CN103325941A - 阻变存储器中金属氧化物层的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种阻变存储器中金属氧化物层的形成方法，包括：进行快速加热氧化，在金属材料上形成氧化层；和进行等离子体增强氧化，将氧化层变为增强氧化层。该方法制得的金属氧化层含氧量高，均一性好。

Description

阻变存储器中金属氧化物层的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种阻变存储器中金属氧化物层的形成方法。

背景技术

随着人类科学技术的逐渐发展，特别是电子设备和电子产品在人类的社会生活中占据着越来越多的地位，半导体市场在世界经济整体疲软的情况下依然繁荣昌盛。半导体技术驱动着电子产业地不断进步，进而推动着全社会的发展。随着半导体技术的不断发展和电子设备在社会中的进一步普及，特别是手机等便携电子的普及和特殊电子设备如医疗仪器等的发展，微电子尺寸在不断地缩小。半导体工艺指的是半导体制造加工的技术，通常包括氧化、离子注入、光刻、刻蚀、CVD（化学气相淀积）等。其中氧化过程是非常关键的一步，传统应用包括制作栅极氧化层、场氧化层等，如今，特别是新型材料和新型结构中，氧化层的应用更加广泛和常见。氧化层的制作方法通常包括热氧化和化学气相淀积制作氧化层，一些新型的方法也有离子注入法和通氧气溅射法等。热氧化法包括干氧氧化和湿氧氧化。干氧氧化生成的氧化层质量较高，致密性好，但是生产的周期长。湿氧氧化具有比干氧氧化工艺高得多的氧化速率，但是氧化层密度较低。化学气相淀积制作的氧化层生产周期短，但是质量较差。其他的新型方法限制因素较多，应用也比较局限。在一些新型器件，例如新型阻变存储器的制造中，氧化层的特性对器件有着决定性的影响。新型阻变存储器RRAM结构为上下电极间填充一元或多元金属氧化物的三明治结构，其中填充的一元或多元金属氧化物层为阻变层。其工作机理是根据施加在此结构上的电压的不同，阻变层的电阻在高阻态和低阻态间发生相应变化，从而开启或阻断电流流动通道，利用高阻和低阻状态的显著差别储存信息。其中，金属氧化层的含氧量等特性对于阻变性能影响非常大，传统的热氧化等工艺形成的氧化层均不能提供满足要求的高质量氧化层。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种含氧量高、均一性好的阻变存储器中金属氧化物层的形成方法。

根据本发明实施例的阻变存储器中金属氧化物层的形成方法，包括：S1.进行快速加热氧化，在金属材料上形成氧化层；和S2.进行等离子体增强氧化，将所述氧化层变为增强氧化层。

在本发明的一个实施例中，所述金属材料包括：钨、钛、铝、钽等的一种或多种的组合。

在本发明的一个实施例中，所述快速加热氧化的温度为400-500℃，时间为50-200s。

在本发明的一个实施例中，所述氧化层的厚度为30-100nm。

在本发明的一个实施例中，所述等离子体增强氧化的温度为300-500℃，时间为500-700s。

本发明金属氧化物层的形成方法制备的氧化层质量得到进一步提高，含氧量更高，均一性更好，对于阻变存储器等新型器件的应用有带来有益效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的阻变存储器中金属氧化物层的形成方法的流程图；

图2是本发明实施例的阻变存储器中金属氧化物层的形成方法的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本发明实施例的阻变存储器中金属氧化物层的形成方法，包括：

S1.进行快速加热氧化，在金属材料上形成氧化层；和

S2.进行等离子体增强氧化，将氧化层变为增强氧化层。

在本发明的一个实施例中，金属材料包括：钨、钛、铝、钽中的一种或多种的组合。

在本发明的一个实施例中，快速加热氧化的温度为400-500℃，时间为50-200s。

在本发明的一个实施例中，氧化层的厚度为30-100nm。

在本发明的一个实施例中，等离子体增强氧化的温度为300-500℃，时间为500-700s。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合图2描述一具体实施例如下：

如图2所示是本发明的分步工艺示意图。第一步是传统热氧化过程，对材料A进行干氧氧化，在热氧化炉（卧式/立式氧化系统）中进行，快速加热氧化的温度为：400-500℃，50-200s，根据器件设计要求的氧化层厚度对工艺参数进行一定的调整。常见的氧化层厚度为30-100nm。第二步，将材料放入等离子体增强化学气相淀积系统（包括冷壁平行板/热壁平行板/电子回旋共振等），通入氧气，创造氧气氛围，利用等离子体增强化学气相淀积的工艺和技术，对材料A的氧化层进行等离子体增强氧化，氧化的温度范围为：300-500℃，500-700s，根据设计要求可以进行相应调整。经过这一步额外氧化工艺的处理之后，材料A的氧化层质量得到进一步提高，含氧量更高，均一性更好，对于阻变存储器等新型器件的应用有带来有益效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种阻变存储器中金属氧化物层的形成方法，其特征在于，包括：

S1.进行快速加热氧化，在金属材料上形成氧化层；和

S2.进行等离子体增强氧化，将所述氧化层变为增强氧化层。

2.如权利要求1所述的阻变存储器中金属氧化物层的形成方法，其特征在于，所述金属材料包括：钨、钛、铝、钽等等的一种或多种的组合。

3.如权利要求1和2所述的阻变存储器中金属氧化物层的形成方法，其特征在于，所述快速加热氧化的温度为400-500℃，时间为50-200s。

4.如权利要求1-3任一项所述的阻变存储器中金属氧化物层的形成方法，其特征在于，所述氧化层的厚度为30-100nm。

5.如权利要求1-4所述的阻变存储器中金属氧化物层的形成方法，其特征在于，所述等离子体增强氧化的温度为300-500℃，时间为500-700s。

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