[發明專利]氧化鉭基阻變存儲器及其制造方法

在審

• 申請號: 201811396605.1
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109411602A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 徐靈芝;張志剛
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 郭四華

1.一種氧化鉭基阻變存儲器，其特征在于：氧化鉭基阻變存儲器的存儲單元包括阻變材料，所述阻變材料由氧化鉭層組成，所述氧化鉭層中的氧為通過氧離子注入工藝注入到鉭層中，通過所述氧離子注入工藝使所述氧化鉭層具有氧的深度和濃度被控制的結構，氧的深度通過所述氧離子注入的注入能量控制，氧的濃度通過所述氧離子注入的注入濃度控制，通過對氧的深度和濃度的控制改善所述存儲單元的性能。

2.如權利要求1所述的氧化鉭基阻變存儲器，其特征在于：所述存儲單元還包括底電極和頂電極，所述阻變材料形成于所述底電極上，所述頂電極形成在所述阻變材料上，所述底電極、所述阻變材料和所述頂電極形成疊加結構。

3.如權利要求2所述的氧化鉭基阻變存儲器，其特征在于：所述存儲單元還包括插入層，所述插入層位于所述阻變材料和所述頂電極之間。

4.如權利要求3所述的氧化鉭基阻變存儲器，其特征在于：所述插入層由鉭層組成，所述插入層的鉭層和所述阻變材料的鉭層呈連續的整體結構，由位于所述阻變材料表面的未注入氧的鉭層形成所述插入層。

5.如權利要求2所述的氧化鉭基阻變存儲器，其特征在于：所述底電極形成在第一金屬層表面上，所述頂電極通過通孔連接到第二金屬層。

6.如權利要求5所述的氧化鉭基阻變存儲器，其特征在于：所述第一金屬層和所述第二金屬層之間隔離有層間介質層，在所述第一金屬層和底部的金屬層之間也隔離有層間介質層。

7.如權利要求5所述的氧化鉭基阻變存儲器，其特征在于：所述底電極的材料為TiN，所述頂電極的材料為TiN。

8.如權利要求6所述的氧化鉭基阻變存儲器，其特征在于：所述層間介質層采用BDII材料；所述第一金屬層、所述第二金屬層材料和所述通孔的材料都為銅，且都采用大馬士革工藝形成。

9.如權利要求6所述的氧化鉭基阻變存儲器，其特征在于：在各所述層間介質層的表面形成有NDC層，所述NDC層覆蓋底部對應的金屬層并作為金屬擴散的阻擋層。

10.一種氧化鉭基阻變存儲器的制造方法，其特征在于，阻變材料的形成步驟包括：

形成一層鉭層；

進行氧離子注入將氧注入到所述鉭層中形成氧化鉭層，由所述氧化鉭層組成所述阻變材料；

通過所述氧離子注入工藝控制所述氧化鉭層的氧的深度和濃度，氧的深度通過所述氧離子注入的注入能量控制，氧的濃度通過所述氧離子注入的注入濃度控制，通過對氧的深度和濃度的控制改善所述存儲單元的性能。

11.如權利要求10所述的氧化鉭基阻變存儲器的制造方法，其特征在于：

所述鉭層是采用PVD工藝形成在底電極表面上；

在形成所述阻變材料之后，還包括在所述阻變材料表面形成頂電極的步驟，所述底電極、所述阻變材料和所述頂電極形成疊加結構。

12.如權利要求11所述的氧化鉭基阻變存儲器的制造方法，其特征在于：所述存儲單元還包括插入層，所述插入層位于所述阻變材料和所述頂電極之間，所述插入層由鉭層組成，所述插入層的鉭層和所述阻變材料的鉭層呈連續的整體結構，由位于所述阻變材料表面的未注入氧的鉭層形成所述插入層。

13.如權利要求12所述的氧化鉭基阻變存儲器的制造方法，其特征在于：所述底電極形成在第一金屬層表面上，所述頂電極通過通孔連接到第二金屬層；所述第一金屬層和所述第二金屬層之間隔離有層間介質層，在所述第一金屬層和底部的金屬層之間也隔離有層間介質層。

14.如權利要求11所述的氧化鉭基阻變存儲器的制造方法，其特征在于：所述底電極的材料為TiN，所述頂電極的材料為TiN。

15.如權利要求13所述的氧化鉭基阻變存儲器的制造方法，其特征在于：所述層間介質層采用BDII材料；所述第一金屬層、所述第二金屬層材料和所述通孔的材料都為銅，且都采用大馬士革工藝形成；

在各所述層間介質層的表面形成有NDC層，所述NDC層覆蓋底部對應的金屬層并作為金屬擴散的阻擋層；

在所述底電極形成在所述第一金屬層上的所述NDC層的打開區域中。