專利名稱：一種WOx基電阻型存儲器及其制備方法
技術領域：
本發明屬于微電子技術領域，具體涉及金屬氧化物不揮發存儲器技術，尤其涉及 包括WOx基存儲介質的電阻型存儲器及其制造方法。
背景技術：
存儲器在半導體市場中占有重要的地位，由于便攜式電子設備的不斷普及，不揮 發存儲器在整個存儲器市場中的份額也越來越大，其中90%以上的份額被FLASH占據。但 是由于存儲電荷的要求，FLASH的浮柵不能隨技術代發展無限制減薄，有報道預測FLASH技 術的極限在32nm左右，這就迫使人們尋找性能更為優越的下一代不揮發存儲器。最近電阻 轉換存儲器件(resistive switching memory)因為其高密度、低成本、可突破技術代發展 限制的特點引起高度關注，所使用的材料有相變材料、摻雜的Sr&03、鐵電材料Pb&Ti03、 鐵磁材料PrhC^MrA、二元金屬氧化物材料、有機材料等。電阻型存儲器通過電信號的作用，使存儲介質在高電阻狀態(HighResistance State, HRS)和低電阻(Low Resistance State, LRS)狀態之間可逆轉換，從而實現存儲功 能。電阻型存儲器使用的存儲介質材料可以是各種金屬氧化物材料，其中W0x(l <x^3) 材料作為兩元金屬氧化物中的一種，因為鎢(W)在鋁互連工藝技術的鎢栓塞中廣泛應用， WOx材料的可以在W栓塞上方經過常規手段生成[1]，如等離子體氧化、熱氧化等，成本低廉， 而且可以隨多層互連線一起，實現三維堆疊結構[2]。但是，作為存儲介質的WOx材料一般在 納米尺寸級別，雖然W金屬的自然氧化速率不是很快，但是對于在鎢栓塞上直接氧化形成 WOx材料，其WOx存儲介質層的厚度還是難以控制，因此導致該存儲器的工藝可控性較差。 另外，文獻1中的WOx電阻存儲器的低阻態在lk-10k歐姆左右，因此相對滿足不了電阻存 儲器的低功耗的需求。同時，現有技術中報道，WOx存儲介質摻入一定的元素材料(Ti、La、Mn等元素)， 同樣具有存儲特性，鎢材料在摻雜后的存儲介質層中仍然以WOx形式存在，我們定義這種 存儲介質為WOx基存儲介質。其中WOx中摻硅后，同樣具有存儲特性，是屬于WOx基存儲介 質的一種。與本發明相關的參考文獻有[1]林殷茵，呂杭炳，唐立，尹明，宋雅麗，陳邦明，“一種自對準形成上電極的WOx 電阻存儲器及其制造方法”，中國專利申請號200710045938。[2]呂杭炳，林殷茵，陳邦明，“一種三維堆疊的W0*的電阻隨機存儲器結構及其制 造方法”，中國專利申請號200710172173。
發明內容
本發明要解決的技術問題是為避免在鎢上面直接氧化形成的WOx的工藝可控性 差、低阻態不夠高的問題，提供一種WOx基存儲介質的電阻型存儲器及其制造方法。為解決上述技術問題，本發明提供的WOx基電阻型存儲器，包括上電極、鎢下電極，其特征在于，還包括設置在上電極和鎢下電極之間的WOx基存儲介質，所述WOx基存儲 介質是通過對覆蓋在鎢下電極上的WSi化合物層氧化處理形成，其中，1 < x ≤ 3。作為本發明電阻型存儲器的較佳實施例，其中所述電阻型存儲還包括氧化處理剩 余的WSi化合物層。所述電阻型存儲器還包括在所述鎢下電極上方形成的第一介質層和 貫穿所述第一介質層中形成的孔洞，WSi化合物層位于所述孔洞的底部，所述WOx基存儲介 質形成于所述孔洞之中。根據本發明所提供的電阻型存儲器，其中，所述WSi化合物層是通過對鎢下電極 硅化處理形成。所述硅化處理是通過含硅氣體中硅化、硅等離子體中硅化或硅的離子注入 方法之一完成。，所述WSi化合物層的厚度范圍為0. 5nm-500nm。所述氧化處理是等離子氧 化、熱氧化、離子注入氧化之一。所述上電極是TaN、Ta、TiN、Ti、W、Al、Ni、Co之一。根據本發明所提供的電阻型存儲器，其中，所述鎢金屬下電極是鋁互連結構中的 鎢栓塞，所述WOx基存儲介質形成于鎢栓塞頂部。WOx基存儲介質形成于鋁互連結構的不同 層的鎢栓塞頂部，從而實現多個WOx基電阻存儲器的三維堆疊。根據本發明所提供的電阻型存儲器，其中，所述WOx基存儲介質是WOx中摻Si的 存儲介質，也或者是WOx與氧化硅的納米復合層，也或者是WOx-SiO納米復合材料與WOx材 料的堆疊層。所述WOx基存儲介質的硅元素的質量百分比含量范圍為0.001% -60%。本發明同時提供一種制備該電阻型存儲器的方法，包括步驟(1)對鎢下電極硅化處理生成WSi化合物層；(2)對所述WSi化合物層氧化，生成WOx基存儲介質；(3)在所述WOx基存儲介質上構圖形成上電極。根據本發明所提供的電阻型存儲器制備方法，其中，在所述第(1)步驟之前還包 括步驟(al)開孔暴露鎢下電極。在所述第(2)步驟之后還包括步驟(2a)對WOx基存儲 介質進行高溫退火處理。所述硅化處理是通過含硅氣體中硅化、硅等離子體中硅化或硅的 離子注入方法之一完成。所述氧化是等離子氧化、熱氧化、離子注入氧化之一。本發明同時提供又一種制備該電阻型存儲器的方法，包括步驟(1)提供常規的鋁互連工藝中的鎢栓塞制作完畢的結構，鎢栓塞作為所述WOx基 電阻型存儲器的下電極；(2)在所述鎢栓塞上覆蓋形成犧牲介質層；(3)在所述犧牲介質層中欲形成WOx基電阻型存儲器的位置，制作孔洞，暴露所述 鎢栓塞；(4)以犧牲介質層為掩膜將位于所述鎢栓塞的頂部進行硅化處理，形成WSi化合 物層；(5)將所述WSi化合物層進行氧化處理，形成WOx基存儲介質；(6)沉積上電極金屬材料，對上電極金屬材料化學機械研磨形成上電極；(7)去除犧牲介質層。根據本發明所提供的電阻型存儲器制備方法實施例，其中，在步驟(7)之后還包 括步驟(8)依次沉積焊接層、互連金屬層、抗反射層，通過光刻、刻蝕方法構圖完成鋁引線 布線。
本發明的技術效果是，通過對覆蓋在鎢下電極上的WSi化合物層氧化處理，形成 置于上電極和下電極之間的WOx基存儲介質，從而使包括該WOx基存儲介質的電阻型存儲 器具有如下優越性能(1)氧化覆蓋WSi化合物層的鎢形成WOx基存儲介質時，氧化速率相 對緩慢，該電阻存儲器的工藝可控性好；(2) WOx基存儲介質相對直接氧化形成的WOx存儲 介質致密，從而提高器件的可靠性；(3) WOx基存儲介質相對直接氧化形成的WOx存儲介質 致密，其低阻態的電阻相對較高，從而存儲器具有相對低功耗的特點；(4)WOx基存儲介質 的電阻存儲器相對WOx存儲介質的電阻存儲器，具有數據保持特性(Data Retention)更好 的特點。
圖1是本發明提供的電阻型存儲器的結構實施例；圖2是圖1所示實施例存儲器的存儲特性示意圖；圖3是本發明提供的電阻型存儲器的結構第二實施例；圖4是本發明提供的電阻型存儲器的結構第三實施例；圖5是開孔暴露鎢下電極后的橫截面圖；圖6是鎢下電極硅化形成WSi硅化層后的橫截面圖；圖7是WSi化合物層上氧化形成WOx基存儲介質后的橫截面圖；圖8是WSi化合物層上氧化形成WOx基存儲介質后的第二實施例橫截面圖；圖9是WSi化合物層上氧化形成WOx基存儲介質后的第三實施例橫截面圖；圖10是根據本發明在WSi上氧化形成WOx基存儲介質的電阻型存儲器的剖面結 構圖；圖11至圖18是圖10所示實施例電阻型存儲器結構的制備方法過程示意圖；圖19是三維堆疊結構的WOx基電阻型存儲器結構實施例。
具體實施例方式在下文中結合圖示在參考實施例中更完全地描述本發明，本發明提供優選實施 例，但不應該被認為僅限于在此闡述的實施例。在圖中，為了清楚放大了層和區域的厚度， 但作為示意圖不應該被認為嚴格反映了幾何尺寸的比例關系。在此參考圖是本發明的理想化實施例的示意圖，本發明所示的實施例不應該被認 為僅限于圖中所示的區域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。例如 干法刻蝕得到的曲線通常具有彎曲或圓潤的特點，但在本發明實施例圖示中，均以矩形表 示，圖中的表示是示意性的，但這不應該被認為限制本發明的范圍。圖1所示為本發明提供的電阻型存儲器的結構實施例。如圖1所示，電阻型存儲器 10包括鎢下電極40、WSi化合物層22、W0x基存儲介質23、以及上電極30。通過在鎢金屬下 電極40上可以形成一層介質層21，介質層21的材料可以為Si02、Si3N4等。孔洞27形成 于介質層21中，用于構圖暴露下電極40，為定義圖形尺寸形成WSi化合物層作準備；孔洞 27可以通過常規的光刻、刻蝕等工藝構圖形成。WSi化合物層形成于孔洞27底部、下電極 40之上，它是通過對暴露鎢下電極硅化形成，其硅化的方法主要有(1)高溫的含硅氣體中 硅化(2)高溫硅等離子體下硅化(3)硅的離子注入的方法硅化。以第(1)中硅化方法為例，通過在一定高溫(300°C -600°C )下，鎢下電極暴露于含硅的氣體中，W金屬與氣體發生化 學反應，硅化生成WSi化合物層。在該實施例中，含硅的氣體可以是SiH4、SiH2Cl2、Si(CH3)4 等氣體，化學反應的恒定氣壓小于20Torr。生成的WSi化合物層中，WSi并不代表其化合物 的固定化學式，其鎢與硅的化學計量比也不僅限于1 1，例如WSi化合物層22中鎢與硅的 平均化學計量比可以是2 1、3 1、4 1等。鎢與硅的化學計量比與形成的工藝參數有 關，例如氣體流量，溫度、時間等等，并且WSi化合物層中的鎢硅比不一定是完全均勻的，在 該實施例中，由于表面的W更容易與含硅的氣體結合，WSi化合物層中越接近鎢下電極，其 鎢與硅的化學計量比更高。在該實施例結構中，WSi化合物層22是WSi化合物層氧化處理 后的剩余層，厚度范圍為0. 5nm 50匪，例如可以是lnm。由于WSi化合物層。繼續如圖1所示，WOx基存儲介質23形成于WSi化合物層22上，它是通過對WSi 化合物層進行氧化形成的，圖3所示實施例是氧化之前形成的WSi化合物層沒有全部氧化 生成WOx基存儲介質，從而保留了 WSi化合物層22。該氧化方法具有自對準的特點(WOx基 存儲介質的圖像與WSi化合物層22對準)。通過將WSi化合物層暴露于氧氣氛中，或者暴 露于氧等離子體中，WSi化合物層中的W會不斷與0反應生成WOx存材料，原先的Si元素以 硅或氧化硅的形式存在于WOx材料中形成WOx基存儲介質，因此，WOx基存儲介質根據Si存 在形式，可以是WOx材料中摻Si的存儲介質，也可以是WOx基存儲介質是WOx與氧化硅的 納米復合層，也可以是WOx基存儲介質是WOx與氧化硅的納米復合層。WOx基存儲介質中的 硅元素的質量百分比含量范圍為0. 001%-60%，具體與WSi層的化學計量比、以及氧化的 工藝條件參數有關；并且Si在WOx基存儲介質層中的質量百分比分布并不一定是均勻的。 例如，有可能是從上表面向下表面Si元素以質量百分比梯度遞減的形式分布于WOx基存儲 介質層中；也有可能是Si元素相對集中分布于WOx基存儲介質的上表面和下表面之間一物 理層區域，WOx基存儲介質的上表層為WOx、中間層存在一含硅層的WOx、下表層為W0x，但其 上表層、中間層、下表層之間并沒有明確的物理界限，因此都是同為WOx基存儲介質。因此 硅元素在WOx基存儲介質中的具體分布形式并不受本發明限制。進一步需要說明的是，WOx 基存儲介質中除了包括Si元素外，還可以包括其他摻雜元素，例如，如果在氧化過程中，氧 化的氣體中還通入除氧之外的其他活性氣體如含F的氣體，則WOx基存儲介質中除含有Si 外還摻有F，具體WOx基的摻雜成份不受實施例限制，與氧化的工藝條件有關。WOx基存儲 介質中的x、反應了 W與0的平均化學計量比，也即原子比，1 < x ( 3。在整個WOx基存儲 介質23中，各個局部位置的x值是不一定相同的，也即WOx基存儲介質薄膜的化學計量比 是有差異的，由于表層的WSi更多地接觸氧并與氧反應，因此WOx基存儲介質越靠近WSi化 合物層22，其氧的含量越少，即x越小。在該實施例結構中，即WOx基存儲介質23的厚度范 圍為0. 5nm 500nm，例如可以為5nm，其厚度小于孔洞27的深度，因此WOx基存儲介質23 是位于孔洞27之中的。上電極30形成于WOx基存儲介質23之上，在該實施例中上電極填 充了孔洞27。上電極30材料可以單層結構，其可以是Ta、TaN、Ti、W、Ni、Al、Co等金屬材 料；也可以是復合層結構，其可以是Ti/TiN、Ta/TaN等。圖2所示為圖1所示實施例存儲器的存儲特性示意圖。該存儲特性通過半導體分 析儀以電壓掃描的方法測試得出。其中曲線60為圖1所示實施例WOx基存儲器的電壓掃 描轉換特性，曲線60為現有技術的WOx存儲器的電壓掃描轉換特性。由于WOx基存儲介質 相對于現有技術的WOx存儲介質層更加致密，并且在WOx基存儲介質和下電極之間增加了
7WSi化合物層，因此其低阻態在比用WOx存儲介質的電阻型存儲器大，因此該存儲器在低阻 態時具有小的電流，從而存儲器的功耗更低。進一步，對圖1所示實施例存儲器進行高溫加 速老化的方法測試其數據保持特性，其高阻狀態和低阻狀態的數據保持特性均比現有技術 的WOx存儲器的數據保持特性大大提高，這可能是因為通過在WSi上氧化生成的Wox基存 儲介質和WOx存儲介質的缺陷態分布的差異導致。圖3所示為本發明提供的電阻型存儲器的結構第二實施例。在該實施例中，氧化 之前的形成的WSi化合物層恰好全部被氧化形成WOx基存儲介質層23，因此該實施例與圖 1所示實施例的主要區別是不包括WSi化合物層22。其中的WOx基存儲介質23是通過控 制氧化工藝條件(如時間、溫度、壓強等等)使WSi化合物層恰好全部氧化，從而在該電阻 型存儲器10中不包括WSi化合物層。但是用于氧化形成WOx基存儲介質的WSi化合物層 也同樣是通過硅化暴露的鎢下電極形成。圖4所示為本發明提供的電阻型存儲器的結構第三實施例。在該實施例中，氧化 之前的形成的WSi化合物層部被氧化形成WOx基存儲介質層23并存在過氧化現象，使鎢下 電極中的鎢部分氧化。因此該實施例與圖1所示實施例的主要區別是不包括WSi化合物 層22、但包括由于過氧化生成WOx層24。結合圖1和圖4所示，其中的WOx基存儲介質23 也是通過對WSi化合物層全部氧化形成的，只是由于氧化WSi化合物緩沖時的條件差異，在 WSi化合物層全部氧化變成WOx基存儲介質后，由于繼續氧化、或者在氧化形成WOx基存儲 介質的過程，少量氧擴散到W電極上，在一定的工藝條件溫度下，很容易與WSi化合物層下 的W反應生成WOx層(1 <x彡3) 24，WOx層24成份以及厚度視具體工藝條件而確定，但其 WOx基存儲介質的最主要的差異是不存在Si。在該實施例中，WOx層24的厚度范圍是0. 5nm 到lOOnm。WOx層24是否有存儲特性不受本發明的限制，如果具有存儲特性，將與WOx基存 儲介質23 —起形成復合存儲介質層。同時，通過圖5至圖7公開了圖1所示實施例電阻存儲器結構的制造方法過程，以 下結合圖5至圖7、以及圖1詳細說明電阻型存儲器的制造方法。步驟1，開孔暴露鎢下電極。如圖5所示，在鎢下電極40上的介質層21上構圖開孔洞27，用于局部暴露鎢下電 極，并定義存儲介質層的單元面積大小。介質層21可以是氧化硅、氮化硅等材料，可以通過 光刻、刻蝕的辦法形成孔洞27。步驟2，對鎢下電極硅化處理，生成WSi硅化層。如圖6所示，通過對暴露的鎢下電極部分硅化，形成一定厚度的WSi硅化層22a， 22a定義為氧化之前的WSi化合物層。其硅化的方法主要有(1)高溫的含硅氣體中硅化 (2)高溫硅等離子體下硅化(3)硅的離子注入的方法硅化。以第(1)種硅化方法為例，通 過在一定高溫(200°C -600°C )下，鎢下電極暴露于含硅的氣體中，W金屬與氣體發生化學 反應，硅化生成WSi化合物層。在該實施例中，含硅的氣體可以是SiH4、SiH2Cl2、Si(CH3)4等 氣體，化學反應的恒定氣壓小于20Torr。可以在加熱的條件下，在硅烷(SiH4)氣氛下進行， 溫度可以為100-500°C，硅烷濃度可以為0.01%-30%。在第(3)種方法中，硅的離子注入 時，介質層21同時起掩模層的作用。WSi硅化層22a的厚度范圍為0. 5nm-500nm。步驟3，對WSi化合物層氧化，生成WOx基存儲介質。如圖7所示，通過控制氧化的工藝條件(如溫度、壓強、時間等)，對氧化之前的WSi化合物層22a氧化生成WOx基存儲介質23，在該實施例中，氧化之前的WSi化合物層 22a并未完全氧化，還剩下底層部分的WSi化合物層22。氧化的方法主要有等離子氧化和 熱氧化，其具體氧化的方法不受本發明限制。作為較佳實施例，還可以在氧化生成WOx基存儲介質后，對WOx基存儲介質進行高 溫退火處理，其退火溫度范圍是200°C -600°C。步驟4，在WOx基存儲介質上形成上電極。如圖1所示，通過在圖7所示的結構上，PVD沉積金屬導電材料(Ta、Ti、TaN等) 作為上電極30，覆蓋WOx基存儲介質。上電極30的金屬材料種類、沉積方法不受本發明限 制。至此，圖1所示結構實施例的電阻型存儲器形成。
需要說明的是，圖3、圖4所示結構實施例的制備方法同樣包括以上所述步驟1、2、 3、4。只是在步驟3中，氧化的工藝參數差異，導致氧化之前的WSi化合物緩沖22a被氧化 的程度不同。通過步驟3后，可以分別形成與圖7相差異的圖8、圖9結構，分別用來形成圖 3、圖4所示實施例電阻型存儲器。該具體實施例中同時提供圖10和圖19所示實施例電阻型存儲器集成于鋁互連工 藝的結構。圖10為根據本發明在WSi上氧化形成WOx基存儲介質的電阻型存儲器的剖面結 構圖。在該實施例中，WOx基電阻型存儲器集成形成于鋁互連后端工藝中，WOx基存儲介 質形成于鎢栓塞202的頂部、鋁引線801之下，如圖12所示，PMD層100形成MOS器件之上， 它可以是摻磷的氧化硅PSG等介質材料，在PMD層100中形成鎢栓塞201和202，其中鎢栓 塞202為上面需要氧化形成WOx基存儲介質電阻存儲器的鎢栓塞，鎢栓塞201為上面不需 要氧化形成WOx基存儲介質電阻存儲器的鎢栓塞。鎢栓塞連接第一層鋁引線和MOS管源極 或者漏極。鎢引線和第一層層間介質層101之間為防止鎢擴散的擴散阻擋層301，可以是 TaN.Ta/TaN復合層或是Ti/TiN復合層，或是其它起到同樣作用的導電材料，如TiSiN、WNx、 WNxCy、Ru、TiZr/TiZrN等。鎢引線202上部為WSi化合物層701，其上為WOx基存儲介質層 700，其中1 < χ彡3，WOx基存儲介質層700是通過對WSi化合物層氧化形成的，其中WSi 化合物層701為氧化后所剩余的WSi化合物層。上電極601覆蓋WOx基存儲介質層700， 可以為TaN、Ta、TiN、Ti、W、Al、Ni、Co等導電材料。焊接層302形成于上層鋁引線801,802 與PMD100之間，同時覆蓋上電極601，主要起粘附作用，降低鎢栓塞和金屬引線之間的接觸 電阻，它可以是Ti、TiN、Ti/TiN復合層，或是其它起到同樣作用的導電材料，如TiSiN、WNx、 WNxCy、Ti&/TiZrN等。鋁引線801和802的材料在該實施例為第一層鋁引線，其可以是Al 或AlCu合金等。抗反射層401位于鋁引線801和802之上，主要起減反射作用，提高光刻 精度，可以是TiN，或SiON等非有機物以及起同樣作用的有機物材料。鎢栓塞202、WSi化 合物層70、WOx基存儲介質層700和上電極600形成一個電阻存儲器單元。圖10所示實施例的WOx基電阻型存儲器的具體制造方法將結合圖11至圖18說 明。圖11所示為鋁互連工藝進行鎢栓塞制作完畢后的結構示意圖，如圖11所示，鎢栓塞 202和201形成于PMD層100中，其頂部暴露。進一步參考圖12所示，在鎢栓塞上覆蓋一層犧牲介質層。
在該實施例中，犧牲介質層102同時覆蓋鎢栓塞和PMD層，它可以為Si3N4、SiON, SiCN, SiC, SiO2或者包含其中之一的復合層，犧牲介質層的厚度應該與欲形成的存儲器的 上電極的厚度一致。犧牲介質層10用來保護不需要形成WOx基電阻型存儲器的鎢栓塞201、 并構圖形成上電極。進一步參考圖13所示，在犧牲介質層上構圖刻蝕形成用于暴露鎢栓塞的孔洞。在該實施例中，如圖13所示，孔洞103完全把鎢栓塞202暴露，為下一步硅化鎢栓 塞202的頂部做準備，孔洞103的面積大小與圖形與欲形成的存儲器的上電極一致。進一步參考圖14所示，以犧牲介質層為掩膜將位于所述鎢栓塞的頂部進行硅化處理，形成WSi化合物層。在該實施例中，如圖14所示，通過對暴露的鎢栓塞202的頂部部分硅化，形成一定 厚度的WSi硅化層701a，WSi化合物層701a的厚度大于圖10所示結構的WSi化合物層。其 硅化的方法主要有(1)高溫的含硅氣體中硅化(2)高溫硅等離子體下硅化(3)硅的離子 注入的方法硅化。以第(1)種硅化方法為例，通過在一定高溫(200°C -600°C )下，鎢栓塞 202暴露于含硅的氣體中，W金屬與氣體發生化學反應，硅化生成WSi化合物層。在該實施 例中，含硅的氣體可以是SiH4、SiH2Cl2、Si (CH3)4等氣體，化學反應的恒定氣壓小于20Torr。 可以在加熱的條件下，在硅烷(SiH4)氣氛下進行，溫度可以為100-500°C，硅烷濃度可以為 0. 01% -30%。在第(3)種方法中，硅的離子注入時，犧牲介質層102同時起掩模層的作用。進一步參考附圖15，將WSi化合物層進行氧化處理，形成WOx基存儲介質。在該實 施例中，選澤等離子氧化的方法對WSi化合物層701a進行氧化，由于WSi化合物層701a沒 有被全部氧化形成WOx基存儲介質，所以WSi化合物層701a變成為底部剩余的WSi化合物 層701以及上部的WOx基存儲介質700。鎢栓塞201由于受犧牲介質層102保護而不會被 硅化或者氧化。進一步參考附圖16，沉積上電極金屬材料，對上電極金屬材料化學機械研磨 (CMP)形成上電極。在該實施例中，CMP的過程中以犧牲介質層102作為終止層，去除多余 的上電極金屬材料。上電極材料種類可以為TaN、Ta、TiN, Ti、W、Al、Ni、Co等導電材料，制 備方法可以通過反應濺射、PECVD、熱蒸發等方式實現。進一步參考附圖17，通過選擇性刻蝕去除犧牲介質層。上電極601得到保留。進一步參考附圖18，依次沉積焊接層、互連金屬層、抗反射層，通過光刻、刻蝕方法 構圖完成鋁引線布線。在實施例的步驟與常規鋁互連工藝中的鋁引線的形成步驟相同。至此，圖10所示的WOx基電阻型存儲器基本形成。需要進一步指出的是，WOx基存儲介質不僅限于形成于圖10所示的PMD層中的鎢 栓塞上、第一層鋁引線801之下，也可以同時形成于不同層的鎢栓塞上，因此WOx基電阻型 存儲器在鋁互連后端結構中可以實現三維堆疊。圖19所示為三維堆疊結構的WOx基電阻 型存儲器結構實施例。如圖10和圖19所示，圖19實施例的區別在于在圖10所示結構上 繼續在第二層鋁引線803之下、鎢栓塞203之上形成WSi化合物層703和WOx基存儲介質 702。在該實施例中，上電極602置于第二層鋁引線803和WOx基存儲介質702之間，鎢栓 塞203形成于第一層間介質101中，電連接第一層鋁引線801和第二層鋁引線803。WSi化 合物層703、W0x基存儲介質702、上電極602等的具體制備過程與圖10所示的WOx基電阻 型存儲器的制備過程基本類似，在此不作具體說明。
在不偏離本發明的精神和范圍的情況下還可以構成許多有很大差別的實施例。應當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權利要求
一種WOx基電阻型存儲器，包括上電極、鎢下電極，其特征在于，在上電極和鎢下電極之間設置WOx基存儲介質，所述WOx基存儲介質是通過對覆蓋在鎢下電極上的WSi化合物層氧化處理形成，其中，1＜x≤3。
2.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述電阻型存儲還包括氧化處 理剩余的WSi化合物層。
3.根據權利要求2所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述電阻型存儲器還包括在所 述鎢下電極上方形成的第一介質層和貫穿所述第一介質層中形成的孔洞，WSi化合物層位 于所述孔洞的底部，所述WOx基存儲介質形成于所述孔洞之中。
4.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述電阻型存儲器還包括形成 于鎢下電極之上、WOx基存儲介質之下的WOx層，其中，1 < χ彡3。
5.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述WSi化合物層是通過對鎢下 電極硅化處理形成。
6.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述硅化處理是通過含硅氣體 中硅化、硅等離子體中硅化或硅的離子注入方法之一完成。
7.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述WSi化合物層的厚度范圍為 0. 5nm-500nmo
8.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述氧化處理是等離子氧化、熱 氧化、離子注入氧化之一。
9.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述鎢金屬下電極是鋁互連結 構中的鎢栓塞，所述WOx基存儲介質形成于鎢栓塞頂部。
10.根據權利要求9所述的電阻型存儲器，其特征在于，WOx基存儲介質形成于鋁互連 結構的不同層的鎢栓塞頂部，從而實現多個WOx基電阻存儲器的三維堆疊。
11.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述WOx基存儲介質是WOx中 摻Si的存儲介質。
12.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述WOx基存儲介質是WOx與 氧化硅的納米復合層。
13.根據權利要求1所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述WOx基存儲介質是 WOx-SiO納米復合材料與WOx材料的堆疊層。
14.根據權利要求11或12或13所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述WOx基存儲介 質的硅元素的質量百分比含量范圍為0. 001% -60%。
15.根據權利要求1至13任意一所述的電阻存儲器，其特征在于，所述上電極是TaN、 Ta, Ti N、Ti、W、Al、Ni、Co 之一。
16.一種如權利要求1所述的電阻型存儲器的制備方法，其特征在于包括步驟(1)對鎢下電極硅化處理生成WSi化合物層；(2)對所述WSi化合物層氧化，生成WOx基存儲介質；(3)在所述WOx基存儲介質上構圖形成上電極。
17.根據權利要求16所述的制備方法，其特征在于，在所述第(1)步驟之前還包括步驟 (al):開孔暴露鎢下電極。
18.根據權利要求16所述的制備方法，其特征在于，在所述第(2)步驟之后還包括步驟(2a)對WOx基存儲介質進行高溫退火處理。
19.根據權利要求16所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述硅化處理是通過含硅氣 體中硅化、硅等離子體中硅化或硅的離子注入方法之一完成。
20.根據權利要求16所述的電阻型存儲器，其特征在于，所述氧化是等離子氧化、熱氧 化、離子注入氧化之一。
21.一種如權利要求1所述的電阻型存儲器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)提供常規的鋁互連工藝中的鎢栓塞制作完畢的結構，鎢栓塞作為所述WOx基電阻 型存儲器的下電極；(2)在所述鎢栓塞上覆蓋形成犧牲介質層；(3)在所述犧牲介質層中欲形成WOx基電阻型存儲器的位置，制作孔洞，暴露所述鎢栓塞；(4)以犧牲介質層為掩膜將位于所述鎢栓塞的頂部進行硅化處理，形成WSi化合物層；(5)將所述WSi化合物層進行氧化處理，形成WOx基存儲介質；(6)沉積上電極金屬材料，對上電極金屬材料化學機械研磨形成上電極；(7)去除犧牲介質層。
22.根據權利21所述的制備方法，其特征在于，在步驟(7)之后還包括步驟(8)依次沉積焊接層、互連金屬層、抗反射層，通過光刻、刻蝕方法構圖完成鋁引線布線。
全文摘要
本發明屬于微電子技術領域，涉及金屬氧化物不揮發存儲器技術，具體涉及一種WOx基電阻型存儲器及其制備方法，該WOx基電阻型存儲器包括上電極、鎢下電極、以及設置在上電極和鎢下電極之間的WOx基存儲介質，所述WOx基存儲介質是通過對覆蓋在鎢下電極上的WSi化合物層氧化處理形成，其中，1＜x≤3。該發明提供的電阻型存儲器能提高工藝可控性和器件可靠性，同時具有相對低功耗、數據保持特性好的特點。
文檔編號H01L27/24GK101826595SQ20091004697
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月3日 優先權日2009年3月3日
發明者呂杭炳, 周鵬, 林殷茵 申請人:復旦大學