[发明专利]一种多层阻变存储器的形成方法

说明书

本发明公开了一种多层阻变存储器的形成方法，该方法包括：提供半导体衬底，半导体衬底内形成有下电极，在半导体衬底上淀积第一氧含量的氧化物，形成位于半导体衬底上的第一阻变层；在第一阻变层上淀积第二氧含量的氧化物，形成位于第一阻变层上的第二阻变层，第二氧含量大于第一氧含量；在第二阻变层上淀积第一氧含量的氧化物，形成位于第二阻变层上的第三阻变层；对第三阻变层进行氧化处理，使得第三阻变层转换为第四阻变层，在第四阻变层上形成上电极；图形化上电极、第一阻变层、第二阻变层和第四阻变层，形成存储器。该方法可以提升淀积的阻变层材料的氧化物的可控性及可控制备，有利于提升阻变存储器特性。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种多层阻变存储器的形成方法。

背景技术

目前，存储器制造技术是半导体集成电路制造的重要组成部分。随着摩尔定律不断发展，中央处理器(central processing unit，CPU)的工作频率不断提升，对存储器的性能要求也越来越高，主流的传统存储器已经很难满足性能要求。“存储墙”问题越来越突出，因此各种新型的存储器技术应运而生。

目前主要的新型存储器包括阻变存储器、磁存储器、相变存储器、铁电存储器等。在前沿研究中这些新型的存储器已经被证明具有更优异的特性，具有很好的应用前景。这些新型存储器中，除了已经量产相变存储器外，其他的各类新型存储器都还未得到大规模的应用。新型存储器要能实现大规模生产，除了需要比现有主流存储器更好的性价比之外，其稳定可靠的生产工艺是至关重要的。

以氧化物阻变存储器为例，虽然存储器本身结构非常简单，但如何可控地制备是其大生产应用的关键所在。在现有技术中，阻变存储器通常为MIM三明治结构，此结构中的I为单一组分材料，易于控制和大规模应用。为了调制和提升阻变存储器特性，需要采用双层甚至是多层阻变层结构。以溅射淀积制备阻变层材料为例，通过改变溅射气体比例从而实现多层阻变材料淀积。但在实际工艺过程中，由于溅射靶材表面会被氧化，且随着溅射气体的不同而不同，使得溅射淀积开始时有一层氧化物不受控，影响阻变存储器件的一致性。

因此，如何实现对现有存储器中多层阻变结构处理过程的有效控制，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种多层阻变存储器的形成方法，用以改善现有存储器中阻变层材料一致性和可控制备问题，提升存储器特性。

第一方面，本发明提供一种多层阻变存储器的形成方法，该方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有下电极，且下电极接触所述半导体衬底的上表面；在所述半导体衬底上淀积第一氧含量的氧化物，形成位于所述半导体衬底上的第一阻变层；在所述第一阻变层上淀积第二氧含量的所述氧化物，形成位于所述第一阻变层上的第二阻变层，所述第二氧含量大于所述第一氧含量；在所述第二阻变层上淀积第一氧含量的所述氧化物，形成位于所述第二阻变层上的第三阻变层；对所述第三阻变层进行氧化处理，使得所述第三阻变层转换为第四阻变层，所述第四阻变层的氧含量大于所述第三阻变层的氧含量；在所述第四阻变层上形成上电极；在所述第四阻变层上形成上电极；图形化上电极、第一阻变层、第二阻变层和第四阻变层，形成存储器。

本发明提供的存储器的形成方法的有益效果在于：因第一阻变层的氧含量和第三阻变层的氧含量相同，三层阻变层的氧含量变化为低高低，类似“山峰型”，这样在工艺制造过程中，上一基片被制成存储器之后，开始制作下一基片，下一基片也是先开始淀积第一氧含量的氧化物。相比现有技术来说，现有是两层阻变层，第二阻变层的氧含量大于第一阻变层的氧含量，上一基片被制成存储器之后，开始制作下一基片，下一基片也需要先开始淀积第一氧含量的氧化物，但是受到前一基片的工序影响，淀积开始时会有一层高氧含量的氧化物，导致有一层氧化物不受控。而本申请采用类似“山峰型”的淀积方式，淀积开始和淀积结束时靶材表面氧含量状态一致，避免了现有技术中淀积开始时有一层氧化物不受控，该方法提高了阻变层的一致性和可控性制备，提高存储器特性。