[发明专利]一种阻变式存储单元及其形成方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，具体涉及一种阻变式存储单元及其形成方法。

背景技术

阻变式存储单元（Resistive Random Access Memory，RRAM）具有巨大的应用潜力，因此本领域人员致力寻求一种CMOS后端工艺兼容的RRAM制备工艺，以实现RRAM大规模量产。

现有技术中，通常采用原子层沉积或磁控溅射以及热氧化的方法来淀积阻变材料，以及采用高温退火措施以提高器件性能和稳定性，但这些过高温度的工艺与CMOS后端工艺不兼容，可能具有由于后端工艺温度过高，导致前端电路损坏的后果。因此开发满足性能要求的低温淀积工艺及能避免高温退火工艺的材料性能提升技术是需要解决的技术难点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种全低温制备技术的阻变式存储单元及其形成方法。

根据本发明实施例的阻变式存储单元及其形成方法，包括：S1.提供硅衬底；S2.在所述硅衬底之上形成隔离层；S3.在所述隔离层之上形成底电极；S4.在室温下通过磁控溅射以在所述底电极之上形成阻变材料层，其中，进一步包括：S41.在第一压强、第一氛围中，通过磁控溅射在所述底电极之上形成TaO_x的第一阻变层，其中0<x<2；和S42.在第二压强、第二氛围中，通过磁控溅射在在所述第一阻变层之上形成TaO_y的第二阻变层，其中0<y<2.5；S5.在所述阻变材料层之上形成顶电极；以及S6.去除所述步骤S5中溅射到所述底电极的表面的阻变材料TaO_x和TaO_y。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S4重复多次以形成多层第一阻变层和多层第二阻变层的交替的多层阻变材料层结构。

在本发明的一个实施例中，所述第一压强应小于第二压强。

在本发明的一个实施例中，所述第一压强为10^-3T，第二压强为10^-3T-10^-2T。

在本发明的一个实施例中，所述第一氛围和第二氛围为氩气掺氧气的混合气体，其中第一氛围的氧气摩尔百分比小于第二氛围的氧气摩尔比百分比。

在本发明的一个实施例中，所述第一氛围的氧气摩尔百分比小于5％，所述第二氛围的氧气摩尔百分比>4%。

在本发明的一个实施例中，所述第一阻变层的厚度应大于第二阻变层的厚度。

在本发明的一个实施例中，所述第一阻变层的厚度为10nm-80nm，第二阻变层的厚度为5-20nm。

在本发明的一个实施例中，其特征在于所述阻变单元和顶电极的图形是通过光刻和剥离工艺形成的。

本发明实施例的阻变式存储单元是通过上述方法制备得到的。

本发明通过在室温环境下调节磁控溅射过程中工艺气体压强和氧气含量的百分比制备TaO_x和TaO_y双阻变层的阻变存储器。本发明所制备阻变单元的底电极、阻变层和顶电极均采用磁控溅射镀膜设备在室温环境下形成，对于电极图形和阻变单元尺寸的定义采用光刻和剥离工艺。本发明所提出的阻变存储器制备方法与CMOS后端工艺的集成只需一台磁控溅射镀膜设备，降低了集成的成本，增加了集成的便捷性。所制备阻变存储单元无需高电压形成过程，并且具有高耐久性，所以本发明既保证了阻变存储单元的性能和稳定性，又解决了开发满足性能要求的低温淀积工艺及能避免高温退火工艺的材料性能提升技术的技术难点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的阻变式存储单元的形成方法的流程图。

图2是本发明实施例的阻变式存储单元的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。