[發明專利]一種阻變式存儲單元及其形成方法

有效

• 申請號: 201210572687.7
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103066206A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 李辛毅;吳華強;錢鶴
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;C23C14/35;C23C14/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明屬于半導體制造領域，具體涉及一種阻變式存儲單元及其形成方法。

背景技術

阻變式存儲單元（Resistive?Random?Access?Memory，RRAM）具有巨大的應用潛力，因此本領域人員致力尋求一種CMOS后端工藝兼容的RRAM制備工藝，以實現RRAM大規模量產。

現有技術中，通常采用原子層沉積或磁控濺射以及熱氧化的方法來淀積阻變材料，以及采用高溫退火措施以提高器件性能和穩定性，但這些過高溫度的工藝與CMOS后端工藝不兼容，可能具有由于后端工藝溫度過高，導致前端電路損壞的后果。因此開發滿足性能要求的低溫淀積工藝及能避免高溫退火工藝的材料性能提升技術是需要解決的技術難點。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此，本發明的一個目的在于提出一種全低溫制備技術的阻變式存儲單元及其形成方法。

根據本發明實施例的阻變式存儲單元及其形成方法，包括：S1.提供硅襯底；S2.在所述硅襯底之上形成隔離層；S3.在所述隔離層之上形成底電極；S4.在室溫下通過磁控濺射以在所述底電極之上形成阻變材料層，其中，進一步包括：S41.在第一壓強、第一氛圍中，通過磁控濺射在所述底電極之上形成TaO_x的第一阻變層，其中0<x<2；和S42.在第二壓強、第二氛圍中，通過磁控濺射在在所述第一阻變層之上形成TaO_y的第二阻變層，其中0<y<2.5；S5.在所述阻變材料層之上形成頂電極；以及S6.去除所述步驟S5中濺射到所述底電極的表面的阻變材料TaO_x和TaO_y。

在本發明的一個實施例中，所述步驟S4重復多次以形成多層第一阻變層和多層第二阻變層的交替的多層阻變材料層結構。

在本發明的一個實施例中，所述第一壓強應小于第二壓強。

在本發明的一個實施例中，所述第一壓強為10^-3T，第二壓強為10^-3T-10^-2T。

在本發明的一個實施例中，所述第一氛圍和第二氛圍為氬氣摻氧氣的混合氣體，其中第一氛圍的氧氣摩爾百分比小于第二氛圍的氧氣摩爾比百分比。

在本發明的一個實施例中，所述第一氛圍的氧氣摩爾百分比小于5％，所述第二氛圍的氧氣摩爾百分比>4%。

在本發明的一個實施例中，所述第一阻變層的厚度應大于第二阻變層的厚度。

在本發明的一個實施例中，所述第一阻變層的厚度為10nm-80nm，第二阻變層的厚度為5-20nm。

在本發明的一個實施例中，其特征在于所述阻變單元和頂電極的圖形是通過光刻和剝離工藝形成的。

本發明實施例的阻變式存儲單元是通過上述方法制備得到的。

本發明通過在室溫環境下調節磁控濺射過程中工藝氣體壓強和氧氣含量的百分比制備TaO_x和TaO_y雙阻變層的阻變存儲器。本發明所制備阻變單元的底電極、阻變層和頂電極均采用磁控濺射鍍膜設備在室溫環境下形成，對于電極圖形和阻變單元尺寸的定義采用光刻和剝離工藝。本發明所提出的阻變存儲器制備方法與CMOS后端工藝的集成只需一臺磁控濺射鍍膜設備，降低了集成的成本，增加了集成的便捷性。所制備阻變存儲單元無需高電壓形成過程，并且具有高耐久性，所以本發明既保證了阻變存儲單元的性能和穩定性，又解決了開發滿足性能要求的低溫淀積工藝及能避免高溫退火工藝的材料性能提升技術的技術難點。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發明實施例的阻變式存儲單元的形成方法的流程圖。

圖2是本發明實施例的阻變式存儲單元的結構示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。