Rram的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种RRAM (Resistive Random Access Memory,阻变随机存储器)的制造方法，特别是涉及一种新的RRAM的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着便携式多媒体数码产品的飞速发展、普及，对移动存储设备的要求越来越高。各种各样的存储器也努力向着更快、更大的方向发展。然而，由于自身结构的原因，不同的存储器都多多少少有自己的优势，也有不可弥补的劣势。因此，存储器在向着更快、更大这个大方向发展的同时，也同时向着多样化的方向发展。RRAM (Resistive RandomAccess Memory)存储器就是一种在这个大背景下所出现的存储器,它是一种根据施加在金属氧化物(Metal oxide)上的电压不同，使材料在高阻态和低阻态之间变化，从而阻断或开启电流流通通道，利用这种性质存储信息的内存，它可显著提高耐久性和数据传输速度。
[0003]现在RRAM研究主要集中在阻变层性质的研究方面，如何实现RRAM存储单元与现有逻辑工艺集成还鲜见报道。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种新的RRAM的制造方法。该方法可实现与现有工艺的兼容，而且制作简单。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的新的阻变随机存储器(RRAM)的制造方法，包括步骤:
[0006]I)在娃衬底上,生长第一金属层；
[0007]2)在第一金属层上淀积层间介质层(ILD)；
[0008]3)刻蚀层间介质层直到第一金属层，形成通孔；
[0009]4)在通孔内填充金属钨，并进行平坦化；
[0010]5)利用快速热氧化(Rapid Thermal Oxidat1n)将顶部的金属鹤氧化形成鹤氧化物(W0x)，并对钨氧化物进行氧离子处理；
[0011]其中，快速热氧化的条件为:温度400?550°C，热氧化的时间为10?10s ；
[0012]6)在层间介质层上淀积光刻胶，通过光刻，将非阻变随机存储器(RRAM)单元(cell)区域的钨氧化物去除；
[0013]7)在层间介质层上生长第二金属层，并进行热退火处理。
[0014]所述步骤I)中，生长第一金属层的方法包括:物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD);第一金属层的材质包括:至上而下依次为TiN、Ti和AlCu【即TiN(氮化钛)/Ti(钛)/AlCu (铝铜)】；第一金属层的厚度为1000?8000埃。
[0015]所述步骤5)中，钨氧化物的厚度为100?1000埃；快速热氧化中的气体包括:纯氧或氮氧混合气；氧离子处理的方法包括:使用等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)进行处理，处理的温度为350?450°C，处理的时间为450?550s。
[0016]所述步骤7)中，第二金属层的生长方法包括:物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)，第二金属层的材质包括:至上而下依次为TiN、Ti和AlCu【即TiN(氮化钛)/Ti(钛)/AlCu (铝铜)】；第二金属层的厚度为1000?8000埃；
[0017]热退火处理的条件为:温度300?600°C;时间为10?150s ;退火气氛包括:氮气或IS气。
[0018]因此，采用本发明所提出的新的RRAM制造工艺方法，可以在只增加一层掩膜版的情况下将RRAM工艺融合到现有的工艺中，实现与现有工艺的兼容。该工艺既可将RRAMcell区制作在接触孔层，也可以将RRAM cell区制作在通孔层。
[0019]以RRAM cell区域制造在通孔层为例，其流程依次为第一金属层形成_金属层间膜形成-通孔形成-通孔W填充-WOx(金属鹤氧化物)形成-WOx氧离子处理-非RRAM cell区域WOx去除-第二金属层形成-热退火工艺处理。其中，非RRAM cell区域WOx去除为新增加光刻层，即仅需要在通孔钨填充以及平坦化后通过快速热氧化就可以利用钨的氧化物来制作RRAM中的关键结构-变阻，并通过一层新的光刻层将非RRAM cell区域的钨氧化物去除掉，以及通过后续的氧离子处理以及快速热退火提高RRAM的性能。
[0020]本发明制备的RRAM不仅初始电阻大，面内均匀性好，并且高低组态区分明显，同时，制备工艺简单，容易跟传统逻辑工艺集成。
【附图说明】
[0021]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0022]图1是生长第一金属层和层间介质层并刻孔后的示意图；
[0023]图2是在孔中填充金属钨并平坦化后的示意图；
[0024]图3是利用快速热氧化将顶部的金属钨氧化形成WOx，并使用PECVD处理后的示意图；
[0025]图4是通过一层新的光刻层将非RRAM cell区域的WOx去除的示意图；
[0026]图5是生长第二金属层，并快速热退火修复钨表面损伤后的示意图；
[0027]图6是本发明制造的RRAM的性能图。
[0028]图中附图标记说明如下:
[0029]11为娃衬底，12为第一金属层，I为AlCu层,2为TiN/Ti层,3为层间介质层(ILD)，4为通孔(Vial)，5为金属钨(W)，6为钨氧化物(W0x)，7为第二金属层。
【具体实施方式】
[0030]本发明的新的阻变随机存储器(RRAM)的制造方法，包括步骤:
[0031]I)在硅衬底11上，采用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)生长厚度为1000?8000埃的第一金属层12 ；
[0032]其中，第一金属层12的材质:至上而下依次可为TiN、Ti和AlCu，即TiN/Ti层2(一般TiN为250埃左右，Ti为50埃)和AlCu层I。
[0033]2)在第一金属层12上淀积层间介质层(ILD) 3 ；
[0034]3)刻蚀层间介质层3直到第一金属层12 (即TiN/Ti层2)，形成通孔4 (如图1所示)；
[0035]4)在通孔4内填充金属钨5，并进行平坦化(如图2所示)；
[0036]5)利用快速热氧化将顶部的金属钨氧化形成厚度为100?1000埃(如650埃)的钨氧化物(WOx) 6，并对钨氧化物6进行氧离子处理，如使用等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)处理表面(晶圆表面)，处理的温度为350?450°C，处理的时间为450?550s (如可可在400°C下PECVD处理500s)(如图3所示)；
[0037]其中，快速热氧化的条件为:温度400°C?550°C，热氧化的时间为10?10s (如可在450°C下热氧化100s)，快速热氧化中的气体包括:纯氧或氮氧混合气；
[0038]本步骤中，采用等离子体增强化学气相淀积法处理的目的是增加WOx中氧元素的含量，以提高RRAM的初始阻态。
[0039]6)在层间介质层3上淀积光刻胶，通过光刻，将非阻变随机存储器(RRAM)单元(cell)区域的钨氧化物去除(如图4所示)；
[0040]7)在层间介质层3上，采用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)生长厚度为1000?8000埃的第二金属层7 (注意无需生长金属铝-铜下的氮化钛/钛层，即与现有工艺相比去掉了 AlCu下层的TiN/Ti层)，并在300?600°C、退火气氛包括:氮气或氩气的条件下进行热退火处理10?150s,用以改善WOx与AlCu的接触，即修复通孔4填充物的表面接触。其中，第二金属层7的材质:至上而下依次可为TiN/Ti层和AlCu层。
[0041]最终形成在通孔4上的RRAM单个cell的剖面结构如图5所示。
[0042]按照上述步骤，可得到RRAM cell区制作在通孔层的RRAM。但本发明的RRAM cell区制作在接触孔层的RRAM的制造方法如同RRAM cell区制作在通孔层的RRAM的制造方法，因此，在这边不再重复论述。
[0043]另外，采用上述方法制造的RRAM的性能如图6所示。由图6明显可知，本发明RRAM的高低组态区分明显。同时，本发明制备的RRAM初始电阻大，面内均匀性好以及制备工艺简单，容易跟传统逻辑工艺集成。
【主权项】
1.一种阻变随机存储器RRAM的制造方法，其特征在于，包括步骤: 1)在娃衬底上，生长第一金属层； 2)在第一金属层上淀积层间介质层； 3)刻蚀层间介质层直到第一金属层，形成通孔； 4)在通孔内填充金属钨，并进行平坦化； 5)利用快速热氧化将顶部的金属钨氧化形成钨氧化物,并对钨氧化物进行氧离子处理； 其中，快速热氧化的条件为:温度400?550°C，热氧化的时间为10?10s ； 6)在层间介质层上淀积光刻胶，通过光刻，将非阻变随机存储器RRAM单元区域的钨氧化物去除； 7)在层间介质层上生长第二金属层，并进行热退火处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，生长第一金属层的方法包括:物理气相沉积或化学气相沉积； 第一金属层的材质包括:至上而下依次为TiN、Ti和AlCu ； 第一金属层的厚度为1000?8000埃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤5)中，钨氧化物的厚度为100?1000 埃； 快速热氧化中的气体包括:纯氧或氮氧混合气； 氧离子处理的方法包括:使用等离子体增强化学气相淀积法进行处理，处理的温度为350?450°C，处理的时间为450?550s。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤7)中，第二金属层的生长方法包括:物理气相沉积或化学气相沉积； 第二金属层的材质包括:至上而下依次为TiN、Ti和AlCu ； 第二金属层的厚度为1000?8000埃； 热退火处理的条件为:温度300?600°C，时间为10?150s，退火气氛包括:氮气或氩气。
【专利摘要】本发明公开了一种RRAM的制造方法，包括：1）在硅衬底上，生长第一金属层；2）在第一金属层上淀积层间介质层；3）刻蚀层间介质层直到第一金属层，形成通孔；4）在通孔内填充金属钨，并进行平坦化；5）利用快速热氧化将顶部的金属钨氧化形成钨氧化物，并对钨氧化物进行氧离子处理；6）在层间介质层上淀积光刻胶，通过光刻，将非RRAM单元区域的钨氧化物去除；7）在层间介质层上生长第二金属层，并进行热退火处理。本发明制备的RRAM不仅初始电阻大，面内均匀性好，并且高低组态区分明显，同时，制备工艺简单，容易跟传统逻辑工艺集成。
【IPC分类】H01L45-00, H01L21-768
【公开号】CN104659205
【申请号】CN201310594875
【发明人】苏波, 刘凯, 张可钢, 陈华伦
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月21日