[发明专利]一种阻变存储器及其制备方法

说明书

一种阻变存储器及其制备方法，该方法包括在CMOS后段工艺的第一金属层表面淀积第一介质层以及在第一介质层中制备阻变存储器单元的下电极；在第一介质层中依次淀积氧化物阻变层、dummy介质层和dummy金属层并图形化；在阻变存储器单元结构的表面、下电极层和第一介质层表面淀积阻挡层；沉积CMOS后段工艺的第二介质层；通过第二介质层中的接触孔及第二金属层，引出阻变存储器单元的上电极，下电极通过第一金属层引出。因此，本发明限制阻变层中氧空位导电通道的形成区域，以提升器件一致性。

技术领域

本发明属于集成电路制造领域，尤其涉及一种阻变存储器及其制备方法。

背景技术

阻变存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)是一种新型的非易失性存储器，其同时具有高速、低功耗、非易失性、高集成度以及与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容等优势，近年来已成为新型存储器领域的研究热点之一，甚至已经出现商业产品。

阻变器单元是阻变存储器技术的核心，基于过渡金属氧化物的阻变器单元，由于与主流CMOS工艺高度兼容一直被广泛研究，其通常采用一种类似于平行板电容的结构，即包含上电极(Top Electrode)、阻变层(Switch Layer)和下电极(Bottom Electrode)的三明治结构，其中，上下电极为导电金属，阻变层通常为非化学计量比的过渡金属氧化物。

在工艺实现方面，这种三明治结构通常可以直接嵌入主流CMOS工艺的后段结构中，即在不改变标准CMOS后段工艺参数的基础上，直接将RRAM结构插入两层金属之间，从而实现与标准CMOS逻辑工艺的完全兼容(如图1所示)。其中，阻变单元的上下电极和过渡金属氧化物通常选用CMOS后段工艺兼容的金属材料和氧化物材料。

基于过渡金属氧化物的阻变器件的阻变机理如下：

请参阅图1，图1所示为现有技术中一种采用与标准CMOS逻辑工艺的完全兼容阻变器单元的结构示意图。如图所示，通过外加电场在氧化物阻变层中诱导形成基于氧空位的导电细丝通道(图中有两个在氧化物阻变层中S性线表示)，进一步通过上下电极的不同操作电压控制导电细丝通道的连通和断开，从而形成稳定的高低阻态。可以看出，由于上下电极重叠区域过大(从图中看几乎相等)，因此，在氧化物阻变层中形成的氧空位导电通道通常具有很大的不可控性，从而进一步导致阻变器单元的电特性也具有很大的离散性，该现象严重制约了阻变存储器的产业化应用。

因此，怎样提升阻变器件的一致性，尤其是从器件结构和工艺制造方面实现氧空位导电通道的可控形成，已成为业界改善RRAM器件特性的重要探索方向，也是推动RRAM技术实现产业化应用亟需突破的关键技术之一。

发明内容

针对现有技术能力的不足，本发明提出了一种兼容CMOS工艺的阻变存储器的制备方法，以及基于标准CMOS工艺制备重叠区域尺寸可调的上下电极结构，由此限制阻变层中氧空位导电通道的形成区域，从而实现阻变器件单元一致性的显著提升。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种阻变存储器的制备方法，所述阻变存储器包括至少一个阻变存储器单元；其包括如下步骤：

步骤S1：在CMOS后段工艺的第一金属层表面淀积第一介质层并平坦化所述第一介质层；以及在所述第一介质层中制备所述阻变存储器单元的下电极并平坦化；

步骤S2：在所述第一介质层上依次淀积氧化物阻变层、dummy介质层和dummy金属层，并图形化所述dummy介质层和所述dummy金属层以形成所述dummy介质层和dummy金属层图形；其中，所述dummy介质层和dummy金属层图形位于所述氧化物阻变层上；