[发明专利]一种CuxO电阻存储器制备与铜互连工艺集成的方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种Cu_xO电阻存储器制备与铜互连工艺集成的方法。

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。最近不挥发电阻存储器件(Resistive SwitchingMemory)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。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，Cu_xO(1＜x≤2)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。

目前针对电阻存储应用，Cu_xO的制备方法有两类，一类采用热氧化方法^[1]，另一种采用等离子氧化工艺^[2]。

Cu_xO电阻存储单元必须与其它的外围电路制造在一起才能应用，因此在制造中必须考虑怎样将Cu_xO制备方法与常规CMOS工艺集成在一起，以追求成本的最小化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简便，成本低廉，效果优越的Cu_xO电阻存储器制备与铜互连工艺集成的方法。

本发明提供一种Cu_xO电阻存储器制备与常规大马士革铜互连工艺集成的方法，其步骤为：以Cu_xO存储介质上方形成的铜化合物介质层作为掩膜，或者以Cu_xO存储介质本身作为掩膜，刻蚀去除不需要形成存储介质的铜上的盖帽层。Cu_xO存储介质上方形成的铜化合物介质层是一种能够与盖帽层进行选择性刻蚀介质层，它可以为CuO、Cu_xN或CuON。这里，1＜x≤2。形成Cu_xO存储介质的方法可是等离子氧化方法，也可以热氧化方法。

与双大马士革铜互连工艺集成时，其步骤顺序为：

常规的双大马士革铜互连工艺进行到沟槽和通孔图形刻蚀制作完毕，铜上方的盖帽层(liner)被打开前。

(1)，对于除了需要生长Cu_xO存储介质的通孔以外的其它部分，采用常规光刻工艺，用光刻胶保护。

(2)，用刻蚀方法去除要生长Cu_xO存储介质的铜线上方的衬垫层，暴露出下方的铜。在这个过程中，要生长Cu_xO存储介质的通孔以外的其它通孔则被光刻胶保护。

(3)，去除起保护作用的光刻胶。

(4)，采用等离子氧化或者热氧化方法在暴露出铜的铜线上制备Cu_xO存储介质。

(5)，以Cu_xO存储介质上方形成的铜化合物介质层或者Cu_xO存储介质本身作为掩膜，刻蚀去掉其它未生长存储介质的铜线上方的衬垫层。Cu_xO存储介质上方形成的铜化合物介质层是CuO时，可以通过控制氧化形成Cu_xO的工艺条件，在其上方同时形成；作为掩膜的Cu_xO存储介质可以是以具有存储特性的Cu₂O为主的材料，也可以是纯的Cu₂O层。

(6)，以下的步骤都为常规的双大马士革工艺步骤，包括沉积阻挡层、籽晶层、电化学方法镀铜、退火、化学机械抛光、沉积盖帽层。

与单大马士革铜互连工艺集成时，其特征步骤顺序为：

常规的单大马士革铜互连工艺进行到铜塞上的沟槽形成完毕，铜栓上方的盖帽层(liner)被打开前。

(1)，对于除了需要生长Cu_xO存储介质的沟槽以外的其它部分，采用常规光刻工艺，用光刻胶保护。

(2)，用刻蚀方法去除要生长Cu_xO存储介质的铜栓上方的衬垫层，暴露出下方的铜。在这个过程中，要生长Cu_xO存储介质的沟槽以外的其它沟槽则被光刻胶保护。

(3)，去除起保护作用的光刻胶。

(4)，采用等离子氧化或者热氧化方法在暴露出铜的铜栓上制备Cu_xO存储介质。

(5)，以下的步骤都为常规的单大马士革工艺步骤，包括沉积阻挡层、籽晶层、电化学方法镀铜、退火、化学机械抛光、沉积盖帽层。