Rram的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種RRAM (Resistive Random Access Memory,阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器)的制造方法，特別是涉及一種新的RRAM的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著便攜式多媒體數(shù)碼產(chǎn)品的飛速發(fā)展、普及，對(duì)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的要求越來越高。各種各樣的存儲(chǔ)器也努力向著更快、更大的方向發(fā)展。然而，由于自身結(jié)構(gòu)的原因，不同的存儲(chǔ)器都多多少少有自己的優(yōu)勢(shì)，也有不可彌補(bǔ)的劣勢(shì)。因此，存儲(chǔ)器在向著更快、更大這個(gè)大方向發(fā)展的同時(shí)，也同時(shí)向著多樣化的方向發(fā)展。RRAM (Resistive RandomAccess Memory)存儲(chǔ)器就是一種在這個(gè)大背景下所出現(xiàn)的存儲(chǔ)器,它是一種根據(jù)施加在金屬氧化物(Metal oxide)上的電壓不同，使材料在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間變化，從而阻斷或開啟電流流通通道，利用這種性質(zhì)存儲(chǔ)信息的內(nèi)存，它可顯著提高耐久性和數(shù)據(jù)傳輸速度。
[0003]現(xiàn)在RRAM研究主要集中在阻變層性質(zhì)的研究方面，如何實(shí)現(xiàn)RRAM存儲(chǔ)單元與現(xiàn)有邏輯工藝集成還鮮見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種新的RRAM的制造方法。該方法可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有工藝的兼容，而且制作簡單。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的新的阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)的制造方法，包括步驟:
[0006]I)在娃襯底上,生長第一金屬層；
[0007]2)在第一金屬層上淀積層間介質(zhì)層(ILD)；
[0008]3)刻蝕層間介質(zhì)層直到第一金屬層，形成通孔；
[0009]4)在通孔內(nèi)填充金屬鎢，并進(jìn)行平坦化；
[0010]5)利用快速熱氧化(Rapid Thermal Oxidat1n)將頂部的金屬鶴氧化形成鶴氧化物(W0x)，并對(duì)鎢氧化物進(jìn)行氧離子處理；
[0011]其中，快速熱氧化的條件為:溫度400?550°C，熱氧化的時(shí)間為10?10s ；
[0012]6)在層間介質(zhì)層上淀積光刻膠，通過光刻，將非阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)單元(cell)區(qū)域的鎢氧化物去除；
[0013]7)在層間介質(zhì)層上生長第二金屬層，并進(jìn)行熱退火處理。
[0014]所述步驟I)中，生長第一金屬層的方法包括:物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD);第一金屬層的材質(zhì)包括:至上而下依次為TiN、Ti和AlCu【即TiN(氮化鈦)/Ti(鈦)/AlCu (鋁銅)】；第一金屬層的厚度為1000?8000埃。
[0015]所述步驟5)中，鎢氧化物的厚度為100?1000埃；快速熱氧化中的氣體包括:純氧或氮氧混合氣；氧離子處理的方法包括:使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法(PECVD)進(jìn)行處理，處理的溫度為350?450°C，處理的時(shí)間為450?550s。
[0016]所述步驟7)中，第二金屬層的生長方法包括:物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)，第二金屬層的材質(zhì)包括:至上而下依次為TiN、Ti和AlCu【即TiN(氮化鈦)/Ti(鈦)/AlCu (鋁銅)】；第二金屬層的厚度為1000?8000埃；
[0017]熱退火處理的條件為:溫度300?600°C;時(shí)間為10?150s ;退火氣氛包括:氮?dú)饣騃S氣。
[0018]因此，采用本發(fā)明所提出的新的RRAM制造工藝方法，可以在只增加一層掩膜版的情況下將RRAM工藝融合到現(xiàn)有的工藝中，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有工藝的兼容。該工藝既可將RRAMcell區(qū)制作在接觸孔層，也可以將RRAM cell區(qū)制作在通孔層。
[0019]以RRAM cell區(qū)域制造在通孔層為例，其流程依次為第一金屬層形成_金屬層間膜形成-通孔形成-通孔W填充-WOx(金屬鶴氧化物)形成-WOx氧離子處理-非RRAM cell區(qū)域WOx去除-第二金屬層形成-熱退火工藝處理。其中，非RRAM cell區(qū)域WOx去除為新增加光刻層，即僅需要在通孔鎢填充以及平坦化后通過快速熱氧化就可以利用鎢的氧化物來制作RRAM中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)-變阻，并通過一層新的光刻層將非RRAM cell區(qū)域的鎢氧化物去除掉，以及通過后續(xù)的氧離子處理以及快速熱退火提高RRAM的性能。
[0020]本發(fā)明制備的RRAM不僅初始電阻大，面內(nèi)均勻性好，并且高低組態(tài)區(qū)分明顯，同時(shí)，制備工藝簡單，容易跟傳統(tǒng)邏輯工藝集成。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0022]圖1是生長第一金屬層和層間介質(zhì)層并刻孔后的示意圖；
[0023]圖2是在孔中填充金屬鎢并平坦化后的示意圖；
[0024]圖3是利用快速熱氧化將頂部的金屬鎢氧化形成WOx，并使用PECVD處理后的示意圖；
[0025]圖4是通過一層新的光刻層將非RRAM cell區(qū)域的WOx去除的示意圖；
[0026]圖5是生長第二金屬層，并快速熱退火修復(fù)鎢表面損傷后的示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明制造的RRAM的性能圖。
[0028]圖中附圖標(biāo)記說明如下:
[0029]11為娃襯底，12為第一金屬層，I為AlCu層,2為TiN/Ti層,3為層間介質(zhì)層(ILD)，4為通孔(Vial)，5為金屬鎢(W)，6為鎢氧化物(W0x)，7為第二金屬層。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明的新的阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)的制造方法，包括步驟:
[0031]I)在硅襯底11上，采用物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)生長厚度為1000?8000埃的第一金屬層12 ；
[0032]其中，第一金屬層12的材質(zhì):至上而下依次可為TiN、Ti和AlCu，即TiN/Ti層2(一般TiN為250埃左右，Ti為50埃)和AlCu層I。
[0033]2)在第一金屬層12上淀積層間介質(zhì)層(ILD) 3 ；
[0034]3)刻蝕層間介質(zhì)層3直到第一金屬層12 (即TiN/Ti層2)，形成通孔4 (如圖1所示)；
[0035]4)在通孔4內(nèi)填充金屬鎢5，并進(jìn)行平坦化(如圖2所示)；
[0036]5)利用快速熱氧化將頂部的金屬鎢氧化形成厚度為100?1000埃(如650埃)的鎢氧化物(WOx) 6，并對(duì)鎢氧化物6進(jìn)行氧離子處理，如使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法(PECVD)處理表面(晶圓表面)，處理的溫度為350?450°C，處理的時(shí)間為450?550s (如可可在400°C下PECVD處理500s)(如圖3所示)；
[0037]其中，快速熱氧化的條件為:溫度400°C?550°C，熱氧化的時(shí)間為10?10s (如可在450°C下熱氧化100s)，快速熱氧化中的氣體包括:純氧或氮氧混合氣；
[0038]本步驟中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法處理的目的是增加WOx中氧元素的含量，以提高RRAM的初始阻態(tài)。
[0039]6)在層間介質(zhì)層3上淀積光刻膠，通過光刻，將非阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)單元(cell)區(qū)域的鎢氧化物去除(如圖4所示)；
[0040]7)在層間介質(zhì)層3上，采用物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)生長厚度為1000?8000埃的第二金屬層7 (注意無需生長金屬鋁-銅下的氮化鈦/鈦層，即與現(xiàn)有工藝相比去掉了 AlCu下層的TiN/Ti層)，并在300?600°C、退火氣氛包括:氮?dú)饣驓鍤獾臈l件下進(jìn)行熱退火處理10?150s,用以改善WOx與AlCu的接觸，即修復(fù)通孔4填充物的表面接觸。其中，第二金屬層7的材質(zhì):至上而下依次可為TiN/Ti層和AlCu層。
[0041]最終形成在通孔4上的RRAM單個(gè)cell的剖面結(jié)構(gòu)如圖5所示。
[0042]按照上述步驟，可得到RRAM cell區(qū)制作在通孔層的RRAM。但本發(fā)明的RRAM cell區(qū)制作在接觸孔層的RRAM的制造方法如同RRAM cell區(qū)制作在通孔層的RRAM的制造方法，因此，在這邊不再重復(fù)論述。
[0043]另外，采用上述方法制造的RRAM的性能如圖6所示。由圖6明顯可知，本發(fā)明RRAM的高低組態(tài)區(qū)分明顯。同時(shí)，本發(fā)明制備的RRAM初始電阻大，面內(nèi)均勻性好以及制備工藝簡單，容易跟傳統(tǒng)邏輯工藝集成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器RRAM的制造方法，其特征在于，包括步驟: 1)在娃襯底上，生長第一金屬層； 2)在第一金屬層上淀積層間介質(zhì)層； 3)刻蝕層間介質(zhì)層直到第一金屬層，形成通孔； 4)在通孔內(nèi)填充金屬鎢，并進(jìn)行平坦化； 5)利用快速熱氧化將頂部的金屬鎢氧化形成鎢氧化物,并對(duì)鎢氧化物進(jìn)行氧離子處理； 其中，快速熱氧化的條件為:溫度400?550°C，熱氧化的時(shí)間為10?10s ； 6)在層間介質(zhì)層上淀積光刻膠，通過光刻，將非阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器RRAM單元區(qū)域的鎢氧化物去除； 7)在層間介質(zhì)層上生長第二金屬層，并進(jìn)行熱退火處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，生長第一金屬層的方法包括:物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積； 第一金屬層的材質(zhì)包括:至上而下依次為TiN、Ti和AlCu ； 第一金屬層的厚度為1000?8000埃。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟5)中，鎢氧化物的厚度為100?1000 埃； 快速熱氧化中的氣體包括:純氧或氮氧混合氣； 氧離子處理的方法包括:使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法進(jìn)行處理，處理的溫度為350?450°C，處理的時(shí)間為450?550s。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟7)中，第二金屬層的生長方法包括:物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積； 第二金屬層的材質(zhì)包括:至上而下依次為TiN、Ti和AlCu ； 第二金屬層的厚度為1000?8000埃； 熱退火處理的條件為:溫度300?600°C，時(shí)間為10?150s，退火氣氛包括:氮?dú)饣驓鍤狻?br>【專利摘要】本發(fā)明公開了一種RRAM的制造方法，包括：1）在硅襯底上，生長第一金屬層；2）在第一金屬層上淀積層間介質(zhì)層；3）刻蝕層間介質(zhì)層直到第一金屬層，形成通孔；4）在通孔內(nèi)填充金屬鎢，并進(jìn)行平坦化；5）利用快速熱氧化將頂部的金屬鎢氧化形成鎢氧化物，并對(duì)鎢氧化物進(jìn)行氧離子處理；6）在層間介質(zhì)層上淀積光刻膠，通過光刻，將非RRAM單元區(qū)域的鎢氧化物去除；7）在層間介質(zhì)層上生長第二金屬層，并進(jìn)行熱退火處理。本發(fā)明制備的RRAM不僅初始電阻大，面內(nèi)均勻性好，并且高低組態(tài)區(qū)分明顯，同時(shí)，制備工藝簡單，容易跟傳統(tǒng)邏輯工藝集成。
【IPC分類】H01L45-00, H01L21-768
【公開號(hào)】CN104659205
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310594875
【發(fā)明人】蘇波, 劉凱, 張可鋼, 陳華倫
【申請(qǐng)人】上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2013年11月21日