[發(fā)明專(zhuān)利]一種制備高開(kāi)關(guān)比TaOx阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810069096.5
• 申請(qǐng)日: 2018-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108376737A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉;高磊雯;賀洋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開(kāi)了一種制備高開(kāi)關(guān)比TaOx阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的方法，包括以下步驟：1)選用低阻的P型硅作為基片，對(duì)基片進(jìn)行清洗和干燥處理；2)通過(guò)直流反應(yīng)磁控濺射法在步驟1)所得基片上沉積TaOx阻變層；3)在步驟2)所得TaOx阻變層上通過(guò)磁控濺射法沉積Ag電極，得到存儲(chǔ)器基體；4)對(duì)步驟3)所得到的存儲(chǔ)器基體進(jìn)行退火處理提高TaOx阻變層的含氧量及改善其結(jié)晶程度，得到高開(kāi)關(guān)比TaOx阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器。本發(fā)明通過(guò)直流反應(yīng)磁控濺射結(jié)合氧氣退火的方式獲得TaOx阻變層，在施加偏壓測(cè)試時(shí)，能夠使阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的漏電電流顯著減小，開(kāi)關(guān)比顯著提升，不易發(fā)生永久性擊穿，循環(huán)周次增加。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具體涉及一種制備高開(kāi)關(guān)比TaOx阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的方法，旨在提高TaOx材料的阻變性能，減小漏電電流，顯著提升開(kāi)關(guān)比。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)的非易失性存儲(chǔ)器已達(dá)到尺寸極限。阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擦寫(xiě)速度快、能耗低以及微縮化前景可觀等優(yōu)點(diǎn)，成為近十多年來(lái)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注的一類(lèi)存儲(chǔ)器。作為半導(dǎo)體阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器，最基本的要求有四個(gè)：其一、盡可能小的讀/寫(xiě)電壓，一般控制在3V以內(nèi)；其二、3.ROFF/RON一般要求至少達(dá)到10以上，以簡(jiǎn)化外圍放大電路；其三、RRAM的器件壽命期望可以達(dá)到1012周期甚至更長(zhǎng)久；其四、數(shù)據(jù)保持時(shí)間一般要求達(dá)到10年甚至更久。

TaOx作為阻變介質(zhì)層具有良好的綜合性能，但TaOx屬于過(guò)渡金屬氧化物，在沉積過(guò)程中極易生成非化學(xué)計(jì)量比的氧化物，導(dǎo)致器件的電阻衰退，漏電流增大，開(kāi)關(guān)比下降，進(jìn)一步可能導(dǎo)致阻變過(guò)程中的永久性擊穿。因此，如何減小阻變存儲(chǔ)器的漏電電流，增大其開(kāi)關(guān)比，成為制約過(guò)渡金屬氧化物阻變存儲(chǔ)器進(jìn)一步研究的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種制備高開(kāi)關(guān)比TaOx阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的方法，通過(guò)直流反應(yīng)磁控濺射結(jié)合氧氣退火的方式獲得TaOx阻變層，能夠使阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的漏電電流顯著減小，開(kāi)關(guān)比顯著提升，不易發(fā)生永久性擊穿，循環(huán)周次增加。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為包括以下步驟：

1)選用低阻的P型硅作為基片，對(duì)基片進(jìn)行清洗和干燥處理；

2)通過(guò)直流反應(yīng)磁控濺射法在步驟1)所得基片上沉積TaOx阻變層；

3)在步驟2)所得TaOx阻變層上通過(guò)磁控濺射法沉積Ag電極，得到存儲(chǔ)器基體；

4)對(duì)步驟3)所得到的存儲(chǔ)器基體進(jìn)行退火處理提高TaOx阻變層的含氧量及改善其結(jié)晶程度，得到高開(kāi)關(guān)比TaOx阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器。

所述的步驟1)中P型硅的電阻率為0.004Ω·cm～0.005Ω·cm，P型硅表面設(shè)有2nm的自然氧化層。清洗處理為依次在乙醇、丙酮溶液中超聲振蕩15min，干燥處理在N₂氛圍下進(jìn)行。

直流反應(yīng)磁控濺射法中的濺射腔體溫度為25℃，本底真空優(yōu)于5×10^-4Pa，采用純度均為99.999％的氬氣和氧氣制成混合氣體，氧氣所占比例為25％～75％，將純度為99.99％的金屬Ta靶與混合氣體反應(yīng)濺射，濺射氣壓為0.3Pa～0.5Pa；Ta靶濺射功率為150W～200W。

步驟2)中所述TaOx阻變層的沉積時(shí)間為800秒～2500秒，沉積厚度為20nm～50nm。

步驟3)所述Ag電極的沉積功率為80W，沉積偏壓為80V。所述的Ag電極為圓柱狀上電極，直徑為300mm，厚度為200nm；模板為Al₂O₃或AlN材質(zhì)。

所述的步驟4)對(duì)步驟3)所得到的存儲(chǔ)器基體在O₂氛圍下進(jìn)行退火處理，退火溫度為400℃～800℃，升溫速率為20℃/min，保溫時(shí)間為30min，隨爐冷卻。