[发明专利]集成标准CMOS工艺的电阻存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种集成标准CMOS工艺的电阻存储器及其制备方法。

背景技术

存储器是一种存储部件，用来存储数字信息，其最基本的结构是可存储二进制‘0’和‘1’信息的单元。在半导体产业中，存储器占有举足轻重的地位，在过去的几十年里，半导体存储器在技术和成本控制上都得到了长足的发展，市场份额越来越大。

随着手机、GPS、数码相机和笔记本电脑等一些便携式数码产品的普及，用户携带大容量数据的机会大大增加，其他存储介质如磁盘、光盘等无法同时满足非易失性、短小轻薄的要求，而半导体非易失性存储器很好的兼顾了这两项需求，得到了飞速的发展。

非易失电阻存储器件(Resistive Switching Memory)因为其高密度、低成本、可突破技术的特点引起高度关注。电阻存储器利用存储介质的电阻在电信号作用下、在高阻和低阻间可逆转换的特性来存储信号，存储介质可以有很多种，包括二元或多元金属氧化物，甚至有机物。其中，二元金属氧化物由于易于不含有对常规CMOS工艺会造成污染的元素、低功耗等特性而受到高度关注。

常规的电阻存储器采用图1所示结构，以钨栓塞作为下电极，存储单元的面积由钨栓塞的尺寸决定，受工艺节点光刻条件的限制，比如在0.13μm工艺下，钨栓塞的尺寸为0.19μm大小；在0.065μm工艺下，钨栓塞的尺寸约90nm。为突破光刻条件限制，获得更小尺寸的器件面积，通常需要通过侧墙技术来实现，其工艺复杂，成本较高，且器件尺寸很难精确控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种工艺简便、成本低廉、效果优越、器件尺寸突破光刻条件限制的集成标准CMOS工艺的电阻存储器及其制备方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种集成标准CMOS工艺制备电阻存储器的方法，该方法包括：

采用标准CMOS工艺形成钨栓塞；

在钨栓塞上依次形成盖帽层、第一介质层和刻蚀阻挡层；

在第一介质层中需要形成存储器的位置制作出孔洞，此孔洞仅暴露出部分钨栓塞；

在孔洞中生长金属氧化物存储介质；

在孔洞中金属氧化物之上生长上电极；

在孔洞中再依次沉积扩散阻挡层、仔晶铜和电镀铜；

采用化学机械抛光方法去除多余的上电极材料、扩散阻挡层、仔晶铜和电镀铜，形成位于所述的第一介质层孔洞中的存储结构；

采用常规的大马士革铜互连工艺进行后续步骤，完成电阻存储器的制备。

上述方案中，所述采用标准CMOS工艺形成钨栓塞，具体包括：通过光刻、刻蚀在MOS器件上方形成钨栓塞孔洞；沉积扩散阻挡层Ti/TiN，厚度范围为3nm～50nm；用PECVD钨将孔洞填满，钨厚度为50nm～5000nm；经过化学机械抛光，形成钨栓塞。

上述方案中，所述在钨栓塞上依次形成盖帽层、第一介质层和刻蚀阻挡层采用PECVD的方法实现，其中，盖帽层采用SiN、SiON、SiCN、SiC或SiOC，厚度为5nm～100nm；第一介质层采用低k介质材料SiO₂、掺F或C的SiO₂、多孔SiO₂或SiOC，厚度为50nm～5000nm；刻蚀阻挡层采用Si₃N₄、SiON或SiCN，厚度为5nm～100nm。

上述方案中，所述在第一介质层中需要形成存储器的位置制作出孔洞的步骤中，孔洞与钨栓塞错开，露出部分钨栓塞作为下电极，下电极的面积由钨栓塞的宽度和孔洞与钨栓塞重叠的尺度决定。所述孔洞与钨栓塞重叠的尺度最小控制在5nm量级。

上述方案中，所述在孔洞中生长金属氧化物存储介质，采用ALCVD、反应溅射、PECVD、热蒸发、电子束蒸或PLD方法实现。

上述方案中，所述金属氧化物存储介质采用完全化学剂量比或非完全化学计量比的单层基体材料HfO、ZrO、CuO、AlO、TiO、TaO、WO、MnO、NiO、ZnO、SiO、CoO、YO、MgO、FeO、PCMO、STO或SZO，或者是上述单层基体材料的双层或多层的复合层材料。

上述方案中，所述在孔洞中金属氧化物之上生长上电极，采用ALCVD、反应溅射、PECVD、热蒸发、电子束蒸发或PLD方法实现。