[發明專利]一種SixNy基電阻型存儲器及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110005463.3
• 申請日: 2011-01-12
• 公開（公告）號: CN102593349A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 劉琦;劉明;龍世兵;呂杭炳;謝常青
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及一種電阻型存儲器及其制備方法和應用，尤其涉及一種Si_xN_y基電阻型存儲器及其制備方法和應用，屬于微電子技術領域。

背景技術

電阻型非易失存儲器(RRAM，resistive?random?access?memory)由于其結構簡單、與CMOS工藝兼容，并具有高速、低功耗、高密度、低成本和可突破技術代發展限制的優點而引起廣泛的關注，逐漸成為新一代非易失性存儲器的研究熱點。電阻型存儲器通過電信號的作用，使存儲介質在高電阻狀態(High?Resistance?State，HRS)和低電阻(Low?Resistance?State，LRS)狀態之間發生可逆轉換，從而實現數據的存儲功能。目前，錳氧化物材料、過渡金屬鈣鈦礦材料、二元金屬氧化物材料、有機高分子材料以及一些硫化物等材料體系作為阻變存儲層已經被廣泛的研究。但是，對于采用氮化物材料作為阻變存儲層的研究還很少被報道。

在各種氮化物材料中，氮化硅材料具有高介電常數，高絕緣強度、漏電低等特點，在現代半導體CMOS工藝中被廣泛的應用與鈍化、隔離和電容介質層。同時，由于氮化硅薄膜中具有大量的缺陷態，因而作為電荷存儲層被廣泛的應用于電荷陷阱型非易失存儲器。基于氮化硅材料的上述優點，該材料在電阻型非易失存儲領域中的潛在應用也將被廣泛和深入的研究。

發明內容

本發明針對目前還沒有采用氮化物材料尤氮化硅材料作為阻變存儲層的不足，提供一種Si_xN_y基電阻型存儲器及其制備方法和應用。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種Si_xN_y基電阻型存儲器包括上電極、絕緣介質層、阻變存儲層和下電極，所述絕緣介質層設置于下電極之上，所述設置有絕緣介質層的下電極上具有一貫穿絕緣介質層的孔洞，所述阻變存儲層和上電極均位于所述孔洞中，所述阻變存儲層位于上電極和下電極之間，所述阻變存儲層由Si_xN_y材料制成，其中，x/y＞3/4。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述上電極的厚度為1nm～500nm。

進一步，所述上電極材料由W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Si、TiN、TaN、IrO、ITO或者IZO制成。

進一步，所述下電極由W制成。

進一步，所述下電極的厚度為1nm～500nm。

進一步，所述阻變存儲層的厚度為1nm～500nm。

本發明還提供一種解決上述技術問題的技術方案如下：一種Si_xN_y基電阻型存儲器的制備方法包括以下步驟：

步驟a1：在下電極上沉積形成絕緣介質層，并對所述絕緣介質層進行開孔以暴露出下電極；

步驟b1：在所述暴露的下電極上沉積形成阻變存儲層；

步驟c1：在所述阻變存儲層上形成上電極。

進一步，所述步驟b1中通過PECVD、LPCVD或ALD工藝形成阻變存儲層。

進一步，所述步驟b1中阻變存儲層由SixNy材料制成，其中，Si和N的比例通過控制PECVD、LPCVD或ALD工藝的條件進行調節，或者通過后續Si離子注入進行調節。

本發明還提供一種Si_xN_y基電阻型存儲器在鋁互連工藝中的應用包括以下步驟：

步驟a2：提供常規鋁互連結構中使用的鎢栓塞結構，所述鎢栓塞結構作為Si_xN_y基電阻型存儲器的下電極；

步驟b2：在所述鎢栓塞結構上形成絕緣介質層，并對所述絕緣介質層進行開孔以暴露出鎢栓塞結構；

步驟c2：在所述暴露的鎢栓塞結構上沉積Si_xN_y材料形成阻變存儲層，其中，x/y＞3/4；

步驟d2：在所述阻變存儲層上形成上電極；

步驟e2：在所述上電極上依次沉積焊接層、互連金屬層和抗反射層，再通過光刻和刻蝕的方法構圖形成鋁互連線。

本發明的有益效果是：本發明SixNy基電阻型存儲器與CMOS工藝完全兼容，可以集成與A1互連的后端工藝，具有很高的實用價值，并具有超大存儲窗口、高速、低功耗的特點。

附圖說明