一种RRAM器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种RRAM器件及其制造方法，提供衬底，衬底上形成有第一金属电极；在第一金属电极的表面形成第一氧化层；继续氧化第一氧化层，使得第一氧化层的上层形成为第二氧化层，其中第二氧化层的含氧量大于第一氧化层；在第二氧化层表面形成第二金属电极。本发明专利技术采用氧化钽物理气相沉积工艺与氧化工艺来改变阻变材料中钽价态分布，以改善阻变材料来降低成型电压和增大存储窗口。成型电压和增大存储窗口。成型电压和增大存储窗口。

【技术实现步骤摘要】
一种RRAM器件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种RRAM器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]RRAM(Resistive Random Access Memory阻变式存储器)利用某些薄膜材料在外加电场的作用下表现出的两个或两个以上的不同电阻态来实现数据存储，是近十多年来受到学术界和工业界广泛关注的一种新型非易失性存储器，其典型结构为金属电极
‑
氧化物
‑
金属电极。在外电场的激励作用下，器件可在高、低阻态之间发生可逆转变，且其高、低阻态在电场撤销之后仍能够保持。RRAM具有擦写速度快、存储密度高、重复擦写次数高、多值存储和三维存储等重多优势。在外电场的激励作用下，器件可在高、低阻态之间发生可逆转变，且其高、低阻态在电场撤销之后仍能够保持。Forming(成型)过程是指RRAM第一次从初始的高阻态跳变到低阻态的过程，相反的处于低阻态的RRAM在被施加一定电压激励后可以转换到高阻态，低阻态跳变到高阻态的过程称之为Reset(重置)。经过Reset过程后进入高阻态的RRAM也可以通过施加电压激励转换到低阻态，而这个过程不同于第一次的高阻态跳变低阻态称之为Set(复位)过程。
[0003]但是目前采用的钽氧化工艺和PVD(物理气相沉积)工艺forming电压太高在还不能满足40nm工艺所能提供的最高电压限制，钽氧化工艺缺陷是氧化程度不易控制，氧化时间过短，钽氧化不充分，降低阻变层厚度，存在被击穿风险；氧化时间过长，下电极易被氧化，增加阻变层厚度，造成forming电压过高。(图1A至图1C所示)
[0004]PVD工艺缺点是forming电压加大，不能满足工艺的高压限制。
[0005]为此，需要一种新型方法改变阻变材料中钽价态分布，以改善阻变材料来降低forming电压和增大存储窗口。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种RRAM器件及其制造方法，用于解决现有技术中钽氧化工艺和PVD(物理气相沉积)工艺成型电压太高在还不能满足40nm工艺所能提供的最高电压限制，钽氧化工艺缺陷是氧化程度不易控制，氧化时间过短，钽氧化不充分，降低阻变层厚度，存在被击穿风险；氧化时间过长，下电极易被氧化，增加阻变层厚度，造成forming电压过高的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种改善RRAM器件阻变材料特性的制造方法，包括：
[0008]步骤一、提供衬底，所述衬底上形成有第一金属电极；
[0009]步骤二、在所述第一金属电极的表面形成第一氧化层；
[0010]步骤三、继续氧化所述第一氧化层，使得所述第一氧化层的上层氧化为第二氧化层，其中所述第二氧化层的含氧量大于所述第一氧化层；
[0011]步骤四、在所述第二氧化层表面形成第二金属电极。
[0012]优选地，步骤一中的所述衬底为硅衬底。
[0013]优选地，步骤一中所述第一金属电极的材料为氮化钽。
[0014]优选地，步骤二中所述第一氧化层的材料为钽的氧化物。
[0015]优选地，步骤三中利用氧气和稀有气体的混合气体控制所述第二氧化层中金属离子的价态。
[0016]优选地，步骤三中所述稀有气体为氩气。
[0017]优选地，步骤三中所述氧气与氩气的比值为20:25、15:25、10:25、8:25、5：25中的任意一种。
[0018]优选地，步骤四中所述第二金属电极的材料为氮化钛。
[0019]一种RRAM器件结构，可由上述任意步骤的方法制造，包括：
[0020]衬底，所述衬底上形成有第一金属电极；
[0021]所述第一金属电极的表面形成有第一氧化层；
[0022]所述第一氧化层的上表面形成有第二氧化层，其中所述第二氧化层的含氧量大于所述第一氧化层；
[0023]所述第二氧化层表面形成有第二金属电极。
[0024]优选地，所述衬底为硅衬底。
[0025]优选地，所述第一氧化层的材料为钽的氧化物。
[0026]优选地，所述第一金属电极的材料为氮化钽。
[0027]优选地，所述第二金属电极的材料为氮化钛。
[0028]如上所述，本专利技术的改善RRAM器件阻变材料特性的制造方法，具有以下有益效果：
[0029]本专利技术采用氧化钽物理气相沉积工艺与氧化工艺来改变阻变材料中钽价态分布，以改善阻变材料来降低forming电压和增大存储窗口。
附图说明
[0030]图1A至C显示为现有技术的一种钽氧化工艺示意图；
[0031]图2显示为本专利技术的工艺流程示意图；
[0032]图3显示为本专利技术的形成第一金属电极示意图；
[0033]图4显示为本专利技术的形成第一氧化层示意图；
[0034]图5显示为本专利技术的形成第二氧化层示意图；
[0035]图6显示为本专利技术的形成第二金属电极示意图；
[0036]图7显示为本专利技术的第二氧化层形成方式示意图；
[0037]图8显示为本专利技术的器件工作原理示意图。
具体实施方式
[0038]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0039]请参阅图2，本专利技术提供一种改善RRAM器件阻变材料特性的制造方法，包括：
[0040]步骤一，请参阅图3，提供衬底(图中未画出)，衬底上形成有第一金属电极；
[0041]在一种可选的实施方式中，步骤一中的衬底为硅衬底，可在硅衬底上形成第一金属电极，也可在在硅衬底上形成外延层后，在外延层上形成第一金属电极。
[0042]在一种可选的实施方式中，步骤一中第一金属电极的材料为氮化钽。
[0043]应当理解的是，此处第一金属电极的材料也才采用其它类型的材料。
[0044]步骤二，请参阅图4，在第一金属电极的表面形成第一氧化层；
[0045]在一种可选的实施方式中，步骤二中第一氧化层的材料为钽的氧化物。
[0046]应当理解的是，此处第一氧化层的材料也才采用其它类型的材料。
[0047]步骤三，请参阅图5，继续氧化第一氧化层，使得第一氧化层的上层氧化形成为第二氧化层，其中第二氧化层的含氧量大于第一氧化层；
[0048]在一种可选的实施方式中，步骤三中利用氧气和稀有气体的混合气体控制第二氧化层中金属离子的价态，钽与氧气反应可生成TaO、TaO2和Ta2O5，通过控制氧气和混合气体的比值，可以控制氧气的浓度，进而控制钽与氧气反应生成的产物。
[0049]在一种可选的实施方式中，步骤三中稀有气体为氩气。
[0050]应当理解的是，此处的稀有气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RRAM器件结构，其特征在于，包括：衬底，所述衬底上形成有第一金属电极；所述第一金属电极的表面形成有第一氧化层；所述第一氧化层的上表面形成有第二氧化层，其中所述第二氧化层的含氧量大于所述第一氧化层；所述第二氧化层表面形成有第二金属电极。2.根据权利要求1所述的RRAM器件结构，其特征在于：所述衬底为硅衬底。3.根据权利要求1所述的RRAM器件结构，其特征在于：所述第一氧化层的材料为钽的氧化物。4.根据权利要求1所述的RRAM器件结构，其特征在于：所述第一金属电极的材料为氮化钽。5.根据权利要求1所述的RRAM器件结构，其特征在于：所述第二金属电极的材料为氮化钛。6.根据权利要求1至5任意一项所述的RRAM器件的制造方法，其特征在于，至少包括：步骤一、提供衬底，所述衬底上形成有第一金属电极；步骤二、在所述第一金属电极的表面形成第一氧化层；步骤三、氧化所述第一氧化层，将所述第一氧化层的上表面氧化形成为第二氧化层，其中所述第二氧化层的含氧量大于所述第一氧化层；步骤四、在所述第二氧化层表面形成第二金...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭豪，秦佑华，姬峰，陈昊瑜，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：