專利名稱：一種Si_xN_y基電阻型存儲器及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電阻型存儲器及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種SixNy基電阻型存儲器及其制備方法和應(yīng)用，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電阻型非易失存儲器(RRAM, resistive random access memory)由于其結(jié)構(gòu)簡單、與CMOS工藝兼容，并具有高速、低功耗、高密度、低成本和可突破技術(shù)代發(fā)展限制的優(yōu)點而引起廣泛的關(guān)注，逐漸成為新一代非易失性存儲器的研究熱點。電阻型存儲器通過電信號的作用，使存儲介質(zhì)在高電阻狀態(tài)(High Resistance State, HRS)和低電阻(LowResistance Mate，LRQ狀態(tài)之間發(fā)生可逆轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲功能。目前，錳氧化物材料、過渡金屬鈣鈦礦材料、二元金屬氧化物材料、有機高分子材料以及一些硫化物等材料體系作為阻變存儲層已經(jīng)被廣泛的研究。但是，對于采用氮化物材料作為阻變存儲層的研究還很少被報道。在各種氮化物材料中，氮化硅材料具有高介電常數(shù)，高絕緣強度、漏電低等特點，在現(xiàn)代半導(dǎo)體CMOS工藝中被廣泛的應(yīng)用與鈍化、隔離和電容介質(zhì)層。同時，由于氮化硅薄膜中具有大量的缺陷態(tài)，因而作為電荷存儲層被廣泛的應(yīng)用于電荷陷阱型非易失存儲器?；诘璨牧系纳鲜鰞?yōu)點，該材料在電阻型非易失存儲領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用也將被廣泛和深入的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前還沒有采用氮化物材料尤氮化硅材料作為阻變存儲層的不足，提供一種SixNy基電阻型存儲器及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種SixNy基電阻型存儲器包括上電極、絕緣介質(zhì)層、阻變存儲層和下電極，所述絕緣介質(zhì)層設(shè)置于下電極之上，所述設(shè)置有絕緣介質(zhì)層的下電極上具有一貫穿絕緣介質(zhì)層的孔洞，所述阻變存儲層和上電極均位于所述孔洞中，所述阻變存儲層位于上電極和下電極之間，所述阻變存儲層由SixNy材料制成，其中，x/y > 3/4。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。進一步，所述上電極的厚度為Inm 500nm。進一步，所述上電極材料由W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Si、TiN, TaN, IrO, ITO或者IZO制成。進一步，所述下電極由W制成。進一步，所述下電極的厚度為Inm 500nm。進一步，所述阻變存儲層的厚度為Inm 500nm。本發(fā)明還提供一種解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種SixNy基電阻型存儲器的制備方法包括以下步驟
步驟al 在下電極上沉積形成絕緣介質(zhì)層，并對所述絕緣介質(zhì)層進行開孔以暴露出下電極；步驟bl 在所述暴露的下電極上沉積形成阻變存儲層；步驟cl 在所述阻變存儲層上形成上電極。進一步，所述步驟bl中通過PECVD、LPCVD或ALD工藝形成阻變存儲層。進一步，所述步驟bl中阻變存儲層由SixNy材料制成，其中，Si和N的比例通過控制PECVD、LPCVD或ALD工藝的條件進行調(diào)節(jié)，或者通過后續(xù)Si離子注入進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明還提供一種SixNy基電阻型存儲器在鋁互連工藝中的應(yīng)用包括以下步驟步驟a2 提供常規(guī)鋁互連結(jié)構(gòu)中使用的鎢栓塞結(jié)構(gòu)，所述鎢栓塞結(jié)構(gòu)作為SixNy基電阻型存儲器的下電極；步驟1^2 在所述鎢栓塞結(jié)構(gòu)上形成絕緣介質(zhì)層，并對所述絕緣介質(zhì)層進行開孔以暴露出鎢栓塞結(jié)構(gòu)；步驟c2 在所述暴露的鎢栓塞結(jié)構(gòu)上沉積SixNy材料形成阻變存儲層，其中，x/y >3/4 ；步驟d2 在所述阻變存儲層上形成上電極；步驟e2 在所述上電極上依次沉積焊接層、互連金屬層和抗反射層，再通過光刻和刻蝕的方法構(gòu)圖形成鋁互連線。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明SixNy基電阻型存儲器與CMOS工藝完全兼容，可以集成與Al互連的后端工藝，具有很高的實用價值，并具有超大存儲窗口、高速、低功耗的特
點ο


圖1為本發(fā)明實施例SixNy基電阻型存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例SixNy基電阻型存儲器應(yīng)用于鋁互連結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例SixNy基電阻型存儲器在鋁互連工藝中的應(yīng)用的流程圖；圖4是本發(fā)明實施例一中器件的電流-電壓曲線；圖5是本發(fā)明實施例二中器件的電流-電壓曲線。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。圖1為本發(fā)明實施例SixNy基電阻型存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，SixNy基電阻型存儲器包括上電極14、絕緣介質(zhì)層12、阻變存儲層13和下電極11。絕緣介質(zhì)層12設(shè)置于下電極11之上。設(shè)置有絕緣介質(zhì)層12的下電極11上具有一貫穿絕緣介質(zhì)層的孔洞。阻變存儲層13和上電極11均位于所述孔洞中。阻變存儲層13位于上電極14和下電極11之間。阻變存儲層13由SixNy材料制成，其中，x/y > 3/4。圖2是本發(fā)明實施例SixNy基電阻型存儲器應(yīng)用于鋁互連結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明實施例SixNy基電阻型存儲器在鋁互連工藝中的應(yīng)用的流程圖。如圖2及3所示，所述應(yīng)用包括以下步驟
步驟a2 提供常規(guī)鋁互連結(jié)構(gòu)中使用的第一鎢栓塞結(jié)構(gòu)101和第一絕緣介質(zhì)層201，所述第一鎢栓塞結(jié)構(gòu)101作為SixNy基電阻型存儲器的下電極；步驟1^2 在所述第一鎢栓塞結(jié)構(gòu)101上形成第二絕緣介質(zhì)層202，并對所述第二絕緣介質(zhì)層202進行開孔以暴露出第一鎢栓塞結(jié)構(gòu)101 ；步驟c2 在所述暴露的鎢栓塞結(jié)構(gòu)101上沉積SixNy材料形成阻變存儲層301，其中，x/y > 3/4 ；步驟d2 在所述阻變存儲層301上形成上電極401 ；步驟e2 在所述上電極401上形成第二鎢栓塞結(jié)構(gòu)501和第三絕緣介質(zhì)層203后，再依次沉積焊接層、互連金屬層和抗反射層，再通過光刻和刻蝕的方法構(gòu)圖形成鋁互連線601。實施例一首先，在W栓塞上淀積400nm厚的介質(zhì)層并將介質(zhì)層圖形化后刻蝕出通孔；然后，采用PECVD或ALD工藝淀積一層20nm厚的SixNy薄膜層，并通過控制PECVD或ALD的工藝條件來調(diào)節(jié)SixNy薄膜的化學成分配比，使得Si N比為2 1;接著，采用磁控濺射淀積一層500nm厚的Cu作為上電極，并采用CMP的方法將高出通孔的Cu電極磨平，使得RRAM器件結(jié)構(gòu)完全在介質(zhì)層的通孔中；最后依次沉積焊接層、互連金屬層、抗反射層，并通過光刻、刻蝕方法構(gòu)圖完成鋁引線布線。圖4給出了 Cu/SixNy/W器件的電流-電壓曲線，該器件在電壓掃描過程中具有雙極性電阻轉(zhuǎn)變特性，當SET過程的限流值小于1 μ A時，RESET過程在幾百nA電流下就能夠完成，說明Cu/SixNy/W器件在低功耗應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢。同時，通過脈沖測試，Cu/SixNy/W器件的電阻轉(zhuǎn)變速度小于20ns，說明該器件在高速存儲領(lǐng)域也具有應(yīng)用的潛力。實施例二 該實施例與實施例一不同之處在于，實施例二采用離子注入工藝對SixNy薄膜的化學成分配比進行調(diào)節(jié)，同時采用Ti金屬薄膜作為阻變器件的上電極。圖5給出了 Ti/SixNy/W的電流-電壓曲線，該器件在電壓掃描過程中具有單極性電阻轉(zhuǎn)變特性。單極轉(zhuǎn)變的阻變存儲器件有利于IDlR的集成，同時簡化了外圍電路的設(shè)計難度。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SixNy基電阻型存儲器，其特征在于，包括上電極、絕緣介質(zhì)層、阻變存儲層和下電極，所述絕緣介質(zhì)層設(shè)置于下電極之上，所述設(shè)置有絕緣介質(zhì)層的下電極上具有一貫穿絕緣介質(zhì)層的孔洞，所述阻變存儲層和上電極均位于所述孔洞中，所述阻變存儲層位于上電極和下電極之間，所述阻變存儲層由SixNy材料制成，其中，x/y > 3/4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SixNy基電阻型存儲器，其特征在于，所述上電極的厚度為Inm 500nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SixNy基電阻型存儲器，其特征在于，所述上電極材料由W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Si、TiN、TaN、IrO、ITO 或者 IZO 制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SixNy基電阻型存儲器，其特征在于，所述下電極由W制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SixNy基電阻型存儲器，其特征在于，所述下電極的厚度為Inm 500nmo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SixNy基電阻型存儲器，其特征在于，所述阻變存儲層的厚度為 Inm 500nmo
7.—種SixNy基電阻型存儲器的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟步驟al 在下電極上沉積形成絕緣介質(zhì)層，并對所述絕緣介質(zhì)層進行開孔以暴露出下電極；步驟bl 在所述暴露的下電極上沉積SixNy材料形成阻變存儲層，其中，x/y > 3/4 ；步驟cl 在所述阻變存儲層上形成上電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的SixNy基電阻型存儲器的制備方法，其特征在于，所述步驟bl中通過PECVD、LPCVD或ALD工藝形成阻變存儲層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的SixNy基電阻型存儲器的制備方法，其特征在于，所述步驟bl中阻變存儲層由SixNy材料制成，其中，Si和N的比例通過控制PECVD、LPCVD或ALD工藝的條件進行調(diào)節(jié)，或者通過后續(xù)Si離子注入進行調(diào)節(jié)。
10.一種SixNy基電阻型存儲器在鋁互連工藝中的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用包括以下步驟步驟a2:提供常規(guī)鋁互連結(jié)構(gòu)中使用的鎢栓塞結(jié)構(gòu)，所述鎢栓塞結(jié)構(gòu)作為SixNy基電阻型存儲器的下電極；步驟b2 在所述鎢栓塞結(jié)構(gòu)上形成絕緣介質(zhì)層，并對所述絕緣介質(zhì)層進行開孔以暴露出鎢栓塞結(jié)構(gòu)；步驟c2 在所述暴露的鎢栓塞結(jié)構(gòu)上沉積SixNy材料形成阻變存儲層，其中，x/y >3/4 ；步驟d2 在所述阻變存儲層上形成上電極；步驟e2 在所述上電極上依次沉積焊接層、互連金屬層和抗反射層，再通過光刻和刻蝕的方法構(gòu)圖形成鋁互連線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SixNy基電阻型存儲器及其制備方法和應(yīng)用，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。所述SixNy基電阻型存儲器包括上電極、絕緣介質(zhì)層、阻變存儲層和下電極，所述絕緣介質(zhì)層設(shè)置于下電極之上，所述設(shè)置有絕緣介質(zhì)層的下電極上具有一貫穿絕緣介質(zhì)層的孔洞，所述阻變存儲層和上電極均位于所述孔洞中，所述阻變存儲層位于上電極和下電極之間，所述阻變存儲層由SixNy材料制成，其中，x/y>3/4。本發(fā)明SixNy基電阻型存儲器與CMOS工藝完全兼容，并具有超大存儲窗口、高速、低功耗的特點。
文檔編號H01L45/00GK102593349SQ20111000546
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者劉明, 劉琦, 呂杭炳, 謝常青, 龍世兵 申請人:中國科學院微電子研究所