电阻式非挥发性存储器装置及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体装置及其制作方法，特别是关于一种电阻式非挥发性存储器装置及其制作方法。
【背景技术】
[0002]近年来，手机、数码相机和MP3随身听等消费性电子产品逐渐流行，使得非挥发性存储器需求量大增。目前市场上的非挥发性存储器仍以快闪式存储器(Flash Memory)为主流，但其有操作电压大、操作速度慢、数据保存性差等缺点，限制快闪式存储器未来的发展。
[0003]目前已有许多新式非挥发性存储器材料和装置正被积极研发中，包括磁性随机存储器(MRAM)、相变化存储器(OUM)和电阻式存储器(RRAM)等。其中电阻式非挥发性存储器具有功率消耗低、操作电压低、写入抹除时间短、耐久度长、记忆时间长、非破坏性读取、多状态记忆、装置工艺简单及可微缩性等优点。
[0004]根据上述，业界需要一电阻式非挥发性存储器装置及相关制作方法，可解决制造工艺相关的问题，以得到较佳的可靠度。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:提供一种电阻式非挥发性存储器装置及其制作方法，以解决上述电阻式非挥发性存储装置的相关工艺问题。
[0006]本发明的技术解决方案包括:提供一种电阻式非挥发性存储器装置的制造方法，包括:提供一基底，其中基底上包括一下电极层、一电阻转换层、一上电极层和一第一罩幕；形成一层间介电层于基底上方；形成一第二罩幕于层间介电层上；利用第二罩幕作为蚀刻罩幕，蚀刻层间介电层，以形成一开口，其暴露第一罩幕；形成一间隙壁层于开口的底部和侧壁上；移除开口底部上的部分间隙壁层；进行一等向性蚀刻工艺，移除开口中的第一罩眷。
[0007]本发明提供一种电阻式非挥发性存储器装置，包括:一基底；一下电极层、一电阻转换层和一上电极层，位于基底上；一第一罩幕，位于上电极层上；一层间介电层，位于第一罩幕和基底上；一开口，贯穿层间介电层和第一罩幕，暴露上电极层；一间隙壁，位于开口中，且在第一罩幕上方的部分开口侧壁上；及一导电插塞，位于开口中。
[0008]通过本发明可以解决电阻式非挥发性存储装置的制造工艺相关的问题，获得较佳的可靠度。
【附图说明】
[0009]图1A?图1D揭示一电阻式非挥发性存储器的制作中间阶段的剖面图。
[0010]图2显示上述图1A?图1D电阻式非挥发性存储器的电流电压曲线图。
[0011]图3A?图3D描述一电阻式非挥发性存储器装置的制作中间阶段的剖面图。
[0012]图4显示图1A?图1D电阻式非挥发性存储器装置和图3A?3D电阻式非挥发性存储器装置累积分布函数和漏电流的关系图。
[0013]图5显示一电阻式非挥发性存储器装置的制作中间阶段的剖面图。
[0014]图6A?图6G显示本发明一实施例电阻式非挥发性存储器装置制作中间阶段的剖面图。
[0015]主要元件标号说明
[0016]102?基底104?下电极层
[0017]106?电阻转态层 108?上电极层
[0018]110?第一罩幕112?阻障层
[0019]114?层间介电层116?第二罩幕
[0020]118?开口120?衬层
[0021]122?导电插塞302?基底
[0022]304?下电极层306?电阻转态层
[0023]308?上电极层310?第一罩幕
[0024]312?阻障层314?层间介电层
[0025]316?第二罩幕318?开口
[0026]318’?开口319?间隙壁层
[0027]319’?间隙壁320?衬层
[0028]322?导电插塞
【具体实施方式】
[0029]以下详细讨论实施本发明的实施例。可以理解的是，实施例提供许多可应用的发明概念，其可以较广的变化实施。所讨论的特定实施例仅用来发明使用实施例的特定方法，而不用来限定发明的范畴。为让本发明的特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下:
[0030]以下根据图1A?图1D揭示一电阻式非挥发性存储器装置的制造方法。首先，请参照图1A,提供一基底102,依序形成一下电极层104、一电阻转态层106和一上电极层108于基底102上。接着,形成第一罩幕110于上电极层108上。以第一罩幕110作为一蚀刻罩幕，进行一蚀刻工艺，图案化下电极层104、电阻转态层106和上电极层108。请参照图1B，顺应性地形成一阻障层112于基底102和第一罩幕110上，毯覆性地形成一层间介电层114于阻障层112上。请参照图1C，形成一第二罩幕116于层间介电层114上。后续，以第二罩幕116作为一蚀刻罩幕,进行一干蚀刻(非等向性蚀刻)工艺，依序蚀刻层间介电层114、阻障层112和第一罩幕110，使开口 118暴露上电极层108。接着，请参照图1D，于上述开口118中形成一衬层120和导电插塞122，以提供上电极层108与外部的电路电性连接。
[0031]图2显示上述图1A?图1D电阻式非挥发性存储器的电流电压曲线图。如图2所示，此电阻式非挥发性存储器显示不均匀的电流-电压分布，其可能的原因为干蚀刻工艺对上电极层造成损伤，使得电荷累积在下电极层、电阻转态层和上电极层的结构中，造成装置可靠度的问题。
[0032]以下根据图3A?图3D描述一电阻式非挥发性存储器装置的制造方法。首先，请参照图3A,提供一基底302,依序形成一下电极层304、一电阻转态层306和一上电极层308于基底302上。接着,形成氧化娃的第一罩幕310于上电极层308上。以第一罩幕310作为蚀刻罩幕，进行一蚀刻工艺，图案化下电极层304、电阻转态层306和上电极层308。请参照图3B,顺应性地形成一阻障层312于基底302和第一罩幕310上,毪覆性地形成一层间介电层314于阻障层312上。请参照图3C，形成一第二罩幕316于层间介电层314上。后续，以第二罩幕316作为一蚀刻罩幕，进行一干蚀刻(非等向性蚀刻)工艺，依序蚀刻层间介电层314和阻障层312以形成一开口 318，且使此干蚀刻工艺停止在第一罩幕310。后续，如图3D所示，进行一例如浸泡氢氟酸的湿蚀刻工艺，使开口 318暴露出上电极层。上述工艺由于采用湿蚀刻工艺移除第一罩幕310，因此，对于上电极层308的损伤较小。
[0033]图4显示以上图1A?图1D电阻式非挥发性存储器装置和图3A?3D电阻式非挥发性存储器装置累积分布函数(cumulative distribut1n funct1n,简称⑶F)和漏电流的关系图。如图4所示，图3A?图3D电阻式非挥发性存储器装置相较于图1A?ID电阻式非挥发性存储器装置显示较一致的漏电流分布，有较佳的可靠度。
[0034]然而，请参照图5，由于图3A?图3D电阻式非挥发性存储器装置的制造方法在蚀刻第一罩幕310采用等向性的湿蚀刻工艺，因此很难控制开口 318’的轮廓和尺寸，而造成开口 318’的侧向尺寸较预期的大，此现象特别是当装置尺寸微缩后，容易产生短路的问题。
[0035]为解决上述问题，本发明于一实施例提供一非挥发性存储器的制造方法，于开口中形成与层间介电层不同材料的间隙壁，藉以控制开口的侧向尺寸，减少短路的问题。
[0036]以下根据图6A?图6G描述本发明一实施例电阻式非挥发性存储器装置的制造方法。首先，请参照图6A,提供一基底302,依序形成一下电极层304、一电阻转态层306和一上电极层308于基底302上。
[0037]基底302上方可以形成任何所需的半导体装置，例如晶体管、电阻、逻辑装置等，不过此处为了简化图式，仅以平整的基底302表示。在本发明的叙述中，“基底”一词包括半导体晶圆上已形成的装置与覆盖在晶圆上的各种涂层；“基底表面”一词包括半导体晶圆的所露出的最上层，例如硅晶圆表面、绝缘层、金属导线等。基底可以是绝缘层上有硅基底、硅、砷化镓、氮化镓、应变硅、硅锗、碳化硅、钻石