[發(fā)明專(zhuān)利]一種CuxO基電阻型存儲(chǔ)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910145691.3
• 申請(qǐng)日: 2009-05-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101740717A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林殷茵;呂杭炳;王明;周鵬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L45/00;H01L27/24;H01L21/82
• 代理公司: 上海正旦專(zhuān)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CuxO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?、低成本? 可突破技術(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)(High?Resistance 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Cu_xO(1 ＜x≤2)材料作為兩元金屬氧化物中的一種，其優(yōu)勢(shì)更為明顯，因?yàn)镃u在互連工藝中 廣泛應(yīng)用，CuxO材料的可以在Cu栓塞或Cu連線上方經(jīng)過(guò)常規(guī)手段生成，如等離子體 氧化、熱氧化等，只需要額外增加1-2塊光刻板即可，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)。但在CuxO材料的制備過(guò)程中，由于Cu和CuxO材料本 身的熱應(yīng)力系數(shù)差異，容易在界面處產(chǎn)生空洞，而且形成的CuxO材料較疏松，給器件 的可靠性、良率以及存儲(chǔ)特性帶來(lái)很大影響。

同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)道，CuxO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，銅材料在摻雜后的存儲(chǔ)介質(zhì)層中仍然以CuxO形式存在，我們定義 這種存儲(chǔ)介質(zhì)為CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)。其中CuxO中摻硅后，同樣具有存儲(chǔ)特性，是屬于 CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)的一種。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為避免在銅上面直接氧化形成空洞的問(wèn)題，提供一 種以CuxO基作為存儲(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)明提供的電阻型存儲(chǔ)器，包括上電極、銅下電極，還 包括設(shè)置在上電極和銅下電極之間的CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)，所述CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)是通過(guò) 對(duì)覆蓋在銅下電極上的CuSi化合物緩沖層氧化處理形成，其中，1＜x≤2。

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)器還包括：在所 述銅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，位于所述孔 洞底部的CuSi化合物緩沖層。所述CuSi化合物緩沖層的厚度范圍為0.5nm-500nm。所 述CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)形成于所述孔洞之中。

作為本發(fā)明電阻型存儲(chǔ)器的又一較佳實(shí)施例，其中，所述電阻型存儲(chǔ)器還包括形 成于銅下電極之上、CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)之下的CuxO層，其中，1＜x≤2。

作為本發(fā)明電阻型存儲(chǔ)器的再一較佳實(shí)施例，其中，所述電阻型存儲(chǔ)器還包括形 成于CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)與上電極之間的SiO2薄膜層。

根據(jù)本發(fā)明所提供的電阻型存儲(chǔ)器，其中，所述硅化處理是在含硅氣體中硅化完 成。所述CuSi化合物緩沖層是通過(guò)對(duì)銅下電極硅化處理形成。所述硅化處理是在硅等 離子體中硅化中完成、或者在含硅氣體中硅化完成、亦或者通過(guò)硅的離子注入方法完 成。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CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì) 是CuxO中摻Si的存儲(chǔ)介質(zhì)，或者是所述CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)是CuxO與氧化硅的納米復(fù) 合層，亦或者是CuxO-SiO納米復(fù)合材料與與CuxO材料的堆疊層，所述CuxO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％。所述上電極是TaN、Ta、TiN、Ti、 Cu、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，所述下電極可以為銅互連工藝中形成 于溝槽中的銅引線，所述CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)形成于銅栓塞底部。所述銅金屬下電極也可 以為銅互連工藝中的銅栓塞，所述CuxO基存儲(chǔ)介質(zhì)形成于銅栓塞頂部。