1. 研究目的与意义
近年来，随着计算机技术、移动通信和数码产品的快速发展，对不挥发半导体存储器的需求量显著增加。目前不挥发存储器市场的主流是闪存，然而，闪存自身存在的一些不足，如较长的写入时间(10μs)和较低的循环次数(~106)，使其很难满足未来半导体存储器发展对更高擦写速度和存储密度的要求，另外由于存储电荷的基本要求，浮栅不能无限制的减薄，突破45nm半导体制程存在很大的技术困难。因此，寻找一种理想的半导体存储器作为闪存的后继技术和替代者成为当今业界研究的热点。基于硫系化合物的相变随机存储器(pcram)因其读/写速度快、可擦写次数多(1012)、结构简单、不挥发性以及与现有的cmos工艺兼容等优点，被认为是最有可能成为未来可通用的不挥发存储器技术之一。
pcram以硫系化合物为存储介质，硫系化合物具有稳定的两态：晶态(低阻)和非晶态(高阻)，利用电脉冲可以使材料在晶态与非晶态之间相互转换实现信息的写入与擦除，然后通过流经器件电流的大小来识别数据存储状态。目前在pcram中应用最广泛的存储介质是ge2sb2te5(gst)，然而gst较高的熔点(620℃)和较低的晶态电阻率使得它在从晶态(set态)向非晶态(reset态)的转变(reset转变)过程中需要较高的能量，从而限制了其存储密度的进一步提高。降低从晶态到非晶态的编程电流(reset电流)，提高器件的存储密度是当前pcram研究急需解决的问题。研究发现，在硫系化合物中掺杂其他元素，可以提高相变材料晶态电阻率，降低reset电流。另一方面，sbte作为另外一类相变材料，具有较高的结晶速度，可以满足存储器对高速存储的要求，但是其较低的结晶温度对pcram中数据的稳定性很不利，同时这种材料的晶态电阻率较低，需要较大的reset电流。研究表明，在sbte中掺杂其他元素可以有效地改善材料的性能，使其满足pcram对相变介质性能的要求。本课题研究了一种新的相变存储材料cr掺杂sb2te3，对该材料的制备与性能进行了分析，并将这种材料应用到相变随机存储器件中，研究了器件单元的存储特性，初步验证了cr掺杂sb2te3材料在相变随机存储器中应用的可能性。
综上，pcram目前最大的问题之一是寻求性能稳定的新型相变存储材料来解决当前所用gst材料存在的数据保持力不高的问题，同时保证具有足够高的相变速度。pcram新型相变材料存储性能优劣必须通过器件来验证，而制备器件的核心工艺就是相变材料的刻蚀工艺。本课题的研究出发点和主要内容就是新型相变材料的刻蚀工艺优化。
2. 研究内容和预期目标
本课题将研究cr掺杂sb2te3相变材料的刻蚀特性和pcram器件单元的制备工艺。采用反应离子刻蚀(rie)方法刻蚀相变材料，系统优化刻蚀工艺参数，最终得到良好的刻蚀形貌，获得很好垂直度和平整度的刻蚀图形侧墙，最后把优化的刻蚀工艺应用于存储器单元的制备中，验证工艺的可行性和实用性。
本课题论文的预期章节安排如下：
第一章为绪论，介绍本课题的背景及发展历程，比较各种存储器的性能特点，总结pcram相对于其他存储器的优势，重点介绍其工作原理和其制备工艺的概况。
3. 研究的方法与步骤
本实验中采用的是oxford 80plus反应离子刻蚀机。其主要包括一个刻蚀主机台、气体流量控制阀、机械泵、分子泵、冷却循环水、软件控制使用的配置电脑等。刻蚀工艺主要在反应腔中完成，腔壁及顶部是用铝合金制作，而载片台是用石墨制作，最大容量可以放置8英寸硅片，并连接一个最大输出功率为600 w的rf电源，它是用he恒温控制冷却。刻蚀气体是通过反应腔顶部的喷洒头进入，流量是由流量控制阀设定，其最大流量为100 sccm，并且有4个管道。反应腔的真空度是由分子泵控制，其最小气压可以达到1×10－4 pa。反应离子刻蚀机主要配置的刻蚀气体有：cf4、chf3、sf6、ar、o2等。
首先研究最常用的cf4＋ar、chf3 o2不同组分对刻蚀速度以及刻蚀表面的影响。另外，气压和功率也是影响刻蚀条件的一个重要因数。接着，为了满足pcram器件制备的需要，研究cr掺杂sb2te3与光刻胶和介质材料之间的刻蚀选择比。利用扫描电子显微镜(sem)观察刻蚀图形的形貌，以此反馈工艺优化，不断改善工艺参数，直到获得满足器件单元制备要求的图形形貌。
实验步骤：利用mpp550iv物理气相沉积仪，采用共溅射法在sio2／si(100)衬底上制备cr掺杂sb2te3薄膜，对薄膜样品在不同温度下进行退火处理，退火时间为1 min，退火期间通入ar气进行保护，以获得不同结晶度的薄膜，接着利用紫外光刻机曝光并显影获得需要刻蚀的图形，之后利用反应离子刻蚀机进行图形的刻蚀工艺优化，刻蚀完成后进行残留光刻胶的去除和清洗，最后采用sem观察刻蚀图形的质量。
4. 参考文献
1、封松林，宋志棠，刘波，刘卫丽。硫系化合物随机存储器研究进展，微纳电子技术，2004，41(4)：1-7, 39
2、刘波，宋志棠，封松林。相变型半导体存储器研究进展，物理，2005，34(4): 279-286
3、刘波，宋志棠，封松林。相变随机存储器材料与结构设计最新进展，半导体技术，2008，33(9)：737-742
5. 计划与进度安排
| 序号 | 起迄日期 | 工作内容 |
| 1 | 2022.12.24-2022.3.31 | 文献阅读，外文文献翻译 |
| 2 | 2022.3.1-2022.5.15 | 实验设备培训，实验开展，数据整理等 |
| 3 | 2022.5.16-2022.5.31 | 毕业论文撰写 |
| 4 | 2022.6.1-2022.6.6 | 论文答辩报告准备 |
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