[发明专利]一种SixNy基电阻型存储器及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电阻型存储器及其制备方法和应用，尤其涉及一种Si_xN_y基电阻型存储器及其制备方法和应用，属于微电子技术领域。

背景技术

电阻型非易失存储器(RRAM，resistive random access memory)由于其结构简单、与CMOS工艺兼容，并具有高速、低功耗、高密度、低成本和可突破技术代发展限制的优点而引起广泛的关注，逐渐成为新一代非易失性存储器的研究热点。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 Resistance State，HRS)和低电阻(Low Resistance State，LRS)状态之间发生可逆转换，从而实现数据的存储功能。目前，锰氧化物材料、过渡金属钙钛矿材料、二元金属氧化物材料、有机高分子材料以及一些硫化物等材料体系作为阻变存储层已经被广泛的研究。但是，对于采用氮化物材料作为阻变存储层的研究还很少被报道。

在各种氮化物材料中，氮化硅材料具有高介电常数，高绝缘强度、漏电低等特点，在现代半导体CMOS工艺中被广泛的应用与钝化、隔离和电容介质层。同时，由于氮化硅薄膜中具有大量的缺陷态，因而作为电荷存储层被广泛的应用于电荷陷阱型非易失存储器。基于氮化硅材料的上述优点，该材料在电阻型非易失存储领域中的潜在应用也将被广泛和深入的研究。

发明内容

本发明针对目前还没有采用氮化物材料尤氮化硅材料作为阻变存储层的不足，提供一种Si_xN_y基电阻型存储器及其制备方法和应用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种Si_xN_y基电阻型存储器包括上电极、绝缘介质层、阻变存储层和下电极，所述绝缘介质层设置于下电极之上，所述设置有绝缘介质层的下电极上具有一贯穿绝缘介质层的孔洞，所述阻变存储层和上电极均位于所述孔洞中，所述阻变存储层位于上电极和下电极之间，所述阻变存储层由Si_xN_y材料制成，其中，x/y＞3/4。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述上电极的厚度为1nm～500nm。

进一步，所述上电极材料由W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Si、TiN、TaN、IrO、ITO或者IZO制成。

进一步，所述下电极由W制成。

进一步，所述下电极的厚度为1nm～500nm。

进一步，所述阻变存储层的厚度为1nm～500nm。

本发明还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下：一种Si_xN_y基电阻型存储器的制备方法包括以下步骤：

步骤a1：在下电极上沉积形成绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行开孔以暴露出下电极；

步骤b1：在所述暴露的下电极上沉积形成阻变存储层；

步骤c1：在所述阻变存储层上形成上电极。

进一步，所述步骤b1中通过PECVD、LPCVD或ALD工艺形成阻变存储层。

进一步，所述步骤b1中阻变存储层由SixNy材料制成，其中，Si和N的比例通过控制PECVD、LPCVD或ALD工艺的条件进行调节，或者通过后续Si离子注入进行调节。

本发明还提供一种Si_xN_y基电阻型存储器在铝互连工艺中的应用包括以下步骤：

步骤a2：提供常规铝互连结构中使用的钨栓塞结构，所述钨栓塞结构作为Si_xN_y基电阻型存储器的下电极；

步骤b2：在所述钨栓塞结构上形成绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行开孔以暴露出钨栓塞结构；

步骤c2：在所述暴露的钨栓塞结构上沉积Si_xN_y材料形成阻变存储层，其中，x/y＞3/4；

步骤d2：在所述阻变存储层上形成上电极；

步骤e2：在所述上电极上依次沉积焊接层、互连金属层和抗反射层，再通过光刻和刻蚀的方法构图形成铝互连线。

本发明的有益效果是：本发明SixNy基电阻型存储器与CMOS工艺完全兼容，可以集成与A1互连的后端工艺，具有很高的实用价值，并具有超大存储窗口、高速、低功耗的特点。

附图说明