忆阻器电极材料的制备方法、制备装置和忆阻器电极材料制造方法及图纸

本申请实施例提供了一种忆阻器电极材料的制备方法、制备装置和忆阻器电极材料，该制备方法包括：采用反应溅射工艺在衬底上沉积金属氮化物，得到金属氮化物衬底；将所述金属氮化物衬底置于含氮气氛中进行激光退火处理，以氮化所述金属氮化物衬底上未反应的金属，得到忆阻器电极材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】忆阻器电极材料的制备方法、制备装置和忆阻器电极材料
本申请实施例涉及阻变式存储器制造领域，并且更具体地，涉及一种忆阻器电极材料的制备方法、制备装置和忆阻器电极材料。
技术介绍
阻变式随机存取存储器(ResistiveRandomAccessMemory,RRAM)是一种利用材料的可变的电阻特性来存储信息的非易失性(Non-volatile)存储器，具有功耗低，密度高，读写速度快，耐久性好等优点。RRAM的基本存储单元为忆阻器(Memristor)，忆阻器主要由下电极、阻变层和上电极组成，忆阻器的工作原理是：当施加正电压在两个电极之间时，阻变层内会形成导电细丝(Filament)，呈现低阻态；而当产生一个反向电流(RESETcurrent)在两个电极之间时，阻变层内的导电细丝会断裂呈现高阻态，忆阻器这种可变的电阻特性在效果上实现了数据‘0’和‘1’的存储与改写。与其他非易失性存储器(例如，相变存储器、磁性存储器等)相比，RRAM的一大优势在于其可选用的忆阻器电极材料兼容于目前主流的互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)工艺，无需引入特殊材质。在晶圆加工厂的后端工艺(BackEndOfLine，BEOL)中常用的金属氮化物，例如氮化钛(TiN)，氮化钽(TaN)等，都可以作为忆阻器电极的备选材料。目前，制备金属氮化物的工艺主要有金属有机化学气相沉积(Metal-organicChemicalVaporDeposition，MOCVD)工艺和反应溅射工艺等，但是，采用上述工艺制备的金属氮化物的特性与忆阻器的性能要求还有差距。以制备氮化钛(TiN)为例，对于MOCVD工艺，采用四次二甲基胺基钛作为前驱体，产物中会存在碳元素残留的问题，这对于忆阻器的可靠性有致命影响。相对于MOCVD工艺，反应溅射工艺不存在碳元素残留的问题，但是，由于反应溅射工艺采用的等离子体的密度通常不够高，氮的离化率通常只有50％左右，导致部分钛未经氮化就直接沉积到衬底上，这部分钛易在空气中被氧化，不仅造成材料的电阻率增大，氧向阻变层的扩散还会影响到忆阻器的擦写寿命。因此，如何制备满足性能要求的忆阻器电极材料是RRAM制造工艺中一项亟需解决的问题。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种忆阻器电极材料的制备方法、制备装置和忆阻器电极材料。第一方面，提供了一种忆阻器电极材料的制备方法，包括：采用反应溅射工艺在衬底上沉积金属氮化物，得到金属氮化物衬底；将所述金属氮化物衬底置于含氮气氛中进行激光退火处理，以氮化所述金属氮化物衬底上未反应的金属，得到所述忆阻器电极材料。可选地，在本申请实施例中，制备金属氮化物所采用的金属源为高纯度的金属靶材，能够避免制备的忆阻器电极材料中的碳残留问题。可选地，所述金属氮化物中的金属可以为钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、钨钛合金(TW)，或者也可以为其他金属，只要保证该金属氮化物具有良好的抗氧化性即可，本申请实施例对此不作限定。因此，根据本申请实施例的制备方法制备的忆阻器电极材料，不仅具有良好的抗氧化性能，同时还具有电阻率低(例如，低于100μΩ·cm)、基本无碳元素残留(例如，低于1原子百分比(atom％))，含氧量低(例如，低于10atom％)，氮化率高，即金属和氮的原子比例更接近1:1等优点，相应地，采用该忆阻器电极材料制备的RRAM的性能也更优，例如，可靠性更高，擦写寿命更长等。在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：将经过激光退火处理的所述金属氮化物衬底进行清洗和干燥处理。在一种可能的实现方式中，激光退火所采用的激光的能量参数，使得所述激光所产生的能量大于或等于所述金属氮化反应所需能量，并且小于造成所述金属氮化物材料损伤所需的能量。在一种可能的实现方式中，所述忆阻器电极材料用于制备阻变式存储器RRAM的忆阻器电极。在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：制备用于沉积所述金属氮化物的所述衬底。在一种可能的实现方式中，所述衬底为硅晶圆。在一种可能的实现方式中，所述采用反应溅射工艺在衬底上沉积金属氮化物在第一设备中进行，所述金属氮化物衬底置于含氮气氛中进行激光退火处理在第二设备中进行，所述第一设备和所述第二设备之间真空连接。在一种可能的实现方式中，所述含氮气氛包括以下气体中的至少一种：氮气、氨气、氮氢混合气体。第二方面，提供了一种忆阻器电极材料的制备方法，包括：采用等离子体辅助原子层沉积PEALD工艺在衬底上沉积金属氮化物，得到金属氮化物衬底；将所述金属氮化物衬底置于真空中进行激光退火处理，得到所述忆阻器电极材料。可选地，在本申请实施例中，制备金属氮化物所采用的金属前驱体可以为无机物，能够避免制备的忆阻器电极材料中的碳残留问题。可选地，所述金属氮化物中的金属可以为钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、钨钛合金(TW)，或者也可以为其他金属，只要保证该金属氮化物具有良好的抗氧化性即可，本申请实施例对此不作限定。因此，根据本申请实施例的制备方法制备的忆阻器电极材料，不仅具有良好的抗氧化性能，同时还具有电阻率低(例如，低于100μΩ·cm)、基本无碳元素残留(例如，低于1原子百分比(atom％))，含氧量低(例如，低于10atom％)，氮化率高，即金属和氮的原子比例更接近1:1等优点，相应地，采用该忆阻器电极材料制备的RRAM的性能也更优，例如，可靠性更高，擦写寿命更长等。在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：将经过激光退火处理的所述金属氮化物衬底进行清洗和干燥处理。在一种可能的实现方式中，激光退火所采用的激光的能量参数，使得所述激光所产生的能量大于或等于所述金属氮化物结晶所需的能量，并且小于造成所述金属氮化物材料损伤所需的能量。在一种可能的实现方式中，所述忆阻器电极材料用于制备阻变式存储器RRAM的忆阻器电极。在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：制备用于沉积所述金属氮化物的所述衬底。在一种可能的实现方式中，所述衬底为硅晶圆。在一种可能的实现方式中，所述采用等离子体辅助原子层沉积PEALD工艺在衬底上沉积金属氮化物，包括：在第一阶段，向放置有所述衬底的腔室内通入金属前驱体，所述金属前驱体包括所述金属氮化物中的金属；在第二阶段，向所述腔室内通入吹扫气，以将未吸附于所述衬底上的所述金属前驱体排出所述腔室；在第三阶段，向所述腔室内通入反应气体，并通过等离子体辅助的方式使所述反应气体与所述衬底上吸附的所述金属前驱体发生化学反应，得到所述金属氮化物，其中，所述反应气体为含氮气体；在第四阶段，通过吹扫气将反应的副产物以及剩余的所述反应气体排出所述腔室。在一种可能的实现方式中，所述含氮气体包括以下气体中的至少一种：氮气、氨气、氮氢混合气体。第三方面，提供了一种忆阻器电极材料的制备方法，包括：采用电弧离子镀工艺在衬底上沉积金属氮化物，得到所述忆阻器电极材料。可选地，在本申请实施例中，制备金属氮化物所采用的金属源为高纯度的金属靶材，能够避免制备的忆阻器电极材料中的碳残留问题。可选地，所述金属氮化物中的金属可以为钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、钨钛合金(TW)，或者也可以为其他金属，只要保证该金属氮化物具有良好的抗氧化性即可，本申请实施例对此不作限定。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种忆阻器电极材料的制备方法，其特征在于，包括：采用反应溅射工艺在衬底上沉积金属氮化物，得到金属氮化物衬底；将所述金属氮化物衬底置于含氮气氛中进行激光退火处理，以氮化所述金属氮化物衬底上未反应的金属，得到忆阻器电极材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种忆阻器电极材料的制备方法，其特征在于，包括：采用反应溅射工艺在衬底上沉积金属氮化物，得到金属氮化物衬底；将所述金属氮化物衬底置于含氮气氛中进行激光退火处理，以氮化所述金属氮化物衬底上未反应的金属，得到忆阻器电极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，激光退火所采用的激光的能量参数，使得所述激光所产生的能量大于或等于所述金属氮化反应所需能量，并且小于造成所述金属氮化物材料损伤所需的能量。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：将经过激光退火处理的所述金属氮化物衬底进行清洗和干燥处理。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述忆阻器电极材料用于制备阻变式存储器的忆阻器电极。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：制备用于沉积所述金属氮化物的所述衬底。6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述衬底为硅晶圆。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述硅晶圆包括特定的电路结构，用于控制阻变式存储器中的忆阻器的阻态的切换。8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述采用反应溅射工艺在衬底上沉积金属氮化物在第一设备中进行，所述金属氮化物衬底置于含氮气氛中进行激光退火处理在第二设备中进行，所述第一设备和所述第二设备之间真空连接。9.根据权利要求1至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述含氮气氛包括以下气体中的至少一种：氮气、氨气、氮氢混合气体。10.一种忆阻器电极材料的制备方法，其特征在于，包括：采用等离子体辅助原子层沉积工艺在衬底上沉积金属氮化物，得到金属氮化物衬底；将所述金属氮化物衬底置于真空中进行激光退火处理，得到忆阻器电极材料。11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：将经过激光退火处理的所述金属氮化物衬底进行清洗和干燥处理。12.根据权利要求10或11所述的制备方法，其特征在于，激光退火所采用的激光的能量参数，使得所述激光所产生的能量大于或等于所述金属氮化物结晶所需的能量，并且小于造成所述金属氮化物材料损伤所需的能量。13.根据权利要求10至12中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述忆阻器电极材料用于制备阻变式存储器的忆阻器电极。14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：制备用于沉积所述金属氮化物的衬底。15.根据权利要求10至14中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述衬底为硅晶圆。16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述硅晶圆包括特定的电路结构，用于控制中的忆阻器的阻态的切换。17.根据权利要求10至16中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述采用等离子体辅助原子层沉积工艺在衬底上沉积金属氮化物，包括：在第一阶段，向放置有所述衬底的腔室内通入金属前驱体，所述金属前驱体包括所述金属氮化物中的金属；在第二阶段，向所述腔室内通入吹扫气...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚国峰，沈健，
申请(专利权)人：深圳市为通博科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44