[发明专利]制作工艺、半导体存储器件及半导体工艺设备

说明书

本发明公开一种半导体存储器件的制作工艺、半导体存储器件及半导体工艺设备，该制作工艺包括：S100、在晶圆上溅射沉积底电极薄膜；S200、在底电极薄膜上溅射沉积一定厚度的富氧状态的阻变薄膜；S300、对富氧状态的阻变薄膜的预设厚度的部分进行还原，以使阻变薄膜的预设厚度的部分由富氧状态变为缺氧状态；其中，富氧状态的氧元素的含量大于缺氧状态的氧元素的含量；S400、循环执行步骤S200和S300，依次沉积多层所述阻变薄膜，直至多层阻变薄膜的总厚度达到第一厚度，以形成阻变层；S500、在所述阻变层上溅射沉积顶电极薄膜。上述方案能够解决半导体存储器件的性能较差的问题。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体存储器件的制作工艺、半导体存储器件及半导体工艺设备。

背景技术

随着半导体工艺的高速发展，半导体存储器件的尺寸越来越小，且储存容量越来越大。但是随着器件集成度的提高，传统Flash存储器难以满足工艺需求。而阻变存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)以存储单元结构简单、工作速度快、功耗低、信息保持稳定、具有非易失性以及与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)工艺兼容等优势受到广泛关注。

阻变存储器包括衬底、底电极、阻变薄膜和顶电极，底电极沉积在衬底上，阻变薄膜位于底电极和顶电极之间。当在两个电极之间加适当的电压会使得阻变薄膜在两个稳定的电阻态转换。

阻变薄膜通常为金属氧化物，例如，钽的氧化物、稼的氧化物等。相关技术中，通过磁控溅射腔室制备阻变薄膜。以阻变薄膜的材料为钽的氧化物为例，磁控溅射腔室的靶材可以为钽靶材。磁控溅射腔室在工艺过程中，通入氧气，氧气中的氧原子与靶材的钽原子结合，从而在底电极的表面沉积氧化钽薄膜。阻变薄膜通常为缺氧状态，缺氧状态是指氧化钽薄膜中具有氧空位，从而保证氧化钽薄膜的电阻率。

然而，磁控溅射腔室在工艺过程中，为了得到缺氧状态的氧化钽薄膜，通常通入氧气的流量需要极其精确。由于氧气流量的变化，造成靶材表面的氧化程度不同。例如，氧气流量大的区域钽靶材被全部氧化，氧气流量小的区域钽靶材未被氧化或未被全部氧化，从而造成阻变薄膜的各区域的氧元素与钽元素的化学计量比不同，从而造成阻变薄膜各区域元素的分布不均匀，致使阻变薄膜的电阻率的均匀性较差，进而使得半导体存储器件的性能较差。

发明内容

本发明公开一种半导体存储器件的制作工艺、半导体存储器件及半导体工艺设备，以解决半导体存储器件的性能较差问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种半导体存储器件的制作工艺，所述制作工艺包括：

S100、在晶圆上溅射沉积底电极薄膜；

S200、在所述底电极薄膜上溅射沉积第一厚度的富氧状态的阻变薄膜；

S300、对所述阻变薄膜的预设厚度的部分进行还原，以使所述阻变薄膜的预设厚度的部分由所述富氧状态变为缺氧状态；其中，所述富氧状态的氧元素的含量大于所述缺氧状态的氧元素的含量；

S400、循环执行步骤S200和S300，依次沉积多层所述阻变薄膜，直至多层所述阻变薄膜的总厚度达到第一厚度，以形成阻变层；

S500、在所述阻变层上溅射沉积顶电极薄膜。

一种半导体存储器件，所述的半导体存储器件采用上述的制作工艺制作。

一种半导体工艺设备，包括薄膜溅射腔室、半导体还原腔室、底电极溅射腔室和顶电极溅射腔室；