[发明专利]一种氧化钨基电阻型存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电阻型存储器技术领域，具体涉及一种氧化钨基电阻型存储器，尤其涉及一种通过对钨金属和所覆盖的薄层硅同时进行氧化形成氧化钨基存储介质层的存储器及其制备方法。

背景技术

存储器在半导体市场中占有重要的地位，由于便携式电子设备的不断普及，不挥发存储器在整个存储器市场中的份额也越来越大，其中90％以上的份额被FLASH占据。但是由于存储电荷的要求，FLASH的浮栅不能随技术代发展无限制减薄，有报道预测FLASH技术的极限在32nm左右，这就迫使人们寻找性能更为优越的下一代不挥发存储器。最近电阻转换存储器件(Resistive Switching Memory)因为其高密度、低成本、可突破技术代发展限制的特点引起高度关注，所使用的材料有相变材料、掺杂的SrZrO₃、铁电材料PbZrTiO₃、铁磁材料Pr_1-xCa_xMnO₃、二元金属氧化物材料、有机材料等。

电阻型存储器通过电信号的作用，使存储介质在高电阻状态(High ResistanceState，HRS)和低电阻(Low Resistance State，LRS)状态之间可逆转换，从而实现存储功能。电阻型存储器使用的存储介质材料可以是各种金属氧化物材料，其中WOx(1＜x≤3)材料作为两元金属氧化物中的一种，因为钨(W)在铝互连工艺技术的钨栓塞中广泛应用，WOx材料的可以在W栓塞上方经过常规手段生成，如等离子体氧化、热氧化等，成本低廉，而且可以随多层互连线一起，实现三维堆叠结构。但是，作为存储介质的WOx材料一般在纳米尺寸级别，虽然W金属的自然氧化速率不是很快，但是对于在钨栓塞上直接氧化形成WOx材料，其WOx存储介质层的厚度还是难以控制，因此导致该存储器的工艺可控性较差。另外，现有技术中，WOx电阻存储器的高阻态在1k-10k欧姆左右，因此相对满足不了电阻存储器的低功耗的需求。

同时，现有技术中报道，WOx存储介质掺入一定的元素材料(Ti、La、Mn等元素)，同样具有存储特性，钨材料在掺杂后的存储介质层中仍然以WOx形式存在，我们定义这种存储介质为WOx基存储介质，以WOx基存储介质作为存储信息层的存储器称为氧化钨基电阻型存储器。其中，在WOx中掺硅后(Si-WOx)，同样具有存储特性，是属于WOx基存储介质的一种。

对于电阻型存储器，存储介质的物理特性直接影响存储性能。而对于当前处于实验室阶段的WOx基电阻型存储器，仍需要不断地提高其存储性能以满足实际应用的需要，例如，提高Roff(高阻态值)、Ron(低阻态值)以降低功耗，提高抗读干扰性能(Read Disturbance)，提高疲劳特性(Endurance)，提高存储介质的薄膜均匀性、以改善成品率等等。中国专利申请号为200810238945.1的专利中，通过在存储介质层和上电极之间插入一层缓冲层，以提高Roff、Ron，并降低工作电压。但是，在该专利中，存储介质层和缓冲层是分步骤、分层分别形成的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提高氧化钨基电阻型存储器的存储性能。

为解决以上技术问题，本发明提供一种氧化钨基电阻型存储器的制备方法，其通过在钨金属层上直接形成厚度小于或等于10纳米的硅层、然后对所述钨金属层和硅层同时一起氧化处理形成氧化钨基存储介质层。

根据本发明所提供的方法，其中，在所述氧化钨基存储介质之上构图形成上电极；所述钨金属层构图形成于下电极之上、或者将所述钨金属层设置为下电极。

所述硅层为连续的非晶硅薄膜层。

较佳地，所述硅层的厚度范围为1至5纳米。

所述上电极是TaN、Ta、TiN、Ti、W、Al、Ni、Co或者它们之中几种的复合层。

根据本发明所提供的方法，其中，所述氧化钨基存储介质层可以为WSiO层，或者可以为WSiO层和WOx层的复合层，或者可以为氧化硅层、WSiO层和WOx层的复合层，或者可以为氧化硅层和WSiO层的复合层；其中，1＜x≤3。

本发明同时提供由以上所述方法所制备的氧化钨基电阻型存储器，其包括：

下电极；

包括WSiO层的氧化钨基存储介质层；以及

上电极。

根据本发明所提供的氧化钨基电阻型存储器，其中，所述氧化钨基存储介质层仅为WSiO层；所述氧化钨基存储介质层可以为氧化硅层、WSiO层和WOx层的复合层；所述氧化钨基存储介质层为氧化硅层和WSiO层的复合层；其中，1＜x≤3。