阻变随机存储器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种阻变随机存储器及制备方法，其中的阻变随机存储器包括：在底层上进行金属沉积，形成下电极金属结构，并对下电极金属结构进行刻蚀，形成规则分布的线状下电极；在下电极上形成ReRAM切换层；在ReRAM切换层上填充介电材料层并处理至下电极的上表面，保留两ReRAM切换层之间的介电材料层；在介电材料层上设置下电极的金属接触，金属接触延伸至相邻的两个ReRAM切换层之间，以形成阻变随机存储器。利用上述的发明专利技术能够提高存储单元密度，避免蚀刻工艺对结构造成的损伤。避免蚀刻工艺对结构造成的损伤。避免蚀刻工艺对结构造成的损伤。

【技术实现步骤摘要】
阻变随机存储器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体加工
，更为具体地，涉及一种阻变随机存储器及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，阻变随机存储器(ReRAM，Resistive Random Access Memory)基于其具有的高编程/擦写速度、高器件密度、可微缩、低功耗、抗辐射、断电后仍然能够保持数据、且与CMOS(Complementary Metal
‑
Oxide Semiconductor)工艺兼容等一系列突出的优点，使其成为替代多晶硅浮栅(FG，Floating Gate)存储器的有力竞争者之一，其作为一种采用非电荷存储机制的存储器，在32nm工艺节点及以下的高端应用中，将有很大的发展空间。
[0003]然而，随着半导体器件集成度的不断提高，存储单元(Cell)的特征尺寸(CD，Critical Dimension)也越来越小，而堆叠度却在不断提高，从而导致蚀刻工艺的深宽比(AR，Aspect Ratio)越来越大，在金属蚀刻过程中，对其沉积/溅射(resputter)、清洗及及形貌(profile)控制变得愈发困难；此外，对于ReRAM蚀刻工艺，需要反应离子刻蚀(RIE，Reactive Ion Etch)、离子束刻蚀(IBE，Ion Beam Etch)和物理攻击(Bombardment)等工艺的相结合，多次蚀刻对ReRAM侧壁更是会造成多次损伤，导致制备工艺难度大，且性能不能得到保障等问题。
[0004]具体地，现有制备方法和工艺会面临以下各种问题：1、蚀刻难度越来越大，很容易导致刻蚀不足或过度刻蚀；2、蚀刻后的清洗和干燥愈发困难；3、对于一些蚀刻层复合物含有大量金属的情况，无法用传统的方法进行刻蚀，导致金属溅射非常难以清理，且蚀刻形成的结构形貌控制难度也很大。
[0005]因此，目前亟需一种制备工艺，能够降低阻变随机存储器的制备难度，并提高制备质量。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种阻变随机存储器及其制备方法，以解决现有的制备工艺存在的难度大，且产品性能得不到保障等问题。
[0007]本专利技术提供的阻变随机存储器的制备方法，包括：在底层上进行金属沉积，形成下电极金属结构，并对下电极金属结构进行刻蚀，形成规则分布的线状下电极；在下电极上形成ReRAM切换层；在ReRAM切换层上填充介电材料层并处理至下电极的上表面，保留两ReRAM切换层之间的介电材料层；在介电材料层上设置下电极的金属接触，金属接触延伸至相邻的两个ReRAM切换层之间，以形成阻变随机存储器。
[0008]此外，可选的技术方案是，在下电极上形成ReRAM切换层的过程包括：通过原子层沉积和/或化学气相沉积和/或物理气相沉积和/或蒸镀和/或溅镀和/或热生长的方式，在下电极上生长ReRAM切换层。
[0009]此外，可选的技术方案是，对位于相邻两个下电极之间的底部的ReRAM切换层进行
去除，以使相邻两ReRAM切换层之间相互间隔设置。
[0010]此外，可选的技术方案是，在ReRAM切换层上填充介电材料层并处理至下电极的上表面，包括：通过原子层沉积和/或化学气相沉积和/或物理气相沉积和/或热生长的方式，在ReRAM切换层上设置覆盖ReRAM切换层的介电材料层；对介电材料层进行平坦化处理至下电极的上表面，形成阻变随机存储器的基础结构。
[0011]此外，可选的技术方案是，在介电材料层上设置下电极的金属接触的过程包括：在基础结构上设置表面介电层；在相邻的两个ReRAM切换层之间设置金属孔；在金属孔内填充金属介质，金属介质的表面延伸至表面介电层处。
[0012]此外，可选的技术方案是，金属孔的纵截面为锥形结构，金属孔的横截面为圆形或者椭圆形结构。
[0013]此外，可选的技术方案是，金属孔通过ALD、PVD、CVD、热生长、电镀、蒸镀或溅镀的方式设置在基础结构内。
[0014]此外，可选的技术方案是，在下电极上形成ReRAM切换层之后，还包括：在ReRAM切换层上进行光刻，光刻的方向与下电极的延伸方向相垂直；在光刻位置填充显影胶并进行刻蚀，以形成交叉开关矩阵。
[0015]此外，可选的技术方案是，ReRAM切换层的材料包括非金属、金属氧化物、金属氮化物以及惰性金属。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提供一种阻变随机存储器，利用上述阻变随机存储器的制备方法进行制备。
[0017]利用上述阻变随机存储器及其制备方法，在底层上进行金属沉积，形成下电极金属结构，并对下电极金属结构进行刻蚀，形成规则分布的线状下电极，然后在下电极上形成ReRAM切换层，在ReRAM切换层上填充介电材料层并处理至下电极的上表面，保留两ReRAM切换层之间的介电材料层，最后在介电材料层上设置下电极的金属接触，金属接触延伸至相邻的两个ReRAM切换层之间，能够提高存储单元密度，且对于比较那刻蚀的金属，也能够避免其蚀刻工艺对存储器的其他结构造成损伤，简化制造工艺，提高制造良率。
[0018]为了实现上述以及相关目的，本专利技术的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本专利技术的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本专利技术的原理的各种方式中的一些方式。此外，本专利技术旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
[0019]通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本专利技术的更全面理解，本专利技术的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
[0020]图1为根据本专利技术实施例的阻变随机存储器制备方法的流程图；
[0021]图2为根据本专利技术实施例一的阻变随机存储器制备方法的原理图；
[0022]图3为根据本专利技术实施例一的阻变随机存储器的局部俯视图；
[0023]图4为根据本专利技术实施例二的阻变随机存储器的局部俯视图；
[0024]图5为根据本专利技术实施例三的阻变随机存储器制备方法的原理图；
[0025]图6为根据本专利技术实施例三的显影胶局部分布图；
[0026]图7为根据本专利技术实施例三的交叉开关矩阵的局部俯视图；
[0027]图8为根据本专利技术实施例三的阻变随机存储器的局部俯视图。
[0028]其中的附图标记包括：下电极金属结构1、底层2、下电极3、ReRAM切换层4、介电材料层5、表面介电层6、金属孔7、显影胶8。
[0029]在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
[0030]在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
[0031]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻变随机存储器的制备方法，其特征在于，包括：在底层上进行金属沉积，形成下电极金属结构，并对所述下电极金属结构进行刻蚀，形成规则分布的线状下电极；在所述下电极上形成ReRAM切换层；在所述ReRAM切换层上填充介电材料层并处理至所述下电极的上表面，保留两ReRAM切换层之间的介电材料层；在所述介电材料层上设置下电极的金属接触，所述金属接触延伸至相邻的两个ReRAM切换层之间，以形成所述阻变随机存储器。2.如权利要求1所述的阻变随机存储器的制备方法，其特征在于，在所述下电极上形成ReRAM切换层的过程包括：通过原子层沉积和/或化学气相沉积和/或物理气相沉积和/或蒸镀和/或溅镀和/或热生长的方式，在所述下电极上生长所述ReRAM切换层。3.如权利要求2所述的阻变随机存储器的制备方法，其特征在于，对位于相邻两个所述下电极之间的底部的ReRAM切换层进行去除，以使相邻两ReRAM切换层之间相互间隔设置。4.如权利要求1所述的阻变随机存储器的制备方法，其特征在于，在所述ReRAM切换层上填充介电材料层并处理至所述下电极的上表面，包括：通过原子层沉积和/或化学气相沉积和/或物理气相沉积和/或热生长的方式，在所述ReRAM切换层上设置覆盖所述ReRAM切换层的介电材料层；对所述介电...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇圣棻，陈亮，李晓波，杨芸，潘国华，曹恒，
申请(专利权)人：昕原半导体杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：