[发明专利]电阻存储器的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种电阻存储器的形成方法。

背景技术

存储器在半导体市场中占有重要地位，由于便携式电子设备的不断普及，非易失性存储器(non-volatile memory)在整个存储器应用中所占的比重也越来越大，目前90％以上的非易失性存储器的份额被闪速存储器(flash memory)占据。但是由于存储电荷的需要，闪速存储器的浮栅不能随着器件尺寸的减小而无限制的减薄，32nm左右为闪速存储器特征尺寸(CD，critical dimension)的极限，因此迫切需要下一代非易失性存储器的研发。

电阻存储器(RRAM，Resistive Memory)是一种新型的非易失性存储器，具有高密度、低成本等优点。电阻存储器的原理主要是通过电信号的作用，使得存储介质在高电阻状态和低电阻状态之间实现可逆转换，从而实现存储目的。电阻存储器中常用的存储介质主要有相变材料、铁电材料、铁磁材料、二元金属氧化物材料、有机材料等。其中以二元金属氧化物材料的应用较为广泛，如Nb₂O₅，Al₂O₃，Ta₂O₅，Ti_xO，Cu_xO等，由于Cu_xO材料与CMOS工艺有着完美的兼容性，因此得到了最广泛的应用。

图1至图3示出了现有技术的一种RRAM的形成方法。

参考图1，提供基底100，所述基底100中形成有底电极101，所述底电极101上形成有反应金属层102，所述底电极101可以为一栓塞(plug)，所述反应金属层102可以为形成于栓塞上的一金属层，也可以为所述栓塞的表面部分，在CMOS工艺中，与铜互连工艺相兼容，所述底电极101为铜栓塞，所述反应金属层102为该铜栓塞的上层表面部分。

参考图2，对所述反应金属层进行氧化，如O₂等离子体处理或热氧化反应等，产生金属氧化物层103，以铜为例，所述金属氧化物层103为氧化铜。

参考图3，在所述金属氧化物层103上形成顶电极104，从而完成电阻存储器的形成过程。在实际的写操作过程中，通过底电极101和顶电极104对所述金属氧化物层103施加电信号，使其发生可逆的电阻转换，实现写操作。但是，现有技术对图2中的反应金属层102进行氧化后，形成的金属氧化物往往是铜的不同价态的氧化物的混合物。参考图3，在氧化过程中，表面部分充分氧化，形成高价态的CuO层103b，内部部分未完全氧化，形成低价态的Cu₂O层103a。由于CuO层103b并不具有电阻转换的特性，而且其电阻率很高，因此在对所述电阻存储器进行写操作时，需要比较大的电压将CuO层103b击穿，以对Cu₂O层103a进行写操作，但是此时的大电流会对所述Cu₂O层103a造成损伤，使其部分丧失或全部丧失可逆电阻转换特性，导致器件性能下降。现有技术中往往通过使用还原气体进行还原，但上述方法不利于控制金属氧化物层的厚度。另外，现有技术中还有一种方法采用高温环境将CuO分解成为Cu₂O，但是该方法需要很高的温度，对设备以及工艺条件要求较高。

公开号为20100110764的美国专利申请中公开了一种电阻存储器，但是该电阻存储器也并未解决上述问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电阻存储器的形成方法，以简单的工艺方法去除氧化后表面的高价态氧化物。

为解决上述问题，本发明提供了一种电阻存储器的形成方法，包括：

提供基底，所述基底中形成有底电极，所述底电极上形成有反应金属层；

对所述反应金属层进行氧化，形成氧化层，所述氧化层包括表面的高价态金属氧化物层和位于所述高价态金属氧化物层下方的低价态金属氧化物层；

使用还原剂溶液对所述高价态金属氧化物层进行还原。

可选的，所述电阻存储器的形成方法还包括，在所述还原后的高价态金属氧化物层上形成顶电极，并进行退火。

可选的，所述退火的反应温度为100℃至400℃，反应时间为5分钟至30分钟。

可选的，所述反应金属层的材料为铜、铝、钽、钛、镍、铌中的一种。

可选的，所述反应金属层为所述底电极的表面部分。

可选的，所述还原剂溶液为醛类化合物溶液。