[發(fā)明專利]一種自對準形成上電極的WOx電阻存儲器及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710045938.5
• 申請日: 2007-09-13
• 公開（公告）號: CN101159284A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林殷茵;呂杭炳;唐立;尹明;宋雅麗;陳邦明
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L45/00;H01L21/82
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體提供一種以自對準形成上電極的WOx電阻存儲器及其制造方法。

背景技術(shù)

存儲器在半導(dǎo)體市場中占有重要的地位，由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，不揮發(fā)存儲器在整個存儲器市場中的份額也越來越大。最近不揮發(fā)電阻存儲器件(Resistive?SwitchingMemory)因為其高密度、低成本、可突破技術(shù)代發(fā)展限制的特點引起高度關(guān)注。電阻存儲器利用存儲介質(zhì)的電阻在電信號作用下、在高阻和低阻間可逆轉(zhuǎn)換的特性來存儲信號，存儲介質(zhì)可以有很多種，包括二元或多元金屬氧化物，甚至有機化合物，其中，二元金屬氧化物由于其結(jié)構(gòu)簡單，速度快，功耗低，與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容性強，而受到高度關(guān)注。

WO_x(1＜x≤3)作為二元金屬氧化物的一種，與Al互連工藝完美兼容，無需引入新材料，而且可以在鎢塞上自對準形成WO_x存儲介質(zhì)，成本優(yōu)勢明顯^[1]。

圖1是目前報道的基于WO_x的‘金屬/介質(zhì)/金屬’電阻存儲器結(jié)構(gòu)^[1]。WO_x存儲介質(zhì)401自對準形成于鎢栓塞202的頂端，W栓塞作為下電極，上層互連線801a作為存儲器上電極。在實際應(yīng)用中，邏輯電路單元的鎢栓塞201上不能形成WO_x，在制備存儲器單元的同時，邏輯電路單元需要遮避起來，確保201不被氧化。因此，在圖1所示結(jié)構(gòu)中，存儲器單元與邏輯電路單元需要分開制作，增加額外的光刻步驟制備上電極，從而增加工藝的復(fù)雜度和成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以自對準形成上電極的WO_x電阻存儲器及其制造方法，以降低工藝的復(fù)雜度及成本。

本發(fā)明在制作所述的電阻存儲器時，在形成的WO_x存儲介質(zhì)上，通過自對準形成金屬上電極，保證WO_x存儲介質(zhì)免受后續(xù)工藝步驟傷害，而且無需為制作上電極圖形增加掩膜和光刻步驟，從而提高存儲性能的可靠性和降低工藝成本。

本發(fā)明所述的WO_x電阻存儲器，包括：下電極，為鋁互連工藝中形成的鎢栓塞；WO_x存儲介質(zhì)，在鎢栓塞上方氧化形成；上電極，在形成WO_x存儲介質(zhì)后，以自對準方式形成于WO_x存儲介質(zhì)之上。

所述WO_x電阻存儲器中，還可以包括，形成于WO_x存儲介質(zhì)和上電極之間的介質(zhì)層。

本發(fā)明所述的WO_x電阻存儲器的制造方法，上電極通過自對準形成于存儲介質(zhì)之上，同時又作為存儲介質(zhì)的保護層使之免受后續(xù)工藝步驟傷害，具體步驟包括：

在前端工藝結(jié)束后，形成鎢栓塞；

在鎢栓塞上沉積一介質(zhì)層；

在介質(zhì)層中需要形成存儲器的位置制作出孔洞，不需要制作存儲器的位置由介質(zhì)層保護；

以介質(zhì)層為掩模將位于所述孔洞中的鎢栓塞氧化形成WO_x存儲介質(zhì)，其氧化方法是等離子氧化方法或熱氧化方法，1＜x≤3；

采用自對準方式在所述孔洞中填充上電極金屬材料；

采用化學(xué)機械拋光方法磨除多余的上電極材料，形成上電極于所述的介質(zhì)層孔洞中；

以上電極為掩膜，回刻蝕介質(zhì)層，停止于不需要制作存儲器位置的鎢栓塞；

接下來采用常規(guī)的鋁互連工藝進行后續(xù)步驟，沉積阻擋層、Al、上阻擋層、抗反射層，光刻、刻蝕完成引線制作。

所述WO_x電阻存儲器的制造方法，還包括：

自對準方式在孔洞中填充上電極金屬材料之前，同樣采用自對準方式在孔洞表面沉積覆蓋一層介質(zhì)層。

所述WO_x電阻存儲器的制造方法，可以重復(fù)實現(xiàn)于鋁互連的不同層的鎢栓塞上。

在本發(fā)明過程中，上電極是以自對準方式形成于存儲介質(zhì)上，因此無需為制作上電極圖形而采取曝光步驟或增加掩膜版，工藝簡單，同時在后續(xù)的工藝過程中，以金屬上電極作為存儲介質(zhì)的保護層，使得工藝步驟不會直接作用于存儲介質(zhì)上，保證器件可靠性。

本發(fā)明所述的制作方法，可用于形成于不同的互連層的鎢栓塞上，形成三維堆疊結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為常規(guī)WO_x的‘金屬/介質(zhì)/金屬’電阻存儲器結(jié)構(gòu)圖。

圖2為前端工藝結(jié)束后，形成鎢栓塞的橫截面圖。

圖3為沉積犧牲介質(zhì)層后橫截面圖。

圖4為光刻形成存儲單元的橫截面圖。