[发明专利]集成于铜互连后端结构的CuxO电阻型存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于存储器技术领域，具体涉及Cu_xO（1﹤x≤2）电阻型存储器（Resistive Memory）及其制备方法，尤其涉及一种集成于铜互连后端结构的Cu_xO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（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20nm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二元金属氧化物材料，例如，氧化铜、氧化钛、氧化钨等。其中，基于Cu_xO（1﹤x≤2）作为存储介质层的电阻型存储器被广泛研究报道，特别是其可集成于铜互连后端结构的特点，使其相对于现有的CMOS工艺和CMOS后端结构有良好的兼容性，其制备成本也可以大大降低。 

复旦大学申请的申请号为“200610147669”、题为“基于Cu_xO的电阻随机可存取存储器及其制备方法”中国专利，以及申请号为“200710045407”、题为“以上电极作为保护层的Cu_xO电阻存储器及其制造方法”中国专利中，公开了Cu_xO电阻型存储器与铜互连后端结构集成的结构及其制备方法，但是，这些公开的专利中，Cu_xO存储介质层均是对沟槽中所电镀的铜线直接氧化形成的。 

图1所示为现有的集成于铜互连后端结构的电阻型存储器的结构示意图。如图1所示，Cu_xO电阻型存储器形成于铜互连后端结构中，其中，以铜引线500（图中为第一层铜引线）为下电极，在铜引线500上氧化形成Cu_xO存储介质层700，然后在盖帽层中、Cu_xO存储介质层700之上形成上电极800。注意到，铜互连后端结构的铜引线或者铜栓塞，为了防止铜向层间间介质层扩散，通常会在欲形成铜引线的沟通中先沉积扩散阻挡层（例如，TaN/Ta）；然后，为了能够电镀形成铜引线，一般先在扩散阻挡层上PVD沉积一层铜籽晶层，最后才电镀铜形成铜引线。因此，如图1所示，铜引线通常包括401的扩散阻挡层部分和铜籽晶层部分、以及500的电镀铜部分。在打开盖帽层构图对铜引线进行氧化时，通常是对电镀铜部分500暴露然后氧化形成Cu_xO存储介质层700。因此，Cu_xO存储介质层700是基于电镀铜部分500氧化形成。 

然而，Cu_xO存储介质层700的结构特征、存储特性是直接与其所氧化的衬底有关（也即与电镀铜部分500部分直接相关）。但是电镀铜通常晶粒大，即使经过CMP（化学机械研磨）工艺处理后，其表面起伏仍然较大，并且其晶向难以通过工艺控制。电镀铜在半导体工艺制备过程中，通常是通过三次电镀形成的，而每步电镀因添加剂的不同，会影响铜的物理化学特性，其氧化所得到的Cu_xO存储介质层700的薄膜难以保证均匀，化学性质难以控制。因此，其形成的存储器的性能也难以保证，例如存储单元之间均匀性难以保证，成品率不高，高阻态电阻太低等等。 

因此，有必要对现有的集成于铜互连后端结构中的Cu_xO电阻型存储器进行改进。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提高集成于铜互连后端结构中的Cu_xO电阻型存储器的存储特性。