[發(fā)明專利]一種WOx基電阻型存儲(chǔ)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910046977.6
• 申請(qǐng)日: 2009-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN101826595A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林殷茵;周鵬;呂杭炳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00;H01L27/24;H01L21/82
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 包兆宜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及金屬氧化物不揮發(fā)存儲(chǔ)器技術(shù)，尤其涉及包括WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)的電阻型存儲(chǔ)器及其制造方法。

背景技術(shù)

存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體市場(chǎng)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(chǔ)器在整個(gè)存儲(chǔ)器市場(chǎng)中的份額也越來(lái)越大，其中90％以上的份額被FLASH占據(jù)。但是由于存儲(chǔ)電荷的要求，F(xiàn)LASH的浮柵不能隨技術(shù)代發(fā)展無(wú)限制減薄，有報(bào)道預(yù)測(cè)FLASH技術(shù)的極限在32nm左右，這就迫使人們尋找性能更為優(yōu)越的下一代不揮發(fā)存儲(chǔ)器。最近電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件(resistive?switching?memory)因?yàn)槠涓呙芏取⒌统杀尽⒖赏黄萍夹g(shù)代發(fā)展限制的特點(diǎn)引起高度關(guān)注，所使用的材料有相變材料、摻雜的SrZrO₃、鐵電材料PbZrTiO₃、鐵磁材料Pr_1-xCa_xMnO₃、二元金屬氧化物材料、有機(jī)材料等。

電阻型存儲(chǔ)器通過(guò)電信號(hào)的作用，使存儲(chǔ)介質(zhì)在高電阻狀態(tài)(HighResistance?State，HRS)和低電阻(Low?Resistance?State，LRS)狀態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。電阻型存儲(chǔ)器使用的存儲(chǔ)介質(zhì)材料可以是各種金屬氧化物材料，其中WOx(1＜x≤3)材料作為兩元金屬氧化物中的一種，因?yàn)殒u(W)在鋁互連工藝技術(shù)的鎢栓塞中廣泛應(yīng)用，WOx材料的可以在W栓塞上方經(jīng)過(guò)常規(guī)手段生成^[1]，如等離子體氧化、熱氧化等，成本低廉，而且可以隨多層互連線一起，實(shí)現(xiàn)三維堆疊結(jié)構(gòu)^[2]。但是，作為存儲(chǔ)介質(zhì)的WOx材料一般在納米尺寸級(jí)別，雖然W金屬的自然氧化速率不是很快，但是對(duì)于在鎢栓塞上直接氧化形成WOx材料，其WOx存儲(chǔ)介質(zhì)層的厚度還是難以控制，因此導(dǎo)致該存儲(chǔ)器的工藝可控性較差。另外，文獻(xiàn)1中的WOx電阻存儲(chǔ)器的低阻態(tài)在1k-10k歐姆左右，因此相對(duì)滿足不了電阻存儲(chǔ)器的低功耗的需求。

同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)道，WOx存儲(chǔ)介質(zhì)摻入一定的元素材料(Ti、La、Mn等元素)，同樣具有存儲(chǔ)特性，鎢材料在摻雜后的存儲(chǔ)介質(zhì)層中仍然以WOx形式存在，我們定義這種存儲(chǔ)介質(zhì)為WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)。其中WOx中摻硅后，同樣具有存儲(chǔ)特性，是屬于WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)的一種。

與本發(fā)明相關(guān)的參考文獻(xiàn)有：

[1]林殷茵，呂杭炳，唐立，尹明，宋雅麗，陳邦明，“一種自對(duì)準(zhǔn)形成上電極的WOx電阻存儲(chǔ)器及其制造方法”，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺?00710045938。

[2]呂杭炳，林殷茵，陳邦明，“一種三維堆疊的WO*的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及其制造方法”，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺?00710172173。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為避免在鎢上面直接氧化形成的WOx的工藝可控性差、低阻態(tài)不夠高的問(wèn)題，提供一種WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)的電阻型存儲(chǔ)器及其制造方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的WOx基電阻型存儲(chǔ)器，包括上電極、鎢下電極，其特征在于，還包括設(shè)置在上電極和鎢下電極之間的WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)，所述WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)是通過(guò)對(duì)覆蓋在鎢下電極上的WSi化合物層氧化處理形成，其中，1＜x≤3。

作為本發(fā)明電阻型存儲(chǔ)器的較佳實(shí)施例，其中所述電阻型存儲(chǔ)還包括氧化處理剩余的WSi化合物層。所述電阻型存儲(chǔ)器還包括：在所述鎢下電極上方形成的第一介質(zhì)層和貫穿所述第一介質(zhì)層中形成的孔洞，WSi化合物層位于所述孔洞的底部，所述WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)形成于所述孔洞之中。

根據(jù)本發(fā)明所提供的電阻型存儲(chǔ)器，其中，所述WSi化合物層是通過(guò)對(duì)鎢下電極硅化處理形成。所述硅化處理是通過(guò)含硅氣體中硅化、硅等離子體中硅化或硅的離子注入方法之一完成。，所述WSi化合物層的厚度范圍為0.5nm-500nm。所述氧化處理是等離子氧化、熱氧化、離子注入氧化之一。所述上電極是TaN、Ta、TiN、Ti、W、Al、Ni、Co之一。

根據(jù)本發(fā)明所提供的電阻型存儲(chǔ)器，其中，所述鎢金屬下電極是鋁互連結(jié)構(gòu)中的鎢栓塞，所述WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)形成于鎢栓塞頂部。WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)形成于鋁互連結(jié)構(gòu)的不同層的鎢栓塞頂部，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)WOx基電阻存儲(chǔ)器的三維堆疊。

根據(jù)本發(fā)明所提供的電阻型存儲(chǔ)器，其中，所述WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)是WOx中摻Si的存儲(chǔ)介質(zhì)，也或者是WOx與氧化硅的納米復(fù)合層，也或者是WOx-SiO納米復(fù)合材料與WOx材料的堆疊層。所述WOx基存儲(chǔ)介質(zhì)的硅元素的質(zhì)量百分比含量范圍為0.001％-60％。