[发明专利]一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米电子器件及纳米加工技术领域，尤其涉及一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法。

背景技术

近年来，随着半导体产业的不断发展以及存储器在半导体产业的比重不断上升，如何大规模生产高密度、低功耗的存储器越来越受到人们关注。在CMOS工艺达到22nm节点以后，其器件的稳定性与可靠性受到严峻的挑战，研发新一代存储器设备迫在眉睫。

电阻转变型非挥发存储器是近年来研究下一代存储器的一个热点问题，以其结构简单、可以高度集成化、操作电压低、低功耗、耐擦写、保持时间长、与传统CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺相兼容等优点而被广泛研究。目前被大多数研究人员认同的电阻转变型存储器的机理有两种:界面效应(interface effect)和导电细丝(conductive filament)。而对于功能层为氧化物的存储器件来说，大多数阻变机理是由氧空位形成的导电细丝。因此，如何在阻变功能层中形成适宜的氧空位是一种很好的提升器件性能的有效方法。

如图1所示，为电阻转变存储器件的基本结构示意图。从上到下依次为上电极、阻变功能层、下电极。中间阻变功能层薄膜材料可以有两种不同的状态:高电阻态与低电阻态。目前常见的电阻转变型器件单元结构为金属/介质层/金属(MIM)的三明治结构。常用的器件制备方法为:首先在绝缘衬底上形成下电极图形，然后在下电极上制备功能层薄膜材料，最后长上电极。所涉及的工艺流程相当复杂，需要多次光刻，淀积薄膜材料，制作成本高。

制备阻变存储器件其中大部分的工作是在生长薄膜材料，纳米器件本身对薄膜性能要求就很高，现在用于阻变存储器件薄膜生长的方法有很多:原子层沉积(Atomic Layer Deposition)、真空蒸发镀膜、磁控溅射、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、离子束溅射沉积(IBSD)等。不同的薄膜制备方法，其成膜特点、质量与性质各不相同，所以在淀积不同的结构层所采用的成膜方式也不同。高性能的存储器件的每一层结构都需要高质量的薄膜，尤其是中间的阻变功能层，为了实现不同组分与结构的阻变功能层，通常是用不同的成膜方法多次淀积或者对一次成膜进行多次处理进而得到双层或者多层的薄膜结构，这种方法在实际操作过程中过于复杂化，并且多次成膜和用不同的设备淀积会导致薄膜的均一性差，更为重要的是在两次成膜之间会引入一些对器件性能不宜的界面态或者使界面污染，这些都大大地影响了存储器的质量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明主要提供一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，以解决目前制备多层结构的阻变存储器功能层氧化物薄膜时容易引入不宜的界面态、导致界面污染、流程复杂、薄膜性能不高的一系列问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制作阻变非挥发性存储器阻变层氧化物薄膜的方法，包括:

步骤1:衬底预备;

步骤2:腔体抽真空;

步骤3:通入工作气体与反应气体，调整其流量值;

步骤4:调整工作气压，打开电源，气体电离，开始反应;

步骤5:待系统稳定后，打开挡板，开始淀积;

步骤6:淀积一段时间后，调整反应气体流量，继续反应;以及

步骤7:结束反应，关闭电源但腔体内持续抽真空，待温度至室温后取出。

上述方案中，步骤1中所述衬底为已经制备好下电极的硅片。

上述方案中，步骤2中所述真空度预定值至少为8×10^-5Pa。

上述方案中，步骤3中所述通入工作气体为氩气(Ar)，反应气体为氧气(O₂)。

上述方案中，步骤4中所述工作气压为2×10^-2Pa。

上述方案中，步骤5中所述待系统稳定是由于起初反应不稳定，先工作一段时间，这段时间内有氧化物薄膜生成，是沉积在挡板上的。

上述方案中，步骤6中所述淀积一段时间后是淀积10分钟后，所述调整反应气体流量为调整氧气(O₂)的流量。

上述方案中，步骤7中所述结束反应要先关闭挡板，再关闭电源，持续真空，待降温。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明有以下有益效果: