[发明专利]薄膜电极制造方法、薄膜电极及存储器

说明书

本发明公开了一种薄膜电极制造方法、薄膜电极及存储器。薄膜电极制造方法包括：在工艺开始后的第一时长，通入惰性气体轰击预设金属靶材，以在基板表面形成预设金属单质膜层；在第一时长后的第二时长，通入反应气体和惰性气体的混合气体，其中，在通入混合气体的过程中，逐渐减小惰性气体的流量，同时逐渐增大反应气体的流量，以在预设金属单质膜层上形成预设金属单质和预设金属与反应气体的化合物的混合过渡膜层；在第二时长后的第三时长，继续通入反应气体，同时停止输入惰性气体，以在混合过渡膜层上形成预设金属和反应气体的化合物膜层。实现改善金属单质膜层与化合物膜层之间的接触特性，提高电极性能。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，更具体地，涉及一种薄膜电极制造方法、薄膜电极及存储器。

背景技术

非易失性存储器是半导体工业界最重要的元器件之一，从各种移动终端到超级计算机，都需要使用非易失性存储器来存储数据，闪存(flash memory)是生活中最常见也是使用最广泛的一类非易失性存储器。近些年，科学家们又相继开发出了铁电存储器(FeRAM)、相变存储器(PCRAM)和阻变存储器(ReRAM)等新型非易失性存储器，部分产品已经投入商业使用。这类新兴的非易失性存储器，其基本结构单元都是一个“三明治”结构，如图1所示，从下至上分别为底电极、存储层和顶电极，两端电极通常为金属或其它导电薄膜，存储层可分为铁电材料、相变材料和阻变材料，这些材料的某些特性会随着外加的脉冲信号而发生转变，这种转变不仅是可逆的，而且是稳定的，转变的初始值和终止值可以分别对应数据存储状态的“0”和“1”，这样便可以实现对信息的存储。

研究表明，顶电极和底电极对存储层材料的性能有显著影响，进而决定整个器件的存储能力，现有电极普遍采用单层结构或者双层结构，单层结构电极通常选用Au、Pt、Pd及Ag等惰性金属，双层结构电极通常选用Ti-TiN、Ti-TaN及Ti-AlCu等搭配方式，单层结构电极所用金属大多为贵金属，成本高昂，因此双层结构电极受到越来越多的青睐，同时，Ti-TiN薄膜具有较低的电阻率、良好的热稳定性，且与CMOS工艺兼容等特性，逐渐成为存储器电极材料的首选。目前制备Ti-TiN双层结构电极普遍采用物理气相沉积(PVD)的方式制备一层Ti膜层，然后用化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)的方式来制备上层的TiN薄膜，因CVD与ALD均为高温高压工艺，在形成TiN薄膜过程中，不可避免的会引起Ti膜层的改性或变质，在Ti膜层与TiN膜层的接触界面上会形成一层富含C、H、O等杂质的金属膜层，这个膜层的形成会严重降低电极的电学性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种薄膜电极制造方法、薄膜电极及存储器，实现改善金属单质膜层与化合物膜层之间的接触特性，提高电极性能，并简化工艺流程。

为实现上述目的，本发明提出了一种薄膜电极制造方法，包括：

在工艺开始后的第一时长，通入惰性气体轰击预设金属靶材，以在基板表面形成预设金属单质膜层；

在所述第一时长后的第二时长，通入反应气体和所述惰性气体的混合气体，其中，在通入所述混合气体的过程中，逐渐减小所述惰性气体的流量，同时逐渐增大所述反应气体的流量，以在所述预设金属单质膜层上形成预设金属单质和预设金属与所述反应气体的化合物的混合过渡膜层；

在所述第二时长后的第三时长，继续通入所述反应气体，同时停止输入所述惰性气体，以在所述混合过渡膜层上形成所述预设金属和所述反应气体的化合物膜层。

可选地，所述方法还包括：

将所述基板传入处于真空态的工艺腔室，并加热至第一预设温度；

将所述惰性气体按照预设流量通入所述工艺腔室，并调整排气量将所述工艺腔室的压力控制在第一预设压力范围内；

对所述靶材施加第一直流功率，并对所述基板施加第二射频功率，以开始工艺。