高数据保持能力的电阻型存储器的制备方法技术

本发明专利技术属于半导体存储器技术领域，具体提供一种电阻型存储器的制备方法。该方法包括步骤（１）形成下电极；（２）在所述下电极上构图形成存储介质层；（３）在含有氧等离子的气氛中对所述存储介质层的表面进行富氧等离子体处理；（４）用惰性离子轰击所述存储介质层以使其无定形化；以及（５）形成上电极。以该方法制备的电阻型存储器具有数据保持特性高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体存储器
，具体涉及电阻型存储器(Resistive Memory) 的制备方法，尤其涉及一种可以提高电阻型存储器的数据保持能力(Data Retention)的制 备方法。
技术介绍
电阻型存储器(Resistive Memory)技术是以薄膜材料的电阻可在电信号等作用 下、在高阻态(High Resistance State，HRS)和低阻态(Low Resistance State，LRS)之间 实现可逆转换为基本工作原理的。早在20世纪60年代就已经开始了电阻转变特性的研 究，当由于材料技术和器件制造技术的限制未能引起关注。今年来随着材料制备技术和器 件制造技术的飞速发展，电阻型存储器、成为近年的研究热点，由于其高密度、低成本、可突 破工艺技术代发展限制的等特点引起广泛关注，其被认为是Flash存储器的未来替换技术 之一。图1所示为现有技术电阻型存储器的基本结构示意图。如图1所示，电阻型存储 器一般包括上电极110、存储介质层120以及下电极130，存储介质层120设置在上电极110 和下电极130之间。存储介质层120在外加电压作用下(上电极110和下电极130之间偏 置电压信号)，可以具有两种不同的电阻状态，即高阻态和低阻态，其具体可以用来表征存 储器的“0”和“1”两种数据状态。在不同的外加电压的作用下，电阻型存储器的电阻值在 高阻态和低阻态之间可实现可逆转换，从而来实现数据信息存储的功能。在其转换的机理 解释方面，目前业界主要以在存储介质层120中导电熔丝(Filament) “形成”与“断裂”来 分别解释“低阻态”和“高阻态”。其中，存储介质层120可以采用的材料体系多种多样，主 要包括有 PrxCal_xMn03 (PCMO)、LaxCa 1_χΜη03 (LCM0)、Lal_xSrxM03 (LSMO)等复杂氧化 物，锆酸锶(SrZr03)、钛酸锶(SrTiO3)等三元钙钛矿氧化物，高分子有机材料以及二元金属 氧化物如Al203、Ti02、Zn0、Ni0、Zr02、W0x等。与其复杂氧化物相比，二元金属氧化物由于具 有结构简单、制作成本低并能与现有CMOS工艺兼容的优点，更加备受关注。在去掉电阻型存储器上所偏置的电信号之后，电阻型存储器在低阻态或高阻态的 保持时间定义为数据保持能力(data retention)。对于图1所示的现有的电阻型存储器， 其数据保持能力相对较差，因此限制了其由实验室研究阶段转向实际应用阶段。为提高电 阻随机存储器的实际应用能力，业界希望电阻型存储器在被编程(HRS转换为LRS)后或被 擦除(LRS转换为HRS)后的具有良好的数据保持能力。有鉴于此，本专利技术从电阻型存储的制备方法角度着手，提出一种能提高其数据保 持能力的电阻型存储器的制备方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提高电阻型存储器的数据保持能力。为解决以上技术问题，本专利技术提供一种电阻型存储器的制备方法，包括以下步骤(1)形成下电极；(2)在所述下电极上构图形成存储介质层；(3)在含有氧等离子的气氛中对所述存储介质层的表面进行富氧等离子体处理；(4)用惰性离子轰击所述存储介质层以使其无定形化；(5)形成上电极。作为优选技术方案，所述步骤(3)中，等离子体处理为射频等离子体处理。具体地，所述步骤(3)中氧等离子体处理的功率范围为200瓦至400瓦，氧气流量 范围为30-50标况毫升每分。所述存储介质层包括其上表面的富氧存储介质层。作为优选技术方案，所述步骤(4)中惰性离子为氩离子，氩离子轰击的工艺条件 为功率范围为30瓦至100瓦，惰性气体流量范围为10-30标况毫升每分。根据本专利技术所提供的电阻型存储器的制备方，其中，所述下电极材料为Cu、W、Ni、 Zr、Ta, TaN, Ti、TiN, Zn g Al。所述存储介质层为CuxO存储介质层，所述下电极为铜互连后端结构中的铜引线 或者铜栓塞，所述电阻型存储器集成于铜互连后端结构中，其中，1 < X ^ 2。所述存储介质层材料可以为铜的氧化物、铝的氧化物、钛的氧化物、钨的氧化物、 锆的氧化物、镍的氧化物或者锌的氧化物。所述上电极为Ta、Ti、TaN, TiN, Cu、Al、Pt、W、Ni、Ru、Ru-Ta 合金、Pt-Ti 合金、 Ni-Ta 合金之一种，或者为 Ta、Ti、TaN, TiN, Cu、Al、Pt、W、Ni、Ru、Ru-Ta 合金、Pt-Ti 合金、 Ni-Ta合金中任意两者组成的复合层材料之一种。根据本专利技术所提供的电阻型存储器的制备方，其中，所述步骤(2)中，所述存储介 质层可以通过对所述下电极自对准氧化形成、或者可以通过在所述下电极上薄膜沉积形 成。本专利技术的技术效果是，通过富氧等离子体处理和惰性离子轰击无定形化处理后， 所制备形成的电阻型存储器数据保持特性大大提高。附图说明图1是现有技术电阻型存储器的基本结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的的制备方法流程示意图。图3至图7是图2所示制备方法过程的结构变化示意图。图8是按照图2所示方法制备形成的电阻型存储器的数据保持特性示意图。图9是按照图2所示方法制备形成的电阻型存储器在低阻态的三种不同温度下烘 烤得到的数据保持特性示意图。图10是依据图9实验数据在Arrhenius方程下推导出来的数据保持特性示意图。 具体实施例方式在下文中结合图示在参考实施例中更完全地描述本专利技术，本专利技术提供优选实施 例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。在此参考图是本专利技术的理想化实施例的示意图，本专利技术所示的实施例不应该被认 为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。例如 干法刻蚀得到的曲线通常具有弯曲或圆润的特点，但在本专利技术实施例图示中，均以矩形表 示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本专利技术的范围。图2所示为按照本专利技术实施例提供的电阻型存储器的制备方法流程示意图。图3 至图7示意了图2所示制备方法过程的结构变化示意图。该实施例中，以电阻存储器为CuxO (l<x^2)电阻型存储器作为示意进行说明。以下结合图2至图7对本专利技术的电阻型存 储器的制备方法进行详细说明。首先，步骤S10，形成下电极。在该步骤中，如图3所示，下电极130的材料可以为Cu、W、Ni、Zr、Ta、TaN, Ti、 TiN, Zn或Al，可以用物理溅射、化学反应溅射、物理气相沉积、化学气相沉积或电化学沉积 (ECP)等方法形成。下电极130的薄膜层的形状、厚度等参数不是限制性的，本领域技术人 员可以根据具体情况做出选择。通常地，下电极是形成在硅等衬底(图3中未示出)上。CuxO (1<χ^2)电阻型存储器通常选择Cu作为下电极，具体地，Cu可以通过在常温条件下电 镀(Electro-chemical plating，ECP)形成。因此，在形成CuxO存储介质层时，可以通过对 下电极氧化处理形成，这样成本相对较低。当然，这不是限制性的，也可以选择以铝金属等 作为下电极，在其上面沉积CuxO存储介质层。在本专利技术的电阻型存储器与铜互连后端工艺 集成时，该下电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻型存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）形成下电极；（２）在所述下电极上构图形成存储介质层；（３）在含有氧等离子的气氛中对所述存储介质层的表面进行富氧等离子体处理；（４）用惰性离子轰击所述存储介质层以使其无定形化；（５）形成上电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶立，周鹏，孙清清，吴东平，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]