電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制作方法，特別是關(guān)于一種電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和MP3隨身聽等消費(fèi)性電子產(chǎn)品逐漸流行，使得非揮發(fā)性存儲(chǔ)器需求量大增。目前市場(chǎng)上的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器仍以快閃式存儲(chǔ)器(Flash Memory)為主流，但其有操作電壓大、操作速度慢、數(shù)據(jù)保存性差等缺點(diǎn)，限制快閃式存儲(chǔ)器未來的發(fā)展。
[0003]目前已有許多新式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器材料和裝置正被積極研發(fā)中，包括磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)、相變化存儲(chǔ)器(OUM)和電阻式存儲(chǔ)器(RRAM)等。其中電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器具有功率消耗低、操作電壓低、寫入抹除時(shí)間短、耐久度長(zhǎng)、記憶時(shí)間長(zhǎng)、非破壞性讀取、多狀態(tài)記憶、裝置工藝簡(jiǎn)單及可微縮性等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]根據(jù)上述，業(yè)界需要一電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置及相關(guān)制作方法，可解決制造工藝相關(guān)的問題，以得到較佳的可靠度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置及其制作方法，以解決上述電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)裝置的相關(guān)工藝問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案包括:提供一種電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置的制造方法，包括:提供一基底，其中基底上包括一下電極層、一電阻轉(zhuǎn)換層、一上電極層和一第一罩幕；形成一層間介電層于基底上方；形成一第二罩幕于層間介電層上；利用第二罩幕作為蝕刻罩幕，蝕刻層間介電層，以形成一開口，其暴露第一罩幕；形成一間隙壁層于開口的底部和側(cè)壁上；移除開口底部上的部分間隙壁層；進(jìn)行一等向性蝕刻工藝，移除開口中的第一罩眷。
[0007]本發(fā)明提供一種電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置，包括:一基底；一下電極層、一電阻轉(zhuǎn)換層和一上電極層，位于基底上；一第一罩幕，位于上電極層上；一層間介電層，位于第一罩幕和基底上；一開口，貫穿層間介電層和第一罩幕，暴露上電極層；一間隙壁，位于開口中，且在第一罩幕上方的部分開口側(cè)壁上；及一導(dǎo)電插塞，位于開口中。
[0008]通過本發(fā)明可以解決電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)裝置的制造工藝相關(guān)的問題，獲得較佳的可靠度。
【附圖說明】
[0009]圖1A?圖1D揭示一電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制作中間階段的剖面圖。
[0010]圖2顯示上述圖1A?圖1D電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的電流電壓曲線圖。
[0011]圖3A?圖3D描述一電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置的制作中間階段的剖面圖。
[0012]圖4顯示圖1A?圖1D電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置和圖3A?3D電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置累積分布函數(shù)和漏電流的關(guān)系圖。
[0013]圖5顯示一電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置的制作中間階段的剖面圖。
[0014]圖6A?圖6G顯示本發(fā)明一實(shí)施例電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置制作中間階段的剖面圖。
[0015]主要元件標(biāo)號(hào)說明
[0016]102?基底104?下電極層
[0017]106?電阻轉(zhuǎn)態(tài)層 108?上電極層
[0018]110?第一罩幕112?阻障層
[0019]114?層間介電層116?第二罩幕
[0020]118?開口120?襯層
[0021]122?導(dǎo)電插塞302?基底
[0022]304?下電極層306?電阻轉(zhuǎn)態(tài)層
[0023]308?上電極層310?第一罩幕
[0024]312?阻障層314?層間介電層
[0025]316?第二罩幕318?開口
[0026]318’?開口319?間隙壁層
[0027]319’?間隙壁320?襯層
[0028]322?導(dǎo)電插塞
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下詳細(xì)討論實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例?？梢岳斫獾氖?，實(shí)施例提供許多可應(yīng)用的發(fā)明概念，其可以較廣的變化實(shí)施。所討論的特定實(shí)施例僅用來發(fā)明使用實(shí)施例的特定方法，而不用來限定發(fā)明的范疇。為讓本發(fā)明的特征能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下:
[0030]以下根據(jù)圖1A?圖1D揭示一電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置的制造方法。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D1A,提供一基底102,依序形成一下電極層104、一電阻轉(zhuǎn)態(tài)層106和一上電極層108于基底102上。接著,形成第一罩幕110于上電極層108上。以第一罩幕110作為一蝕刻罩幕，進(jìn)行一蝕刻工藝，圖案化下電極層104、電阻轉(zhuǎn)態(tài)層106和上電極層108。請(qǐng)參照?qǐng)D1B，順應(yīng)性地形成一阻障層112于基底102和第一罩幕110上，毯覆性地形成一層間介電層114于阻障層112上。請(qǐng)參照?qǐng)D1C，形成一第二罩幕116于層間介電層114上。后續(xù)，以第二罩幕116作為一蝕刻罩幕,進(jìn)行一干蝕刻(非等向性蝕刻)工藝，依序蝕刻層間介電層114、阻障層112和第一罩幕110，使開口 118暴露上電極層108。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1D，于上述開口118中形成一襯層120和導(dǎo)電插塞122，以提供上電極層108與外部的電路電性連接。
[0031]圖2顯示上述圖1A?圖1D電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的電流電壓曲線圖。如圖2所示，此電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器顯示不均勻的電流-電壓分布，其可能的原因?yàn)楦晌g刻工藝對(duì)上電極層造成損傷，使得電荷累積在下電極層、電阻轉(zhuǎn)態(tài)層和上電極層的結(jié)構(gòu)中，造成裝置可靠度的問題。
[0032]以下根據(jù)圖3A?圖3D描述一電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置的制造方法。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D3A,提供一基底302,依序形成一下電極層304、一電阻轉(zhuǎn)態(tài)層306和一上電極層308于基底302上。接著,形成氧化娃的第一罩幕310于上電極層308上。以第一罩幕310作為蝕刻罩幕，進(jìn)行一蝕刻工藝，圖案化下電極層304、電阻轉(zhuǎn)態(tài)層306和上電極層308。請(qǐng)參照?qǐng)D3B,順應(yīng)性地形成一阻障層312于基底302和第一罩幕310上,毪覆性地形成一層間介電層314于阻障層312上。請(qǐng)參照?qǐng)D3C，形成一第二罩幕316于層間介電層314上。后續(xù)，以第二罩幕316作為一蝕刻罩幕，進(jìn)行一干蝕刻(非等向性蝕刻)工藝，依序蝕刻層間介電層314和阻障層312以形成一開口 318，且使此干蝕刻工藝停止在第一罩幕310。后續(xù)，如圖3D所示，進(jìn)行一例如浸泡氫氟酸的濕蝕刻工藝，使開口 318暴露出上電極層。上述工藝由于采用濕蝕刻工藝移除第一罩幕310，因此，對(duì)于上電極層308的損傷較小。
[0033]圖4顯示以上圖1A?圖1D電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置和圖3A?3D電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置累積分布函數(shù)(cumulative distribut1n funct1n,簡(jiǎn)稱⑶F)和漏電流的關(guān)系圖。如圖4所示，圖3A?圖3D電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置相較于圖1A?ID電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置顯示較一致的漏電流分布，有較佳的可靠度。
[0034]然而，請(qǐng)參照?qǐng)D5，由于圖3A?圖3D電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置的制造方法在蝕刻第一罩幕310采用等向性的濕蝕刻工藝，因此很難控制開口 318’的輪廓和尺寸，而造成開口 318’的側(cè)向尺寸較預(yù)期的大，此現(xiàn)象特別是當(dāng)裝置尺寸微縮后，容易產(chǎn)生短路的問題。
[0035]為解決上述問題，本發(fā)明于一實(shí)施例提供一非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造方法，于開口中形成與層間介電層不同材料的間隙壁，藉以控制開口的側(cè)向尺寸，減少短路的問題。
[0036]以下根據(jù)圖6A?圖6G描述本發(fā)明一實(shí)施例電阻式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器裝置的制造方法。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D6A,提供一基底302,依序形成一下電極層304、一電阻轉(zhuǎn)態(tài)層306和一上電極層308于基底302上。
[0037]基底302上方可以形成任何所需的半導(dǎo)體裝置，例如晶體管、電阻、邏輯裝置等，不過此處為了簡(jiǎn)化圖式，僅以平整的基底302表示。在本發(fā)明的敘述中，“基底”一詞包括半導(dǎo)體晶圓上已形成的裝置與覆蓋在晶圓上的各種涂層；“基底表面”一詞包括半導(dǎo)體晶圓的所露出的最上層，例如硅晶圓表面、絕緣層、金屬導(dǎo)線等?；卓梢允墙^緣層上有硅基底、硅、砷化鎵、氮化鎵、應(yīng)變硅、硅鍺、碳化硅、鉆石