電極的製造方法及電阻式隨機存取內存與流程

2023-07-18 11:17:31 2

本發明涉及一種導電構件的製造方法與內存，尤其涉及一種具有平整表面的電極的製造方法及電阻式隨機存取內存。

背景技術：

近幾年來，伴隨著科技的進步與發達，越來越多的電子產品上市，其中內存扮演著不可或缺的重要角色。除了儲存用戶的數據，內存也負責存放中央處理器所執行的程序代碼，以及運算過程中需暫時保存的信息。於新一代非揮發性內存中，電阻式內存(rram)由於具備較簡單的結構、低功率消耗、高操作速度以及高密度整合等優點，為最受到關注的技術之一。電阻式內存包括金屬-絕緣體-金屬(mim)結構，其可因施加電壓而可切換於高阻態(hrs)與低阻態(lrs)。

近年來針對電阻式內存的研究甚多，例如：介電層材料特性研究、熱退火特性研究以及電極材料特性研究等。常見被用來當作非揮發性內存的電極的材料有鉑(pt)、鋁(al)、銅(au)等。其中，以一般物理氣相沉積法所形成的電極的粒界(grainboundary)相當明顯，因而在進行清洗製程的過程中，容易在電極中形成針孔(pinhole)，而使得電極的表面粗糙，進而降低組件的電性表現。此外，以一般物理氣相沉積製程所形成的電極的含氧量較高，會導致組件的電性表現不佳。

此外，於電阻式內存中，對下電極的表面平整度要求較高，而一般採用化學機械研磨製程提升下電極的表面平整度。然而採用化學機械研磨製程將降低下電極的厚度，而影響組件的電性表現。

技術實現要素：

本發明提供一種電極的製造方法，其可形成表面平坦、細緻且具有足夠厚度的電極。

本發明提供一種電阻式隨機存取內存，其下電極具有導電層與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層，而使下電極表面平坦、細緻且具有足夠厚度，因而可具有較佳的電性表現。

本發明提出一種電極的製造方法，包括下列步驟。在基材上形成導體層。使用射頻物理氣相沉積法在導體層上形成射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層。在射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層上形成犧牲層。進行平坦化製程，以移除犧牲層與部分射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層。

依照本發明的一實施例所述，在上述的電極的製造方法中，導體層與犧牲層的材料例如是氮化鈦(tin)、鈦(ti)、氮化鉭(tan)或其組合。

依照本發明的一實施例所述，在上述的電極的製造方法中，導體層與犧牲層的形成方法例如是物理氣相沉積法或化學氣相沉積法。

依照本發明的一實施例所述，在上述的電極的製造方法中，還包括在形成導體層之前，在基材上形成黏著層，黏著層的材料例如是鈦、鉭、氧化銦錫或其組合。

依照本發明的一實施例所述，在上述的電極的製造方法中，黏著層的形成方法例如是物理氣相沉積法或化學氣相沉積法。

依照本發明的一實施例所述，上述的電極的製造方法可用於製作電阻式隨機存取內存(rram)的下電極。

本發明提出一種電阻式隨機存取內存，包括基材、下電極、可變電阻層與上電極。下電極包括導體層與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層。導體層設置於基材上。射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層設置於導體層上。可變電阻層設置於射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層上。上電極設置於可變電阻層上。

依照本發明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取內存中，下電極還包括黏著層。黏著層設置於基材與導體層之間。黏著層的材料例如是鈦、鉭、氧化銦錫或其組合。

依照本發明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取內存中，導體層的材料例如是氮化鈦、鈦、氮化鉭或其組合。

依照本發明的一實施例所述，在上述的電阻式隨機存取內存中，射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層的厚度可介於10納米至20納米之間。

基於上述，在本發明所提出的電極的製造方法中，由於可藉由犧牲層來提供平坦化製程所需的移除量，因此在利用平坦化製程移除犧牲層與部分射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層之後，可形成表面平坦、細緻且具有足夠厚度的射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層，進而可提升組件的電性表現。

此外，在本發明所提出的電阻式隨機存取內存中，由於下電極為具有導體層與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層的多層結構，因此電阻式隨機存取內存可具有較佳的電性表現。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1a至1b圖為本發明一實施例的電極製造流程剖面圖；

圖2為本發明一實施例的電阻式隨機存取內存的剖面圖。

附圖標記：

10：電阻式隨機存取內存

100：基材

102：黏著層

104、120：導體層

106、106a：射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層

108：犧牲層

110：電極

112：可變電阻層

114：上電極

116：基底

118：介電結構

118a～118c：介電層

119、121：開口

122：插塞

124：阻障層

具體實施方式

圖1a至1b圖為本發明一實施例的電極製造流程剖面圖。

請參照圖1a，可選擇性地在基材100上形成黏著層102。基材100可用以承載電極。基材100可為介電層、導體層或是具有上述膜層的基底，所屬技術領域普通技術人員可依照產品設計需求來選擇基材100的態樣。

黏著層102選自與基材100附著性佳且與後續沉積的導體層104附著性佳的材料。黏著層102的材料例如是鈦、鉭、氧化銦錫或其組合。黏著層102的形成方法例如是物理氣相沉積法或化學氣相沉積法。

在黏著層102上形成導體層104。導體層104可用以降低電極阻抗。導體層104可為單層結構或多層結構。導體層104的材料例如是氮化鈦、鈦、氮化鉭或其組合。導體層104的形成方法例如是物理氣相沉積法或化學氣相沉積法。需注意的是，黏著層102亦可省略，而將導體層104直接地形成在基材100上。

使用射頻物理氣相沉積法(radiofrequencyphysicalvapordeposition，rfpvd)在導體層104上形成射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106。相對於物理氣相沉積過渡金屬化合物層與化學氣相沉積過渡金屬化合物層，射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106具有較緻密的結構與較少的含氧量，因此具有較佳的電性。射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106較不會因後續的清洗製程而在其中形成針孔，因而具有較平整的表面。過渡金屬化合物例如是氮化鈦。

此外，當導體層104是使用物理氣相沉積法形成時，導體層104與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106可在同一物理氣相沉積機臺的不同腔室中形成，因此無需更換機臺即可形成導體層104與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106，而可有效地縮短製程時間。

在射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106上形成犧牲層108。犧牲層108可用以提供平坦化製程所需的移除量。犧牲層108可為單層結構或多層結構。犧牲層108的材料可以為導電材料，例如是氮化鈦、鈦、氮化鉭或其組合。犧牲層108的形成方法例如是物理氣相沉積法或化學氣相沉積法。

此外，當犧牲層108是使用物理氣相沉積法形成時，犧牲層108與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106可在同一物理氣相沉積機臺的不同腔室中 形成，因此無需更換機臺即可形成犧牲層108與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106，而可有效地縮短製程時間。

請參照圖1b，進行平坦化製程，以移除犧牲層108與部分的射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106，而形成表面平坦、結構細緻的射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a。此外，在進行平坦化製程的過程中，由於犧牲層108可提供平坦化製程所需的移除量，因此可使得所形成的射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a具有足夠的厚度，而能夠有效地展現其優異的電性。平坦化製程例如是化學機械研磨製程。舉例來說，射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a的厚度可大於10納米，較佳地，可介於10至20納米之間。

此時，所形成的電極110包括依序堆棧設置的黏著層102、導體層104與經平坦化處理的射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a。電極110可用以作為各種半導體組件的電極。舉例來說，電極110可用以作為電阻式隨機存取內存的電極，如下電極。

基於上述實施例可知，由於可藉由犧牲層108來提供平坦化製程所需的移除量，因此在利用平坦化製程移除犧牲層108與部分射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106之後，可形成表面平坦、結構細緻且具有足夠厚度的射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a，進而可提升電極110的電性表現。

圖2為本發明一實施例的電阻式隨機存取內存的剖面圖。

請參照圖2，電阻式隨機存取內存10包括基材100、電極110、可變電阻層112與上電極114。

圖2中的基材100的結構僅為舉例說明，但本發明並不以此為限，所屬技術領域普通技術人員可依照產品設計需求來選擇基材100的態樣。在此實施例中，基材100可包括基底116、介電結構118、導體層120、插塞122與阻障層124。基底116例如是半導體基底，如矽基底。

介電結構118包括依序設置於基底116上的介電層118a～118c。介電層118a～118c的材料例如是氧化矽、氮化矽或氮氧化矽。介電層118a～118c的形成方法例如是熱氧化法或化學氣相沉積法。在此實施例中，介電結構118雖然是以三層為例來進行說明，但本發明並不以此為限。所述技術領域普通技術人員可依照產品與製程需求來調整介電結構118的層數。

導體層120設置於介電層118a上且位於介電層118b的開口119中。導體層120的材料例如是鋁或銅等金屬。導體層120的形成方法例如是金屬鑲嵌法。

插塞122設置於導體層120上且位於介電層118c的開口121中。插塞122的材料例如是鎢或銅等金屬。插塞122的形成方法例如是金屬鑲嵌法。

阻障層124設置於插塞122與介電層118c之間以及插塞122與導體層120之間。阻障層124的材料例如是氮化鈦、鈦或其組合。阻障層124的形成方法例如是物理氣相沉積法或化學氣相沉積法。

電極110包括導體層104與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a。電極110由上述電極的製造方法所製成。在此實施例中，電極110作為電阻式隨機存取內存10的下電極。導體層104設置於基材100上。射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a設置於導體層104上。此外，電極110更可包括黏著層102。黏著層102設置於基材100與導體層104之間。電極110中的黏著層102、導體層104與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a的材料、形成方法與功效已於圖1的實施例中說明，故於此不再贅述。

可變電阻層112設置於射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a上。可變電阻層112的材料例如是過渡金屬氧化物等可變電阻材料。過渡金屬氧化物例如是氧化鉿、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅或其他適當的金屬氧化物。可變電阻層112的形成方法例如是物理氣相沉積法、化學氣相沉積法或原子層沉積法。

上電極114設置於可變電阻層112上，上電極114可為單層結構或多層結構。上電極114的材料例如是氮化鈦、氮化鉭、鈦或鉭。上電極114的形成方法例如是物理氣相沉積法或化學氣相沉積法。

基於上述實施例可知，由於電極110為具有導體層104與射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層106a的多層結構，因此電阻式隨機存取內存10可具有較佳的電性表現。

綜上所述，上述實施例的電極的製造方法可形成表面平坦、結構細緻且具有足夠厚度的射頻物理氣相沉積過渡金屬化合物層，因此可有效地提升組件的電性表現。此外，上述實施例的電阻式隨機存取內存具有由上述多層結構所形成的下電極，因此可具有較佳的電性表現。

雖然本發明已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的 改動與潤飾，故本發明的保護範圍當視所附權利要求界定範圍為準。