[發(fā)明專利]薄膜電極制造方法、薄膜電極及存儲(chǔ)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011018680.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112281116B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊帆;白志民;王寬冒;羅建恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司
• 主分類號(hào): C23C14/14
• 分類號(hào): C23C14/14;C23C14/54;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/22
• 代理公司: 北京思創(chuàng)畢升專利事務(wù)所 11218
• 代理人: 孫向民;廉莉莉

本發(fā)明公開(kāi)了一種薄膜電極制造方法、薄膜電極及存儲(chǔ)器。薄膜電極制造方法包括：在工藝開(kāi)始后的第一時(shí)長(zhǎng)，通入惰性氣體轟擊預(yù)設(shè)金屬靶材，以在基板表面形成預(yù)設(shè)金屬單質(zhì)膜層；在第一時(shí)長(zhǎng)后的第二時(shí)長(zhǎng)，通入反應(yīng)氣體和惰性氣體的混合氣體，其中，在通入混合氣體的過(guò)程中，逐漸減小惰性氣體的流量，同時(shí)逐漸增大反應(yīng)氣體的流量，以在預(yù)設(shè)金屬單質(zhì)膜層上形成預(yù)設(shè)金屬單質(zhì)和預(yù)設(shè)金屬與反應(yīng)氣體的化合物的混合過(guò)渡膜層；在第二時(shí)長(zhǎng)后的第三時(shí)長(zhǎng)，繼續(xù)通入反應(yīng)氣體，同時(shí)停止輸入惰性氣體，以在混合過(guò)渡膜層上形成預(yù)設(shè)金屬和反應(yīng)氣體的化合物膜層。實(shí)現(xiàn)改善金屬單質(zhì)膜層與化合物膜層之間的接觸特性，提高電極性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種薄膜電極制造方法、薄膜電極及存儲(chǔ)器。

背景技術(shù)

非易失性存儲(chǔ)器是半導(dǎo)體工業(yè)界最重要的元器件之一，從各種移動(dòng)終端到超級(jí)計(jì)算機(jī)，都需要使用非易失性存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，閃存(flash memory)是生活中最常見(jiàn)也是使用最廣泛的一類非易失性存儲(chǔ)器。近些年，科學(xué)家們又相繼開(kāi)發(fā)出了鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)、相變存儲(chǔ)器(PCRAM)和阻變存儲(chǔ)器(ReRAM)等新型非易失性存儲(chǔ)器，部分產(chǎn)品已經(jīng)投入商業(yè)使用。這類新興的非易失性存儲(chǔ)器，其基本結(jié)構(gòu)單元都是一個(gè)“三明治”結(jié)構(gòu)，如圖1所示，從下至上分別為底電極、存儲(chǔ)層和頂電極，兩端電極通常為金屬或其它導(dǎo)電薄膜，存儲(chǔ)層可分為鐵電材料、相變材料和阻變材料，這些材料的某些特性會(huì)隨著外加的脈沖信號(hào)而發(fā)生轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變不僅是可逆的，而且是穩(wěn)定的，轉(zhuǎn)變的初始值和終止值可以分別對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)的“0”和“1”，這樣便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的存儲(chǔ)。

研究表明，頂電極和底電極對(duì)存儲(chǔ)層材料的性能有顯著影響，進(jìn)而決定整個(gè)器件的存儲(chǔ)能力，現(xiàn)有電極普遍采用單層結(jié)構(gòu)或者雙層結(jié)構(gòu)，單層結(jié)構(gòu)電極通常選用Au、Pt、Pd及Ag等惰性金屬，雙層結(jié)構(gòu)電極通常選用Ti-TiN、Ti-TaN及Ti-AlCu等搭配方式，單層結(jié)構(gòu)電極所用金屬大多為貴金屬，成本高昂，因此雙層結(jié)構(gòu)電極受到越來(lái)越多的青睞，同時(shí)，Ti-TiN薄膜具有較低的電阻率、良好的熱穩(wěn)定性，且與CMOS工藝兼容等特性，逐漸成為存儲(chǔ)器電極材料的首選。目前制備Ti-TiN雙層結(jié)構(gòu)電極普遍采用物理氣相沉積(PVD)的方式制備一層Ti膜層，然后用化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)的方式來(lái)制備上層的TiN薄膜，因CVD與ALD均為高溫高壓工藝，在形成TiN薄膜過(guò)程中，不可避免的會(huì)引起Ti膜層的改性或變質(zhì)，在Ti膜層與TiN膜層的接觸界面上會(huì)形成一層富含C、H、O等雜質(zhì)的金屬膜層，這個(gè)膜層的形成會(huì)嚴(yán)重降低電極的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種薄膜電極制造方法、薄膜電極及存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)改善金屬單質(zhì)膜層與化合物膜層之間的接觸特性，提高電極性能，并簡(jiǎn)化工藝流程。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種薄膜電極制造方法，包括：

在工藝開(kāi)始后的第一時(shí)長(zhǎng)，通入惰性氣體轟擊預(yù)設(shè)金屬靶材，以在基板表面形成預(yù)設(shè)金屬單質(zhì)膜層；

在所述第一時(shí)長(zhǎng)后的第二時(shí)長(zhǎng)，通入反應(yīng)氣體和所述惰性氣體的混合氣體，其中，在通入所述混合氣體的過(guò)程中，逐漸減小所述惰性氣體的流量，同時(shí)逐漸增大所述反應(yīng)氣體的流量，以在所述預(yù)設(shè)金屬單質(zhì)膜層上形成預(yù)設(shè)金屬單質(zhì)和預(yù)設(shè)金屬與所述反應(yīng)氣體的化合物的混合過(guò)渡膜層；

在所述第二時(shí)長(zhǎng)后的第三時(shí)長(zhǎng)，繼續(xù)通入所述反應(yīng)氣體，同時(shí)停止輸入所述惰性氣體，以在所述混合過(guò)渡膜層上形成所述預(yù)設(shè)金屬和所述反應(yīng)氣體的化合物膜層。

可選地，所述方法還包括：

將所述基板傳入處于真空態(tài)的工藝腔室，并加熱至第一預(yù)設(shè)溫度；

將所述惰性氣體按照預(yù)設(shè)流量通入所述工藝腔室，并調(diào)整排氣量將所述工藝腔室的壓力控制在第一預(yù)設(shè)壓力范圍內(nèi)；

對(duì)所述靶材施加第一直流功率，并對(duì)所述基板施加第二射頻功率，以開(kāi)始工藝。