一種電阻轉變型存儲器的製造方法
2023-10-08 07:23:44
專利名稱：一種電阻轉變型存儲器的製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體存儲器技術領域，特別涉及一種電阻轉變型存儲器的製造方法。
背景技術：
阻變存儲器(RRAM)由於具有寫入操作電壓低、寫入擦除時間短、保持時間長、非破壞性讀取、多值存儲、結構簡單以及所需面積小等優點，因此逐漸成為目前新型非揮發性存儲器件中的研究重點。目前，針對電阻轉變存儲器的轉變機理還存在一定的爭議，但是已經有一些機理經過的廣泛的論證，比如基於金屬細絲機制的電阻轉變存儲器。這種器件的上下電極分別為易氧化的金屬Cu、Ag和惰性金屬。當正向電壓加在上電極上時，易氧化的金屬在正電壓的作用下氧化成為金屬陽離子，沿電場移動到下電極並還原成原子。這些原子堆積形成金屬細絲，當細絲到達上電極時上下電極相連，器件電阻由高變低。器件的低阻態與細絲的狀態有關，而器件的高阻態是細絲未連通上下電極時器件的電阻，主要是上下電極之間絕緣材料的電阻值。雖然這類器件具有許多優點，但是仍然有一些不足之處，高阻態阻值的分布問題就是其中之一。在加工的過程中由於這層絕緣材料並不會完全的均勻，各種缺陷會引起器件高阻態阻值出現的差別，而造成高阻態阻值範圍過寬，影響阻變存儲器的性能。因此，需要提出一種能使阻變存儲器高阻態值更集中的阻變存儲器的製造方法。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供了一種電阻轉變型存儲器器件的製造方法，所述方法包括A、形成下導電電極；B、在所述下導電電極上形成絕緣層；C、在所述絕緣層上形成上導電電極；D、對所述器件進行輻照。可選地，所述步驟D可以在所述步驟B和步驟C之間執行。根據本發明的電阻轉變型存儲器器件的製造方法，在形成絕緣層或者上導電電極後，進行輻照，對絕緣材料層優化，輻照工藝後的電阻轉變型存儲器器件的高阻態阻值的範圍變得更小，即高阻態阻值更集中，有效提高了電阻轉變型存儲器器件的性能。
本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1示出了電阻轉變型存儲器器件的基本結構示意圖；圖2示出了根據本發明實施例的電阻轉變型存儲器器件製造方法的流程圖；圖3-5示出了根據本發明一個實施例的電阻轉變型存儲器器件製造過程中的器件結構示意圖；圖6示出了根據本發明一個實施例的電阻轉變型存儲器器件輻照後與未輻照器件高阻態阻值的累積概率對比圖；圖7示出了根據本發明一個實施例的輻照後電阻轉變型存儲器器件耐受性性能散點圖。
具體實施例方式下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。此夕卜，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用於性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特徵在第二特徵之 「上」的結構可以包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特徵形成在第一和第二特徵之間的實施例，這樣第一和第二特徵可能不是直接接觸。參考圖2，圖2示出了電阻轉變型存儲器器件的基本結構示意圖，所述器件包括下導電電極102、絕緣層103和上導電電極101。圖3示出了根據本發明實施例的電阻轉變型存儲器器件的流程圖，可以通過以下步驟來形成在步驟S01，形成下導電電極。可以根據現有的技術的工藝形成下導電電極102， 下導電電極可以包括一種或多種金屬，在本發明一個實施例中，可以將鉬襯底作為下導電電極102，如圖3所示。在步驟S02，形成絕緣層。可以根據現有的技術的工藝形成絕緣層103，所述絕緣層103可以包括一層或多層，所述絕緣層的厚度可以為10nm-70nm，所述絕緣層可以包括固態電解液薄膜材料、二元氧化物薄膜材料或他們的組合，所述固態電解液薄膜材料的例子包括CuS、AgS、AgGeSe或CuIxSy，所述二元氧化物薄膜材料的例子包括&02、HfO2, TiO2, Si02、W0x、Ni0、CuOJnO、TaOx或CrOx，可選地，在絕緣層103之間還可以形成金屬層，還可以根據需要，對所述絕緣層進行摻雜。在本發明一個實施例中，可以通過電子束蒸發澱積一層 25nm的HfO2的絕緣層103-1，而後澱積一層3nm的銅薄膜層105，而後繼續通過電子束蒸發澱積一層25nm的HfO2的絕緣層103-2，從而形成了中間夾有金屬薄層的絕緣層103，如圖4 所示。在步驟S03，形成上導電電極。可以根據現有的技術的工藝形成上導電電極101， 上導電電極可以包括一種或多種金屬。在本發明一個實施例中，上導電電極101包括易氧化金屬，例如Cu、Ag或其組合，可以用通過電子束蒸發澱積形成上導電電極101，其中上導電電極101包括70nm的銅和30nm的金，如圖5所示。在步驟S04，對所述器件進行輻照。在本發明實施例中，所述輻照可以採用的輻射源包括x射線、α射線、β射線、Υ射線或高能離子流，根據需求，所述輻照的劑量為 0. Irad/s-lOOrad/s，所述輻照的時間30秒-10小時。在其中一個實施例中，採用Co6tl的、 射線作為輻照源，以lOOrad/s的劑量率輻照一個小時。可選地，所述步驟D可以在所述步驟B和步驟C之間執行，即在形成絕緣層後、上導電電極之前進行輻照，同樣可以實現使器件的高阻態阻值範圍變得更小的目的。此外，上述電阻轉變型存儲器器件的製造方法與傳統的電晶體工藝兼容，可以在形成傳統的電晶體器件後，通過本發明所述的方法形成與所述電晶體電連接的電阻轉變型存儲器器件，所述電晶體通常包括MOS電晶體、雙極電晶體以及二極體等。經過輻照後的器件的高阻態阻值範圍變得更小，且器件的電阻轉變特性不受影響。參考圖6，圖6示出了本發明一個實施例的電阻轉變型存儲器器件輻照後與未輻照器件高阻態阻值的累積概率(cumulative probability)對比圖，選取30個器件進行統計，圖中□表示未經過輻照的器件的高阻值(pre-RAD)，〇表示經過輻照後器件的高阻值 (post-RAD)，從圖中可以看出，未經過輻照加工的器件高阻態阻值的範圍在1Χ107Ω到 1 X 101° Ω，而經過輻照後，器件高阻態阻值的範圍在5 X IO7 Ω到9 X IO8 Ω，可見經過輻照加工後對器件的高阻值性能的改善十分顯著，高阻態阻值範圍變得更小。並且，經過輻照後的器件的電阻轉變特性不受影響，如圖7所示，圖中□表示經過輻照的器件的高阻值(HRS)， 〇表示經過輻照後器件的低阻值(LRS)，在經過2000多次的重複操作後，器件的電阻轉變特性並沒有明顯的惡化，即輻照加工未對器件的電阻轉變特性造成影響。以上對本發明的電阻轉變型存儲器器件的製造方法進行了詳細的描述，通過在形成絕緣層或者上導電電極後，進行輻照，對絕緣材料層優化，輻照工藝後的電阻轉變型存儲器器件的高阻態阻值的範圍變得更小，即高阻態阻值更集中，有效提高了電阻轉變型存儲器器件的性能。雖然關於示例實施例及其優點已經詳細說明，應當理解在不脫離本發明的精神和所附權利要求限定的保護範圍的情況下，可以對這些實施例進行各種變化、替換和修改。對於其他例子，本領域的普通技術人員應當容易理解在保持本發明保護範圍內的同時，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發明的應用範圍不局限於說明書中描述的特定實施例的工藝、機構、製造、物質組成、手段、方法及步驟。從本發明的公開內容，作為本領域的普通技術人員將容易地理解，對於目前已存在或者以後即將開發出的工藝、機構、製造、物質組成、手段、方法或步驟，其中它們執行與本發明描述的對應實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結果，依照本發明可以對它們進行應用。因此，本發明所附權利要求旨在將這些工藝、機構、製造、物質組成、手段、方法或步驟包含在其保護範圍內。
權利要求
1.一種電阻轉變型存儲器器件的製造方法，所述方法包括A、形成下導電電極；B、在所述下導電電極上形成絕緣層；C、在所述絕緣層上形成上導電電極；D、對所述器件進行輻照。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述絕緣層的厚度為10nm-70nm。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述絕緣層包括固態電解液薄膜材料、二元氧化物薄膜材料或他們的組合。
4.根據權利要求3所述的方法，其中所述固態電解液薄膜材料包括CuS、AgS、AgGeSe 或 CuIxSy，所述二元氧化物薄膜材料包括 &02、HfO2, TiO2, SiO2, W0X、NiO, CuO、ZnO, TaOx 或 CrOx。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述輻照的輻射源包括x射線、α射線、β射線、 Y射線或高能離子流。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述輻照的劑量為0.lrad/s-100rad/so
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述輻照的時間30秒-10小時。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述上導電電極包括易氧化金屬。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述上導電電極包括Cu、Ag或其組合。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的方法，其中所述步驟D在所述步驟B和步驟C之間執行。
全文摘要
本發明公開了一種電阻轉變型存儲器器件的製造方法，所述方法包括形成下導電電極；在所述下導電電極上形成絕緣層；在所述絕緣層上形成上導電電極；對所述器件進行輻照。通過輻照工藝對絕緣材料層優化，輻照工藝後的電阻轉變型存儲器器件的高阻態阻值的範圍變得更小，即高阻態阻值更集中，有效提高了電阻轉變型存儲器器件的性能。
文檔編號G11C11/56GK102544357SQ20101059790
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者劉明, 劉琦, 呂杭炳, 張森, 李穎濤, 王豔, 連文泰, 龍世兵 申請人:中國科學院微電子研究所