[发明专利]改善TaOx基阻变存储器可靠性的硅掺杂磁控溅射工艺

说明书

本发明属于微电子和半导体加工技术领域，一种改善TaO_x基阻变存储器可靠性的硅掺杂磁控溅射工艺，包括以下步骤：(1)清洗SiO₂/Si衬底，(2)在SiO₂/Si衬底上采用磁控溅射方法镀制下电极TiN薄膜，(3)在下电极TiN薄膜上采用磁控溅射沉积TaO_x薄膜并掺杂Si，(4)把经步骤3溅射沉积的Si掺杂TaO_x薄膜进行退火，(5)磁控溅射镀制上电极。本发明在TaO_x薄膜中掺杂Si，能有效的调节TaO_x薄膜中缺陷结构，增加了氧空位浓度，降低了器件的操作电压，增大了记忆窗口，提高器件的可靠性，且工艺流程简单，薄膜沉积速度快，可以为阻变存储器的大规模推广应用提供技术支持。

技术领域

本发明涉及一种改善TaO_x基阻变存储器可靠性的硅掺杂磁控溅射工艺，属于微电子和半导体加工技术领域。

技术背景

自从进入信息时代，人们对存储和计算的要求极速增加，传统形式的存储器受到小尺寸效应限制，已经不能满足人们的需求。阻变存储器(RRAM)由于其快速的写入/擦除速度和简单的结构而成为下一代非易失性存储器最有希望的候选者之一。Ta₂O₅是一种被广泛应用的阻变材料，制备方法有很多，如热氧化、化学气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发与原子层沉积等。其中磁控溅射因其工艺简单，长膜速率快，被广泛的应用到TaO_x基RRAM阻变层的制备过程。

尽管RRAM器件被广泛研究，但是器件高的操作电压和耐久性一直制约着器件的商业化应用。有人通过金属掺杂的方法改善了TaO_x基RRAM的切换均一性，但是存在读写次数少的问题。而与其他金属掺杂方法相比，Kim,B.Y.and K.J.Lee等人在文章中提到原子层沉积制备硅掺杂TaO_x基RRAM能够降低操作电流，但是操作电压比较大(期刊：JapaneseJournal of Applied Physics，2016，55(4s))。通常掺杂工艺一般采用离子注入，如公开号为CN102881824B的中国专利公开了阻变存储器及其制备方法，制备过程中，需要薄膜制备好后再掺杂，相比较而言，磁控溅射过程中同时进行Si掺杂的工艺流程更简单方便。因此，研究基于磁控溅射的Si掺杂工艺对改善TaO_x基RRAM的可靠性是一个有意义的课题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明是一种改善TaO_x基阻变存储器可靠性的硅掺杂磁控溅射工艺，采用基于磁控溅射的Si掺杂改变薄膜中的缺陷结构，降低氧空位的形成能，调节器件的操作电压和记忆窗口。

为了实现上述发明目的，解决现有技术存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种改善TaO_x基阻变存储器可靠性的硅掺杂磁控溅射工艺，包括以下步骤：

步骤1、清洗SiO₂/Si衬底，具体包括以下子步骤：

(a)将SiO₂/Si衬底放入去离子水中超声清洗3-10min；

(b)将经过子步骤(a)清洗的SiO₂/Si衬底放入丙酮中超声清洗3-10min；

(c)将经过子步骤(b)清洗的SiO₂/Si衬底放入无水乙醇中超声清洗3-10min；

(d)将经过子步骤(c)清洗的SiO₂/Si衬底用去离子水冲洗后，再用N2气吹干；

步骤2、在SiO₂/Si衬底上采用磁控溅射方法镀制下电极TiN薄膜，具体包括以下子步骤：