專(zhuān)利名稱(chēng)：一種非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，尤其涉及一種非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器及其制造方 法。
背景技術(shù)：
非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器(Resistance RAM ；簡(jiǎn)稱(chēng)RRAM)的核心部分是具有兩種電阻 狀態(tài)的雙阻金屬氧化層(binary resistive metal oxide layer)，雙阻金屬氧化層包括無(wú) 定形的氧化銅和氧化鎢等，對(duì)該雙阻金屬氧化層施壓電壓脈沖后，其電阻值會(huì)發(fā)生突變并 成為低阻值；反之，若從另一個(gè)方向施加電壓脈沖則會(huì)使該二元電阻金屬氧化物轉(zhuǎn)變成高 阻值，RRAM即運(yùn)用雙阻金屬氧化層阻值高低的兩種狀態(tài)來(lái)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的。RRAM具有存取速度 快、存儲(chǔ)密度高和存取次數(shù)多等諸多優(yōu)點(diǎn)，英飛凌、夏普、三星、富士通等多家公司均已投入 到RRAM的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的行列中。參見(jiàn)圖1，其顯示現(xiàn)有技術(shù)中的RRAM，如圖所示RRAM由上電極10、下電極11和夾 設(shè)在上下電極間的雙阻金屬氧化層12組成，該上下電極10、11分別制作在專(zhuān)用的上下電極 絕緣介質(zhì)層13、14中，并不能與半導(dǎo)體器件的制作工藝相兼容，故導(dǎo)致其制作效率較低?，F(xiàn) 有技術(shù)中制作如圖1所示的RRAM包括以下步驟(1)制作下電極絕緣介質(zhì)層14; (2)在下 電極絕緣介質(zhì)層14上進(jìn)行光刻和刻蝕工藝以形成用于容納下電極11的下電極容置凹槽； (3)接著填充下電極容置凹槽并通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光形成下電極11 ； (4)通過(guò)熱氧化或其他 氧化工藝在下電極上制作雙阻金屬氧化層12 ； 之后制作上電極絕緣介質(zhì)層13 ； (6)在 上電極絕緣介質(zhì)層13上進(jìn)行光刻和刻蝕工藝以形成容納上電極10的上電極容置凹槽，在 完成刻蝕工藝后，還通過(guò)灰化工藝去除光刻膠；(7)接著填充上電極容置凹槽并通過(guò)化學(xué) 機(jī)械拋光形成上電極10。但是通過(guò)上述工藝制作的RRAM存在質(zhì)量問(wèn)題(例如其改變數(shù)據(jù) 的電壓脈沖值會(huì)偏離其正常值)，究其原因，發(fā)現(xiàn)在步驟(6)中通過(guò)灰化(ashing)工藝去除 光刻膠時(shí)，灰化工藝所用的氧等離子體會(huì)影響雙阻金屬氧化層的質(zhì)量，例如會(huì)影響其厚度 或在其上產(chǎn)生損傷。因此，如何提供一種非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器及其制造方法以制造出高質(zhì)量的非揮發(fā) 性阻抗存儲(chǔ)器，且提高其與半導(dǎo)體器件制造工藝的兼容性，并提高其制造效率、降低制造成 本及簡(jiǎn)化制造過(guò)程，已成為業(yè)界亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器及其制造方法，通過(guò)所述存儲(chǔ)器 及其制造方法可提高非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的質(zhì)量，同時(shí)提高其與半導(dǎo)體器件制程的兼容 性，并提高其制造效率和降低制造成本。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器由上電極、金 屬插塞以及雙阻金屬氧化層組成，所述雙阻金屬氧化層位于所述上電極和所述金屬插塞之 間；所述金屬插塞設(shè)置在金屬前介質(zhì)層中，所述上電極與上電極引出導(dǎo)線(xiàn)相連，上電極引出 導(dǎo)線(xiàn)位于第一金屬層中。在所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器中，金屬插塞為鎢插塞，該雙阻金屬氧化層為無(wú)定形 的氧化鎢。在所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器中，該上電極為氮化鈦或氮化鉭電極，其厚度范圍為 200 至 500 埃。在所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器中，該金屬前介質(zhì)層與該第一金屬層間均通過(guò)層間介 質(zhì)層隔離。在所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器中，該層間介質(zhì)層具有上電極容置凹槽和雙阻金屬氧 化層容置凹槽，該上電極設(shè)置在上電極容置凹槽中，該雙阻金屬氧化層設(shè)置在雙阻金屬氧 化層容置凹槽中。另一種非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器由上電極、金屬導(dǎo)線(xiàn)以及雙阻金屬氧化 層組成，所述雙阻金屬氧化層位于所述上電極和所述金屬導(dǎo)線(xiàn)之間；所述金屬導(dǎo)線(xiàn)設(shè)置在 下層金屬層中，所述上電極與上電極引出導(dǎo)線(xiàn)相連，上電極引出導(dǎo)線(xiàn)位于上層金屬層中。在所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器中，金屬插塞為銅導(dǎo)線(xiàn)，該雙阻金屬氧化層為無(wú)定形 的氧化銅。在所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器中，該上電極為氮化鈦或氮化鉭電極，其厚度范圍為 200 至 500 埃。在所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器中，該金屬前介質(zhì)層與該第一金屬層間均通過(guò)層間介 質(zhì)層隔離。在所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器中，該層間介質(zhì)層具有上電極容置凹槽和雙阻金屬氧 化層容置凹槽，該上電極設(shè)置在上電極容置凹槽中，該雙阻金屬氧化層設(shè)置在雙阻金屬氧 化層容置凹槽中。與現(xiàn)有技術(shù)中雙阻金屬氧化層或下電極會(huì)暴露在灰化工藝的氧等離子體中，從而 使雙阻金屬氧化層成分或厚度難以控制進(jìn)而造成非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器質(zhì)量的退化相比，本 發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器制造方法采用了硬掩模層，從而避免了光刻膠灰化工藝中氧等 離子體對(duì)雙阻金屬氧化層的不良影響，如此可提高非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的質(zhì)量。與現(xiàn)有技術(shù)中非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器制程與半導(dǎo)體器件制程不兼容相比，本發(fā)明的 下電極為設(shè)置在金屬前介質(zhì)層中的金屬插塞或設(shè)置在下層金屬層中的金屬導(dǎo)線(xiàn)，該上電極 與第一金屬層或上層金屬層中的上電極引出導(dǎo)線(xiàn)相連，另外上電極引出導(dǎo)線(xiàn)相連可與半導(dǎo) 體器件的互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)同時(shí)制造，從而提高了非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的制造效率及其與半導(dǎo)體器 件的兼容性，降低了其制造成本，簡(jiǎn)化了制造過(guò)程。


本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器及其制造方法由以下的實(shí)施例及附圖給出。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的剖視圖；圖2為本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的第一實(shí)施例的剖視圖3為本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的第二實(shí)施例的剖視圖；圖4為本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的第三實(shí)施例的剖視圖；圖5為本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的第四實(shí)施例的剖視圖；圖6為本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器制造方法第一實(shí)施例的流程圖；圖7和圖8分別為進(jìn)行圖6中步驟S60前后半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖9至圖18分別為完成圖6中步驟S61至S 70后半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖19為本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器制造方法的第二實(shí)施例的流程圖；圖20和圖21分別為完成圖19中步驟S84和S85后半導(dǎo)體器件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下將對(duì)本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器及其制造方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見(jiàn)圖2，其顯示了本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器(RRAM)的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)， 如圖所示，所述RRAM設(shè)置在半導(dǎo)體器件的金屬前介質(zhì)層30與第一金屬層31間，其包括上 電極20、下電極21和夾設(shè)在兩者間的雙阻金屬氧化層22，所述下電極21為設(shè)置在金屬前 介質(zhì)層30中的金屬插塞，所述上電極20與第一金屬層31中的上電極引出導(dǎo)線(xiàn)310相連， 所述金屬前介質(zhì)層30中還設(shè)置有與半導(dǎo)體器件相連的金屬插塞300，所述半導(dǎo)體器件的第 一金屬層31設(shè)置有與所述金屬插塞300相連的上層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)311。在本實(shí)施例中，上電極 為厚度范圍為200至500埃的氮化鈦電極，金屬插塞均為鎢插塞，相應(yīng)地所述雙阻金屬氧化 層41為無(wú)定形的氧化鎢。參見(jiàn)圖3，其顯示了本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，如圖所 示，所述RRAM設(shè)置在半導(dǎo)體器件的下層金屬層50和上層金屬層51間，其包括上電極40、下 電極41和夾設(shè)在兩者間的雙阻金屬氧化層42，所述下電極41為設(shè)置在下層金屬層50中的 金屬導(dǎo)線(xiàn)，所述上電極40與上層金屬層51中的上電極引出導(dǎo)線(xiàn)510相連，所述下層金屬層 50中還設(shè)置有與半導(dǎo)體器件相連的下層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)500，所述上層金屬層51中設(shè)置有與下層 互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)500相連的上層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)511。在本實(shí)施例中，所述下層金屬層50為第一層金屬， 所述上層金屬層51為第二金屬層，所述上電極40為厚度范圍為200至500埃的氮化鉭電 極，所述金屬導(dǎo)線(xiàn)為銅導(dǎo)線(xiàn)，相應(yīng)地所述雙阻金屬氧化層41為屬于無(wú)定形氧化銅的氧化亞 銅。圖2中的金屬前介質(zhì)層30與所述第一金屬層31間以及圖3中的所述下層金屬層 50與上層金屬層51間均通過(guò)層間介質(zhì)層32隔離，所述層間介質(zhì)層32通常為氮化硅，參照 后續(xù)敘述可知，其并非通過(guò)一個(gè)沉積步驟一次形成。在本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例中，所述層間介質(zhì)層32中具有上電極容置凹槽和 雙阻金屬氧化層容置凹槽(未圖示)，所述上電極容置凹槽和雙阻金屬氧化層容置凹槽均 為柱狀槽，所述上電極20、40和雙阻金屬氧化層22、42分別設(shè)置在上電極容置凹槽和雙阻 金屬氧化層容置凹槽中，且其均為柱體。參見(jiàn)圖4，其顯示了本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例 中與第二實(shí)施例的不同之處在于，層間介質(zhì)層32僅具有上電極容置凹槽(未圖示)，上電極 40設(shè)置在所述上電極容置凹槽中，雙阻金屬氧化層42位于所述隔離介質(zhì)層32下且設(shè)置在 所述下電極41上。
參見(jiàn)圖5，其顯示了本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例 中與第二實(shí)施例的不同之處在于，本實(shí)施例中的上電極40和雙阻金屬氧化層42分別為T(mén) 形柱體和U形柱體，所述上電極容置凹槽和雙阻金屬氧化層容置凹槽分別為與該T形柱體 和U形柱體相匹配的凹槽。另需說(shuō)明的是，本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的第一實(shí)施例中中的雙阻金屬氧化 層22和第二實(shí)施例中的雙阻金屬氧化層42均通過(guò)熱氧化工藝或氧等離子體氧化工藝制 成，第三實(shí)施例中的雙阻金屬氧化層42通過(guò)離子注入工藝制成，本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存 儲(chǔ)器的第四實(shí)施例中的雙阻金屬氧化層42通過(guò)物理氣相沉積工藝或化學(xué)氣相沉積工藝制 成。圖2至圖5所示的本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的第一至第四實(shí)施例均將RRAM 集成在了半導(dǎo)體器件的互聯(lián)金屬層中，如此，RRAM不僅可使用半導(dǎo)體器件的互聯(lián)金屬層間 的介質(zhì)來(lái)充當(dāng)其電極介質(zhì)，還可直接使用諸如金屬插塞和金屬導(dǎo)線(xiàn)來(lái)充當(dāng)其下電極，如此 將會(huì)大大降低RRAM的成本；另外上電極引出導(dǎo)線(xiàn)310可與上層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)311同時(shí)制作，上 電極引出導(dǎo)線(xiàn)510可與上層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)511同時(shí)制作，如此可進(jìn)一步提高RRAM與半導(dǎo)體器件 制造過(guò)程的兼容性；再者上電極的厚度范圍僅為200至500埃，如此非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器可 方便的集成在半導(dǎo)體器件的互聯(lián)金屬層中；再者可自由選擇上電極的材料，方便通過(guò)選擇 更佳的上電極材料來(lái)優(yōu)化RRAM的性能。以下將詳述本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的制造方法的第一和第二實(shí)施例，所述 RRAM制造方法的第一和第二實(shí)施例均以RRAM制造在第一金屬層上為例進(jìn)行說(shuō)明，在本發(fā) 明的RRAM制造方法的其他實(shí)施例中，所述RRAM制造在金屬前介質(zhì)層上。參見(jiàn)圖6，本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的制造方法的第一實(shí)施例首先進(jìn)行步驟 S60，在第一金屬層上沉積隔離介質(zhì)層。在本實(shí)施例中，所述隔離介質(zhì)層為氮化硅。參見(jiàn)圖7和圖8，其分別顯示了進(jìn)行步驟S60前后的半導(dǎo)體器件的剖視圖，如圖所 示，所述下電極41為第一金屬層50中的金屬導(dǎo)線(xiàn)，隔離介質(zhì)層60沉積在所述第一金屬層 50上，其厚度范圍為200至500埃。所述第一金屬層50中還設(shè)置有與半導(dǎo)體器件相連的下 層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)500。接著繼續(xù)步驟S61，在隔離介質(zhì)層上沉積硬掩模層。在本實(shí)施例中，所述硬掩模層 為通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝生成的氧化硅。參見(jiàn)圖9，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖8，圖9顯示了完成步驟S61后的半導(dǎo)體器件的剖視 圖，如圖所示，所述硬掩模層61沉積在隔離介質(zhì)層60上，其厚度范圍為200至500埃。接著繼續(xù)步驟S62，涂布光刻膠并光刻出雙阻金屬氧化層圖形。參見(jiàn)圖10，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖9，圖10顯示了完成步驟S62后的半導(dǎo)體器件的剖 視圖，如圖所示，光刻膠62沉積在所述硬掩模層61上，光刻膠62上承載有雙阻金屬氧化層 圖形420。接著繼續(xù)步驟S63，進(jìn)行刻蝕工藝以在硬掩模層上形成雙阻金屬氧化層圖形。參見(jiàn)圖11，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖10，圖11顯示了完成步驟S63后的半導(dǎo)體器件的剖 視圖，如圖所示，光刻膠62和硬掩模層61上均具有雙阻金屬氧化層圖形420。接著繼續(xù)步驟S64，去除光刻膠并在硬掩模層的遮蔽下進(jìn)行刻蝕工藝以在隔離介 質(zhì)層上形成雙阻金屬氧化層容置凹槽，在此使用硬掩模在隔離介質(zhì)層上刻蝕形成雙阻金屬氧化層容置凹槽，是為了避免了使用光刻膠做掩模進(jìn)行刻蝕后，還需要通過(guò)灰化工藝來(lái)去 除光刻膠，灰化工藝所使用的氧等離子體會(huì)在下電極表面形成無(wú)法控制其性能的二元電阻 金屬氧化物，從而影響后續(xù)步驟在下電極上所制作的雙阻金屬氧化層的質(zhì)量。參見(jiàn)圖12，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖11，圖12顯示了完成步驟S64后的半導(dǎo)體器件的剖 視圖，如圖所示，硬掩模層61因步驟S64中的刻蝕工藝而被全部去除，隔離介質(zhì)層60上形 成了雙阻金屬氧化層容置凹槽421。接著繼續(xù)步驟S65，在雙阻金屬氧化層容置凹槽中制作雙阻金屬氧化層，在此可通 過(guò)熱氧化工藝、化學(xué)氣相沉積工藝或氧等離子體氧化工藝在下電極上及雙阻金屬氧化層容 置凹槽中形成雙阻金屬氧化層。在本實(shí)施例中，雙阻金屬氧化層為氧化亞銅，其通過(guò)熱氧化 工藝制作，所述熱氧化工藝的氧化溫度范圍為150至300攝氏度。參見(jiàn)圖13，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖12，圖13顯示了完成步驟S65后的半導(dǎo)體器件的剖 視圖，如圖所示，雙阻金屬氧化層42完全設(shè)置在雙阻金屬氧化層凹槽421中。接著繼續(xù)步驟S66，沉積上電極金屬層并進(jìn)行光刻和刻蝕工藝形成上電極。在本實(shí) 施例中，通過(guò)物理氣相沉積工藝沉積所述上電極金屬層，通過(guò)干法刻蝕工藝刻蝕形成上電 極，所述上電極金屬層為厚度范圍為200至500埃的氮化鉭層，所述上電極為氮化鉭電極。參見(jiàn)圖14，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖13，圖14顯示了完成步驟S66后的半導(dǎo)體器件的剖 視圖，如圖所示，上電極40覆蓋在雙阻金屬氧化層42上，且其橫截面積大于雙阻金屬氧化 層42的橫截面。接著繼續(xù)步驟S67，沉積由上下層疊的氮氧化硅層、氟硅玻璃層和氮化硅層構(gòu)成的 層間介質(zhì)層。參見(jiàn)圖15，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖14，圖15顯示了完成步驟S67后的半導(dǎo)體器件的剖 視圖，如圖所示，層間介質(zhì)層63由氮氧化硅層630、氟硅玻璃層631和氮化硅層632上下層 疊而成，層間介質(zhì)層63覆蓋在隔離介質(zhì)層60和上電極40上。接著繼續(xù)步驟S68，通過(guò)光刻和刻蝕工藝以在氮氧化硅和氟硅玻璃上形成上電極 引出導(dǎo)線(xiàn)槽和半導(dǎo)體器件的互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)槽。參見(jiàn)圖16，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖15，圖16顯示了完成步驟S68后的半導(dǎo)體器件的剖 視圖，如圖所示，氮氧化硅層630和氟硅玻璃層631上具有上電極引出導(dǎo)線(xiàn)槽64和半導(dǎo)體 器件的互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)槽65，所述上電極引出導(dǎo)線(xiàn)槽64和互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)槽65均為雙鑲嵌工藝所需的 雙鑲嵌槽。接著繼續(xù)步驟S69，進(jìn)行刻蝕工藝去除氮化硅以露出所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的 上電極和半導(dǎo)體器件的下層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)，與此同時(shí)，層間介質(zhì)層的氮氧化硅層也被部分或全 部去除。參見(jiàn)圖17，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖16，圖17顯示了完成步驟S69后的半導(dǎo)體器件的剖 視圖，如圖所示，層間介質(zhì)層63的氮氧化硅層630被全部去除，所述上電極引出導(dǎo)線(xiàn)槽64 和半導(dǎo)體器件的互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)槽65被加深且分別通至上電極40和下層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)500。接著繼續(xù)步驟S70，通過(guò)銅導(dǎo)線(xiàn)鑲嵌工藝和化學(xué)機(jī)械拋光工藝形成上電極引出導(dǎo) 線(xiàn)和半導(dǎo)體器件上層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)。參見(jiàn)圖18，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖17，圖18顯示了完成步驟S 70后的半導(dǎo)體器件的 剖視圖，如圖所示，上電極引出導(dǎo)線(xiàn)510和上層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)511分別設(shè)置在上電極引出導(dǎo)線(xiàn)槽和互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)槽(未圖示)中，且分別與上電極40和下層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)500相連。參見(jiàn)圖19，本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的制造方法的第二實(shí)施例首先進(jìn)行步驟 S80，在第一金屬層上沉積隔離介質(zhì)層。在本實(shí)施例中，所述隔離介質(zhì)層為氮化硅。接著繼續(xù)步驟S81，在隔離介質(zhì)層上沉積硬掩模層。在本實(shí)施例中，所述硬掩模層 為通過(guò)化學(xué)氣相沉積生成的氧化硅。接著繼續(xù)步驟S82，涂布光刻膠并光刻出雙阻金屬氧化層圖形。接著繼續(xù)步驟S83，進(jìn)行刻蝕工藝以在硬掩模層上形成雙阻金屬氧化層圖形。完成步驟S80至S83后半導(dǎo)體器件的剖視圖分別如圖8至圖11所示。接著繼續(xù)步驟S84，進(jìn)行離子注入工藝以在下電極上形成雙阻金屬氧化層。在本實(shí) 施例中，所述離子注入工藝為氧離子注入工藝。參見(jiàn)圖20，結(jié)合參見(jiàn)圖7至圖11，圖20顯示了完成步驟S84后的半導(dǎo)體器件的剖 視圖，如圖所示，通過(guò)離子注入工藝形成的雙阻金屬氧化層52在隔離介質(zhì)層60下，且設(shè)置 在下電極51上。接著繼續(xù)步驟S85，去除光刻膠并在硬掩模層的遮蔽下進(jìn)行刻蝕工藝以在隔離介 質(zhì)層上形成上電極容置凹槽。在本實(shí)施例中，去除光刻膠后還可進(jìn)行溫度不超過(guò)400攝氏 度的熱處理來(lái)穩(wěn)定所形成的雙阻金屬氧化層，隨后再在硬掩模層的遮蔽下進(jìn)行刻蝕工藝以 在隔離介質(zhì)層上形成上電極容置凹槽。參見(jiàn)圖21，其顯示了完成步驟S85后的半導(dǎo)體器件的剖視圖，如圖所示，隔離介質(zhì) 層60上形成了上電極容置凹槽400。接著繼續(xù)步驟S86，沉積上電極金屬層并進(jìn)行光刻和刻蝕工藝形成上電極。在本實(shí) 施例中，通過(guò)物理氣相沉積工藝沉積所述上電極金屬層，通過(guò)干法刻蝕工藝形成上電極，所 述上電極金屬層為氮化鉭層，相應(yīng)地所述上電極為氮化鉭電極。接著繼續(xù)步驟S87，沉積由上下層疊的氮氧化硅、氟硅玻璃和氮化硅構(gòu)成的層間介 質(zhì)層。接著繼續(xù)步驟S88，進(jìn)行光刻和刻蝕工藝以在氮氧化硅和氟硅玻璃上形成上電極 引出導(dǎo)線(xiàn)槽和半導(dǎo)體器件的互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)槽。接著繼續(xù)步驟S89，進(jìn)行刻蝕工藝去除氮化硅以露出所述非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器的 上電極和半導(dǎo)體器件的金屬插塞或下層互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)。接著繼續(xù)步驟S90，通過(guò)銅導(dǎo)線(xiàn)鑲嵌工藝形成上電極引出導(dǎo)線(xiàn)和半導(dǎo)體器件上層 互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)。完成步驟S86至S90后半導(dǎo)體器件的剖視圖可分別參見(jiàn)圖14至圖18，其與圖14 至圖18的不同之處在于，完成步驟S86至S90后半導(dǎo)體器件的剖視圖中的雙阻金屬氧化層 51如圖20所示，其設(shè)置在隔離介質(zhì)層60下，而圖14至圖18中的雙阻金屬氧化層51隔離 介質(zhì)層60和硬掩模層61的雙阻金屬氧化層圖形420中。需說(shuō)明的是，本發(fā)明所述金屬層在現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝中可以包含多層金屬膜，如銅 互聯(lián)工藝中的一金屬層由氮化鉭/鉭/銅(TaN/Ta/Cu)構(gòu)成。綜上所述，本發(fā)明的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器制造方法采用了硬掩模層，從而避免了 光刻膠灰化工藝中氧等離子對(duì)雙阻金屬氧化層的不良影響，如此可提高非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ) 器的質(zhì)量；另外本發(fā)明的下電極為設(shè)置在金屬前介質(zhì)層中的金屬插塞或設(shè)置在下層金屬層中的金屬導(dǎo)線(xiàn)，所述上電極與第一金屬層或上層金屬層中的上電極引出導(dǎo)線(xiàn)相連，另外上 電極引出導(dǎo)線(xiàn)相連可與半導(dǎo)體器件的互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)同時(shí)制造，從而提高了非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器 的制造效率及其與半導(dǎo)體器件的兼容性，降低了其制造成本，簡(jiǎn)化了制造過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，所述存儲(chǔ)器由上電極、金屬插塞以及雙阻金 屬氧化層組成，所述雙阻金屬氧化層位于所述上電極和所述金屬插塞之間；所述金屬插塞 設(shè)置在金屬前介質(zhì)層中，所述上電極與上電極引出導(dǎo)線(xiàn)相連，上電極引出導(dǎo)線(xiàn)位于第一金 屬層中。
2.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，金屬插塞為鎢插塞，該雙阻 金屬氧化層為無(wú)定形的氧化鎢。
3.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，該上電極為氮化鈦或氮化 鉭電極，其厚度范圍為200至500埃。
4.如權(quán)利要求1所述的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，該金屬前介質(zhì)層與該第一 金屬層間均通過(guò)層間介質(zhì)層隔離。
5.如權(quán)利要求4所述的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，該層間介質(zhì)層具有上電極 容置凹槽和雙阻金屬氧化層容置凹槽，該上電極設(shè)置在上電極容置凹槽中，該雙阻金屬氧 化層設(shè)置在雙阻金屬氧化層容置凹槽中。
6.一種非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，所述存儲(chǔ)器由上電極、金屬導(dǎo)線(xiàn)以及雙阻金 屬氧化層組成，所述雙阻金屬氧化層位于所述上電極和所述金屬導(dǎo)線(xiàn)之間；所述金屬導(dǎo)線(xiàn) 設(shè)置在下層金屬層中，所述上電極與上電極引出導(dǎo)線(xiàn)相連，上電極引出導(dǎo)線(xiàn)位于上層金屬 層中。
7.如權(quán)利要求6所述的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，金屬插塞為銅導(dǎo)線(xiàn)，該雙阻 金屬氧化層為無(wú)定形的氧化銅。
8.如權(quán)利要求6所述的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，該上電極為氮化鈦或氮化 鉭電極，其厚度范圍為200至500埃。
9.如權(quán)利要求6所述的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，該金屬前介質(zhì)層與該第一 金屬層間均通過(guò)層間介質(zhì)層隔離。
10.如權(quán)利要求9所述的非揮發(fā)性阻抗存儲(chǔ)器，其特征在于，該層間介質(zhì)層具有上電極 容置凹槽和雙阻金屬氧化層容置凹槽，該上電極設(shè)置在上電極容置凹槽中，該雙阻金屬氧 化層設(shè)置在雙阻金屬氧化層容置凹槽中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種RRAM及其制造方法，該RRAM包括上下電極和夾設(shè)在兩者間的雙阻金屬氧化層?，F(xiàn)有技術(shù)中RRAM制程并未穿插在半導(dǎo)體器件的制程中，從而使其制造過(guò)程復(fù)雜且效率低下，另外在RRAM制程中雙阻金屬氧化層或下電極會(huì)暴露在灰化工藝的氧等離子體中，從而造成雙阻金屬氧化層成分或厚度難以控制進(jìn)而造成RRAM質(zhì)量的退化。本發(fā)明的RRAM的下電極為金屬插塞或設(shè)置在下層金屬層中的金屬導(dǎo)線(xiàn)，上電極與第一或上層金屬層中的上電極引出導(dǎo)線(xiàn)相連，本發(fā)明的RRAM制造方法將RRAM制程穿插在半導(dǎo)體器件的制程中，并使用了硬掩模層從而避免將雙阻金屬氧化層或下電極暴露在灰化工藝的氧等離子體中。本發(fā)明可提高RRAM的質(zhì)量和制造效率，并簡(jiǎn)化制造過(guò)程且降低制造成本。
文檔編號(hào)H01L21/82GK102082160SQ201010264458
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者吳佳特, 季明華, 林殷茵, 蔡建祥, 鮑震雷 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司