RRAM Cell stack TaOx制作方法和结构

摘要

本发明公开了一种RRAM Cell stack TaOx制作方法，包括以下步骤：在MxVx层形成RRAM Cell stack的下层TiN，第一次淀积预设厚度T的Ta；在第一预设条件下形成未完全氧化的渐变TaOx层；在第二预设条件下形成过氧化Ta层；再次淀积Ta和TiN，通过光刻工艺和刻蚀工艺形成RRAM Cell Stack结构。本发明还公开了一种RRAM Cell stack TaOx结构。本发明采用改变对Ta的氧化方式来获得TaOx的渐变结构，通过分步控制氧化条件来获得TaOx阻变材料，能避免Ta过氧化难于控制造成氧空位进而满足器件设计要求。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种RRAM Cell stack TaOx制作方法。本发明还涉及一种RAM Cell stack TaOx结构。

背景技术

随逻辑工艺的进一步微缩，特别是进入40nm工艺节点后，传统的EEPROM或NORFLASH与以HKMG和FinFET为代表的先进逻辑工艺的集成难度进一步增大，其高昂的制造成本以及退化的器件性能无法为实际应用所接受，微缩化遇到瓶颈，使得国际上对NOR flash的研发长期停留在了55nm节点；另一方面，嵌入式应用对于功耗非常敏感，传统的嵌入式Flash擦写电压高达10V以上，且不能随工艺节点的微缩而降低，需要有额外的高压电路模块，因此限制了其在低功耗场合的应用；

阻变存储器是一种新型的存储技术，具有简单的两端结构，其工作机理是，在外加电压的作用下，器件通过形成和断裂导电通道，实现高阻态和低阻态间的可逆转变，从而用来存储数据。它具有可微缩性好，易三维堆叠等特点，国际半导体技术路线图指出，阻变存储器是最具商业化潜力的新型存储技术之一。

形成TaOx工艺在业界目前通常采用三种方式，第一种方式直接采用PVD方式进行TaOx薄膜淀积，第二种方式，PVD方式进行Ta的淀积，再通过CVD方式通过N2O方式对Ta进行氧化，第三种方式是采用PVD方式进行Ta的淀积，再通过CVD或者Asher的方式进行O2的氧化，三种方式都可以获得的TaOx，但是这三种方式都会都存氧化程度控制难度，此外对后续工艺也存在一定的难度。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种能避免Ta过氧化难于控制造成氧空位的RRAM Cell stack TaOx制作方法。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种能避免Ta过氧化难于控制造成氧空位的 RRAM Cell stack TaOx结构。

为解决上述技术问题，本发明提供的RRAM Cell stack TaOx制作方法，包括以下步骤：

S1，在MxVx层形成RRAM Cell stack的下层TiN，第一次淀积预设厚度T的Ta；

S2，在第一预设条件下形成未完全氧化的渐变TaOx层；

S3，在第二预设条件下形成过氧化Ta层；

S4，再次淀积Ta和TiN，通过光刻工艺和刻蚀工艺形成RRAM Cell Stack结构。

可选择的，进一步改进所述的RRAM Cell stack TaOx制作方法，步骤S1中，采用PVD工艺第一次淀积预设厚度T的Ta。

可选择的，进一步改进所述的RRAM Cell stack TaOx制作方法，步骤S2和S3，均采用CVD工艺。

可选择的，进一步改进所述的RRAM Cell stack TaOx制作方法，步骤S2采用N20形成未完全氧化的渐变TaOx层，未完全氧化的渐变TaOx层的x＜5/2，未完全氧化的渐变TaOx层中存在多种Ta氧化物，总的来说Ta原子和氧原子的比率应小于5/2。

可选择的，进一步改进所述的RRAM Cell stack TaOx制作方法，第一预设条件包括：

CVD能量为100W-200W，N20流量为1000sccm-3000sccm。

可选择的，进一步改进所述的RRAM Cell stack TaOx制作方法，步骤S3采用N20形成过氧化Ta层。

可选择的，进一步改进所述的RRAM Cell stack TaOx制作方法，过氧化Ta层是Ta2O5 层

可选择的，进一步改进所述的RRAM Cell stack TaOx制作方法，第二预设条件包括：

CVD能量为400W-500W，N20流量为3000sccm-5000sccm。

为解决上述技术问题，本发明提供一种RRAM Cell stack TaOx结构，包括：

自上而下顺序形成的第一TiN层、过氧化Ta层、未完全氧化的渐变TaOx层和第二TiN层；

其中，过氧化Ta层是Ta2O5，未完全氧化的渐变TaOx层的x＜5/2。

本发明采用改变对Ta的氧化方式来获得TaOx的渐变结构，达到满足器件设计要求。采用CVD方式分步进行N2O对Ta进行氧化处理的方式，通过分步控制氧化的条件来获得TaOx阻变材料，能避免Ta过氧化难于控制造成氧空位进而满足器件设计要求。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有RRAM Cell stack TaOx结构示意图。

图2是本发明第一实施例流程示意图。

图3是本发明第二实施例构示意图一。

图4是本发明第二实施例构示意图二。

图5是本发明第二实施例构示意图三。

图6是本发明第二实施例构示意图四。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。

第一实施例；

如图2所示，一种RRAM Cell stack TaOx制作方法，包括以下步骤：

S1，在MxVx层形成RRAM Cell stack的下层TiN(BE)，第一次淀积预设厚度T的Ta；

S2，在第一预设条件下形成未完全氧化的渐变TaOx层；

S3，在第二预设条件下形成过氧化Ta层；

S4，再次淀积Ta和TiN(TE)，通过光刻工艺和刻蚀工艺形成RRAM Cell Stack结构。

第二实施例；

继续参考图2所示，一种RRAM Cell stack TaOx制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，如图3所示，在MxVx层形成RRAM Cell stack的下层TiN(BE)，采用PVD工艺第一次淀积预设厚度T的Ta；

S2，如图4所示，采用CVD工艺，能量为100W-200W，优选为200W，N20流量为1000sccm-3000sccm，优选为2000sccm形成未完全氧化的渐变TaOx层，未完全氧化的渐变TaOx层的x＜5/2；

S3，如图5所示，采用CVD工艺，能量为400W-500W，优选为300W，N20流量为3000sccm-5000sccm，优选为4000sccm，形成过氧化Ta层，过氧化Ta层是Ta2O5层；

S4，如图6所示，再次淀积Ta和TiN(TE)，通过光刻工艺和刻蚀工艺形成RRAM CellStack结构。

第三实施例；

本发明提供一种RRAM Cell stack TaOx结构，包括：

自上而下顺序形成的第一TiN层、过氧化Ta层、未完全氧化的渐变TaOx层和第二TiN层；

其中，过氧化Ta层是Ta2O5，未完全氧化的渐变TaOx层的x＜5/2。

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。