专利名称：一种Si<sub>x</sub>N<sub>y</sub>基电阻型存储器及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电阻型存储器及其制备方法和应用，尤其涉及一种SixNy基电阻型存储器及其制备方法和应用，属于微电子技术领域。
背景技术：
电阻型非易失存储器(RRAM, resistive random access memory)由于其结构简单、与CMOS工艺兼容，并具有高速、低功耗、高密度、低成本和可突破技术代发展限制的优点而引起广泛的关注，逐渐成为新一代非易失性存储器的研究热点。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(High Resistance State, HRS)和低电阻(LowResistance Mate，LRQ状态之间发生可逆转换，从而实现数据的存储功能。目前，锰氧化物材料、过渡金属钙钛矿材料、二元金属氧化物材料、有机高分子材料以及一些硫化物等材料体系作为阻变存储层已经被广泛的研究。但是，对于采用氮化物材料作为阻变存储层的研究还很少被报道。在各种氮化物材料中，氮化硅材料具有高介电常数，高绝缘强度、漏电低等特点，在现代半导体CMOS工艺中被广泛的应用与钝化、隔离和电容介质层。同时，由于氮化硅薄膜中具有大量的缺陷态，因而作为电荷存储层被广泛的应用于电荷陷阱型非易失存储器。基于氮化硅材料的上述优点，该材料在电阻型非易失存储领域中的潜在应用也将被广泛和深入的研究。
发明内容
本发明针对目前还没有采用氮化物材料尤氮化硅材料作为阻变存储层的不足，提供一种SixNy基电阻型存储器及其制备方法和应用。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种SixNy基电阻型存储器包括上电极、绝缘介质层、阻变存储层和下电极，所述绝缘介质层设置于下电极之上，所述设置有绝缘介质层的下电极上具有一贯穿绝缘介质层的孔洞，所述阻变存储层和上电极均位于所述孔洞中，所述阻变存储层位于上电极和下电极之间，所述阻变存储层由SixNy材料制成，其中，x/y > 3/4。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，所述上电极的厚度为Inm 500nm。进一步，所述上电极材料由W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Si、TiN, TaN, IrO, ITO或者IZO制成。进一步，所述下电极由W制成。进一步，所述下电极的厚度为Inm 500nm。进一步，所述阻变存储层的厚度为Inm 500nm。本发明还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下一种SixNy基电阻型存储器的制备方法包括以下步骤
步骤al 在下电极上沉积形成绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行开孔以暴露出下电极；步骤bl 在所述暴露的下电极上沉积形成阻变存储层；步骤cl 在所述阻变存储层上形成上电极。进一步，所述步骤bl中通过PECVD、LPCVD或ALD工艺形成阻变存储层。进一步，所述步骤bl中阻变存储层由SixNy材料制成，其中，Si和N的比例通过控制PECVD、LPCVD或ALD工艺的条件进行调节，或者通过后续Si离子注入进行调节。本发明还提供一种SixNy基电阻型存储器在铝互连工艺中的应用包括以下步骤步骤a2 提供常规铝互连结构中使用的钨栓塞结构，所述钨栓塞结构作为SixNy基电阻型存储器的下电极；步骤1^2 在所述钨栓塞结构上形成绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行开孔以暴露出钨栓塞结构；步骤c2 在所述暴露的钨栓塞结构上沉积SixNy材料形成阻变存储层，其中，x/y >3/4 ；步骤d2 在所述阻变存储层上形成上电极；步骤e2 在所述上电极上依次沉积焊接层、互连金属层和抗反射层，再通过光刻和刻蚀的方法构图形成铝互连线。本发明的有益效果是本发明SixNy基电阻型存储器与CMOS工艺完全兼容，可以集成与Al互连的后端工艺，具有很高的实用价值，并具有超大存储窗口、高速、低功耗的特
点ο
图1为本发明实施例SixNy基电阻型存储器的结构示意图；图2是本发明实施例SixNy基电阻型存储器应用于铝互连结构中的结构示意图；图3是本发明实施例SixNy基电阻型存储器在铝互连工艺中的应用的流程图；图4是本发明实施例一中器件的电流-电压曲线；图5是本发明实施例二中器件的电流-电压曲线。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。图1为本发明实施例SixNy基电阻型存储器的结构示意图。如图1所示，SixNy基电阻型存储器包括上电极14、绝缘介质层12、阻变存储层13和下电极11。绝缘介质层12设置于下电极11之上。设置有绝缘介质层12的下电极11上具有一贯穿绝缘介质层的孔洞。阻变存储层13和上电极11均位于所述孔洞中。阻变存储层13位于上电极14和下电极11之间。阻变存储层13由SixNy材料制成，其中，x/y > 3/4。图2是本发明实施例SixNy基电阻型存储器应用于铝互连结构中的结构示意图，图3是本发明实施例SixNy基电阻型存储器在铝互连工艺中的应用的流程图。如图2及3所示，所述应用包括以下步骤
步骤a2 提供常规铝互连结构中使用的第一钨栓塞结构101和第一绝缘介质层201，所述第一钨栓塞结构101作为SixNy基电阻型存储器的下电极；步骤1^2 在所述第一钨栓塞结构101上形成第二绝缘介质层202，并对所述第二绝缘介质层202进行开孔以暴露出第一钨栓塞结构101 ；步骤c2 在所述暴露的钨栓塞结构101上沉积SixNy材料形成阻变存储层301，其中，x/y > 3/4 ；步骤d2 在所述阻变存储层301上形成上电极401 ；步骤e2 在所述上电极401上形成第二钨栓塞结构501和第三绝缘介质层203后，再依次沉积焊接层、互连金属层和抗反射层，再通过光刻和刻蚀的方法构图形成铝互连线601。实施例一首先，在W栓塞上淀积400nm厚的介质层并将介质层图形化后刻蚀出通孔；然后，采用PECVD或ALD工艺淀积一层20nm厚的SixNy薄膜层，并通过控制PECVD或ALD的工艺条件来调节SixNy薄膜的化学成分配比，使得Si N比为2 1;接着，采用磁控溅射淀积一层500nm厚的Cu作为上电极，并采用CMP的方法将高出通孔的Cu电极磨平，使得RRAM器件结构完全在介质层的通孔中；最后依次沉积焊接层、互连金属层、抗反射层，并通过光刻、刻蚀方法构图完成铝引线布线。图4给出了 Cu/SixNy/W器件的电流-电压曲线，该器件在电压扫描过程中具有双极性电阻转变特性，当SET过程的限流值小于1 μ A时，RESET过程在几百nA电流下就能够完成，说明Cu/SixNy/W器件在低功耗应用领域具有一定的优势。同时，通过脉冲测试，Cu/SixNy/W器件的电阻转变速度小于20ns，说明该器件在高速存储领域也具有应用的潜力。实施例二 该实施例与实施例一不同之处在于，实施例二采用离子注入工艺对SixNy薄膜的化学成分配比进行调节，同时采用Ti金属薄膜作为阻变器件的上电极。图5给出了 Ti/SixNy/W的电流-电压曲线，该器件在电压扫描过程中具有单极性电阻转变特性。单极转变的阻变存储器件有利于IDlR的集成，同时简化了外围电路的设计难度。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种SixNy基电阻型存储器，其特征在于，包括上电极、绝缘介质层、阻变存储层和下电极，所述绝缘介质层设置于下电极之上，所述设置有绝缘介质层的下电极上具有一贯穿绝缘介质层的孔洞，所述阻变存储层和上电极均位于所述孔洞中，所述阻变存储层位于上电极和下电极之间，所述阻变存储层由SixNy材料制成，其中，x/y > 3/4。
2.根据权利要求1所述的SixNy基电阻型存储器，其特征在于，所述上电极的厚度为Inm 500nmo
3.根据权利要求1所述的SixNy基电阻型存储器，其特征在于，所述上电极材料由W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Si、TiN、TaN、IrO、ITO 或者 IZO 制成。
4.根据权利要求1所述的SixNy基电阻型存储器，其特征在于，所述下电极由W制成。
5.根据权利要求1所述的SixNy基电阻型存储器，其特征在于，所述下电极的厚度为Inm 500nmo
6.根据权利要求1所述的SixNy基电阻型存储器，其特征在于，所述阻变存储层的厚度为 Inm 500nmo
7.—种SixNy基电阻型存储器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤步骤al 在下电极上沉积形成绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行开孔以暴露出下电极；步骤bl 在所述暴露的下电极上沉积SixNy材料形成阻变存储层，其中，x/y > 3/4 ；步骤cl 在所述阻变存储层上形成上电极。
8.根据权利要求7所述的SixNy基电阻型存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤bl中通过PECVD、LPCVD或ALD工艺形成阻变存储层。
9.根据权利要求7所述的SixNy基电阻型存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤bl中阻变存储层由SixNy材料制成，其中，Si和N的比例通过控制PECVD、LPCVD或ALD工艺的条件进行调节，或者通过后续Si离子注入进行调节。
10.一种SixNy基电阻型存储器在铝互连工艺中的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤步骤a2:提供常规铝互连结构中使用的钨栓塞结构，所述钨栓塞结构作为SixNy基电阻型存储器的下电极；步骤b2 在所述钨栓塞结构上形成绝缘介质层，并对所述绝缘介质层进行开孔以暴露出钨栓塞结构；步骤c2 在所述暴露的钨栓塞结构上沉积SixNy材料形成阻变存储层，其中，x/y >3/4 ；步骤d2 在所述阻变存储层上形成上电极；步骤e2 在所述上电极上依次沉积焊接层、互连金属层和抗反射层，再通过光刻和刻蚀的方法构图形成铝互连线。
全文摘要
本发明涉及一种SixNy基电阻型存储器及其制备方法和应用，属于微电子技术领域。所述SixNy基电阻型存储器包括上电极、绝缘介质层、阻变存储层和下电极，所述绝缘介质层设置于下电极之上，所述设置有绝缘介质层的下电极上具有一贯穿绝缘介质层的孔洞，所述阻变存储层和上电极均位于所述孔洞中，所述阻变存储层位于上电极和下电极之间，所述阻变存储层由SixNy材料制成，其中，x/y>3/4。本发明SixNy基电阻型存储器与CMOS工艺完全兼容，并具有超大存储窗口、高速、低功耗的特点。
文档编号H01L45/00GK102593349SQ20111000546
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者刘明, 刘琦, 吕杭炳, 谢常青, 龙世兵 申请人:中国科学院微电子研究所