[發明專利]高可靠性一次可編程存儲單元、存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 201010239033.3
• 申請日: 2010-07-28
• 公開（公告）號: CN102339949A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 林殷茵;王明
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;G11C17/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.一種一次可編程存儲單元，包括下電極、上電極以及兩個或兩個以上并聯置于上電極和下電極之間的存儲介質層，每個存儲介質層包括：

第一金屬氧化物層，其通過第一金屬層和/或第一金屬化合物層氧化形成；以及

第二金屬氧化物層，其通過第二金屬層和/或第二金屬化合物層氧化形成；

其中，所述第一金屬氧化物層和所述第二金屬氧化物層之間形成用于編程的相鄰接區域。

2.如權利要求1所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述存儲介質層為兩個。

3.如權利要求1或2所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，每個所述存儲介質層的第一金屬氧化物層連接為一體，所述第一金屬氧化物層與所述第二金屬氧化物層之間形成兩個或兩個以上并聯形式的相鄰接區域。

4.如權利要求1或2或3所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述下電極為所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層以及所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層所構成。

5.如權利要求1或2或3所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述第一金屬氧化物層的厚度大于所述第二金屬氧化物層的厚度。

6.如權利要求1所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述一次可編程存儲單元集成于集成電路的后端結構中。

7.如權利要求6所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述后端結構為銅互連后端結構或鋁互連后端結構。

8.如權利要求7所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述存儲介質層形成于所述銅互連后端結構的銅引線或通孔之上；所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層為所述銅引線的擴散阻擋層，所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層為所述銅引線的銅金屬或者銅金屬合金。

9.如權利要求8所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層以及所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層是在同一個銅引線上或在同一個通孔上。

10.如權利要求7所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述存儲介質層形成于銅互連后端結構或鋁互連后端結構的鎢栓塞之上，所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層為所述鎢栓塞的擴散阻擋層，所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層為所述鎢栓塞的鎢金屬或者鎢金屬合金。

11.如權利要求10所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層以及所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層是在同一個所述鎢栓塞上。

12.如權利要求8或10所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述擴散阻擋層為TaN/Ta、TiN/Ti或Ru/TaN，所述第二金屬氧化物層為Ta₂O₅和/或TaON、TiOx和/或TiON、或者RuO，其中，1＜x≤3。

13.如權利要求7所述的一次可編程存儲單元，其特征在于，所述存儲介質層形成于所述銅互連后端結構的不同層的銅引線或銅通孔之上。

14.一種制備如權利要求1所述一次可編程存儲單元的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）構圖形成第一金屬層和/或第一金屬化合物層以及第二金屬層和/或第二金屬化合物層；

（2）在所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層以及所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層上覆蓋介質層；

（3）構圖打開所述介質層，以同時暴露所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層、所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層以及多個第一金屬層和/或第一金屬化合物層與所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層的相鄰接區域；

（4）氧化所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層以及所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層，以分別形成相鄰接的第一金屬氧化層和第二金屬氧化層；以及

（5）在所述第一金屬氧化層和第二金屬氧化層上形成上電極。

15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一金屬層和/或第一金屬化合物層與所述第二金屬層和/或第二金屬化合物層的相鄰接區域為兩個。