[发明专利]氧化锰基电阻型存储器与铜互连后端工艺集成的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体存储器技术领域，具体涉及基于MnSixOy存储介质层(0.001＜x≤2，2＜y≤5)的电阻型存储器(Resistive Memory)，尤其涉及基于MnSixOy存储介质层的电阻型存储器与铜互连后端工艺集成的方法。

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，其中90％以上的份额被FLASH(闪存)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。最近电阻型转换存储器件(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(Resistive Memory)是通过电信号的作用、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半导体金属氧化物材料，例如，氧化铜、氧化钛、氧化钨等。

同时，我们注意到，氧化锰(MnOz，1＜z≤3)材料作为两元金属氧化物中的一种，SenZhang等人在J.Phys.D：Appl.Phys.42(2009)中的题为“Resistive switchingcharacteristics of MnOz-based ReRAM”的文中报道了MnOz的电阻转换特性，因此其作为电阻型存储器的存储介质。并从中可以看到，基于MnOz的电阻型存储器的低阻态电阻小于100欧姆，因此，其必然会导致其在低电阻状态时电流较大，限定了该电阻型存储的低功耗应用。

进一步，随着半导体工艺技术的发展，关键尺寸不断减小，电阻型存储器技术必然需要延伸至45纳米(nm)工艺节点以后。Cu、W等材料由于晶粒尺寸的限制，其相应的氧化物做存储介质时会导致漏电流较大，从而增加功耗，不能有效地在45nm及32nm阶段取代Flash。并且在45纳米和32纳米工艺节点，分别要求阻挡层厚度降到4.9nm和3.6nm，深宽比也进一步加大，传统的Ti/TiN、Ta/TaN等无法满足其要求，因此，氧化钛、氧化钽等存储介质在铜互连后端的应用也会受到工艺限制。

而在45纳米工艺节点以后，铜扩散阻挡材料将可能广泛应用锰硅氧化合物材料，其具有电阻率低、可有效阻挡铜扩散、抗电迁移好、厚度超薄、可靠性好的优点。

综合以上现有技术，有必要提出一种能与45纳米或者45纳米以下工艺节点铜互连后端工艺集成以制备氧化锰基电阻型存储器的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提出一种氧化锰基电阻型存储器与铜互连后端工艺集成的方法。

为解决以上技术问题，本发明提供的氧化锰基电阻型存储器与铜互连后端工艺集成的方法包括以下步骤：

(1)构图形成阻挡层为锰硅氧化合物层的铜引线；

(2)在所述铜引线上覆盖沉积盖帽层；

(3)构图刻蚀所述盖帽层形成孔洞以暴露欲形成MnSixOy存储介质层的铜引线区域；

(4)在所述盖帽层的孔洞中填充锰金属层；

(5)对所述锰金属层进行硅化处理以形成MnSi化合物层；

(6)对所述MnSi化合物层进行氧化处理以形成MnSixOy存储介质层；

(7)在所述MnSixOy存储介质层之上构图形成上电极；

(8)继续铜互连后端工艺以形成铜栓塞和下一层铜引线；

其中，0.001＜x≤2，2＜y≤5。

作为较佳实施方案，所述铜互连后端工艺为45纳米工艺节点工艺或者45纳米以下工艺节点工艺。

作为较佳技术方案，具体地，所述步骤(1)包括以下步骤：

(1a)在所述沟槽中沉积铜锰合金籽晶层；

(1b)然后电镀铜；

(1c)对铜和所述铜锰合金籽晶层进行退火；

(1d)平坦化以去除多余的铜以及铜引线表面的氧化铜和氧化锰。