CN112201749A - 阻变存储器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阻变存储器的制备方法，包括：采用物理气相沉积在介质层上依次沉积底部电极、转换层、顶部电极以及刻蚀阻挡层；对所述刻蚀阻挡层进行光刻光阻处理；根据所述光刻光阻处理形成的图像，依次对所述刻蚀阻挡层、所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极进行刻蚀；对刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁进行氧化制程。利用本发明，能够解决现有制备阻变存储器过程中，金属原子由于蚀刻作用而溅镀到转换层、顶部电极的侧壁上而导致阻变式存储器失效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更为具体地，涉及一种阻变存储器的制备方法。
背景技术
阻变式存储器(RRAM，Resistive Random Access Memory)是以非导性材料的电阻在外加电场作用下，在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的非易失性存储器。标准的阻变存储器单元结构是一个电阻器件(Resistor device),分为顶部电极(TE，TopElectrode)、转换层(SL，Switching layer)和底部电极(BE，Bottom Electrode)三层，其中TE/BE为金属层，SL为金属氧化物。在TE/BE之间外加一定的写入电压时，金属氧化物中会形成丝极(filament)，金属氧化物从高电阻态变成低电阻态，整个电阻完成数据写入。
当电阻蚀刻时，特别是BE金属蚀刻，金属原子会因为蚀刻轰击作用而溅镀到电阻(TE/SL)的侧壁上。当侧壁上的金属原子过多时，特别是SL侧壁上的金属原子过多时，TE和BE两层金属会短路而漏电，在写入电压作用于TE/BE上时，SL无法形成丝极，电阻器件会失效，不能完成数据写入。
目前为了去除侧壁上溅镀的金属原子，在后续制程增加酸槽制程(HF/HCl)。此方法虽然可以有效去除金属原子，但是酸槽制程会产生两个致命的副作用：首先，SL在酸槽制程之后会有过蚀刻，严重时会无法产生丝极；其次，HF/HCl会在SL侧壁产生F/Cl掺杂，从而产生新的漏电路径，阻变式存储器的电阻器件也会失效。
基于上述问题，本发明亟需提供一种制备阻变存储器的制备方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种阻变存储器的制备方法，以解决现有制备阻变存储器过程中，金属原子由于蚀刻作用而溅镀到转换层、顶部电极的侧壁上而导致阻变式存储器失效的问题。
本发明提供一种阻变存储器的制备方法，包括：
采用物理气相沉积在介质层上依次沉积底部电极、转换层、顶部电极以及刻蚀阻挡层；
对所述刻蚀阻挡层进行光刻光阻处理；
根据所述光刻光阻处理形成的图像，依次对所述刻蚀阻挡层、所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极进行刻蚀；
对刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁进行氧化制程。
此外，优选的方案是，所述底部电极和所述顶部电极均为金属层，所述转换层为金属氧化物层。
此外，优选的方案是，所述对所述刻蚀阻挡层进行光刻光阻处理，包括如下步骤：
在所述刻蚀阻挡层涂光刻胶；
对涂有所述光刻胶的所述刻蚀阻挡层进行曝光处理，形成所需图像。
此外，优选的方案是，通过在所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁上进行氧化制程，在所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁上形成一层氧化层，其中，所述氧化层的厚度为
此外，优选的方案是，所述氧化制程包括O2氧化和O3氧化。
此外，优选的方案是，当所述氧化制程采用O2氧化时，
在功率为1000W的射频电源下，将反应腔内的O2电离为原子态或者带电离子；
电离为原子态或者带电离子的O2与刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁的金属原子发生反应，形成氧化层。
此外，优选的方案是，通入所述反应腔内O2的流量为10～200sccm。
此外，优选的方案是，当所述氧化制程采用O3氧化时，
将O3溶解在去离子水中；
通过溶解有O3的去离子水清洗侧壁被刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁；
去离子水中的O3与刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁的金属原子发生反应，形成氧化层。
从上面的技术方案可知，本发明提供的阻变存储器的制备方法，通过对刻蚀后的顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁进行氧化制程，使得在顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁的金属原子氧化成金属氧化物，通过氧化形成的阻变存储器，不但能够有效避免短路，防止产生新的漏电路径，还能够起到修复蚀刻侧壁的作用，使阻变存储器的性能更好；从而解决了现有制备阻变存储器过程中，金属原子由于蚀刻作用而溅镀到转换层、顶部电极的侧壁上而导致阻变式存储器失效的问题。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的阻变存储器的制备方法流程示意图；
图2-1至图2-5分别为根据本发明实施例的阻变存储器的制备步骤示意图。
其中的标记：1、介质层，2、底部电极，3、转换层，4、顶部电极，5、刻蚀阻挡层，6、光阻层，7、氧化层。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
针对前述提出的现有制备阻变存储器过程中，金属原子由于蚀刻作用而溅镀到转换层、顶部电极的侧壁上而导致阻变式存储器失效的问题，本发明提供一种新的阻变存储器的制备方法。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的阻变存储器的制备方法，图1示出了根据本发明实施例的阻变存储器的制备方法流程。
如图1所示，本发明提供的阻变存储器的制备方法，包括：
S110：采用物理气相沉积在介质层上依次沉积底部电极、转换层、顶部电极以及刻蚀阻挡层；
S120：对所述刻蚀阻挡层进行光刻光阻处理；
S130：根据所述光刻光阻处理形成的图像，依次对所述刻蚀阻挡层、所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极进行刻蚀；
S140：对刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁进行氧化制程。
上述是本发明的阻变存储器的制备方法的具体过程。通过采用本发明的氧化制程，使顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁的金属原子氧化成金属氧化物，即变成高阻态的物质，虽然TE/BE侧壁金属会被氧化，但是由于氧化层的势垒不会太厚，同时这层薄氧化物在防止漏电短路的同时，起到了修复蚀刻侧壁的作用，使得阻变存储器性能更好。
在步骤S110中，采用物理气相沉积在介质层上依次沉积底部电极、转换层、顶部电极以及刻蚀阻挡层，包括如下步骤：
S111：在介质层上沉积所述底部电极；
S112：在所述底部电极上沉积所述转换层；
S113：在所述转换层上沉积所述顶部电极；
S114：在所述顶部电极上沉积所述刻蚀阻挡层。
在上述沉积过程中，均采用物理气相沉积(PVD)的方式进行沉积。其中，底部电极和顶部电极均为金属层，转换层为金属氧化物层。
在步骤S120中，所述对刻蚀阻挡层进行光刻光阻处理，包括如下步骤：
S121：在刻蚀阻挡层涂光刻胶；
S122：对涂有光刻胶的刻蚀阻挡层进行曝光处理，形成所需图像。
在本发明的实施例中，光刻胶(photoresist)，也称为光阻或光阻剂，是指通过紫外光、深紫外光、电子束、离子束、X射线等光照或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，主要应用于集成电路和半导体分立器件的细微图形加工。光阻有两种，分别为正向光阻和负向光阻，其中，正向光阻，其照到光的部分会溶于光阻显影液，而没有照到光的部分不会溶于光阻显影液。在本发明的实施例中采用的是正向光阻，将掩膜板上的图形转印到刻蚀阻挡层表面上，经过照射处理，在刻蚀阻挡层表面形成所需图像，在后续的工序中，根据图像的形状进行刻蚀。
在步骤S130中，根据在刻蚀阻挡层表面形成所需图像，通过刻蚀工艺依次对刻蚀阻挡层、所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极进行刻蚀。在本发明的实施例中采用干法刻蚀，干法刻蚀是把刻蚀阻挡层表面曝露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与刻蚀阻挡层发生物理或化学反应(或这两种反应)，从而去掉曝露的表面材料。
在步骤S140中，通过在顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁上进行氧化制程，在顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁上形成一层氧化层，其中，氧化层的厚度为
在本发明的实施例中，氧化制程包括O2氧化和O3氧化。当氧化制程采用O2氧化时，在功率为1000W的射频电源下，将反应腔内的O2电离为原子态或者带电离子；电离为原子态或者带电离子的O2与刻蚀后的顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁的金属原子发生反应，形成氧化层。其中，通入反应腔内O2的流量为10～200sccm。
具体地，O2氧化的实现是在反应腔内实现的，在反应腔内施加射频电源，同时通入O2，O2在射频电源的作用下产生电离，氧化性比较强，容易与顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁的金属原子比较充分的反应，在侧壁上形成一层薄的氧化层。在具体应用中，根据实际情况，可以调节射频电源的功率0～1000W，以及调节O2的流量。
此外，当氧化制程采用O3氧化时，将O3溶解在去离子水中；通过溶解有O3的去离子水清洗侧壁被刻蚀后的顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁；去离子水中的O3与刻蚀后的顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁的金属原子发生反应，形成氧化层。
在本发明的实施例中，对刻蚀后的顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁进行氧化制程，并不仅限于上述所示的O3/O2氧化制程，包括所有能让金属低阻态变成高阻态的金属氧化的制程。
为了更好的说明阻变存储器的制备过程，图2-1至图2-5分别示出了根据本发明实施例的阻变存储器的制备过程。
如图2-1所示，采用物理气相沉积在介质层1上沉积底部电极2，在底部电极2上沉积转换层3，在转换层3上沉积顶部电极4；在顶部电极4上沉积刻蚀阻挡层5。
如图2-2所示，在刻蚀阻挡层5涂有光刻胶，形成光阻层6，光阻层6以便将掩膜板上的图形转移到刻蚀阻挡层表面上，在经过照射处理，在刻蚀阻挡层表面形成所需图像，在后续的工序中，根据图像的形状进行刻蚀。
如图2-3和图2-4所示，在蚀刻时，特别是底部电极2金属蚀刻时，金属原子会因为蚀刻轰击作用而溅镀到转换层3和顶部电极4的侧壁上。
如图2-5所示，对顶部电极4、转换层3以及底部电极2的侧壁进行氧化制程，在顶部电极4、转换层3以及底部电极2的侧壁上形成一层氧化层7，防止顶部电极4、转换层3以及底部电极2的侧壁上的金属原子过多，导致在底部电极2和顶部电极4的两层金属短路而漏电。
在本发明的实施中，采用上述氧化制程在刻蚀后的顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁上形成金属氧化物，不会产生现有酸槽制程中带来的F/Cl污染，可以有效使侧壁漏电路径变成高阻态的金属氧化物，同时TE/BE侧壁氧化物还可以修复蚀刻的损伤，使阻变存储器性能更好。
通过上述实施方式可以看出，本发明提供的阻变存储器的制备方法，通过对刻蚀后的顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁进行氧化制程，使得在顶部电极、转换层以及底部电极的侧壁的金属原子氧化成金属氧化物，通过氧化形成的阻变存储器，不但能够有效避免短路，防止产生新的漏电路径，还能够起到修复蚀刻侧壁的作用，使阻变存储器的性能更好；从而解决了现有制备阻变存储器过程中，金属原子由于蚀刻作用而溅镀到转换层、顶部电极的侧壁上而导致阻变式存储器失效的问题。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的阻变存储器的制备方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的阻变存储器的制备方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (8)
1.一种阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括：
采用物理气相沉积在介质层上依次沉积底部电极、转换层、顶部电极以及刻蚀阻挡层；
对所述刻蚀阻挡层进行光刻光阻处理；
根据所述光刻光阻处理形成的图像，依次对所述刻蚀阻挡层、所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极进行刻蚀；
对刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁进行氧化制程。
2.如权利要求1所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，
所述底部电极和所述顶部电极均为金属层，所述转换层为金属氧化物层。
3.如权利要求1所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，
对所述刻蚀阻挡层进行光刻光阻处理，包括如下步骤：
在所述刻蚀阻挡层涂光刻胶；
对涂有所述光刻胶的所述刻蚀阻挡层进行曝光处理，形成所需图像。
4.如权利要求1所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，
通过在所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁上进行氧化制程，在所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁上形成一层氧化层，其中，所述氧化层的厚度为
5.如权利要求1所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，
所述氧化制程包括O2氧化和O3氧化。
6.如权利要求5所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，
当所述氧化制程采用O2氧化时，
在功率为1000W的射频电源下，将反应腔内的O2电离为原子态或者带电离子；
电离为原子态或者带电离子的O2与刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁的金属原子发生反应，形成氧化层。
7.如权利要求6所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，
通入所述反应腔内O2的流量为10～200sccm。
8.如权利要求5所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，
当所述氧化制程采用O3氧化时，
将O3溶解在去离子水中；
通过溶解有O3的去离子水清洗侧壁被刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁；
去离子水中的O3与刻蚀后的所述顶部电极、所述转换层以及所述底部电极的侧壁的金属原子发生反应，形成氧化层。
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