CN103400938A - 一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法 - Google Patents

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孙海涛
刘明
龙世兵
吕杭炳
刘琦
刘宇
张康玮
路程
杨洪璋
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Abstract

本发明公开了一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，包括:衬底预备;腔体抽真空;通入工作气体与反应气体，调整其流量值;调整工作气压，打开电源，气体电离，开始反应;待系统稳定后，打开挡板，开始淀积;淀积一段时间后，调整反应气体流量，继续反应;结束反应，关闭电源但腔体内持续抽真空，待温度至室温后取出。利用本发明，解决了目前制备多层结构的阻变存储器功能层氧化物薄膜时容易引入不宜的界面态、导致界面污染、流程复杂、薄膜性能不高的一系列问题。

Description

一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法
技术领域
本发明涉及纳米电子器件及纳米加工技术领域，尤其涉及一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法。
背景技术
近年来，随着半导体产业的不断发展以及存储器在半导体产业的比重不断上升，如何大规模生产高密度、低功耗的存储器越来越受到人们关注。在CMOS工艺达到22nm节点以后，其器件的稳定性与可靠性受到严峻的挑战，研发新一代存储器设备迫在眉睫。
电阻转变型非挥发存储器是近年来研究下一代存储器的一个热点问题，以其结构简单、可以高度集成化、操作电压低、低功耗、耐擦写、保持时间长、与传统CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺相兼容等优点而被广泛研究。目前被大多数研究人员认同的电阻转变型存储器的机理有两种:界面效应(interface effect)和导电细丝(conductive filament)。而对于功能层为氧化物的存储器件来说，大多数阻变机理是由氧空位形成的导电细丝。因此，如何在阻变功能层中形成适宜的氧空位是一种很好的提升器件性能的有效方法。
如图1所示，为电阻转变存储器件的基本结构示意图。从上到下依次为上电极、阻变功能层、下电极。中间阻变功能层薄膜材料可以有两种不同的状态:高电阻态与低电阻态。目前常见的电阻转变型器件单元结构为金属/介质层/金属(MIM)的三明治结构。常用的器件制备方法为:首先在绝缘衬底上形成下电极图形，然后在下电极上制备功能层薄膜材料，最后长上电极。所涉及的工艺流程相当复杂，需要多次光刻，淀积薄膜材料，制作成本高。
制备阻变存储器件其中大部分的工作是在生长薄膜材料，纳米器件本身对薄膜性能要求就很高，现在用于阻变存储器件薄膜生长的方法有很多:原子层沉积(Atomic Layer Deposition)、真空蒸发镀膜、磁控溅射、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、离子束溅射沉积(IBSD)等。不同的薄膜制备方法，其成膜特点、质量与性质各不相同，所以在淀积不同的结构层所采用的成膜方式也不同。高性能的存储器件的每一层结构都需要高质量的薄膜，尤其是中间的阻变功能层，为了实现不同组分与结构的阻变功能层，通常是用不同的成膜方法多次淀积或者对一次成膜进行多次处理进而得到双层或者多层的薄膜结构，这种方法在实际操作过程中过于复杂化，并且多次成膜和用不同的设备淀积会导致薄膜的均一性差，更为重要的是在两次成膜之间会引入一些对器件性能不宜的界面态或者使界面污染，这些都大大地影响了存储器的质量。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明主要提供一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，以解决目前制备多层结构的阻变存储器功能层氧化物薄膜时容易引入不宜的界面态、导致界面污染、流程复杂、薄膜性能不高的一系列问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，包括:
步骤1:衬底预备;
步骤2:腔体抽真空;
步骤3:通入工作气体与反应气体，调整其流量值;
步骤4:调整工作气压，打开电源，气体电离，开始反应;
步骤5:待系统稳定后，打开挡板，开始淀积;
步骤6:淀积一段时间后，调整反应气体流量，继续反应;以及
步骤7:结束反应，关闭电源但腔体内持续抽真空，待温度至室温后取出。
上述方案中，步骤1中所述衬底为已经制备好下电极的硅片。
上述方案中，步骤2中所述真空度预定值至少为8×10-5Pa。
上述方案中，步骤3中所述通入工作气体为氩气(Ar)，反应气体为氧气(O2)。
上述方案中，步骤4中所述工作气压为2×10-2Pa。
上述方案中，步骤5中所述待系统稳定是由于起初反应不稳定，先工作一段时间，这段时间内有氧化物薄膜生成，是沉积在挡板上的。
上述方案中，步骤6中所述淀积一段时间后是淀积10分钟后，所述调整反应气体流量为调整氧气(O2)的流量。
上述方案中，步骤7中所述结束反应要先关闭挡板，再关闭电源，持续真空，待降温。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明有以下有益效果:
1、利用本发明，通过在反应淀积薄膜的过程中人为改变反应气体的流量从而一次性制备双层或者多层结构的薄膜，解决了目前制备多层结构的阻变存储器功能层氧化物薄膜时容易引入不宜的界面态、导致界面污染、流程复杂、薄膜性能不高的一系列问题。
2、利用本发明，通过制备薄膜过程中调整反应气体的流量来得到具有不同氧含量(氧空位)的双层以及多层氧化物薄膜。其成膜质量高，并且有效减少了多次成膜过程中可能带来的污染和不宜的界面态。
3、利用本发明，可以获得较为理想的可用于阻变非挥发存储器器件功能层氧化物薄膜。成膜过程中就可形成氧空位，并且可以十分便捷的获得双层或者多层结构，对于简化阻变存储器制备流程与降低成本以及大规模生产具有现实意义。
附图说明
图1为电阻转变型非挥发性存储器的器件结构示意图;
图2为依照本发明实施例的利用反应溅射制作阻变非挥发性存储器阻变层的双层或多层氧化物薄膜的方法流程图;
图3为依照本发明实施例制作的不同氧含量双层氧化物薄膜的结构示意图;
图4为对依照本发明实施例制作的氧化铪薄膜进行XPS分析的结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图2所示，图2为依照本发明实施例的利用反应溅射制作阻变非挥发性存储器阻变层的双层或多层氧化物薄膜的方法流程图，该方法包括:
步骤1:衬底预备:所述衬底为已经长好下电极图形的硅片。
步骤2:腔体抽真空:衬底和靶材安装到位后，对整个腔体预抽真空，真空度至少达到8×10-5Pa。
步骤3:通入工作气体与反应气体，调整其流量:当腔体内达到预抽真空度以后，通入工作气体氩气(Ar)和反应气体氧气(O2)。
步骤4:调整工作气压，打开电源，气体电离，开始反应:所述工作气压为2×10-2Pa，束流电压为800V，加速电压为160V。
步骤5:待系统稳定后，打开挡板，开始淀积:反应刚开始，系统处于不稳定状态，此时成膜的话会对薄膜质量造成影响，因此用挡板做保护，氧化物薄膜已经形成，但并未直接沉积在衬底上，而是淀积在了挡板上。
步骤6:淀积一段时间后，即约10分钟后，调整反应气体流量，继续反应:在反应过程中，有目的性地调整反应气体氧气(O2)的流量，使得调整流量前后形成的薄膜的含氧量有所不同，以此来形成不同氧含量的双层及多层氧化物薄膜。
步骤7:结束反应，关闭电源但腔体持续抽真空，待衬底恢复至室温后取出:在要结束反应时，先关闭挡板，再关闭气体、切断电源。要保持薄膜的均一性，在结束淀积前要先挡板保护，避免由于后续的操作造成系统不稳定进而影响薄膜的质量，先关闭气体，避免进一步的氧化反应，最后切断电源。当衬底恢复至室温后取出。
本发明所用的衬底为已经形成下电极图形的2英寸硅片，在淀积下电极图形之前，硅片是要进行严格的清洗过程，具体为:2英寸硅片在硫酸(H2SO4)和双氧水(H2O2)的溶液中(两者比例为7:3)煮30分钟，温度为400摄氏度，去除有机物和金属杂质，然后放入氢氟酸(HF)和去离子水(DIW)中漂洗，最后用去离子水(DIW)冲洗。
实施例
本实施例选用2英寸硅片，作为阻变非挥发性存储器的衬底，功能层的材料选用氧化铪，上下电极均选用白金(Pt);
对2英寸的硅片进行如上述的标准清洗过程，去除表面油污及金属污染;
清洗后的硅片在高温氧化炉中氧化处理，表面形成绝缘氧化硅;
用真空蒸镀的方法在硅片衬底上淀积20nm的金属钛(Ti)和70nm的白金(Pt)，其中钛最为粘附层，白金为下电极;
把带有下电极的衬底放入离子束溅射沉积设备中，预抽真空度8×10-5Pa，工作气体氩气流量为5.3sccm，反应气体氧气初始流量为1sccm，工作气压为2×10-2Pa，束流电压为800V，加速电压为160V，束流电流为200mA;淀积10分钟后，改变反应气体氧气的流量为2sccm，继续反应10分钟;待衬底冷却至室温后取出;
在形成的功能层氧化物薄膜上旋涂光刻胶(型号9920，厚度为1微米左右)，光刻形成功能层图形，图形为边长从50微米到500微米不等的正方形;
用等离子体刻蚀机对显影后的图形进行轻度刻蚀，打掉图形中残余的底胶;
最后真空蒸镀70nm厚度的白金上电极;以及
将上述硅片放入丙酮中剥离，释放器件，形成上电极图形，最后在乙醇中漂洗。
图3示出了依照本发明实施例制作的不同氧含量双层氧化物薄膜的结构示意图;在图3中，圆圈表示氧空位的多少。反应一开始时，氧气通入量较大，这时候形成的氧化物薄膜的氧空位数就较少;当减小氧气流量后，所形成的氧化物薄膜的氧空位就增多。就像图3氧化物薄膜所示的情况，在薄膜下部氧空位较少而上半部分氧空位较多。
图4为对依照本发明实施例制作的氧化铪薄膜进行XPS分析的结果;在图4中，可以明显地看出在Hf4f，Hf4d，Hf4d处有峰值存在，说明在所制备的氧化铪薄膜材料中Hf元素以多种形式存在。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，其特征在于，包括:
步骤1:衬底预备;
步骤2:腔体抽真空;
步骤3:通入工作气体与反应气体，调整其流量值;
步骤4:调整工作气压，打开电源，气体电离，开始反应;
步骤5:待系统稳定后，打开挡板，开始淀积;
步骤6:淀积一段时间后，调整反应气体流量，继续反应;
步骤7:结束反应，关闭电源但腔体内持续抽真空，待温度至室温后取出。
2.根据权利要求1所述的制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，其特征在于，步骤1中所述衬底为已经制备好下电极的硅片。
3.根据权利要求1所述的制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，其特征在于，步骤2中所述真空度预定值至少为8×10-5Pa。
4.根据权利要求1所述的制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，其特征在于，步骤3中所述通入工作气体为氩气(Ar)，反应气体为氧气(O2)。
5.根据权利要求1所述的制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，其特征在于，步骤4中所述工作气压为2×10-2Pa。
6.根据权利要求1所述的制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，其特征在于，步骤5中所述待系统稳定是由于起初反应不稳定，先工作一段时间，这段时间内有氧化物薄膜生成，是沉积在挡板上的。
7.根据权利要求1所述的制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，其特征在于，步骤6中所述淀积一段时间后是淀积10分钟后，所述调整反应气体流量为调整氧气(O2)的流量。
8.根据权利要求1所述的制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，其特征在于，步骤7中所述结束反应要先关闭挡板，再关闭电源，持续真空，待降温。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106654007A (zh) * 2016-12-05 2017-05-10 华中科技大学 一种基于量子电导效应的忆阻器及其制备调制方法及应用
CN113285020A (zh) * 2021-04-29 2021-08-20 华中科技大学 一种单通道忆阻器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080200003A1 (en) * 2005-07-04 2008-08-21 Industry-University Cooperation Foundation Hanyang Method for Forming Multi-Layered Binary Oxide Film for Use in Resistance Random Access Memory
CN101509126A (zh) * 2009-03-18 2009-08-19 王凯 一种透明导电氧化物薄膜制备设备及方法
CN101878530A (zh) * 2008-10-01 2010-11-03 松下电器产业株式会社 非易失性存储元件和使用该元件的非易失性存储装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080200003A1 (en) * 2005-07-04 2008-08-21 Industry-University Cooperation Foundation Hanyang Method for Forming Multi-Layered Binary Oxide Film for Use in Resistance Random Access Memory
CN101878530A (zh) * 2008-10-01 2010-11-03 松下电器产业株式会社 非易失性存储元件和使用该元件的非易失性存储装置
CN101509126A (zh) * 2009-03-18 2009-08-19 王凯 一种透明导电氧化物薄膜制备设备及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106654007A (zh) * 2016-12-05 2017-05-10 华中科技大学 一种基于量子电导效应的忆阻器及其制备调制方法及应用
CN113285020A (zh) * 2021-04-29 2021-08-20 华中科技大学 一种单通道忆阻器及其制备方法

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