專利名稱：一種Si<sub>x</sub>N<sub>y</sub>基電阻型存儲器及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電阻型存儲器及其制備方法和應用，尤其涉及一種SixNy基電阻型存儲器及其制備方法和應用，屬于微電子技術領域。
背景技術：
電阻型非易失存儲器(RRAM, resistive random access memory)由于其結構簡單、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代發展限制的優點而引起廣泛的關注，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，使存儲介質在高電阻狀態(High Resistance State, HRS)和低電阻(LowResistance Mate，LRQ狀態之間發生可逆轉換，從而實現數據的存儲功能。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，高絕緣強度、漏電低等特點，在現代半導體CMOS工藝中被廣泛的應用與鈍化、隔離和電容介質層。同時，由于氮化硅薄膜中具有大量的缺陷態，因而作為電荷存儲層被廣泛的應用于電荷陷阱型非易失存儲器。基于氮化硅材料的上述優點，該材料在電阻型非易失存儲領域中的潛在應用也將被廣泛和深入的研究。
發明內容
本發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用。本發明解決上述技術問題的技術方案如下一種SixNy基電阻型存儲器包括上電極、絕緣介質層、阻變存儲層和下電極，所述絕緣介質層設置于下電極之上，所述設置有絕緣介質層的下電極上具有一貫穿絕緣介質層的孔洞，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。在上述技術方案的基礎上，本發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。本發明還提供一種解決上述技術問題的技術方案如下一種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層，并對所述絕緣介質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工藝的條件進行調節，或者通過后續Si離子注入進行調節。本發明還提供一種SixNy基電阻型存儲器在鋁互連工藝中的應用包括以下步驟步驟a2 提供常規鋁互連結構中使用的鎢栓塞結構，所述鎢栓塞結構作為SixNy基電阻型存儲器的下電極；步驟1^2 在所述鎢栓塞結構上形成絕緣介質層，并對所述絕緣介質層進行開孔以暴露出鎢栓塞結構；步驟c2 在所述暴露的鎢栓塞結構上沉積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圖形成鋁互連線。本發明的有益效果是本發明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為本發明實施例SixNy基電阻型存儲器的結構示意圖；圖2是本發明實施例SixNy基電阻型存儲器應用于鋁互連結構中的結構示意圖；圖3是本發明實施例SixNy基電阻型存儲器在鋁互連工藝中的應用的流程圖；圖4是本發明實施例一中器件的電流-電壓曲線；圖5是本發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合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。圖1為本發明實施例SixNy基電阻型存儲器的結構示意圖。如圖1所示，SixNy基電阻型存儲器包括上電極14、絕緣介質層12、阻變存儲層13和下電極11。絕緣介質層12設置于下電極11之上。設置有絕緣介質層12的下電極11上具有一貫穿絕緣介質層的孔洞。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是本發明實施例SixNy基電阻型存儲器應用于鋁互連結構中的結構示意圖，圖3是本發明實施例SixNy基電阻型存儲器在鋁互連工藝中的應用的流程圖。如圖2及3所示，所述應用包括以下步驟
步驟a2 提供常規鋁互連結構中使用的第一鎢栓塞結構101和第一絕緣介質層201，所述第一鎢栓塞結構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構101上形成第二絕緣介質層202，并對所述第二絕緣介質層202進行開孔以暴露出第一鎢栓塞結構101 ；步驟c2 在所述暴露的鎢栓塞結構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構501和第三絕緣介質層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厚的介質層并將介質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的工藝條件來調節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器件結構完全在介質層的通孔中；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器件在低功耗應用領域具有一定的優勢。同時，通過脈沖測試，Cu/SixNy/W器件的電阻轉變速度小于20ns，說明該器件在高速存儲領域也具有應用的潛力。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節，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變特性。單極轉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計難度。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種SixNy基電阻型存儲器，其特征在于，包括上電極、絕緣介質層、阻變存儲層和下電極，所述絕緣介質層設置于下電極之上，所述設置有絕緣介質層的下電極上具有一貫穿絕緣介質層的孔洞，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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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層，并對所述絕緣介質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.根據權利要求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.根據權利要求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工藝的條件進行調節，或者通過后續Si離子注入進行調節。
10.一種SixNy基電阻型存儲器在鋁互連工藝中的應用，其特征在于，所述應用包括以下步驟步驟a2:提供常規鋁互連結構中使用的鎢栓塞結構，所述鎢栓塞結構作為SixNy基電阻型存儲器的下電極；步驟b2 在所述鎢栓塞結構上形成絕緣介質層，并對所述絕緣介質層進行開孔以暴露出鎢栓塞結構；步驟c2 在所述暴露的鎢栓塞結構上沉積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圖形成鋁互連線。
全文摘要
本發明涉及一種SixNy基電阻型存儲器及其制備方法和應用，屬于微電子技術領域。所述SixNy基電阻型存儲器包括上電極、絕緣介質層、阻變存儲層和下電極，所述絕緣介質層設置于下電極之上，所述設置有絕緣介質層的下電極上具有一貫穿絕緣介質層的孔洞，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 優先權日2011年1月12日
發明者劉明, 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