[發(fā)明專利]1T1R和1R阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310367267.X
• 申請(qǐng)日: 2013-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN103441135B
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉力鋒;張偉兵;李悅;韓德棟;王漪;劉曉彥;康晉鋒;張興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/24
• 分類號(hào): H01L27/24;H01L27/10;G11C13/00
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及1T1R和1R阻變存儲(chǔ)器集 成結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

阻變存儲(chǔ)器（ResistiveRandomAccessMemory，RRAM）因?yàn)槠? 高密度、低成本、快的存取速度及可突破技術(shù)代發(fā)展的特點(diǎn)被認(rèn)為是 下一代新型存儲(chǔ)器的有力競爭者。阻變存儲(chǔ)器利用存儲(chǔ)介質(zhì)的電阻在 電信號(hào)作用下，在低阻態(tài)和高阻態(tài)間可逆轉(zhuǎn)換的特性來存儲(chǔ)信號(hào)，由 高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)的過程稱為set，由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)的過程 稱為reset。其中的存儲(chǔ)介質(zhì)有很多種，大致包括二元過渡金屬氧化物、 鈣鈦礦型化合物、固態(tài)電解質(zhì)和有機(jī)材料等四種。過渡金屬二元氧化 物因其組分簡單、制備成本低廉、與傳統(tǒng)CMOS工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn) 而受到高度關(guān)注。按照施加偏壓的方向可以把阻變存儲(chǔ)器分為單極阻 變存儲(chǔ)器和雙極阻變存儲(chǔ)器兩大類，對(duì)于單極阻變存儲(chǔ)器而言，set 和reset中施加的偏壓方向相同，對(duì)于雙極阻變存儲(chǔ)器而言兩個(gè)偏壓 方向相反。

1R就是指具有金屬-介質(zhì)層-金屬（MIM）三明治結(jié)構(gòu)的阻變存 儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。單極阻變存儲(chǔ)器的交叉矩陣（crossbar）結(jié)構(gòu)中存在漏電 路徑，使之不能大規(guī)模集成，通常需要與選擇器件串聯(lián)，常用的選擇 器件有晶體管和二極管。1T1R（1Transistorand1RRAM，1個(gè)晶體 管和1個(gè)阻變存儲(chǔ)器）結(jié)構(gòu)將晶體管作為選擇器件，就是將阻變存儲(chǔ) 器制作在晶體管的漏極，并與晶體管串聯(lián)組成有源結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)和方法中在制作上述1R和1T1R的過程中，要對(duì)兩個(gè) 結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行光刻，加工成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容

（一）要解決的技術(shù)問題

針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何能夠減少光刻次 數(shù)，降低加工成本。

（二）技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明提供了1T1R和1R阻變存儲(chǔ)器集成結(jié) 構(gòu)，具體包括：

襯底晶體管、第一層金屬前介質(zhì)、第一層栓塞、第一層金屬、第 二層層間介質(zhì)、第二層栓塞、MIM結(jié)構(gòu)層、第三層層間介質(zhì)、第三 層栓塞、第二層金屬和鈍化層。

進(jìn)一步地，所述MIM結(jié)構(gòu)層包括：下電極、阻變介質(zhì)層和上電 極，其中所述下電極的材料為TiN，所述阻變介質(zhì)層為HfO₂，所述上 電極的材料為Ti和TiN組成的復(fù)合層。

進(jìn)一步地，所述下電極的厚度為100nm，所述阻變材料的厚度為 10nm，所述上電極的厚度為10nmTi和100nmTiN。

進(jìn)一步地，在所述第一層金屬前介質(zhì)中形成所述第一層栓塞，用 于連接所述襯底晶體管和所述第一層金屬；

在所述第二層層間介質(zhì)中形成所述第二層栓塞，用于連接所述第 一層金屬和所述MIM結(jié)構(gòu)層；

在所述第三層層間介質(zhì)中形成所述第三層栓塞，用于連接所述 MIM結(jié)構(gòu)層和所述第二層金屬。

進(jìn)一步地，所述第一層金屬前介質(zhì)中包括：第一擴(kuò)散阻擋層，位 于所述第一層金屬前介質(zhì)與所述第一層栓塞之間，防止所述第一層栓 塞擴(kuò)散進(jìn)所述第一層金屬前介質(zhì)中，并作為所述第一層栓塞的粘附 層；

所述第二層層間介質(zhì)中包括：第二擴(kuò)散阻擋層，位于所述第二層 層間介質(zhì)與所述第二層栓塞之間，防止所述第二層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第 二層層間介質(zhì)中，并作為所述第二層栓塞的粘附層；

所述第三層層間介質(zhì)中包括：第三擴(kuò)散阻擋層，位于所述第三層 層間介質(zhì)與所述第三層栓塞之間，防止所述第三層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第 三層層間介質(zhì)中，并作為所述第三層栓塞的粘附層。

進(jìn)一步地，所述第一層栓塞包括第一栓塞和第二栓塞，所述第一 栓塞位于所述襯底晶體管的漏極，用于連接所述襯底晶體管的漏極和 所述第一層金屬，所述第二栓塞位于所述襯底晶體管的源極，用于連 接所述襯底晶體管的源極和所述第一層金屬。

為解決上述問題，本發(fā)明還提供了針對(duì)上述1T1R和1R阻變存 儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，包括：在襯底晶體管的源極和漏極同時(shí)制 作阻變存儲(chǔ)器，并通過所述漏極和所述源極實(shí)現(xiàn)所述襯底晶體管與所 述阻變存儲(chǔ)器的串聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述在襯底晶體管的源極和漏極同時(shí)制作阻變存儲(chǔ)器 具體包括：