[發(fā)明專利]電阻型存儲(chǔ)器的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110221864.2
• 申請日: 2011-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN102254803A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王慰
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇暢微電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/265
• 分類號(hào): H01L21/265;H01L45/00
• 代理公司: 北京五洲洋和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨;劉春成

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制備方法，尤其涉及一種電阻型存儲(chǔ)器的制備方法。

背景技術(shù)

存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體市場中占有重要的地位。由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，不揮發(fā)存儲(chǔ)器在整個(gè)存儲(chǔ)器市場中的份額也越來越大，其中90％以上的份額被快閃存儲(chǔ)器(Flash?Memory)占據(jù)。但是由于存儲(chǔ)電荷的要求，快閃存儲(chǔ)器的浮柵不能隨技術(shù)的發(fā)展無限制減薄，有報(bào)道預(yù)測快閃存儲(chǔ)器技術(shù)的極限在32nm左右，這就迫使人們尋找性能更為優(yōu)越的下一代不揮發(fā)存儲(chǔ)器。

最近電阻型存儲(chǔ)器(Resistive?Switching?Memory)因?yàn)槠涓呙芏取⒌统杀尽⒖赏黄萍夹g(shù)代發(fā)展限制的特點(diǎn)引起高度關(guān)注。電阻型存儲(chǔ)器通過電信號(hào)的作用，使存儲(chǔ)介質(zhì)在高電阻狀態(tài)(High?Resistance?State，縮寫為HRS)和低電阻(Low?Resistance?State，縮寫為LRS)狀態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。電阻型存儲(chǔ)器使用的存儲(chǔ)介質(zhì)材料可以是相變材料、摻雜的SrZrO₃、鐵電材料PbZrTiO₃、鐵磁材料Pr_1-xCa_xMnO₃、二元金屬氧化物材料、有機(jī)材料等，其中，Cu_xO(1＜x≤2)材料得到高度關(guān)注。這是因?yàn)镃u在互連工藝中廣泛應(yīng)用，Cu_xO材料的可以在Cu栓塞或Cu連線上方經(jīng)過常規(guī)手段生成，只需要額外增加1-2塊光刻板即可，成本低廉，而且可以隨多層互連線一起，實(shí)現(xiàn)三維堆疊結(jié)構(gòu)。

于2008年1月23日公開的中國專利申請CN101110393A公開了一種Cu_xO電阻存儲(chǔ)器制備與銅互連工藝集成的方法，其通過等離子體氧化或熱氧化形成Cu_xO存儲(chǔ)介質(zhì)。采用該方法制備的Cu_xO基電阻型存儲(chǔ)器成本低廉、易與CMOS工藝集成，但是存在如下缺點(diǎn)：(1)容易在Cu_xO存儲(chǔ)介質(zhì)與Cu基體間產(chǎn)生空洞。(2)由于Cu互連線一般為多晶結(jié)構(gòu)，用等離子體氧化或熱氧化將其氧化時(shí)，晶粒與晶界上的氧化速率不一樣，導(dǎo)致形成的Cu_xO薄膜均勻性較差。(3)Cu_xO薄膜中O元素的分布直接與器件性能的好壞相關(guān)聯(lián)，用等離子體氧化或熱氧化的方法很難有效的調(diào)控O元素在薄膜中的分布。

發(fā)明內(nèi)容

針對背景技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種電阻型存儲(chǔ)器的制備方法，其使得氧化物存儲(chǔ)介質(zhì)層與下電極基體之間不產(chǎn)生空洞。

針對背景技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的另一目的在于提供一種電阻型存儲(chǔ)器的制備方法，其使得氧化物存儲(chǔ)介質(zhì)層均勻。

針對背景技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的再一目的在于提供一種電阻型存儲(chǔ)器的制備方法，其使得O元素在氧化物存儲(chǔ)介質(zhì)層中分布均勻。

為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種電阻型存儲(chǔ)器的制備方法，包括步驟：對下電極構(gòu)圖，對所述下電極進(jìn)行氧離子注入，以使下電極形成氧化物存儲(chǔ)介質(zhì)層；對所述氧化物存儲(chǔ)介質(zhì)層進(jìn)行退火處理；以及在所述氧化物存儲(chǔ)介質(zhì)層上構(gòu)圖并形成上電極。

在根據(jù)本發(fā)明所述的電阻型存儲(chǔ)器的制備方法中，對下電極構(gòu)圖包括在所述下電極上設(shè)置覆蓋介質(zhì)層以及在所述覆蓋介質(zhì)層中開設(shè)使所述下電極暴露的開孔，對所述下電極進(jìn)行氧離子注入是通過所述開孔進(jìn)行的。

在根據(jù)本發(fā)明所述的電阻型存儲(chǔ)器的制備方法中，對所述下電極進(jìn)行氧離子注入的注入溫度低于等離子體氧化或熱氧化法產(chǎn)生氧化物存儲(chǔ)介質(zhì)層的加熱溫度，注入溫度優(yōu)選為200℃以下、再優(yōu)選為室溫～100℃、更優(yōu)選為室溫～50℃、最優(yōu)選為室溫。

在根據(jù)本發(fā)明所述的電阻型存儲(chǔ)器的制備方法中，所述下電極選自Ta、TaN、Cu、W、Ti、TiN、Zr、Ni、Co、Ce、In、Fe、Cr、Mn、Al、Ag、Hf、Mg、V、Sn。

在根據(jù)本發(fā)明所述的電阻型存儲(chǔ)器的制備方法中，所述下電極為大馬士革銅互連工藝中形成于溝槽中的銅引線，所述氧化物存儲(chǔ)介質(zhì)層為Cu_xO基存儲(chǔ)介質(zhì)層，其中1＜x≤2。