一种ＷＯｘ基电阻型存储器及其制备方法技术

本发明专利技术属于微电子技术领域，涉及金属氧化物不挥发存储器技术，具体涉及一种ＷＯｘ基电阻型存储器及其制备方法，该ＷＯｘ基电阻型存储器包括上电极、钨下电极、以及设置在上电极和钨下电极之间的ＷＯｘ基存储介质，所述ＷＯｘ基存储介质是通过对覆盖在钨下电极上的ＷＳｉ化合物层氧化处理形成，其中，１＜ｘ≤３。该发明专利技术提供的电阻型存储器能提高工艺可控性和器件可靠性，同时具有相对低功耗、数据保持特性好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，具体涉及金属氧化物不挥发存储器技术，尤其涉及 包括WOx基存储介质的电阻型存储器及其制造方法。
技术介绍
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Sr&03、铁电材料Pb&Ti03、 铁磁材料PrhC^MrA、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(HighResistance 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W0x(l <x^3) 材料作为两元金属氧化物中的一种，因为钨(W)在铝互连工艺技术的钨栓塞中广泛应用， WOx材料的可以在W栓塞上方经过常规手段生成，如等离子体氧化、热氧化等，成本低廉， 而且可以随多层互连线一起，实现三维堆叠结构。但是，作为存储介质的WOx材料一般在 纳米尺寸级别，虽然W金属的自然氧化速率不是很快，但是对于在钨栓塞上直接氧化形成 WOx材料，其WOx存储介质层的厚度还是难以控制，因此导致该存储器的工艺可控性较差。 另外，文献1中的WOx电阻存储器的低阻态在lk-10k欧姆左右，因此相对满足不了电阻存 储器的低功耗的需求。同时，现有技术中报道，WOx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，钨材料在掺杂后的存储介质层中仍然以WOx形式存在，我们定义这种 存储介质为WOx基存储介质。其中WOx中掺硅后，同样具有存储特性，是属于WOx基存储介 质的一种。与本专利技术相关的参考文献有林殷茵，吕杭炳，唐立，尹明，宋雅丽，陈邦明，“一种自对准形成上电极的WOx 电阻存储器及其制造方法”，中国专利申请号200710045938。吕杭炳，林殷茵，陈邦明，“一种三维堆叠的W0*的电阻随机存储器结构及其制 造方法”，中国专利申请号200710172173。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为避免在钨上面直接氧化形成的WOx的工艺可控性 差、低阻态不够高的问题，提供一种WOx基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，本专利技术提供的WOx基电阻型存储器，包括上电极、钨下电极，其特征在于，还包括设置在上电极和钨下电极之间的WOx基存储介质，所述WOx基存储 介质是通过对覆盖在钨下电极上的WSi化合物层氧化处理形成，其中，1 < x ≤ 3。作为本专利技术电阻型存储器的较佳实施例，其中所述电阻型存储还包括氧化处理剩 余的WSi化合物层。所述电阻型存储器还包括在所述钨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，WSi化合物层位于所述孔洞的底部，所述WOx基存储介 质形成于所述孔洞之中。根据本专利技术所提供的电阻型存储器，其中，所述WSi化合物层是通过对钨下电极 硅化处理形成。所述硅化处理是通过含硅气体中硅化、硅等离子体中硅化或硅的离子注入 方法之一完成。，所述WSi化合物层的厚度范围为0. 5nm-500nm。所述氧化处理是等离子氧 化、热氧化、离子注入氧化之一。所述上电极是TaN、Ta、TiN、Ti、W、Al、Ni、Co之一。根据本专利技术所提供的电阻型存储器，其中，所述钨金属下电极是铝互连结构中的 钨栓塞，所述WOx基存储介质形成于钨栓塞顶部。WOx基存储介质形成于铝互连结构的不同 层的钨栓塞顶部，从而实现多个WOx基电阻存储器的三维堆叠。根据本专利技术所提供的电阻型存储器，其中，所述WOx基存储介质是WOx中掺Si的 存储介质，也或者是WOx与氧化硅的纳米复合层，也或者是WOx-SiO纳米复合材料与WOx材 料的堆叠层。所述WOx基存储介质的硅元素的质量百分比含量范围为0.001% -60%。本专利技术同时提供一种制备该电阻型存储器的方法，包括步骤(1)对钨下电极硅化处理生成WSi化合物层；(2)对所述WSi化合物层氧化，生成WOx基存储介质；(3)在所述WOx基存储介质上构图形成上电极。根据本专利技术所提供的电阻型存储器制备方法，其中，在所述第(1)步骤之前还包 括步骤(al)开孔暴露钨下电极。在所述第(2)步骤之后还包括步骤(2a)对WOx基存储 介质进行高温退火处理。所述硅化处理是通过含硅气体中硅化、硅等离子体中硅化或硅的 离子注入方法之一完成。所述氧化是等离子氧化、热氧化、离子注入氧化之一。本专利技术同时提供又一种制备该电阻型存储器的方法，包括步骤(1)提供常规的铝互连工艺中的钨栓塞制作完毕的结构，钨栓塞作为所述WOx基 电阻型存储器的下电极；(2)在所述钨栓塞上覆盖形成牺牲介质层；(3)在所述牺牲介质层中欲形成WOx基电阻型存储器的位置，制作孔洞，暴露所述 钨栓塞；(4)以牺牲介质层为掩膜将位于所述钨栓塞的顶部进行硅化处理，形成WSi化合 物层；(5)将所述WSi化合物层进行氧化处理，形成WOx基存储介质；(6)沉积上电极金属材料，对上电极金属材料化学机械研磨形成上电极；(7)去除牺牲介质层。根据本专利技术所提供的电阻型存储器制备方法实施例，其中，在步骤(7)之后还包 括步骤(8)依次沉积焊接层、互连金属层、抗反射层，通过光刻、刻蚀方法构图完成铝引线 布线。本专利技术的技术效果是，通过对覆盖在钨下电极上的WSi化合物层氧化处理，形成 置于上电极和下电极之间的WOx基存储介质，从而使包括该WOx基存储介质的电阻型存储 器具有如下优越性能(1)氧化覆盖WSi化合物层的钨形成WOx基存储介质时，氧化速率相 对缓慢，该电阻存储器的工艺可控性好；(2) WOx基存储介质相对直接氧化形成的WOx存储 介质致密，从而提高器件的可靠性；(3) WOx基存储介质相对直接氧化形成的WOx存储介质 致密，其低阻态的电阻相对较高，从而存储器具有相对低功耗的特点；(4)WOx基存储介质 的电阻存储器相对WOx存储介质的电阻存储器，具有数据保持特性(Data Retention)更好 的特点。附图说明图1是本专利技术提供的电阻型存储器的结构实施例；图2是图1所示实施例存储器的存储特性示意图；图3是本专利技术提供的电阻型存储器的结构第二实施例；图4是本专利技术提供的电阻型存储器的结构第三实施例；图5是开孔暴露钨下电极后的横截面图；图6是钨下电极硅化形成WSi硅化层后的横截面图；图7是WSi化合物层上氧化形成WOx基存储介质后的横截面图；图8是WSi化合物层上氧化形成WOx基存储介质后的第二实施例横截面图；图9是WSi化合物层上氧化形成WOx基存储介质后的第三实施例横截面图；图10是根据本专利技术在WSi上氧化形成WOx基存储介质的电阻型存储器的剖面结 构图；图11至图18是图10所示实施例电阻型存储器结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＷＯｘ基电阻型存储器，包括上电极、钨下电极，其特征在于，在上电极和钨下电极之间设置ＷＯｘ基存储介质，所述ＷＯｘ基存储介质是通过对覆盖在钨下电极上的ＷＳｉ化合物层氧化处理形成，其中，１＜ｘ≤３。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林殷茵，周鹏，吕杭炳，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]