[发明专利]一种利用MIM电容结构制备非挥发性存储器的方法

说明书

技术领域

本发明属于超大规模集成电路技术领域，具体涉及一种利用标准CMOS工艺制备非挥发性存储器的方法。 

背景技术

随着集成电路技术节点不断推进，基于传统浮栅结构的FLASH技术将面临无法等比缩小的技术挑战。基于MIM(Metal-Insulator-Metal)结构的阻变存储器(RRAM)由于其结构简单、易于制备、尺寸小、集成度高、擦写速度快和功耗低等优点，具有取代传统存储器的潜力，因而备受学术界和工业界的关注。与传统浮栅结构的FLASH依靠电荷量来存储信息0和1不同，阻变存储器利用其在不同电致条件下分别出现高阻和低阻来存储信息“0”和“1”。 

目前，阻变存储器的制备大多是在CMOS后端工艺中实现。通过ALD、PVD、CVD等镀膜工艺制备出NiO、TiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅等过渡金属氧化物阻变存储器。严格来说，常规CMOS工艺并未出现这些工艺步骤，所以这些阻变存储器的工艺制备过程和CMOS工艺不完全兼容。所以有必要通过尽可能少的改变工艺步骤或者增加步骤制备出相对兼容的阻变存储器以降低制备成本。 

发明内容

本发明提供了一种利用标准CMOS工艺的MIM电容结构制备阻变存储器的方法，该方法和标准CMOS工艺完全兼容，没有对CMOS工艺进行任何改变以及增加任何复杂的工艺，通过版图设计就可以实现阻变存储器的制备。 

本发明基于标准CMOS工艺的MIM电容结构制备阻变存储器。MIM电容结构如图1所示，包括顶电极、电容介质层和MIM电容的底电极，将MIM电容的介质层进行掺杂形成阻变材料层。MIM电容的介质材料由CMOS标准工艺决定，MIM介质层可以为SiN材料或者其它high-k材料，如Ta2O5、HfO等。本发明可以利用任何CMOS工艺中出现的MIM电容介质材料制备阻变存储器。 

本发明通过版图设计利用标准工艺制备出MIM电容结构，然后通过经过后续掺杂工艺就可以制备出阻变存储器。其制备工艺过程完全由标准CMOS工艺实现，极大的降低了成本，开阔了利用标准CMOS工艺制备阻变存储器的思路。 

附图说明

图1：本发明采用的标准CMOS工艺制备的MIM电容的截面示意图； 

图2：本发明实施例利用MIM电容结构设计阻变存储器的版图，其中： 

1-下电极金属M5版图；2-上电极金属CTM版图；3-钝化层刻蚀层(注入框)；4-CTM和M6之间的通孔；5-M6上电极引出版图； 

图3：本发明实施例钝化层刻蚀层版图。 

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，对本发明作进一步阐述。 

本发明阻变存储器的制备方法，其包括如下步骤： 

1)利用标准工艺制备MIM电容结构；图1以标准工艺的6层金属工艺为例，示意的给出金属层和中间介质层的截面图。其中：M1-第一层金属；M2-第二层金属；M3-第三层金属；M4-第四层金属；M5-第五层金属；6-第六层金属；CTM-MIM电容的上电极；其余未标注出的层是介质层。 

2)通过如图2所示的版图，对MIM的中间介质层进行掺杂，如采用离子注入方法，通过MIM电容的上电极直接进行离子注入，注入后形成非化学计量比的阻变材料层。 

一、以1R结构阻变存储器的制备为例： 

本发明阻变存储器由图1中的M5、CTM以及中间的介质组成。 

1)首先按照图2所示的下电极金属M5版图1和上电极CTM金属版图2利用CMOS标准工艺制备出面积不同的MIM电容，比如SiN介质MIM电容； 

2)按照图2中所示的钝化层刻蚀层版图3在标准工艺制备M5和M6的通孔引出时制备出MIM电容的注入区； 

3)后续在制备M6上以及淀积硅化物保护层时，同样利用钝化层刻蚀层版图3刻蚀形成注入框，即MIM电容介质层的注入开口区； 

4)通过粒子注入的办法向开口区注入Si或者O或者其它杂质(与MIM电容介质成分相关)，形成非化学计量比的多缺陷的阻变材料层，从而制得阻变存储器。 

二、以1T1R结构阻变存储器的制备为例： 

1)首先利用CMOS标准工艺制备出MOSFET，作为1T1R结构的T用； 

2)MOSFET漏端通过contact向上引出，与M1相连，然后打孔与M2相连，然后打孔与M3相连，然后打孔与M4相连，然后打孔与MIM电容的M5相连；