[发明专利]一种CuxO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CuxO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(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。但在CuxO材料的制备过程中，由于Cu和CuxO材料本 身的热应力系数差异，容易在界面处产生空洞，而且形成的CuxO材料较疏松，给器件 的可靠性、良率以及存储特性带来很大影响。

同时，现有技术中报道，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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为避免在铜上面直接氧化形成空洞的问题，提供一 种以CuxO基作为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，本发明提供的电阻型存储器，包括上电极、铜下电极，还 包括设置在上电极和铜下电极之间的CuxO基存储介质，所述CuxO基存储介质是通过 对覆盖在铜下电极上的CuSi化合物缓冲层氧化处理形成，其中，1＜x≤2。

作为本发明电阻型存储器的较佳实施例，其中，所述电阻型存储器还包括：在所 述铜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，位于所述孔 洞底部的CuSi化合物缓冲层。所述CuSi化合物缓冲层的厚度范围为0.5nm-500nm。所 述CuxO基存储介质形成于所述孔洞之中。

作为本发明电阻型存储器的又一较佳实施例，其中，所述电阻型存储器还包括形 成于铜下电极之上、CuxO基存储介质之下的CuxO层，其中，1＜x≤2。

作为本发明电阻型存储器的再一较佳实施例，其中，所述电阻型存储器还包括形 成于CuxO基存储介质与上电极之间的SiO2薄膜层。

根据本发明所提供的电阻型存储器，其中，所述硅化处理是在含硅气体中硅化完 成。所述CuSi化合物缓冲层是通过对铜下电极硅化处理形成。所述硅化处理是在硅等 离子体中硅化中完成、或者在含硅气体中硅化完成、亦或者通过硅的离子注入方法完 成。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CuxO基存储介质 是CuxO中掺Si的存储介质，或者是所述CuxO基存储介质是CuxO与氧化硅的纳米复 合层，亦或者是CuxO-SiO纳米复合材料与与CuxO材料的堆叠层，所述CuxO基存储介 质的硅元素的质量百分比含量范围为0.001％-60％。所述上电极是TaN、Ta、TiN、Ti、 Cu、Al、Ni、Co之一。

根据本发明所提供的电阻型存储器，其中，所述下电极可以为铜互连工艺中形成 于沟槽中的铜引线，所述CuxO基存储介质形成于铜栓塞底部。所述铜金属下电极也可 以为铜互连工艺中的铜栓塞，所述CuxO基存储介质形成于铜栓塞顶部。