氧化锰基电阻型存储器与铜互连后端工艺集成的方法技术

本发明专利技术属于半导体存储器技术领域，具体为一种氧化锰基电阻型存储器与铜互连后端工艺集成的方法。该工艺集成的方法中，采用对铜引线上的盖帽层中的锰金属先硅化形成MnSi化合物层、在对该MnSi化合物层氧化以形成MnSixOy存储介质层，并且采用锰硅氧化合物层作为铜互连后端中铜引线的阻挡层。该方法具有易于与45纳米或者45纳米工艺节点以下铜互连后端工艺兼容的优点，氧化锰基电阻型存储器制备成本低，并且可靠性高、功耗低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体存储器
，具体涉及基于MnSixOy存储介质层(0. 001 < χ彡2，2 < y彡5)的电阻型存储器(Resistive Memory)，尤其涉及基于MnSixOy存储介质层的电阻型存储器与铜互连后端工艺集成的方法。
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(闪存) 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。 最近电阻型转换存储器件(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SrfrO3、铁电材料 H^rTiO3、铁磁材料^vxCaxMnO3、二元金属氧化物材料、有机材料等。电阻型存储器(Resistive Memory)是通过电信号的作用、使存储介质在高电阻状态(High Resistance 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半导体金属氧化物材料，例如，氧化铜、氧化钛、氧化钨等。同时，我们注意到，氧化锰(MnOz，1 < ζ彡3)材料作为两元金属氧化物中的一种，SenZhang 等人在 J. Phys. D :Appl. Phys. 42(2009)中的题为 “Resistive switchingcharacteristics of MnOz-based ReRAM” 的文中报道了 MnOz 的电阻转换特性， 因此其作为电阻型存储器的存储介质。并从中可以看到，基于MnOz的电阻型存储器的低阻态电阻小于100欧姆，因此，其必然会导致其在低电阻状态时电流较大，限定了该电阻型存储的低功耗应用。进一步，随着半导体工艺技术的发展，关键尺寸不断减小，电阻型存储器技术必然需要延伸至45纳米(nm)工艺节点以后。Cu、W等材料由于晶粒尺寸的限制，其相应的氧化物做存储介质时会导致漏电流较大，从而增加功耗，不能有效地在45nm及32nm阶段取代 Flash。并且在45纳米和32纳米工艺节点，分别要求阻挡层厚度降到4. 9nm和3. 6nm，深宽比也进一步加大，传统的Ti/TiN、Ta/TaN等无法满足其要求，因此，氧化钛、氧化钽等存储介质在铜互连后端的应用也会受到工艺限制。而在45纳米工艺节点以后，铜扩散阻挡材料将可能广泛应用锰硅氧化合物材料， 其具有电阻率低、可有效阻挡铜扩散、抗电迁移好、厚度超薄、可靠性好的优点。综合以上现有技术，有必要提出一种能与45纳米或者45纳米以下工艺节点铜互连后端工艺集成以制备氧化锰基电阻型存储器的方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提出一种。为解决以上技术问题，本专利技术提供的包括以下步骤(1)构图形成阻挡层为锰硅氧化合物层的铜引线；(2)在所述铜引线上覆盖沉积盖帽层；(3)构图刻蚀所述盖帽层形成孔洞以暴露欲形成MnSixOy存储介质层的铜引线区域；(4)在所述盖帽层的孔洞中填充锰金属层；(5)对所述锰金属层进行硅化处理以形成MnSi化合物层；(6)对所述MnSi化合物层进行氧化处理以形成MnSixOy存储介质层；(7)在所述MnSixOy存储介质层之上构图形成上电极；(8)继续铜互连后端工艺以形成铜栓塞和下一层铜引线；其中，0.001 < χ 彡 2，2 < y 彡 5。作为较佳实施方案，所述铜互连后端工艺为45纳米工艺节点工艺或者45纳米以下工艺节点工艺。作为较佳技术方案，具体地，所述步骤(1)包括以下步骤(Ia)在所述沟槽中沉积铜锰合金籽晶层；(Ib)然后电镀铜；(Ic)对铜和所述铜锰合金籽晶层进行退火；(Id)平坦化以去除多余的铜以及铜引线表面的氧化铜和氧化锰。根据本专利技术所提供的方法，其中，所述硅化可以是在含硅的气体中硅化、在硅等离子体中硅化或者硅的离子注入硅化。所述氧化可以是等离子氧化、热氧化、离子注入氧化之一种。根据本专利技术所提供的方法的一实施方案，所述上电极为TaN、Ta、TiN、Ti、W、Al、Ni、 Co或Mn金属层，或者为以上金属层中几种所组成的复合层。所述锰金属层通过溅射、蒸发或者电镀沉积获得，所述锰金属层的厚度范围为约 0. 5纳米至约50纳米。所述MnSixOy存储介质层可以是MnOz中掺Si形成的存储介质层，其中，1 < ζ彡3。或者所述MnSixOy存储介质层是MnOz与氧化硅的纳米复合层，其中，1 < ζ彡3。根据本专利技术所提供的方法的一实施方案，所述铜互连后端工艺采用双大马士革工艺。本专利技术的技术效果是，通过将氧化锰基电阻型存储器与铜互连后端工艺集成， MIM(金属-介质层-金属)结构的电阻型存储器嵌入到逻辑电路的铜互连后端结构中，尤其可以嵌入45纳米或者45纳米工艺节点以下的铜互连后端结构中。因此，可以实现逻辑工艺与存储器制造工艺完美兼容，降低制备成本低。另一方面，对于氧化锰基的电阻型存储器，由于采用对锰金属层先硅化后氧化的工艺，氧化的速度相对较慢，工艺可控性更强， MnSixOy存储介质层的良率及可靠性提高；并且由于MnSi的相对致密性特点，氧化后的 MnSixOy存储介质层也相对普通的锰的氧化物更加致密，从而，其高阻态和低阻态的电阻都得以提高(尤其是低阻态的电阻)，减低了存储器单元的功耗。附图说明图1是按照本专利技术提供的所制备的电阻型存储器的结构示意图。图2是采用常规大马士革铜互连工艺、进行到第一层铜布线制作开始的结构示意图。图3是形成铜引线后的结构示意图。图4是在铜引线后覆盖盖帽层后的结构示意图。图5是构图刻蚀盖帽层后暴露部分铜引线区域的结构示意图。图6是在盖帽层的孔洞中填充锰金属层后的结构示意图。图7是以盖帽层的孔洞中的锰金属层被硅化处理形成MnSi化合物层的结构示意图。图8是MnSixOy存储介质层形成后的结构示意图。图9是在MnSixOy存储介质层上构图形成上电极后的结构示意图。图10是在上电极之上覆盖形成保护介质层后的结构示意图。图11是在所述保护介质上覆盖形成用以形成铜栓塞和铜引线的介质层后的结构示意图。图12是铜栓塞和铜引线形成后的结构示意图。 具体实施例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。图1所示为按照本专利技术提供的所制备的电阻型存储器的结构示意图。如图1所示，氧化锰基电阻型器集成铜互连结构中，从而可以实现存储器和CMOS逻辑电路集成本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氧化锰基电阻型存储器与铜互连后端工艺集成的方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）构图形成阻挡层为锰硅氧化合物层的铜引线；（２）在所述铜引线上覆盖沉积盖帽层；（３）构图刻蚀所述盖帽层形成孔洞以暴露欲形成ＭｎＳｉｘＯｙ存储介质层的铜引线区域；（４）在所述盖帽层的孔洞中填充锰金属层；（５）对所述锰金属层进行硅化处理以形成ＭｎＳｉ化合物层；（６）对所述ＭｎＳｉ化合物层进行氧化处理以形成ＭｎＳｉｘＯｙ存储介质层；（７）在所述ＭｎＳｉｘＯｙ存储介质层之上构图形成上电极；（８）继续铜互连后端工艺以形成铜栓塞和下一层铜引线；其中，０．００１＜ｘ≤２，２＜ｙ≤５。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林殷茵，田晓鹏，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31