[發(fā)明專利]改善TaOx基阻變存儲器可靠性的硅摻雜磁控濺射工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110364458.5
• 申請日: 2021-04-05
• 公開（公告）號: CN113088912B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 王德君;謝威威;周大雨;白嬌;蔡承軒;李蘇洋
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/58
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

本發(fā)明屬于微電子和半導體加工技術領域，一種改善TaO_x基阻變存儲器可靠性的硅摻雜磁控濺射工藝，包括以下步驟：(1)清洗SiO₂/Si襯底，(2)在SiO₂/Si襯底上采用磁控濺射方法鍍制下電極TiN薄膜，(3)在下電極TiN薄膜上采用磁控濺射沉積TaO_x薄膜并摻雜Si，(4)把經(jīng)步驟3濺射沉積的Si摻雜TaO_x薄膜進行退火，(5)磁控濺射鍍制上電極。本發(fā)明在TaO_x薄膜中摻雜Si，能有效的調節(jié)TaO_x薄膜中缺陷結構，增加了氧空位濃度，降低了器件的操作電壓，增大了記憶窗口，提高器件的可靠性，且工藝流程簡單，薄膜沉積速度快，可以為阻變存儲器的大規(guī)模推廣應用提供技術支持。

技術領域

本發(fā)明涉及一種改善TaO_x基阻變存儲器可靠性的硅摻雜磁控濺射工藝，屬于微電子和半導體加工技術領域。

技術背景

自從進入信息時代，人們對存儲和計算的要求極速增加，傳統(tǒng)形式的存儲器受到小尺寸效應限制，已經(jīng)不能滿足人們的需求。阻變存儲器(RRAM)由于其快速的寫入/擦除速度和簡單的結構而成為下一代非易失性存儲器最有希望的候選者之一。Ta₂O₅是一種被廣泛應用的阻變材料，制備方法有很多，如熱氧化、化學氣相沉積、磁控濺射、電子束蒸發(fā)與原子層沉積等。其中磁控濺射因其工藝簡單，長膜速率快，被廣泛的應用到TaO_x基RRAM阻變層的制備過程。

盡管RRAM器件被廣泛研究，但是器件高的操作電壓和耐久性一直制約著器件的商業(yè)化應用。有人通過金屬摻雜的方法改善了TaO_x基RRAM的切換均一性，但是存在讀寫次數(shù)少的問題。而與其他金屬摻雜方法相比，Kim,B.Y.and K.J.Lee等人在文章中提到原子層沉積制備硅摻雜TaO_x基RRAM能夠降低操作電流，但是操作電壓比較大(期刊：JapaneseJournal of Applied Physics，2016，55(4s))。通常摻雜工藝一般采用離子注入，如公開號為CN102881824B的中國專利公開了阻變存儲器及其制備方法，制備過程中，需要薄膜制備好后再摻雜，相比較而言，磁控濺射過程中同時進行Si摻雜的工藝流程更簡單方便。因此，研究基于磁控濺射的Si摻雜工藝對改善TaO_x基RRAM的可靠性是一個有意義的課題。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明是一種改善TaO_x基阻變存儲器可靠性的硅摻雜磁控濺射工藝，采用基于磁控濺射的Si摻雜改變薄膜中的缺陷結構，降低氧空位的形成能，調節(jié)器件的操作電壓和記憶窗口。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明采取的技術方案是：一種改善TaO_x基阻變存儲器可靠性的硅摻雜磁控濺射工藝，包括以下步驟：

步驟1、清洗SiO₂/Si襯底，具體包括以下子步驟：

(a)將SiO₂/Si襯底放入去離子水中超聲清洗3-10min；

(b)將經(jīng)過子步驟(a)清洗的SiO₂/Si襯底放入丙酮中超聲清洗3-10min；

(c)將經(jīng)過子步驟(b)清洗的SiO₂/Si襯底放入無水乙醇中超聲清洗3-10min；

(d)將經(jīng)過子步驟(c)清洗的SiO₂/Si襯底用去離子水沖洗后，再用N2氣吹干；

步驟2、在SiO₂/Si襯底上采用磁控濺射方法鍍制下電極TiN薄膜，具體包括以下子步驟：