[发明专利]一种WOx基电阻型存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及金属氧化物不挥发存储器技术，尤其涉及包括WOx基存储介质的电阻型存储器及其制造方法。

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(HighResistance State，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^[1]，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^[2]。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，文献1中的WOx电阻存储器的低阻态在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。其中WOx中掺硅后，同样具有存储特性，是属于WOx基存储介质的一种。

与本发明相关的参考文献有：

[1]林殷茵，吕杭炳，唐立，尹明，宋雅丽，陈邦明，“一种自对准形成上电极的WOx电阻存储器及其制造方法”，中国专利申请号：200710045938。

[2]吕杭炳，林殷茵，陈邦明，“一种三维堆叠的WO*的电阻随机存储器结构及其制造方法”，中国专利申请号：200710172173。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为避免在钨上面直接氧化形成的WOx的工艺可控性差、低阻态不够高的问题，提供一种WOx基存储介质的电阻型存储器及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的WOx基电阻型存储器，包括上电极、钨下电极，其特征在于，还包括设置在上电极和钨下电极之间的WOx基存储介质，所述WOx基存储介质是通过对覆盖在钨下电极上的WSi化合物层氧化处理形成，其中，1＜x≤3。

作为本发明电阻型存储器的较佳实施例，其中所述电阻型存储还包括氧化处理剩余的WSi化合物层。所述电阻型存储器还包括：在所述钨下电极上方形成的第一介质层和贯穿所述第一介质层中形成的孔洞，WSi化合物层位于所述孔洞的底部，所述WOx基存储介质形成于所述孔洞之中。

根据本发明所提供的电阻型存储器，其中，所述WSi化合物层是通过对钨下电极硅化处理形成。所述硅化处理是通过含硅气体中硅化、硅等离子体中硅化或硅的离子注入方法之一完成。，所述WSi化合物层的厚度范围为0.5nm-500nm。所述氧化处理是等离子氧化、热氧化、离子注入氧化之一。所述上电极是TaN、Ta、TiN、Ti、W、Al、Ni、Co之一。

根据本发明所提供的电阻型存储器，其中，所述钨金属下电极是铝互连结构中的钨栓塞，所述WOx基存储介质形成于钨栓塞顶部。WOx基存储介质形成于铝互连结构的不同层的钨栓塞顶部，从而实现多个WOx基电阻存储器的三维堆叠。

根据本发明所提供的电阻型存储器，其中，所述WOx基存储介质是WOx中掺Si的存储介质，也或者是WOx与氧化硅的纳米复合层，也或者是WOx-SiO纳米复合材料与WOx材料的堆叠层。所述WOx基存储介质的硅元素的质量百分比含量范围为0.001％-60％。