一种阻变存储器及其制备方法、电子装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种阻变存储器及其制备方法、电子
目.ο
【背景技术】
[0002]21世纪，计算机技术、互联网以及新型大众化电子产品的高速发展，对电子信息的存储处理产品的需求呈现高速上升趋势，并迫切需要在存储器材料和技术方面取得突破。作为下一代非易失性存储器而备受关注的阻变存储器(RRAM)将会成为下一代核心存储器。
[0003]2000年，美国休斯敦大学的科学家报道了在庞磁阻氧化物薄膜器件中发现电脉冲触发可逆电阻转变效应(EPIR效应)，即在外加纳秒级电压脉冲的作用下，器件的电阻在低阻态(“O”)和高阻态(“I”)之间可逆转变，变化率可达1000倍以上，并且所得到的电阻在外电场去除后可以保持下来。同年，IBM研发部门也在钙钛矿型氧化物薄膜器件中发现了类似的效应。基于这一效应，科学界提出了一种新型非易失性存储器概念，即上述的阻变存储器(RRAM)。
[0004]RRAM的主要优势表现在:一是制备简单。存储单元为金属-氧化物-金属三明治结构，可通过溅射、气相沉积等常规的薄膜工艺制备；二是擦写速度快。擦写速度由触发电阻转变的脉冲宽度决定，一般小于100纳秒，远高于Flash存储器；三是存储密度高。研究表明电阻发生变化的区域很小，约几个纳米，因此存储单元可以很小，另外，在RRAM中还存在多水平电阻转变现象，利用这些电阻状态可存储不同信息，在不改变存储单元体积的条件下可实现更多信息的存储；四是半导体工艺兼容性好，RRAM可利用现有的半导体工艺技术生产，从而大大缩减开发成本。
[0005]在半导体制程的后段工艺中引入阻变材料制备RRAM是一种可行的方法，但是，存在的问题是低k介电层中的氧与阻变材料接触可能发生氧的交换，从而改变阻变材料的特性，引起RRAM的可靠性和稳定性问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供了一种RRAM的制备方法，包括:提供下电极；在所述下电极上形成介电层；在所述介电层中形成沟槽/通孔，所述沟槽/通孔底部暴露出所述下电极；在所述沟槽/通孔中依次形成阻挡层、阻变材料层和牺牲层；去除部分所述牺牲层；去除所述阻变材料层和所述阻挡层未被剩余的牺牲层覆盖的部分；去除所述剩余的牺牲层；以及在所述沟槽/通孔中形成上电极。
[0007]可选地，所述阻挡层的材料是钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化锆、氮化钛锆、钨、氮化钨中的一种或多种。
[0008]可选地，所述介电层的材料是二氧化硅或低k介电材料。
[0009]可选地，所述下电极的材料是钨、铝、铜、钛、钽、氮化钽、氮化钛中的一种或多种。
[0010]可选地，所述上电极的材料是钨、铝、铜、钛、钽、氮化钽、氮化钛中的一种或多种。[0011 ] 可选地，所述阻变材料层的材料是过渡金属氧化物、固体电解质、硅化物、金属氮化物及金属氮氧化物中的一种或多种。
[0012]可选地，所述过渡金属氧化物包括N1、T12, HfOx, CuxO, ZnO、SrT13, TaOx。
[0013]可选地，所述固体电解质是GeSe。
[0014]可选地，所述牺牲层的材料是底部抗反射涂层材料。
[0015]可选地，去除部分所述牺牲层包括:回蚀刻所述牺牲层以去除所述牺牲层的一部分。
[0016]可选地，采用干法蚀刻或湿法蚀刻工艺去除所述阻变材料层和所述阻挡层未被剩余的牺牲层覆盖的部分。
[0017]根据本发明的另一方面，提供了一种RRAM，包括:下电极；在所述下电极上形成的介电层；在所述介电层中形成的沟槽/通孔，所述沟槽/通孔底部暴露出所述下电极；以及在所述沟槽/通孔中依次形成的阻挡层、阻变材料层和上电极。
[0018]可选地，所述阻挡层的材料是钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化锆、氮化钛锆、钨、氮化钨中的一种或多种。
[0019]可选地，所述介电层的材料是二氧化硅或低k介电材料。
[0020]可选地，所述下电极的材料是钨、铝、铜、钛、钽、氮化钽、氮化钛中的一种或多种。[0021 ] 可选地，所述上电极的材料是钨、铝、铜、钛、钽、氮化钽、氮化钛中的一种或多种。
[0022]可选地，所述阻变材料层的材料是过渡金属氧化物、固体电解质、硅化物、金属氮化物及金属氮氧化物中的一种或多种。
[0023]可选地，所述过渡金属氧化物包括N1、T12, HfOx, CuxO, ZnO、SrT13, TaOx。
[0024]可选地，所述固体电解质是GeSe。
[0025]可选地，所述牺牲层的材料是底部抗反射涂层材料。
[0026]根据本发明的又一方面，提供了一种电子装置，包括上述RRAM。
[0027]根据本发明提供的RRAM的制备方法，在介电层和阻变材料层之间加入一阻挡层，可以避免介电层中的氧与阻变材料层进行交换，从而避免阻变材料层的阻变特性发生改变。因此，本发明提供的方法可以提高RRAM器件的数据保持能力和反复擦写能力，使RRAM器件的可靠性和稳定性得到改善。
[0028]为了使本发明的目的、特征和优点更明显易懂，特举较佳实施例，并结合附图，做详细说明如下。
【附图说明】
[0029]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中:
[0030]图1a-1i示出根据本发明一个实施例的RRAM的制备方法的关键步骤中所获得的半导体器件的剖面示意图；以及
[0031]图2示出根据本发明实施例的RRAM的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0033]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的RRAM的制备方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0034]应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
[0035]应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接至『或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。
[0036]实施例一
[0037]下面，参照图1a-1i以及图2来描述本发明提出的RRAM的制备方法的详细步骤。图1a-1i示出根据本发明一个实施例的RRAM的制备方法的关键步骤中所获得的半导体器件的剖面示意图。
[0038]首先，参考图la，提供下电极101。所述下电极101可以形成在半导体衬底(未示出)上。所述半导体衬底的构成材料可以是以下所提到的材料中的至少一种:硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。形成所述下电极101的导电材料可以是钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)中的一种或多种。形成所述下电极101的工艺可以是化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、磁控溅射、电子束蒸发等工艺。
[0039]接下来，继续参考图la，在所述下电极101上形成介电层102。所述介电层102的材料可以是二氧化硅(S12)或者低k介电材料，所述低k介电材料例如氟氧化硅(S1F)、氢化的硅碳氧化物(SiCOH)、碳氧化硅(SiCO)、掺氮的碳化硅(BLoK)等无机材料，或者芳香族碳氢化合物、二甲苯塑料等有机化合物。形成所述介电层102的方法可以是CVD法、PVD法或ALD法等常见沉积方法。
[0040]接下来，参考图lb，在所述介电层102中形成沟槽/通孔103，所述沟槽/通孔103底部暴露出所述下电极101。可以采用下述方式形成所述沟槽/通孔103。首先在所述介电层102上形成光刻胶层，对所述光刻胶层进行曝光、显影以在所述光刻胶层上留下沟槽/通孔的图案。之后以经图案化的光刻胶层为掩膜蚀刻所述介电层102，直至暴露出所述介电层102下方的下电极101。因此，在形成沟槽/通孔103之后，在沟槽/通孔103的底部会将下电极101暴露出来。
[0041]接下来，参考图lc-le，在所述沟槽/通孔103中依次形成阻挡层104、阻变材料层105和牺牲层106。所述阻挡层104的材料可以是钽、氮化钽、钛、氮化钛、氮化锆、氮化钛锆、钨、氮化钨中的一种或多种。所述阻挡层104可以采用如PVD、ALD、旋转涂布(spin-on)沉积或其它适当方法的制程所形成。本领域技术人员可以理解，所述阻挡层104可以是单层或多层膜结构，本发明不对此进行限制。所述阻变材料层105的材料可以是过渡金属氧化物(诸如 N1、T12, HfOx