[发明专利]一种CuxO基电阻型存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及金属氧化物不挥发存储器制备方法，尤其涉及包括CuxO基存储介质的电阻型存储器及其制备方法。

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(High Resistance 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Cu_xO(1＜x≤2)材料作为两元金属氧化物中的一种，其优势更为明显，因为Cu在互连工艺中广泛应用，CuxO材料的可以在Cu栓塞或Cu连线上方经过常规手段生成，如等离子体氧化、热氧化等，只需要额外增加1-2块光刻板即可，成本低廉，而且可以随多层互连线一起，实现三维堆叠结构。

同时，习知CuxO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，铜材料在掺杂后的存储介质层中仍然以CuxO形式存在，我们定义这种存储介质为CuxO基存储介质。其中CuxO中掺硅后，同样具有存储特性，是属于CuxO基存储介质的一种。

中国专利“一种CuxO基电阻型存储器及其制备方法”(专利申请号为CN200810202720.0)公开了一种CuxO基电阻型存储器，通过三个步骤制备形成：(1)对铜下电极构图硅化处理生成CuSi化合物缓冲层；(2)对所述CuSi化合物缓冲层氧化，生成CuxO基存储介质；(3)在所述CuxO基存储介质上构图形成上电极。采用该方法制备的CuxO基电阻型存储器不会在存储介质之下产生空洞，具有高可靠性的特点，并且CuxO基存储介质相对于传统的纯CuxO存储介质，其Ron提高。但是也存在以下缺点：(1)由于是在CuSi化合物缓冲层上氧化实现在CuxO基存储介质中掺Si，CuxO基存储介质中的Si的含量太少；(2)Si主要集中分布于CuxO基存储介质层的下方，不均匀的Si分布使单元与单元间的一致性和存储器的Ron和Data Retention(数据保持特性)有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的是，为克服以上所述技术问题的不足，提出一种能使Si元素更多、更均匀分布于CuxO基存储介质层中的CuxO基电阻型存储器的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种CuxO基电阻型存储器的制备方法，包括以下步骤：

(1)对铜下电极构图硅化处理生成CuSi化合物缓冲层；

(2)对所述CuSi化合物缓冲层氧化，生成CuxO基存储介质；

(3)在所述CuxO基存储介质上硅化处理；

(4)构图形成上电极。

根据本发明提供的CuxO基电阻型存储器的制备方法，其中，在所述第(1)步骤之前还包括步骤(a1)：开孔暴露铜下电极。在所述第(3)步骤之前还包括步骤(2a)：对CuxO基存储介质进行高温退火处理。

根据本发明提供的CuxO基电阻型存储器的制备方法，其中，所述硅化处理是在含硅气体中硅化完成的、或者是通过硅等离子体处理完成的、亦或者是通过硅的离子注入方法完成的。所述氧化是等离子氧化、热氧化或者氧离子注入氧化。

本发明通过提供的另一种CuxO基电阻型存储器的制备方法，该制备方法能与铜互连后端工艺兼容，其具体包括以下步骤：

(1)提供常规的大马士革铜互连工艺中形成于沟槽中的铜引线作为所述CuxO基电阻型存储器的下电极；

(2)在所述铜引线上方形成第一介质层；

(3)在所述第一介质层中欲形成CuxO基电阻型存储器的位置，制作孔洞；

(4)以第一介质层为掩膜将位于所述孔洞底部的铜引线进行硅化处理，形成CuSi化合物缓冲层；