[發(fā)明專(zhuān)利]氧化鉭基阻變存儲(chǔ)器及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811396605.1
• 申請(qǐng)日: 2018-11-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109411602A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐靈芝;張志剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 郭四華

本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化鉭基阻變存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)單元包括阻變材料，阻變材料由氧化鉭層組成，氧化鉭層中的氧為通過(guò)氧離子注入工藝注入到鉭層中，通過(guò)氧離子注入工藝使氧化鉭層具有氧的深度和濃度被控制的結(jié)構(gòu)，氧的深度通過(guò)氧離子注入的注入能量控制，氧的濃度通過(guò)氧離子注入的注入濃度控制，通過(guò)對(duì)氧的深度和濃度的控制改善存儲(chǔ)單元的性能。本發(fā)明還公開(kāi)了一種氧化鉭基阻變存儲(chǔ)器的制造方法。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化鉭阻變材料中的氧的深度和濃度進(jìn)行精確控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種氧化鉭(TaOx)基阻變存儲(chǔ)器(RRAM)。本發(fā)明還涉及一種氧化鉭基阻變存儲(chǔ)器的制造方法。

背景技術(shù)

隨邏輯工藝的進(jìn)一步微縮，特別是進(jìn)入40nm工藝節(jié)點(diǎn)后，現(xiàn)有的帶電可擦寫(xiě)可編程讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(EEPROM)或者或非(NOR)閃存(FLASH)與以高介電常數(shù)柵介質(zhì)層加金屬柵(HKMG)結(jié)構(gòu)和鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)為代表的先進(jìn)邏輯工藝的集成難度進(jìn)一步增大，其高昂的制造成本以及退化的器件性能無(wú)法為實(shí)際應(yīng)用所接受，微縮化遇到瓶頸，使得國(guó)際上對(duì)NOR flash的研發(fā)長(zhǎng)期停留在了55nm節(jié)點(diǎn)；另一方面，嵌入式應(yīng)用對(duì)于功耗非常敏感，傳統(tǒng)的嵌入式Flash擦寫(xiě)電壓高達(dá)10V以上，且不能隨工藝節(jié)點(diǎn)的微縮而降低，需要有額外的高壓電路模塊，因此限制了其在低功耗場(chǎng)合的應(yīng)用。

阻變存儲(chǔ)器是一種新型的存儲(chǔ)技術(shù)，具有簡(jiǎn)單的兩端結(jié)構(gòu)，其工作機(jī)理是，在外加電壓的作用下，器件通過(guò)形成和斷裂導(dǎo)電通道，實(shí)現(xiàn)高阻態(tài)和低阻態(tài)間的可逆轉(zhuǎn)變，從而用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它具有可微縮性好，易三維堆疊等特點(diǎn)，國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖指出，阻變存儲(chǔ)器是最具商業(yè)化潛力的新型存儲(chǔ)技術(shù)之一。

阻變存儲(chǔ)器的工藝結(jié)構(gòu)層通常采用氧化鉭作為阻變材料，形成TaOx工藝在業(yè)界目前通常采用三種方式，第一種方式直接采用PVD方式進(jìn)行TaOx薄膜淀積；第二種方式，物理氣相沉積(PVD)方式進(jìn)行鉭(Ta)的淀積，再通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)方式通過(guò)N2O方式對(duì)Ta進(jìn)行氧化；第三種方式是采用PVD方式進(jìn)行Ta的淀積，再通過(guò)CVD或者灰化(Asher)的方式進(jìn)行O2的氧化，三種方式都可以獲得的TaOx，但是這三種方式都會(huì)都存氧化程度控制難度，此外對(duì)后續(xù)工藝也存在一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氧化鉭基阻變存儲(chǔ)器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化鉭阻變材料中的氧的深度和濃度進(jìn)行精確控制。為此，本發(fā)明還提供一種氧化鉭基阻變存儲(chǔ)器的制造方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的氧化鉭基阻變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)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(guò)氧離子注入工藝注入到鉭層中，通過(guò)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(jié)構(gòu)，氧的深度通過(guò)所述氧離子注入的注入能量控制，氧的濃度通過(guò)所述氧離子注入的注入濃度控制，通過(guò)對(duì)氧的深度和濃度的控制改善所述存儲(chǔ)單元的性能。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述存儲(chǔ)單元還包括底電極(BE)和頂電極(TE)，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(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述存儲(chǔ)單元還包括插入層(IL)，所述插入層位于所述阻變材料和所述頂電極之間。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，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(xù)的整體結(jié)構(gòu)，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。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述底電極形成在第一金屬層表面上，所述頂電極通過(guò)通孔連接到第二金屬層。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一金屬層和所述第二金屬層之間隔離有層間介質(zhì)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(zhì)層。

進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述底電極的材料為T(mén)iN，所述頂電極的材料為T(mén)iN。