[发明专利]一种嵌入式纳米晶阻变材料存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种嵌入式纳米晶阻变材料存储器及其制备方法。

背景技术

嵌入式存储器是半导体产业的重要组成部分，近几年来随着消费电子市场的快速增长，存储器的市场越来越大。目前，市场上主流的存储器包括SRAM、DRAM和FLASH等，这些存储器在各个方面起着重要的作用，但目前还没有一种理想的既有DRAM的高容量低成本、SRAM的高速度、FLASH的数据非挥发性性能，又有可靠性高、操作电压低、功耗小的存储器。而这些特性恰恰是新一代消费类电子工业、计算机工业等领域所需要的存储技术。

嵌入式纳米晶阻变材料存储器基本思想就是使用只有一个“非重要”的光照法便打开缓存存储器区域的钨金属栓，为嵌入式逻辑存储部分做成低待机功耗三级高速缓存功能。不仅能有效地降低工艺制作成本，使工艺步骤由反复的多步减少到几步，更能减小了因过多工艺步骤而导致逻辑部分损坏的机率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术上提供一种热效率更高的、成本低且可靠性高的嵌入式纳米晶阻变材料存储器结构器件。

本发明提供一种嵌入式纳米晶阻变材料存储器，其特征在于，其包括CMOS、下电极、阻变材料层、上电极和金属层；其中，下电极（2）、阻变材料层（3）、上电极（4）和金属层（5）自下而上地设置形成柱状的栓，栓设置在所述CMOS（1）的保护源或漏区，金属层与上电极电性连接。

本发明中的CMOS为0.8um-32nm的标准CMOS；下电极的材料为W、TIN或硅化物；阻变材料层的材料为纳米晶材料或多孔的嵌入式可编程电阻记忆复合材料，上电极4的材料为TiN、TaN、TaSiN，金属层的材料为铝或铜。下电极与阻变材料层的外侧壁和内侧壁均为绝热材料。

本发明还提供一种嵌入式纳米晶阻变材料存储器的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：在CMOS的保护源或漏区制备圆孔，在圆孔内淀积下电极材料形成下电极；

步骤二：在下电极上制备圆孔，在圆孔内淀积阻变材料，形成阻变材料层，并通过化学机械抛光所述阻变材料表面；

步骤三：在阻变材料层上制备圆孔，在圆孔通过内溅射或CVD法淀积电极材料形成上电极，在上电极上方淀积金属层作为引线，涂上光刻胶，刻除栓上方以外的部分，并通过化学或机械抛光金属层表面；

步骤四：将上电极与金属层用TiN或AL电性连接。

其中，圆孔的制方法是刻蚀工艺。步骤三还可以在阻变材料层上方淀积绝缘层，刻除栓正上方的绝缘层，在圆孔部分淀积电极材料形成上电极，在上电极上方淀积金属层。

本发明的目的是通过以下措施来实现：在原有嵌入式芯片基础上，在逻辑部分通过改进保护源或漏区域来实现存储的功能，首先通过刻蚀出圆孔，在里面淀积阻变材料，并在其上方先做上电极后再淀积金属层做为引线。

与现有技术相比，本发明的纳米晶阻变材料存储器与传统的存储单元结构相比效率高。本发明的结构特点是在嵌入式系统逻辑基础上，只要在0.8um-32nm尺寸标准工艺的cmos源或漏区域部分加入纳米晶阻变材料，就能实现存储的功能。由相变材料跟硅混合形成的纳米晶阻变材料一同填入在下电极上方，使得纳米晶阻变材料的加热面更加天然，而非人为制造的表面所媲美。因此能保证相变材料受热均匀和器件工作的正常稳定，以及很小的电流就可以产生大的热量，使纳米晶阻变材料内的相变材料在很短时间内就可以发生相变反应。所以，用本发明提供的方法制备的嵌入式器件具有低成本，制造步骤简短，器件尺寸更小等优点。

附图说明

图1是本发明嵌入式纳米晶阻变材料存储器的CMOS结构示意图；

图2是本发明实施例2中刻蚀圆孔的示意图；

图3是本发明实施例2中淀积阻变材料层的示意图；

图4是本发明实施例2中的经过化学机械抛光后的示意图；

图5是本发明实施例2中淀积上电极、金属层的示意图；

图6是本发明实施例2中刻蚀金属层的示意图；

图7是本发明实施例2中沉淀绝缘层的示意图；

图8是本发明实施例3中沉淀绝缘层的示意图；

图9是本发明实施例3中刻除绝缘层的示意图；

图10是本发明实施例3中沉淀上电极的示意图；

图11是本发明实施例3中沉淀金属层的示意图；

图12是本发明嵌入式纳米晶阻变材料存储器的电路结构示意图；

图13是本发明嵌入式纳米晶阻变材料存储器的一个衍生结构的示意图；

图14是本发明嵌入式纳米晶阻变材料存储器的另一个衍生结构的示意图；