三维立体堆叠相变存储器制造方法探索

相变存储器(PCRAM)是最具竞争力的下一代非易失性半导体存储器，当前已实现了小批量的产业化，其市场前景被广为看好。在未来的发展中，三维立体堆叠的PCRAM（3D-PCRAM）将是重要的发展方向，它将有着高密度、高性能等特点，从而使其具备更强的竞争力。提前开始布局3D-PCRAM的研发对于我国追赶、赶超国外先进技术具有重要的意义，3D-PCRAM的探索性研究不仅有助于获得相关的自主知识产权、实现技术积累，也将为我国PCRAM的工程化提供后续的发展动力。本课题拟探索两种开发适用于PCRAM的3D选通单元的技术路线：（1）采用当前3D IC中常用的圆晶键合技术，探索含有选通单元的圆晶与基底的键合方法；（2）探索金属诱导法制造硅二极管（尤其是肖特基二极管）的工艺和方法。通过上述两种方法，探索制造3D选通单元的技术路线，获得3D堆叠选通单元原型器件的初步性能，选通单元ON/OFF比大于100。

本项目通过采用等离子活化键合技术和智能剥离技术获得了具有3D结构的相变存储单元器件。并获得了3D 堆叠选通单元原型器件的初步性能，选通单元ON/OFF 比大于100。在项目组成员的共同努力下，顺利完成了项目任务，发表论文19篇，申请和授权发明专利共12项。获得的主要研究成果如下.（1）实现了低温等离子体活化键合Si与W。经过等离子体活化处理后，键合成功面积得到极大提高。.（2）实现了低温等离子活化键合单晶硅与带有图形的硅片。经过工艺参数的优化，键合成功面积从最初的10%提升到最高60%。实际上，使用四寸Si/SiO2晶圆，在经过严格的清洗和优化的键合工艺后，已经实现了圆片的完全键合，基本掌握了3D实验方案中的键合工艺。.（3）采用腐蚀自停止工艺在300℃以下的低温下实现单晶二极管的转移。但是这种工艺存在一些缺点：转移成功率低、减薄均匀性难以控制、SOI片成本较高且长时间热碱溶液的浸泡将对样品已有电路结构造成很大破坏。.（4）采用B+/H+共注入的智能剥离法，在不高于300℃低温下成功转移二极管层到IC模拟基片上，并制备了立体单晶二极管阵列，所得二极管最大驱动电流密度(2V)为0.35 mA/μm2，二极管开关比为大于102。在单晶Si二极管转移的基础上，初步制备了1D1R的存储单元结构。