RRAM的后端金属互连结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种RRAM的后端金属互连结构及其制备方法，其中的结构包括第一介电层以及设置在所述第一介电层上的第二介电层；其中，在所述第一介电层内设置有第一金属件，在所述第二介电层内设置有第二金属件；在所述第一介电层与所述第二介电层的交接面上设置有金属盖帽薄层，所述第一金属件通过所述金属盖帽薄层与所述第二金属件电性连接；并且，所述金属盖帽薄层的面积≥所述第一金属件的上表面的面积，所述金属盖帽薄层全覆盖所述第一金属件。本发明专利技术提供的RRAM的后端金属互连结构及其制备方法能够解决现有技术中为防止下层金属出现电迁移和应力迁移而引入新的器件稳定性弊端以及增阻弊端的问题。性弊端以及增阻弊端的问题。性弊端以及增阻弊端的问题。

【技术实现步骤摘要】
RRAM的后端金属互连结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及阻变随机存储器制备
，更为具体地，涉及一种RRAM的后端金属互连结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]阻变随机存储器(RRAM，Resistive Random Access Memory)由于其具有高编程/擦写速度、高器件密度、可微缩、低功耗、抗辐射、断电后仍然能够保持数据、且与CMOS(Complementary Metal
‑
Oxide Semiconductor)工艺兼容等一系列突出的优点而成为替代多晶硅浮栅(FG，Floating Gate)存储器的有力竞争者之一，其作为一种采用非电荷存储机制的存储器，在32nm工艺节点及以下的高端应用中，将有很大的发展空间。
[0003]目前，在实际制作过程中，RRAM存储单元(Cell)通常嵌入后端金属之间，具体地制作过程为：先在下层介电层6
’
上形成下层金属2
’
(M
x
，如导线/金属孔/金属接触用的图案，通常选用金属Cu)并平坦化(CMP，Chemical Mechanical Polishing)，然后再在平坦化的表面上覆盖上层介电层8
’
，再然后通过大马士革工艺依次形成RRAM Cell的下电极(BE,Bottom Electrode)、阻变层和上电极(由附图1或2中的10
’
表示)，最后形成上层金属4
’
(M
x+1
，如导线/金属孔/金属接触用的图案)并平坦化，从而最终实现后端多层金属间的互连。
[0004]在现行的RRAM下电极金属形成工艺中，常常发生因为介电薄膜层(即下层介电层)和金属材料(下层金属)间粘合力及附着力差，导致形成空洞、裂缝、甚至造成膜层剥离(Peeling)的问题。对于这种问题，一方面可能导致产品报废，机台污染，延误跑货周期；另一方面，当介电薄膜层和金属材料间粘合力及附着力差极时，易导致金属Cu(即下层金属)的电迁移(EM,Electro
‑
migration)及应力迁移(SM,Stress
‑
migration)问题，从而可能使得整个器件的可靠性(Reliability)和稳定性(Stability)都会欠佳。
[0005]为解决现行的RRAM下电极金属形成工艺中出现的上述问题，现有的技术中提供了两种解决方法，第一种解决方法的工作原理如图1所示，在沉积刻蚀停止层5
’
(该层处于下层介电层6
’
和下层金属2
’
形成的表面上)前，在加热和non
‑
plasma(非等离子体)的环境中，对经过平坦化的下层金属2
’
(通常为Cu)和下层介电质6
’
露出的表面进行硅烷浸润(SiH4 Soaking)，在硅烷浸润过程中，SiH4分子通过热扩散运动，以期在铜(经过平坦化的下层金属2
’
)表面形成铜的硅化物，从而使得其后续生长的硅基薄膜材料与铜表面形成良好的附着。但是，硅烷浸润(SiH4 Soaking)仅扩散于铜表面(经过平坦化的下层金属2
’
的表面)薄薄的一层(e.g.<2nm)，不仅厚度的均匀性很难控制，且因为表面缺陷态、后端工艺(如thermal、budget(即热预算，热平衡))控制等各种原因，这薄薄的一层铜的硅化物，极容易出现pin
‑
hole(孔洞)，从而使得第一解决方法提供的改善下层金属/下层介电层界面附着力和阻止铜扩散的效果显著降低；然而，若硅烷浸润(SiH4 Soaking)的时间足够长或者硅烷深入扩散于铜中，则工艺周期过长，且铜的硅化物较之铜有着更高的电阻，且硅化物的形成消耗掉一部分的铜材料，该问题随着技术演进和CD Shrink(冷却时间的收缩)而愈发突
出。
[0006]第二种解决方法的工作原理如图2所示，在经过平坦化的下层金属和下层介电质露出的表面上，通过选择性生长的方式，在露出的铜表面(经过平坦化的下层金属2
’
的表面)生长出一层不易发生电迁移或应力迁移的钴金属(Co)盖帽层(Metal Cap)16
’
，以期阻止金属Cu向上表面迁移。研究发现，相较于第一种解决方法所示的结构，在应力条件下，第二种解决方法所示的互连结构的平均失效时间(MTTF,Mean Time to Failure)显著增加，应力导致的空洞(void)缺陷也显著减少，且寄生电容也能够得到显著降低。但是，对于第二种解决方法而言，一方面，为了降低金属间的寄生电容；另一方面，因为选择性生长工艺的特点，该钴金属盖帽层16
’
往往只形成于金属Cu的表面，这就导致在金属盖帽层和下层金属的侧壁的扩散阻止层(Diffusion Barrier Layer(对应1
’
)之间往往存在weak point(薄弱区，薄弱点)，铜原子仍然会从该处扩散而出，从而导致器件的可靠性和稳定性仍然出现问题。
[0007]由此可知，现有的两种解决方法均存在相应的弊端，基于此亟需一种能够有效防止下层金属出现电迁移和应力迁移的问题。

技术实现思路

[0008]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种新型的RRAM的后端金属互连结构及其制备方法，以解决现有技术中为防止下层金属出现电迁移和应力迁移而引入新的器件稳定性弊端以及增阻弊端的问题。
[0009]本专利技术提供的RRAM的后端金属互连结构，一种RRAM的后端金属互连结构，包括第一介电层以及设置在所述第一介电层上的第二介电层；其中，在所述第一介电层内设置有第一金属件，在所述第二介电层内设置有第二金属件；在所述第一介电层与所述第二介电层的交接面上通过金属替换的方式设置有盖帽金属薄层，所述第一金属件通过所述金属盖帽薄层与所述第二金属件电性连接；并且，所述金属盖帽薄层的面积≥所述第一金属件的上表面的面积，所述金属盖帽薄层全覆盖所述第一金属件。
[0010]此外，优选的方案是，所述第一金属件为铜制件；并且，
[0011]所述金属盖帽薄层为铜扩散迁移阻挡层。
[0012]此外，优选的方案是，所述第二金属件的下端与所述金属盖帽薄层的上表面电性连接，所述第一金属件的上端与所述金属盖帽薄层的下表面电性连接。
[0013]另一方面，本专利技术还提供一种如前述的RRAM的后端金属互连结构的制备方法，所述方法包括：
[0014]在预设的第一介电层上形成第一金属件，并对所述第一介电层和所述第一金属件的共有表面进行平坦化；
[0015]在平坦化的共有表面上以图案化方式形成覆盖在所述第一金属件的牺牲层；
[0016]在所述第一介电层上形成覆盖所述牺牲层的第二介电层；
[0017]在所述第二介电层内形成与所述牺牲层相连通的上层金属图案孔；
[0018]通过所述上层金属图案孔去除所述牺牲层以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RRAM的后端金属互连结构，包括第一介电层以及设置在所述第一介电层上的第二介电层；其中，在所述第一介电层内设置有第一金属件，在所述第二介电层内设置有第二金属件；其特征在于，在所述第一介电层与所述第二介电层的交接面上通过金属替换的方式设置有盖帽金属薄层，所述第一金属件通过所述金属盖帽薄层与所述第二金属件电性连接；并且，所述金属盖帽薄层的面积≥所述第一金属件的上表面的面积，所述金属盖帽薄层全覆盖所述第一金属件。2.如权利要求1所述的RRAM的后端金属互连结构，其特征在于，所述第一金属件为铜制件；并且，所述金属盖帽薄层为铜扩散迁移阻挡层。3.如权利要求1或所述的RRAM的后端金属互连结构，其特征在于，所述第二金属件的下端与所述金属盖帽薄层的上表面电性连接，所述第一金属件的上端与所述金属盖帽薄层的下表面电性连接。4.一种如权利要求1至3中任意一项所述的RRAM的后端金属互连结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：在预设的第一介电层上形成第一金属件，并对所述第一介电层和所述第一金属件的共有表面进行平坦化；在平坦化的共有表面上以图案化方式形成覆盖在所述第一金属件的牺牲层；在所述第一介电层上形成覆盖所述牺牲层的第二介电层；在所述第二介电层内形成与所述牺牲层相连通的上层金属图案孔；通过所述上层金属图案孔去除所述牺牲层以在所述第一金属件的上方形成盖帽孔；在所述盖帽孔内形成金属盖帽薄层；在所述上层金属图案孔内进行金属填充，以形成与所述盖帽金属薄层电性连接的第二金属件。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓波，杨芸，
申请(专利权)人：昕原半导体上海有限公司，
类型：发明
国别省市：