,步骤C中所述光刻方法包括针对大尺寸器件的光学曝光 方法和针对小尺寸器件的电子束曝光方法。
上述方案中,步骤D中所述具有电阻转变特性的材料为二元金属氧化 物Zr02、 NiO、 Ti02, CuO、 MnO、 A1203、 MgO、 Nb205、 Ta2Os, V02、 ZnO和MoO,或者三元氧化物SrZr03和SrTi03 ,以及复杂氧化物 LaSrMn03 、 LaCaMn03和PrCaMn03 。
上述方案中,步骤D中所述上电极的材料包括金属、具有导电性的化 合物,以及用于增加与衬底的粘附性所淀积的粘附层。
上述方案中,步骤D中所述的依次生长的具有电阻转变特性的材料和 上电极材料的总厚度小于步骤B中所述光刻胶的厚度。
(三)有益效果 从上述技术方案可以看出,本发明具有以下有益效果
1、 本发明提供的这种采用一步剥离工艺制作自隔离电阻转变型存储 器的方法,具有成本低,制作流程简单,能实现存储器器件单元自隔离的 优点。
2、 利用本发明,器件的加工工艺大大简化,降低了制作成本。
3、 本发明提供的这种采用一步剥离工艺制作自隔离电阻转变型存储 器的方法,所形成的器件具有自隔离的特性,能够提高器件的性能和稳定 性。
图1为电阻转变型存储器器件的基本结构示意图; 图2为电阻转变型存储器理想化的电流电压曲线示意图; 图3为存储器器件与器件通过介质层相连而未隔离的示意图; 图4为存储器器件与器件之间通过Si02绝缘层隔离的示意图; 图5为本发明提供的制作自隔离电阻转变型存储器的方法流程图; 图6为依照本发明实施例采用一步剥离工艺制作自隔离电阻转变型存 储器的工艺流程示意6图7为依照本发明实施例采用一步剥离工艺制作的Au/Hf02/Au结构 的电阻转变特性示意图8为依照本发明实施例采用一步剥离工艺制作的Au/Hf02/Au结构 的耐受性特性示意图。
具体实施例方式
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。
本发明提供的这种制作自隔离电阻转变型存储器的方法,采用一步剥 离工艺,首先在绝缘衬底上形成导电薄膜作为下电极,接着涂敷光刻胶, 通过光刻方法来定义器件的大小,之后依次生长具有电阻转变特性的材料 和上电极,最后通过剥离光刻胶来释放器件,器件与器件之间的隔离也同 时完成。
如图5所示,图5为本发明提供的制作自隔离电阻转变型存储器的方
法流程图,该方法包括
步骤501:在绝缘衬底上形成导电薄膜作为下电极; 步骤502:在形成下电极的结构上涂敷光刻胶; 步骤503:通过光刻方法在上述光刻胶上定义器件的大小; 步骤504:依次生长具有电阻转变特性的材料和上电极; 步骤505:通过剥离光刻胶的方法释放器件。
上述步骤501中所述绝缘衬底包括玻璃、石英或硅衬底,以及由硅衬 底所支撑的氧化硅、氮化硅等。 .
上述步骤501中所述作为下电极的导电薄膜包括金属、具有导电性 的化合物,以及用于增加与衬底的粘附性所淀积的粘附层。
上述步骤502中所述光刻胶为5214, 9912, 9918, ZEP520或者HSQ, 光刻胶涂敷的厚度至少为lnm。
上述步骤503中所述光刻方法包括针对大尺寸器件的光学曝光方法和 针对小尺寸器件的电子束曝光方法。
上述步骤504中所述具有电阻转变特性的材料为二元金属氧化物 Zr02、 NiO、 Ti02, CuO、 MnO、 A1203、 MgO、 Nb205、 Ta205,V02、 ZnO和MoO等,或者三元氧化物SrZr03和SrTi03等,以及复杂氧化物 LaSrMn03 、 LaCaMn03和PrCaMn03等。
上述步骤504中所述上电极的材料包括金属、具有导电性的化合物, 以及用于增加与衬底的粘附性所淀积的粘附层。
上述步骤504中所述的依次生长的具有电阻转变特性的材料和上电极 材料的总厚度小于步骤502中所述光刻胶的厚度。
如图6所示,图6为依照本发明实施例采用一步剥离工艺制作自隔离 电阻转变型存储器的工艺流程示意图。在本实施例中,以n型硅为衬底。 首先通过干氧氧化的方法生长一层Si02作为绝缘衬底,之后利用电子束蒸 发工艺淀积一层10nm的Cr金属层作为粘附层,然后淀积一层50nm的 Au作为下电极。接着采用旋涂的方法涂敷5214光刻胶,时间1分钟,转 速为3000转/分,这样形成的光刻胶的厚度在1.3um左右,之后采用光学 曝光方法定义器件的尺寸,接着在去除底胶之后依次淀积60nm厚的Hf02 层和60nm厚的Cr/Au上电极层(Cr作为粘附层,Cr/Au的厚度分别为 10/50nm)。最后用丙酮溶液去除5214光刻胶,释放器件。完成整个工艺 过程。
图7和图8是用来说明本发明一个实施例的示意图。图7为依照本发 明实施例采用一步剥离工艺制作的Au/Hf02/Au结构的电阻转变特性示意 图;图8为依照本发明实施例采用一步剥离工艺制作的Au/Hf02/Au结构 的耐受性特性示意图。在经过多次的重复操作后,器件的电阻转变特性没 有明显的恶化。
由上述可知,在本发明的实施例中,通过采用一步剥离工艺制作非挥 发电阻转变型存储器的方法,存储器器件和器件之间可以形成自然隔离。 这种基于传统剥离工艺的电阻转变型存储器利记博彩app,其制造工艺简单、 制造成本低。
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。
权利要求
1、一种制作自隔离电阻转变型存储器的方法,其特征在于,该方法包括A、在绝缘衬底上形成导电薄膜作为下电极;B、在形成下电极的结构上涂敷光刻胶;C、通过光刻方法在上述光刻胶上定义器件的大小;D、依次生长具有电阻转变特性的材料和上电极;E、通过剥离光刻胶的方法释放器件。
2、 根据权利要求1所述的制作自隔离电阻转变型存储器的方法,其 特征在于,步骤A中所述绝缘衬底包括玻璃、石英或硅衬底,以及由硅衬 底所支撑的氧化硅、氮化硅。
3、 根据权利要求1所述的制作自隔离电阻转变型存储器的方法,其特征在于,步骤A中所述作为下电极的导电薄膜包括金属、具有导电性 的化合物,以及用于增加与衬底的粘附性所淀积的粘附层。
4、 根据权利要求1所述的制作自隔离电阻转变型存储器的方法,其 特征在于,步骤B中所述光刻胶为5214, 9912, 9918, ZEP520或者HSQ, 光刻胶涂敷的厚度至少为l|im。
5、 根据权利要求1所述的制作自隔离电阻转变型存储器的方法,其 特征在于,步骤C中所述光刻方法包括针对大尺寸器件的光学曝光方法和 针对小尺寸器件的电子束曝光方法。
6、 根据权利要求1所述的制作自隔离电阻转变型存储器的方法,其 特征在于,步骤D中所述具有电阻转变特性的材料为二元金属氧化物 Zr02、 NiO、 Ti02, CuO、 MnO、 A1203、 MgO、 Nb205、 Ta205,V02、 ZnO 和MoO,或者三元氧化物SrZr03和SrTi03,以及复杂氧化物LaSrMn03、 LaCaMn03和PrCaMn03。
7、 根据权利要求1所述的制作自隔离电阻转变型存储器的方法,其 特征在于,步骤D中所述上电极的材料包括金属、具有导电性的化合物, 以及用于增加与衬底的粘附性所淀积的粘附层。
8、 根据权利要求1所述的制作自隔离电阻转变型存储器的方法,其特征在于,步骤D中所述的依次生长的具有电阻转变特性的材料和上电极 材料的总厚度小于步骤B中所述光刻胶的厚度。
全文摘要
本发明涉及微电子制造及存储器技术领域,公开了一种制作自隔离电阻转变型存储器的方法,包括A.在绝缘衬底上形成导电薄膜作为下电极;B.在形成下电极的结构上涂敷光刻胶;C.通过光刻方法在上述光刻胶上定义器件的大小;D.依次生长具有电阻转变特性的材料和上电极;E.通过剥离光刻胶的方法释放器件。本发明提供的这种采用一步剥离工艺制作自隔离电阻转变型存储器的方法,具有成本低,制作流程简单,能实现存储器器件单元自隔离的优点。
文档编号H01L45/00GK101431144SQ20071017693
公开日2009年5月13日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者明 刘, 管伟华, 龙世兵 申请人:中国科学院微电子研究所