一种Cu基阻变存储器的制备方法及存储器技术

本发明专利技术公开了一种Cu基阻变存储器的制备方法及存储器，该制备方法包括：对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层，所述化合物缓冲层能够阻止所述铜下电极被氧化；在所述化合物缓冲层上沉积固态电解液材料；在所述固态电解液材料上沉积上电极形成存储器。在上述技术方案中，通过在铜下电极与固态电解液材料之间插入能够阻止铜下电极被氧化的化合物缓冲层，以有效避免固态电解液材料生长时对铜下电极的氧化，使电极界面不会因为氧化而变粗糙，从而解决现有技术中Cu基阻变存储器因电极界面粗糙导致的器件可靠性和良率较低的技术问题，进而提高器件的可靠性和良率。

【技术实现步骤摘要】
一种Cu基阻变存储器的制备方法及存储器
本专利技术属于集成电路制造
，特别涉及一种Cu基阻变存储器的制备方法及存储器。
技术介绍
阻变存储器是一种新型的不挥发存储技术，由于其高密度、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、金属氧化物材料、有机材料等。由Cu离子或Ag离子主导的金属电桥型阻变存储器是阻变器件的主要类型之一，其结构通常由含Cu或Ag等活泼金属电极、固态电解液材料(如硫族化合物材料、金属氧化物等)、以及惰性电极(如Pt、Pd、Ru、TaN等)构成。金属电桥型阻变存储器的机理可以通过Cu或Ag离子的氧化还原反应来描述。以Cu基阻变器件为例，在编程时，Cu原子在电场作用下离化后，注入固态电解液材料，经与电子结合还原成Cu原子，当Cu金属细丝将两端金属电极相连时，器件的电阻状态就从高阻态转变为低阻态；擦除过程与编程过程正好相反，金属导电通道在外电场的作用下发生断裂，器件电阻从低阻态转变高阻态。Cu在先进半导体制程中作为互连线材料而广泛使用，因此，Cu基阻变存储器非常容易集成于标准CMOS工艺的后端制程中。固态电解液材料通常为金属氧化物，通过溅射或热氧化等方法生长于Cu电极之上。然而，在生长过程中，由于氧的存在，容易将Cu电极表面氧化，使电极界面变粗糙，从而导致可靠性低、器件良率低的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种Cu基阻变存储器的制备方法及存储器，解决现有技术中Cu基阻变存储器可靠性和器件良率较低的技术问题。本申请实施例提供一种Cu基阻变存储器的制备方法，所述方法包括：对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层，所述化合物缓冲层能够阻止所述铜下电极被氧化；在所述化合物缓冲层上沉积固态电解液材料和上电极；构图形成存储器。可选的，所述对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层，包括：对所述铜下电极构图硅化处理生成Cu、Si及N的化合物缓冲层；或者对所述铜下电极构图锗化处理生成Cu、Ge及N的化合物缓冲层。可选的，所述Cu、Si及N的化合物缓冲层或Cu、Ge及N的化合物缓冲层的厚度为1nm～100nm。可选的，在所述对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层之前，所述方法还包括：在所述铜下电极上的介质层上构图开孔洞，通过所述孔洞局部暴露所述铜下电极；所述对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层，具体为：对被暴露的所述铜下电极进行硅化处理或锗化处理生成所述化合物缓冲层。可选的，所述硅化处理或锗化处理在含硅气体或含锗气体中反应完成。可选的，所述硅化处理或锗化处理通过硅或锗的离子注入方法完成。可选的，在所述对被暴露的所述铜下电极进行硅化处理或锗化处理生成所述化合物缓冲层之前，所述方法还包括：在含氢气体中对所述被暴露的所述铜下电极进行还原处理。可选的，所述对被暴露的所述铜下电极进行硅化处理或锗化处理生成所述化合物缓冲层，包括：对被暴露的所述铜下电极硅化处理获得铜和硅的化合物；在含氮气体中对所述铜和硅的化合物进行氮化处理获得Cu、Si及N的化合物缓冲层；或者对被暴露的所述铜下电极锗化处理获得铜和锗的化合物；在含氮气体中对所述铜和锗的化合物进行氮化处理获得Cu、Ge及N的化合物缓冲层。本申请实施例还提供一种Cu基阻变存储器，包括：铜下电极和介质层，所述介质层设置在所述铜下电极的上方，且所述介质层中开设有一孔洞；化合物缓冲层，嵌入设置在所述铜下电极中位于所述孔洞正下方，所述化合物缓冲层为Cu、Si及N的化合物或Cu、Ge及N的化合物；固态电解液材料，设置在所述化合物缓冲层和所述介质层的上方，及设置在所述孔洞的洞壁内；上电极，设置所述固态电解液材料上。可选的，所述化合物缓冲层的厚度为1nm～100nm。本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：在制备Cu基阻变存储器时，通过在铜下电极与固态电解液材料之间插入能够阻止铜下电极被氧化的化合物缓冲层，以有效避免固态电解液材料生长时对铜下电极的氧化，使电极界面不会因为氧化而变粗糙，从而解决现有技术中Cu基阻变存储器因电极界面粗糙导致的器件可靠性和良率较低的技术问题，进而提高器件的可靠性和良率。附图说明图1为本申请实施例提供的一种Cu基阻变存储器的制备方法示意图；图2为本申请实施例提供的制备Cu基阻变存储器时的开孔示意图；图3为本申请实施例提供的制备Cu基阻变存储器时的化合处理示意图；图4为本申请实施例提供的制备Cu基阻变存储器时的固态电解液材料生成示意图；图5为本申请实施例提供的制备Cu基阻变存储器时的上电极生成示意图。具体实施方式在下文中结合图示在参考实施例中更完全地描述本专利技术，本专利技术提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。在此参考图是本专利技术的理想化实施例的示意图，本专利技术所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。例如干法刻蚀得到的曲线通常具有弯曲或圆润的特点，但在本专利技术实施例图示中，均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本专利技术的范围。实施例请参考图1，本申请实施例提供一种Cu基阻变存储器的制备方法，包括：S12：对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层，所述化合物缓冲层能够阻止所述铜下电极被氧化；S13：在所述化合物缓冲层上沉积固态电解液材料；S14：在所述固态电解液材料上沉积上电极形成存储器。在具体实施过程中，本申请实施例在执行S12对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层之前，先完成制备Cu基阻变存储器的前期工艺S11。S11，开孔暴露铜下电极。在该步骤中，如图2所示，在铜下电极10上的介质层20上构图开孔洞30。孔洞30用于局部暴露铜下电极，进而可以对被暴露的铜下电极10进行硅化处理或锗化处理生成化合物缓冲层。与此同时，孔洞30还用于定义存储介质层的单元面积大小，即孔洞30暴露的铜下电极的面积大小就是存储介质层的单元面积大小。介质层20可以是氧化硅、氮化硅等材料，可以通过光刻以及刻蚀的办法在介质层20上形成孔洞30。通过该步骤，完成制备Cu基阻变存储器的前期工艺之后，执行S12。S12，对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层40。在该步骤中，可以对铜下电极10构图硅化处理或锗化处理生成CuSiN或CuGeN化合物缓冲层40，其中CuSiN表示元素Cu、Si及N的化合物，CuGeN表示元素Cu、Ge及N的化合物。CuSiN或CuGeN层可以提高器件低阻态阻值，从而降低器件的功耗。制备CuSiN或CuGeN时可以采用自对准工业，在铜下电极10上自对准形成，制备成本低廉，且避免了额外金属插层导致器件面积扩大的问题。制备CuSiN或CuGeN化合物缓冲层时，具体可以包含如下步骤：步骤1、还原处理。在含氢气体中对被暴露的铜下电极10进行还原处理，去除Cu表面的自然氧化层。其中，含氢气体可以为H2、H2O、H2/N2混合物、NH3等。还原处理时，可以通过在一定温度下(如200℃-500℃)，将Cu暴露于含氢气体中，该过程也可以伴有等离子体的产生，将表层的CuOx还原为Cu。步骤2、硅化或锗化处理。硅化或锗化的方法主要有：在含硅气体中硅化/在含锗气体中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu基阻变存储器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层，所述化合物缓冲层能够阻止所述铜下电极被氧化；在所述化合物缓冲层上沉积固态电解液材料；在所述固态电解液材料上沉积上电极形成存储器。

【技术特征摘要】
1.一种Cu基阻变存储器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层，所述化合物缓冲层能够阻止所述铜下电极被氧化；在所述化合物缓冲层上沉积固态电解液材料；在所述固态电解液材料上沉积上电极形成存储器；其中，所述对铜下电极构图化合处理生成化合物缓冲层，包括：对被暴露的所述铜下电极硅化处理获得铜和硅的化合物；在100℃-500℃下的含氮气体中对所述铜和硅的化合物进行氮化处理获得Cu、Si及N的化合物缓冲层；或者，对被暴露的所述铜下电极锗化处理获得铜和锗的化合物；在100℃-500℃下的含氮气体中对所述铜和锗的化合物进行氮化处理获得Cu、Ge及N的化合物缓冲层，所述化合物缓冲层的厚度为1nm～100nm。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅化处理在含硅气体中反应完成；或，所述锗化处理在含锗...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕杭炳，刘明，刘琦，龙世兵，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11