一种ＣｕｘＯ基电阻型存储器及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属氧化物不挥发存储器技术领域，涉及一种ＣｕｘＯ基电阻型存储器及其制备方法，该ＣｕｘＯ基电阻型存储器包括上电极、铜下电极、以及设置在上电极和铜下电极之间的ＣｕｘＯ基存储介质，所述ＣｕｘＯ基存储介质是通过对覆盖在铜下电极上的ＣｕＳｉ化合物缓冲层氧化处理形成，其中，１＜ｘ≤２。该发明专利技术提供的电阻型存储器能避免存储介质之下产生空洞，从而保证器件的良率以及可靠性，同时具有相对低功耗的特点。

【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CuxO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SrZr03、铁电材料PbZrTi03、铁磁材料Pr卜,C Mn03、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(HighResistanceState，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CuxO(l< x《2)材料作为两元金属氧化物中的一种，其优势更为明显，因为Cu在互连工艺中广泛应用，CuxO材料的可以在Cu栓塞或Cu连线上方经过常规手段生成，如等离子体氧化、热氧化等，只需要额外增加l-2块光刻板即可，成本低廉，而且可以随多层互连线一起，实现三维堆叠结构。但在CuxO材料的制备过程中，由于Cu和CuxO材料本身的热应力系数差异，容易在界面处产生空洞，而且形成的CuxO材料较疏松，给器件的可靠性、良率以及存储特性带来很大影响。 同时，现有技术中报道，CuxO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，铜材料在掺杂后的存储介质层中仍然以CuxO形式存在，我们定义这种存储介质为CuxO基存储介质。其中CuxO中掺硅后，同样具有存储特性，是属于CuxO基存储介质的一种。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为避免在铜上面直接氧化形成空洞的问题，提供一种以CuxO基作为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，本专利技术提供的电阻型存储器，包括上电极、铜下电极，还包括设置在上电极和铜下电极之间的CuxO基存储介质，所述CuxO基存储介质是通过对覆盖在铜下电极上的CuSi化合物缓冲层氧化处理形成，其中，1 < x《2。 作为本专利技术电阻型存储器的较佳实施例，其中，所述电阻型存储器还包括在所述铜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，位于所述孔洞底部的CuSi化合物缓冲层。所述CuSi化合物缓冲层的厚度范围为0. 5nm-500nm。所述CuxO基存储介质形成于所述孔洞之中。 作为本专利技术电阻型存储器的又一较佳实施例，其中，所述电阻型存储器还包括形成于铜下电极之上、Cux0基存储介质之下的Cux0层，其中，1 < x《2。 作为本专利技术电阻型存储器的再一较佳实施例，其中，所述电阻型存储器还包括形成于CuxO基存储介质与上电极之间的Si02薄膜层。 根据本专利技术所提供的电阻型存储器，其中，所述硅化处理是在含硅气体中硅化完成。所述CuSi化合物缓冲层是通过对铜下电极硅化处理形成。所述硅化处理是在硅等离子体中硅化中完成、或者在含硅气体中硅化完成、亦或者通过硅的离子注入方法完成。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CuxO基存储介质是CuxO中掺Si的存储介质，或者是所述CuxO基存储介质是CuxO与氧化硅的纳米复合层，亦或者是CuxO-SiO纳米复合材料与与CuxO材料的堆叠层，所述CuxO基存储介质的硅元素的质量百分比含量范围为0. 001% -60%。所述上电极是TaN、Ta、TiN、Ti、Cu、Al、Ni、Co之一。 根据本专利技术所提供的电阻型存储器，其中，所述下电极可以为铜互连工艺中形成于沟槽中的铜引线，所述CuxO基存储介质形成于铜栓塞底部。所述铜金属下电极也可以为铜互连工艺中的铜栓塞，所述Cux0基存储介质形成于铜栓塞顶部。 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)对铜下电极构图硅化处理生成CuSi化合物缓冲层； (2)对所述CuSi化合物缓冲层氧化，生成Cux0基存储介质； (3)在所述CuxO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):开孔暴露铜下电极。在所述第(2)步骤之前还包括步骤(2a):对CuxO基存储介质进行高温退火处理。所述硅化处理是在硅等离子体中硅化中完成、或者在含硅气体中硅化完成、亦或者通过硅的离子注入方法完成。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 (l)提供常规的大马士革铜互连工艺中形成于沟槽中的铜引线作为所述Cu,O电阻存储器的下电极； (2)在所述铜引线上方形成第一介质层； (3)在所述第一介质层中欲Cu,O形成电阻存储器的位置，制作孔洞，； (4)以第一介质层为掩膜将位于所述孔洞底部的铜引线进行硅化处理，形成CuSi化合物缓冲层； (5)将所述CuSi化合物缓冲层的上表层进行氧化处理，形成Cux0基存储介质； (6)沉积金属材料形成上电极。 根据本专利技术所提供的电阻型存储器制备方法，其中，在步骤(6)之后还包括步骤 (6a)采用光刻、刻蚀方法将所述上电极图形化。 或者在步骤(6)之后还包括步骤 (6b)采用化学机械研磨所述金属材料，将所述上电极图形化。 本专利技术的技术效果是，通过对覆盖在铜下电极上的CuSi化合物缓冲层氧化处理，形成置于上电极和下电极之间的Cux0基存储介质，从而使包括该Cux0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CuSi化合物缓冲层的铜形成Cux0基存储介质时，氧化速率相对缓慢，不会在存储介质之下产生空洞，从而保证器件的良率以及可靠性； (2) Cux0基存储介质相对直接氧化形成的CuxO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。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是本专利技术提供的电阻型存储器的结构第四实施例； 图6是开孔暴露铜下电极后的横截面图； 图7是铜下电极硅化形成CuSi硅化物缓冲层后的横截面图； 图8是CuSi化合物缓冲层上氧化形成CuxO基存储介质后的横截面图； 图9是CuSi化合物缓冲层上氧化形成CuxO基存储介质后的第二实施例横截面图； 图10是CuSi化合物缓冲层上氧化形成CuxO基存储介质后的第三实施例横截面 图； 图11是CuSi化合物缓冲层上氧化形成CuxO基存储介质后的第四实施例横截面 图； 图12是本专利技术提供的CuxO基存储介质形成于铜栓塞底部的电阻型存储器结构示 意图； 图13是在第一层铜引线形成后横截面图； 图14是在第一层铜引线上方沉积SiN盖帽层后的横截面图； 图15是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻型存储器，包括上电极、铜下电极，其特征在于，还包括设置在上电极和铜下电极之间的ＣｕｘＯ基存储介质，所述ＣｕｘＯ基存储介质是通过对覆盖在铜下电极上的ＣｕＳｉ化合物缓冲层氧化处理形成，其中，１＜ｘ≤２。

【技术特征摘要】

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