CN107154457B - 电极的制造方法及电阻式随机存取内存 - Google Patents

电极的制造方法及电阻式随机存取内存 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电极的制造方法及电阻式随机存取内存。其中电极的制造方法包括下列步骤。在基材上形成导体层。使用射频物理气相沉积法在导体层上形成射频物理气相沉积过渡金属化合物层。在射频物理气相沉积过渡金属化合物层上形成牺牲层。进行平坦化制程，以移除牺牲层与部分射频物理气相沉积过渡金属化合物层。本发明可形成表面平坦、细致且具有足够厚度的射频物理气相沉积过渡金属化合物层，进而可提升组件的电性表现。

Description

电极的制造方法及电阻式随机存取内存
技术领域
本发明涉及一种导电构件的制造方法与内存，尤其涉及一种具有平整表面的电极的制造方法及电阻式随机存取内存。
背景技术
近几年来，伴随着科技的进步与发达，越来越多的电子产品上市，其中内存扮演着不可或缺的重要角色。除了储存用户的数据，内存也负责存放中央处理器所执行的程序代码，以及运算过程中需暂时保存的信息。于新一代非挥发性内存中，电阻式内存(RRAM)由于具备较简单的结构、低功率消耗、高操作速度以及高密度整合等优点，为最受到关注的技术之一。电阻式内存包括金属-绝缘体-金属(MIM)结构，其可因施加电压而可切换于高阻态(HRS)与低阻态(LRS)。
近年来针对电阻式内存的研究甚多，例如：介电层材料特性研究、热退火特性研究以及电极材料特性研究等。常见被用来当作非挥发性内存的电极的材料有铂(Pt)、铝(Al)、铜(Au)等。其中，以一般物理气相沉积法所形成的电极的粒界(grain boundary)相当明显，因而在进行清洗制程的过程中，容易在电极中形成针孔(pin hole)，而使得电极的表面粗糙，进而降低组件的电性表现。此外，以一般物理气相沉积制程所形成的电极的含氧量较高，会导致组件的电性表现不佳。
此外，于电阻式内存中，对下电极的表面平整度要求较高，而一般采用化学机械研磨制程提升下电极的表面平整度。然而采用化学机械研磨制程将降低下电极的厚度，而影响组件的电性表现。
发明内容
本发明提供一种电极的制造方法，其可形成表面平坦、细致且具有足够厚度的电极。
本发明提供一种电阻式随机存取内存，其下电极具有导电层与射频物理气相沉积过渡金属化合物层，而使下电极表面平坦、细致且具有足够厚度，因而可具有较佳的电性表现。
本发明提出一种电极的制造方法，包括下列步骤。在基材上形成导体层。使用射频物理气相沉积法在导体层上形成射频物理气相沉积过渡金属化合物层。在射频物理气相沉积过渡金属化合物层上形成牺牲层。进行平坦化制程，以移除牺牲层与部分射频物理气相沉积过渡金属化合物层。
依照本发明的一实施例所述，在上述的电极的制造方法中，导体层与牺牲层的材料例如是氮化钛(TiN)、钛(Ti)、氮化钽(TaN)或其组合。
依照本发明的一实施例所述，在上述的电极的制造方法中，导体层与牺牲层的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。
依照本发明的一实施例所述，在上述的电极的制造方法中，还包括在形成导体层之前，在基材上形成黏着层，黏着层的材料例如是钛、钽、氧化铟锡或其组合。
依照本发明的一实施例所述，在上述的电极的制造方法中，黏着层的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。
依照本发明的一实施例所述，上述的电极的制造方法可用于制作电阻式随机存取内存(RRAM)的下电极。
本发明提出一种电阻式随机存取内存，包括基材、下电极、可变电阻层与上电极。下电极包括导体层与射频物理气相沉积过渡金属化合物层。导体层设置于基材上。射频物理气相沉积过渡金属化合物层设置于导体层上。可变电阻层设置于射频物理气相沉积过渡金属化合物层上。上电极设置于可变电阻层上。
依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取内存中，下电极还包括黏着层。黏着层设置于基材与导体层之间。黏着层的材料例如是钛、钽、氧化铟锡或其组合。
依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取内存中，导体层的材料例如是氮化钛、钛、氮化钽或其组合。
依照本发明的一实施例所述，在上述的电阻式随机存取内存中，射频物理气相沉积过渡金属化合物层的厚度可介于10纳米至20纳米之间。
基于上述，在本发明所提出的电极的制造方法中，由于可藉由牺牲层来提供平坦化制程所需的移除量，因此在利用平坦化制程移除牺牲层与部分射频物理气相沉积过渡金属化合物层之后，可形成表面平坦、细致且具有足够厚度的射频物理气相沉积过渡金属化合物层，进而可提升组件的电性表现。
此外，在本发明所提出的电阻式随机存取内存中，由于下电极为具有导体层与射频物理气相沉积过渡金属化合物层的多层结构，因此电阻式随机存取内存可具有较佳的电性表现。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A至1B图为本发明一实施例的电极制造流程剖面图；
图2为本发明一实施例的电阻式随机存取内存的剖面图。
附图标记：
10：电阻式随机存取内存
100：基材
102：黏着层
104、120：导体层
106、106a：射频物理气相沉积过渡金属化合物层
108：牺牲层
110：电极
112：可变电阻层
114：上电极
116：基底
118：介电结构
118a～118c：介电层
119、121：开口
122：插塞
124：阻障层
具体实施方式
图1A至1B图为本发明一实施例的电极制造流程剖面图。
请参照图1A，可选择性地在基材100上形成黏着层102。基材100可用以承载电极。基材100可为介电层、导体层或是具有上述膜层的基底，所属技术领域普通技术人员可依照产品设计需求来选择基材100的态样。
黏着层102选自与基材100附着性佳且与后续沉积的导体层104附着性佳的材料。黏着层102的材料例如是钛、钽、氧化铟锡或其组合。黏着层102的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。
在黏着层102上形成导体层104。导体层104可用以降低电极阻抗。导体层104可为单层结构或多层结构。导体层104的材料例如是氮化钛、钛、氮化钽或其组合。导体层104的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。需注意的是，黏着层102亦可省略，而将导体层104直接地形成在基材100上。
使用射频物理气相沉积法(radio frequency physical vapor deposition，RFPVD)在导体层104上形成射频物理气相沉积过渡金属化合物层106。相对于物理气相沉积过渡金属化合物层与化学气相沉积过渡金属化合物层，射频物理气相沉积过渡金属化合物层106具有较致密的结构与较少的含氧量，因此具有较佳的电性。射频物理气相沉积过渡金属化合物层106较不会因后续的清洗制程而在其中形成针孔，因而具有较平整的表面。过渡金属化合物例如是氮化钛。
此外，当导体层104是使用物理气相沉积法形成时，导体层104与射频物理气相沉积过渡金属化合物层106可在同一物理气相沉积机台的不同腔室中形成，因此无需更换机台即可形成导体层104与射频物理气相沉积过渡金属化合物层106，而可有效地缩短制程时间。
在射频物理气相沉积过渡金属化合物层106上形成牺牲层108。牺牲层108可用以提供平坦化制程所需的移除量。牺牲层108可为单层结构或多层结构。牺牲层108的材料可以为导电材料，例如是氮化钛、钛、氮化钽或其组合。牺牲层108的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。
此外，当牺牲层108是使用物理气相沉积法形成时，牺牲层108与射频物理气相沉积过渡金属化合物层106可在同一物理气相沉积机台的不同腔室中形成，因此无需更换机台即可形成牺牲层108与射频物理气相沉积过渡金属化合物层106，而可有效地缩短制程时间。
请参照图1B，进行平坦化制程，以移除牺牲层108与部分的射频物理气相沉积过渡金属化合物层106，而形成表面平坦、结构细致的射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a。此外，在进行平坦化制程的过程中，由于牺牲层108可提供平坦化制程所需的移除量，因此可使得所形成的射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a具有足够的厚度，而能够有效地展现其优异的电性。平坦化制程例如是化学机械研磨制程。举例来说，射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a的厚度可大于10纳米，较佳地，可介于10至20纳米之间。
此时，所形成的电极110包括依序堆栈设置的黏着层102、导体层104与经平坦化处理的射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a。电极110可用以作为各种半导体组件的电极。举例来说，电极110可用以作为电阻式随机存取内存的电极，如下电极。
基于上述实施例可知，由于可藉由牺牲层108来提供平坦化制程所需的移除量，因此在利用平坦化制程移除牺牲层108与部分射频物理气相沉积过渡金属化合物层106之后，可形成表面平坦、结构细致且具有足够厚度的射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a，进而可提升电极110的电性表现。
图2为本发明一实施例的电阻式随机存取内存的剖面图。
请参照图2，电阻式随机存取内存10包括基材100、电极110、可变电阻层112与上电极114。
图2中的基材100的结构仅为举例说明，但本发明并不以此为限，所属技术领域普通技术人员可依照产品设计需求来选择基材100的态样。在此实施例中，基材100可包括基底116、介电结构118、导体层120、插塞122与阻障层124。基底116例如是半导体基底，如硅基底。
介电结构118包括依序设置于基底116上的介电层118a～118c。介电层118a～118c的材料例如是氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。介电层118a～118c的形成方法例如是热氧化法或化学气相沉积法。在此实施例中，介电结构118虽然是以三层为例来进行说明，但本发明并不以此为限。所述技术领域普通技术人员可依照产品与制程需求来调整介电结构118的层数。
导体层120设置于介电层118a上且位于介电层118b的开口119中。导体层120的材料例如是铝或铜等金属。导体层120的形成方法例如是金属镶嵌法。
插塞122设置于导体层120上且位于介电层118c的开口121中。插塞122的材料例如是钨或铜等金属。插塞122的形成方法例如是金属镶嵌法。
阻障层124设置于插塞122与介电层118c之间以及插塞122与导体层120之间。阻障层124的材料例如是氮化钛、钛或其组合。阻障层124的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。
电极110包括导体层104与射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a。电极110由上述电极的制造方法所制成。在此实施例中，电极110作为电阻式随机存取内存10的下电极。导体层104设置于基材100上。射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a设置于导体层104上。此外，电极110更可包括黏着层102。黏着层102设置于基材100与导体层104之间。电极110中的黏着层102、导体层104与射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a的材料、形成方法与功效已于图1的实施例中说明，故于此不再赘述。
可变电阻层112设置于射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a上。可变电阻层112的材料例如是过渡金属氧化物等可变电阻材料。过渡金属氧化物例如是氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化锌或其他适当的金属氧化物。可变电阻层112的形成方法例如是物理气相沉积法、化学气相沉积法或原子层沉积法。
上电极114设置于可变电阻层112上，上电极114可为单层结构或多层结构。上电极114的材料例如是氮化钛、氮化钽、钛或钽。上电极114的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。
基于上述实施例可知，由于电极110为具有导体层104与射频物理气相沉积过渡金属化合物层106a的多层结构，因此电阻式随机存取内存10可具有较佳的电性表现。
综上所述，上述实施例的电极的制造方法可形成表面平坦、结构细致且具有足够厚度的射频物理气相沉积过渡金属化合物层，因此可有效地提升组件的电性表现。此外，上述实施例的电阻式随机存取内存具有由上述多层结构所形成的下电极，因此可具有较佳的电性表现。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求界定范围为准。

Claims (6)

1.一种电极的制造方法，其特征在于，包括：
在基材上形成导体层；
使用射频物理气相沉积法在所述导体层上形成射频物理气相沉积过渡金属化合物层；
在所述射频物理气相沉积过渡金属化合物层上形成牺牲层，其中所述牺牲层完全覆盖并物理接触所述射频物理气相沉积过渡金属化合物层；以及
进行平坦化制程，以完全移除所述牺牲层且移除部分所述射频物理气相沉积过渡金属化合物层，而暴露出剩余的所述射频物理气相沉积过渡金属化合物层的顶部表面。
2.根据权利要求1所述的电极的制造方法，其特征在于，所述导体层与所述牺牲层的材料包括氮化钛、钛、氮化钽或其组合。
3.根据权利要求1所述的电极的制造方法，其特征在于，所述导体层与所述牺牲层的形成方法包括物理气相沉积法或化学气相沉积法。
4.根据权利要求1所述的电极的制造方法，其特征在于，还包括在形成所述导体层之前，在所述基材上形成黏着层，所述黏着层的材料包括钛、钽、氧化铟锡或其组合。
5.根据权利要求4所述的电极的制造方法，其特征在于，所述黏着层的形成方法包括物理气相沉积法或化学气相沉积法。
6.根据权利要求1所述的电极的制造方法，其特征在于，用于制作电阻式随机存取内存的下电极。
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