电阻存储器的形成方法技术

一种电阻存储器的形成方法，包括：提供基底，所述基底中形成有底电极，所述底电极上形成有反应金属层；对所述反应金属层进行氧化，形成氧化层，所述氧化层包括表面的高价态金属氧化物层和位于所述高价态金属氧化物层下方的低价态金属氧化物层；使用还原剂溶液对所述高价态金属氧化物层进行还原。本发明专利技术以简单的工艺方法去除了氧化层表面的高价态氧化物，改善了器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种。
技术介绍
存储器在半导体市场中占有重要地位，由于便携式电子设备的不断普及，非易失性存储器(non-volatile memory)在整个存储器应用中所占的比重也越来越大，目前90% 以上的非易失性存储器的份额被闪速存储器(flash memory)占据。但是由于存储电荷的需要，闪速存储器的浮栅不能随着器件尺寸的减小而无限制的减薄，32nm左右为闪速存储器特征尺寸(⑶，critical dimension)的极限，因此迫切需要下一代非易失性存储器的研发。电阻存储器(RRAM，Resistive Memory)是一种新型的非易失性存储器，具有高密度、低成本等优点。电阻存储器的原理主要是通过电信号的作用，使得存储介质在高电阻状态和低电阻状态之间实现可逆转换，从而实现存储目的。电阻存储器中常用的存储介质主要有相变材料、铁电材料、铁磁材料、二元金属氧化物材料、有机材料等。其中以二元金属氧化物材料的应用较为广泛，如Nb2O5，Al2O3，Ta2O5, TixO, CuxO等，由于CuxO材料与CMOS工艺有着完美的兼容性，因此得到了最广泛的应用。图1至图3示出了现有技术的一种RRAM的形成方法。参考图1，提供基底100，所述基底100中形成有底电极101，所述底电极101上形成有反应金属层102，所述底电极101可以为一栓塞(plug)，所述反应金属层102可以为形成于栓塞上的一金属层，也可以为所述栓塞的表面部分，在CMOS工艺中，与铜互连工艺相兼容，所述底电极101为铜栓塞，所述反应金属层102为该铜栓塞的上层表面部分。参考图2，对所述反应金属层进行氧化，如&等离子体处理或热氧化反应等，产生金属氧化物层103，以铜为例，所述金属氧化物层103为氧化铜。参考图3，在所述金属氧化物层103上形成顶电极104，从而完成电阻存储器的形成过程。在实际的写操作过程中，通过底电极101和顶电极104对所述金属氧化物层103 施加电信号，使其发生可逆的电阻转换，实现写操作。但是，现有技术对图2中的反应金属层102进行氧化后，形成的金属氧化物往往是铜的不同价态的氧化物的混合物。参考图3， 在氧化过程中，表面部分充分氧化，形成高价态的CuO层103b，内部部分未完全氧化，形成低价态的Cu2O层103a。由于CuO层10 并不具有电阻转换的特性，而且其电阻率很高，因此在对所述电阻存储器进行写操作时，需要比较大的电压将CuO层10 击穿，以对Cu2O层 103a进行写操作，但是此时的大电流会对所述Cu2O层103a造成损伤，使其部分丧失或全部丧失可逆电阻转换特性，导致器件性能下降。现有技术中往往通过使用还原气体进行还原， 但上述方法不利于控制金属氧化物层的厚度。另外，现有技术中还有一种方法采用高温环境将CuO分解成为Cu2O,但是该方法需要很高的温度，对设备以及工艺条件要求较高。公开号为20100110764的美国专利申请中公开了一种电阻存储器，但是该电阻存储器也并未解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，以简单的工艺方法去除氧化后表面的高价态氧化物。为解决上述问题，本专利技术提供了一种，包括提供基底，所述基底中形成有底电极，所述底电极上形成有反应金属层；对所述反应金属层进行氧化，形成氧化层，所述氧化层包括表面的高价态金属氧化物层和位于所述高价态金属氧化物层下方的低价态金属氧化物层；使用还原剂溶液对所述高价态金属氧化物层进行还原。可选的，所述还包括，在所述还原后的高价态金属氧化物层上形成顶电极，并进行退火。可选的，所述退火的反应温度为100°C至400°C，反应时间为5分钟至30分钟。可选的，所述反应金属层的材料为铜、铝、钽、钛、镍、铌中的一种。可选的，所述反应金属层为所述底电极的表面部分。可选的，所述还原剂溶液为醛类化合物溶液。可选的，所述醛类化合物溶液的浓度为0. 5wt%至40wt%，所述还原的反应温度为0°C至80°C，反应时间为1分钟至30分钟。可选的，所述醛类化合物溶液为浓度为至20wt%的甲醛溶液，所述还原的反应温度为20°C至80°C，反应时间为1分钟至30分钟。可选的，所述醛类化合物溶液为浓度为2wt%至25wt%的乙醛溶液，所述还原的反应温度为20°C至80°C，反应时间为1分钟至30分钟。可选的，所述高价态金属氧化物层的厚度为2nm至lOOnm。为解决上述问题，本专利技术提供了一种，其特征在于，包括提供基底，所述基底中形成有至少两个铜栓塞；在所述基底表面形成介质层；在至少一个铜栓塞上方的介质层中形成开口，所述开口底部暴露出铜栓塞；对所述开口下方的铜栓塞的表面部分进行氧化，形成氧化层，所述氧化层包括表面的高价态氧化层和位于所述高价态氧化层下方的低价态氧化层；使用还原剂溶液对所述高价态氧化层进行还原。可选的，所述还包括在所述开口中形成顶电极。可选的，所述顶电极的材料为钽或氮化钽。可选的，所述还原剂溶液为醛类化合物溶液。可选的，所述醛类化合物溶液的浓度为0. 5wt%至40wt%，所述还原的反应温度为0°C至80°C，反应时间为1分钟至30分钟。可选的，所述醛类化合物溶液为浓度为至20wt%的甲醛溶液，所述还原的反应温度为20°C至80°C，反应时间为1分钟至30分钟。可选的，所述醛类化合物溶液为浓度为2wt%至25wt%的乙醛溶液，所述还原的反应温度为20°C至80°C，反应时间为1分钟至30分钟。可选的，所述介质层的材料为氮化硅、氮氧化硅、掺氮碳化硅中的一种。与现有技术相比，本专利技术的技术方案有如下优点本技术方案在对反应金属层进行氧化后，使用还原剂溶液对氧化后形成于表面的高价态金属氧化物层进行还原，使得整个氧化层都具有可逆的电阻转换特性，改善了器件性能，且本技术方案的工艺过程较为简单。附图说明图1至图3是现有技术的的剖面结构示意图；图4是本专利技术第一实施例的的流程示意图；图5至图8是本专利技术第一实施例的的剖面结构示意图；图9是本专利技术第二实施例的的流程示意图；图10至图16是本专利技术第二实施例的电阻存储器的剖面结构示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体实施方式的限制。现有技术的电阻存储器形成过程中，反应金属层在氧化后，其表面往往形成有高价态的金属氧化物，其并不具备可逆的电阻转换特性，影响器件性能，而且现有技术中去除高价态金属氧化物的方法存在着厚度控制不利、工艺难度高等问题。本专利技术的技术方案使用还原剂溶液对金属氧化物进行还原，使得表面的高价态金属氧化物被还原为具有可逆的电阻转换特性的低价态金属氧化物，改善了器件性能，且工艺过程较为简单。图4示出了本专利技术第一实施例的的流程示意图，如图4所示，包括执行步骤S201，提供基底，所述基底中形成有底电极，所述底电极上形成有反应金属层；执行步骤S202，对所述反应金属层进行氧化，形成氧化层，所述氧化层包括表面的高价态金属氧化物层和位于所述高价态金属氧化物层本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电阻存储器的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，所述基底中形成有底电极，所述底电极上形成有反应金属层；对所述反应金属层进行氧化，形成氧化层，所述氧化层包括表面的高价态金属氧化物层和位于所述高价态金属氧化物层下方的低价态金属氧化物层；使用还原剂溶液对所述高价态金属氧化物层进行还原。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪中山，卢炯平，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31