[发明专利]阻抗存储器制作方法以及阻抗存储器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，特别涉及一种阻抗存储器制作方法以及一种阻抗存储器。

背景技术

作为一种速度快、存储密度高、成本低、制造简单且与半导体制造技术中的互补金属氧化物半导体(CMOS)等制作工艺兼容良好的新型存储技术，新一代非易失性存储器阻抗存储器(RRAM)受到了越来越多的关注。

阻抗存储器主要由上电极、下电极以及位于上下电极之间的可变电阻金属氧化层三部分组成。其中，核心部分是具有两种电阻状态的可变电阻金属氧化层。若向该可变电阻金属氧化层施加一定方向的电压脉冲，其电阻值会发生突变并成为低阻值，若从相同或者另一个方向施加电压脉冲，则会使其电阻值变为高阻值，阻抗存储器就是利用可变电阻金属氧化层阻值高低这两种状态来存储数据的。

可变电阻金属氧化层可由钙钛矿氧化物(Perovskite Oxides)、过渡金属氧化物(Transition Metal Oxides)、固态电解液(Solid State Electeolyte)以及聚合物(Polymers)等材料构成。通常，多采用过渡金属氧化物，如铜的氧化物(Cu-Oxide)、钨的氧化物(W-Oxide)、钛的氧化物(Ti-Oxide)、钴的氧化物(Co-Oxide)以及镍的氧化物(Ni-Oxide)等。

图1为现有阻抗存储器的制作方法的流程图。如图1所示，主要包括：

步骤11：在衬底上沉积第一金属层。

这里所提到的衬底需要具备导电功能，通常是指现有半导体制作技术中CMOS等器件后段制作过程中形成的互连结构，如铜通孔以及钨塞等，以便与后续形成的下电极实现电连接。

现有技术中提供了两种沉积方式，即物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。其中，PVD是指利用某种物理过程，例如蒸发或溅射实现物质的转移，即原子或离子由源转移到硅片表面，沉积成薄膜；而CVD是指将含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及所需其它气体引入反应室，并在硅片表面通过化学反应生成薄膜的过程，沉积的薄膜的厚度与沉积时间成正比。在实际应用中，可根据需要选择其中的任一方式。

步骤12：对所沉积的第一金属层进行部分氧化，将氧化部分作为可变电阻金属氧化层，将未氧化部分作为下电极。

具体氧化方式不限，比如，可采用热氧化方式，即将硅片放置于高温反应室内，并向反应室内通入氧气，使氧原子与金属原子相结合，即发生化学反应，从而得到金属氧化物。

步骤13：在可变电阻金属氧化层上沉积第二金属层，将该第二金属层作为上电极。

步骤11和13中所沉积的金属可根据需要任意设置。

但是，图1所示制作方法在实际应用中会存在一定的问题：

通过上述介绍可知，可变电阻金属氧化层是通过对第一金属层进行氧化得到的，假设第一金属层的材料为铜，那么可变电阻金属氧化层的材料就是氧化铜，而下电极由于未经过氧化，所以其材料仍是铜，这样一来，下电极中的铜原子的密度就会明显大于可变电阻金属氧化层中的铜原子的密度。那么，下电极中的铜原子就会向可变电阻金属氧化层中迁移，从而改变可变电阻金属氧化层中的铜原子和氧原子的比例。而实验显示，只有当铜原子和氧原子的比例维持在一定范围内时，可变电阻金属氧化层才会呈现出稳定的工作状态，也就是说，如果铜原子的比例过高，就会导致可变电阻金属氧化层的性能下降，进而导致整个阻抗存储器的性能下降。

另外，即使不是因为密度差别的原因，可变电阻金属氧化层中的铜原子以及氧原子本身也具有迁移性，这种迁移可能体现在各个方向。比如，通过可变电阻金属氧化层的侧壁或上电极向外迁移等，尤其是当阻抗存储器由于某种原因温度升高时，这种迁移现象会更加明显。

无论是上述下电极中的铜原子向可变电阻金属氧化层内迁移，还是可变电阻金属氧化层中的金属原子和氧原子向外迁移，这些均会导致阻抗存储器的性能下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种阻抗存储器的制作方法，能够较好地维持可变电阻金属氧化层中的金属原子数和氧原子数不变。

本发明同时提供一种阻抗存储器，能够较好地维持可变电阻金属氧化层中的金属原子数和氧原子数不变。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种阻抗存储器的制作方法，该方法包括：

在衬底上沉积下电极阻挡层，并在下电极阻挡层上形成用于容纳下电极的凹槽；

在凹槽内填充电极材料，形成下电极；

在下电极阻挡层以及下电极上形成可变电阻金属氧化层；