CN109728158B - 电阻式存储器及其制造方法与化学机械研磨制程 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电阻式存储器及其制造方法与化学机械研磨制程。所述电阻式存储器包括第一电极、可变电阻层以及第二电极。所述第一电极配置于基底上。所述可变电阻层配置于所述第一电极上。所述第二电极配置于所述可变电阻层上。所述第一电极包括依序配置于所述基底上的第一钛层、氧化钛层以及导电层。本发明电阻式存储器可具有良好的电性表现。

Description

电阻式存储器及其制造方法与化学机械研磨制程
技术领域
本发明涉及一种存储器及其制造方法与半导体制程，尤其涉及一种电阻式存储器及其制造方法与化学机械研磨制程。
背景技术
近年来电阻式存储器(诸如电阻式随机存取存储器(resistive random accessmemory，RRAM))的发展极为快速，是目前最受瞩目的未来存储器的结构。现行的电阻式存储器通常包括相对配置的上电极与下电极以及位于上电极与下电极之间的可变电阻层，即具有一般所熟知的金属-绝缘层-金属(MIM)结构。在制造电阻式存储器时，通常是在沉积腔室中直接于基底上依序形成下电极层、可变电阻层与上电极层。
然而，当基底的平坦度不佳时，会影响到基底上所形成的下电极层、可变电阻层与上电极层的平坦度。此外，当下电极层、可变电阻层与上电极层无法具有良好的平坦度时，所形成的电阻式存储器则无法具有良好的电性表现。
发明内容
本发明提供一种化学机械研磨制程，其适于对基底上的钛层进行研磨。
本发明提供一种电阻式存储器的制造方法，其使用上述的化学机械研磨制程。
本发明提供一种电阻式存储器，其通过上述的电阻式存储器的制造方法来制造。
本发明的电阻式存储器包括第一电极、可变电阻层以及第二电极。所述第一电极配置于基底上。所述可变电阻层配置于所述第一电极上。所述第二电极配置于所述可变电阻层上。所述第一电极包括依序配置于所述基底上的第一钛层、氧化钛层以及导电层。
在本发明的电阻式存储器的一实施例中，所述导电层包括依序配置于所述氧化钛层上的第二钛层与氮化钛层。
本发明的化学机械研磨制程适于平坦化钛层。所述化学机械研磨制程包括以下步骤。使所述钛层与研磨垫接触来进行研磨，以移除部分所述钛层，并形成氧化钛层于所述钛层上。利用中性溶液清洗所述氧化钛层。利用酸性溶液清洗所述氧化钛层。在所述酸性溶液中，使所述氧化钛层与所述研磨垫分离。移除所述氧化钛层上的所述酸性溶液。
在本发明的化学机械研磨制程的一实施例中，进行所述研磨时例如使用酸性研浆与过氧化氢溶液。
在本发明的化学机械研磨制程的一实施例中，所述酸性研浆的pH值例如小于5，且所述过氧化氢溶液的浓度例如小于5％。
在本发明的化学机械研磨制程的一实施例中，所述中性溶液例如为去离子水。
在本发明的化学机械研磨制程的一实施例中，所述酸性溶液包括有机化合物及介面活性剂。
在本发明的化学机械研磨制程的一实施例中，移除所述酸性溶液的方法例如使用异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)溶液。
本发明的电阻式存储器的制造方法包括以下步骤。在基底上形成第一钛层。通过上述的化学机械研磨制程来研磨所述第一钛层，并形成所述氧化钛层于所述第一钛层上。在所述氧化钛层上形成导电层。在所述导电层上形成可变电阻层。在所述可变电阻层上形成电极层。
在本发明的电阻式存储器的制造方法的一实施例中，形成所述导电层包括以下步骤。在所述氧化钛层上形成第二钛层。在所述第二钛层上形成氮化钛层。
基于上述，本发明的化学机械研磨制程可以有效地对钛层进行研磨同时避免过多的颗粒残留，因此经研磨后的钛层可以具有更为平坦的表面。如此一来，后续形成于所述钛层上的膜层也可具有良好的平坦度，且经由这些膜层所形成的电阻式存储器可具有良好的电性表现。
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1为依照本发明实施例所示出的化学机械研磨制程的流程示意图。
图2A至图2D为依照本发明实施例所示出的电阻式存储器的制造流程剖面示意图。
具体实施方式
图1为依照本发明实施例所示出的化学机械研磨制程的流程示意图。请参照图1，首先，在步骤100中，将上方已形成有钛层的基底固持于研磨承载器上，接着使钛层与研磨垫接触，以对钛层进行化学机械研磨来移除部分钛层(减少钛层的厚度)。在研磨的过程中，使用酸性研浆与过氧化氢溶液来进行研磨。酸性研浆的pH值例如小于5，且过氧化氢溶液的浓度小于5％，但本发明不限于此。酸性研浆用以研磨钛层，而过氧化氢溶液用以提高研磨稳定性。在研磨钛层的过程中，由于与外界环境接触的钛层会被氧化，因而在钛层的表面上形成一层氧化钛层。
然后，在步骤102中，提供中性清洗液(例如去离子水)至研磨垫，以对氧化钛层进行第一次清洗。在此步骤中，可清除酸性研浆以及研浆中的颗粒，且可避免这些颗粒聚集于基底表面(氧化钛层)上。
接着，在步骤104中，提供酸性清洗液至研磨垫，以对氧化钛层进行第二次清洗。酸性清洗液可包括有机化合物与介面活性剂。在此步骤中，可进一步移除残留于基底表面(氧化钛层)上的颗粒。上述酸性清洗液的pH值例如小于5，但本发明不限于此。
然后，在步骤106中，在维持有上述酸性溶液的情况下，将基底自研磨垫移开，使氧化钛层与研磨垫分离。在氧化钛层与研磨垫分离的过程中，由于维持有上述酸性溶液，因此可以避免前述残留的颗粒与杂质附着于氧化钛层上。
之后，在步骤108，进行第三次清洗，移除氧化钛层上残留的酸性溶液。第三次清洗所使用的清洗液例如为异丙醇溶液。在此步骤中，由于使用异丙醇溶液来进行清洗，因此除了可以将残留的酸性溶液与颗粒移除之外，还可以同时对基底进行干燥。
根据上述的化学机械研磨制程，可以有效地对基底上的钛层进行研磨，同时避免过多的颗粒残留。因此，经研磨后的钛层可以具有更为平坦的表面，以利于后续的制程。
本发明的化学机械研磨制程可适于电阻式存储器的下电极的制造，以形成具有平坦表面的下电极。以下对此作详细说明。
图2A至图2D为依照本发明实施例所示出的电阻式存储器的制造流程剖面示意图。首先，请参照图2A，在基底200上形成钛层204。基底200例如为介电基底，且其中已形成有导电插塞202。钛层204形成于基底200的表面上，并与导电插塞202接触。钛层204的形成方法例如是进行化学气相沉积制程。
然后，请参照图2B，通过如图1所述的化学机械研磨制程，移除部分钛层204，以减少钛层204的厚度，同时将钛层204平坦化。如前所述，通过如图1所述的化学机械研磨制程来研磨钛层204，可使得钛层204可具有平坦的表面，且可避免过多的颗粒残留。此外，在进行上述化学机械研磨制程之后，钛层204上形成有氧化钛层206。
接着，请参照图2C，在氧化钛层206上形成导电层。所形成的导电层、氧化钛层206以及钛层204可用以在后续步骤中构成电阻式存储器的下电极。在本实施例中，导电层由依序形成于氧化钛层206上的钛层208与氮化钛层210所构成，但本发明不限于此。然后，在导电层上形成可变电阻层212，以及于可变电阻层212上形成电极层。在本实施例中，电极层由依序形成于可变电阻层212上的钛层214与氮化钛层216所构成，但本发明不限于此。钛层208、氮化钛层210、可变电阻层212、钛层214与氮化钛层216的形成方法例如为化学气相沉积制程。
之后，请参照图2D，对钛层204、氧化钛层206、钛层208、氮化钛层210、可变电阻层212、钛层214与氮化钛层216进行图案化制程，以定义出本发明的电阻式存储器，其中图案化的钛层204a、图案化的氧化钛层206a、图案化的钛层208a、图案化的氮化钛层210a构成电阻式存储器的下电极，图案化的钛层214a与图案化的氮化钛层216a构成电阻式存储器的上电极，且图案化的可变电阻层212a位于上电极与下电极之间。
在本实施例中，由于通过如图1所述的化学机械研磨制程来研磨的钛层204具有良好的平坦度，因此后续形成于其上的膜层也可具有良好的平坦度。如此一来，所形成的电阻式存储器可具有良好的电性表现。
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技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (8)

1.一种化学机械研磨制程，适于平坦化钛层，所述化学机械研磨制程包括：
使所述钛层与研磨垫接触来进行研磨，以移除部分所述钛层，并形成氧化钛层于所述钛层上；
利用中性溶液清洗所述氧化钛层；
利用酸性溶液清洗所述氧化钛层；
在所述酸性溶液中，使所述氧化钛层与所述研磨垫分离；以及
移除所述氧化钛层上的所述酸性溶液。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨制程，其中进行所述研磨时使用酸性研浆与过氧化氢溶液。
3.根据权利要求2所述的化学机械研磨制程，其中所述酸性研浆的pH值小于5，且所述过氧化氢溶液的浓度小于5％。
4.根据权利要求1所述的化学机械研磨制程，其中所述中性溶液包括去离子水。
5.根据权利要求1所述的化学机械研磨制程，其中所述酸性溶液包括有机化合物与介面活性剂。
6.根据权利要求1所述的化学机械研磨制程，其中移除所述酸性溶液的方法包括使用异丙醇溶液。
7.一种电阻式存储器的制造方法，包括：
在基底上形成第一钛层；
通过根据权利要求1至6中任一项所述的化学机械研磨制程来研磨所述第一钛层，并形成所述氧化钛层于所述第一钛层上；
在所述氧化钛层上形成导电层；
在所述导电层上形成可变电阻层；以及
在所述可变电阻层上形成电极层。
8.根据权利要求7所述的电阻式存储器的制造方法，其中形成所述导电层包括：
在所述氧化钛层上形成第二钛层；以及
在所述第二钛层上形成氮化钛层。
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