一种WOx基电阻型存储器及其制备方法

专利名称：一种WOx基电阻型存储器及其制备方法
技术领域：
本发明属于微电子技术领域，具体涉及金属氧化物不挥发存储器技术，尤其涉及 包括WOx基存储介质的电阻型存储器及其制造方法。
背景技术：
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 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Sr&03、铁电材料Pb&Ti03、 铁磁材料PrhC^MrA、二元金属氧化物材料、有机材料等。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(HighResistance 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金属氧化物材料，其中W0x(l <x^3) 材料作为两元金属氧化物中的一种，因为钨(W)在铝互连工艺技术的钨栓塞中广泛应用， WOx材料的可以在W栓塞上方经过常规手段生成[1]，如等离子体氧化、热氧化等，成本低廉， 而且可以随多层互连线一起，实现三维堆叠结构[2]。但是，作为存储介质的WOx材料一般在 纳米尺寸级别，虽然W金属的自然氧化速率不是很快，但是对于在钨栓塞上直接氧化形成 WOx材料，其WOx存储介质层的厚度还是难以控制，因此导致该存储器的工艺可控性较差。 另外，文献1中的WOx电阻存储器的低阻态在lk-10k欧姆左右，因此相对满足不了电阻存 储器的低功耗的需求。同时，现有技术中报道，WOx存储介质掺入一定的元素材料(Ti、La、Mn等元素)， 同样具有存储特性，钨材料在掺杂后的存储介质层中仍然以WOx形式存在，我们定义这种 存储介质为WOx基存储介质。其中WOx中掺硅后，同样具有存储特性，是属于WOx基存储介 质的一种。与本发明相关的参考文献有[1]林殷茵，吕杭炳，唐立，尹明，宋雅丽，陈邦明，“一种自对准形成上电极的WOx 电阻存储器及其制造方法”，中国专利申请号200710045938。[2]吕杭炳，林殷茵，陈邦明，“一种三维堆叠的W0*的电阻随机存储器结构及其制 造方法”，中国专利申请号200710172173。

发明内容
本发明要解决的技术问题是为避免在钨上面直接氧化形成的WOx的工艺可控性 差、低阻态不够高的问题，提供一种WOx基存储介质的电阻型存储器及其制造方法。为解决上述技术问题，本发明提供的WOx基电阻型存储器，包括上电极、钨下电极，其特征在于，还包括设置在上电极和钨下电极之间的WOx基存储介质，所述WOx基存储 介质是通过对覆盖在钨下电极上的WSi化合物层氧化处理形成，其中，1 < x ≤ 3。作为本发明电阻型存储器的较佳实施例，其中所述电阻型存储还包括氧化处理剩 余的WSi化合物层。所述电阻型存储器还包括在所述钨下电极上方形成的第一介质层和 贯穿所述第一介质层中形成的孔洞，WSi化合物层位于所述孔洞的底部，所述WOx基存储介 质形成于所述孔洞之中。根据本发明所提供的电阻型存储器，其中，所述WSi化合物层是通过对钨下电极 硅化处理形成。所述硅化处理是通过含硅气体中硅化、硅等离子体中硅化或硅的离子注入 方法之一完成。，所述WSi化合物层的厚度范围为0. 5nm-500nm。所述氧化处理是等离子氧 化、热氧化、离子注入氧化之一。所述上电极是TaN、Ta、TiN、Ti、W、Al、Ni、Co之一。根据本发明所提供的电阻型存储器，其中，所述钨金属下电极是铝互连结构中的 钨栓塞，所述WOx基存储介质形成于钨栓塞顶部。WOx基存储介质形成于铝互连结构的不同 层的钨栓塞顶部，从而实现多个WOx基电阻存储器的三维堆叠。根据本发明所提供的电阻型存储器，其中，所述WOx基存储介质是WOx中掺Si的 存储介质，也或者是WOx与氧化硅的纳米复合层，也或者是WOx-SiO纳米复合材料与WOx材 料的堆叠层。所述WOx基存储介质的硅元素的质量百分比含量范围为0.001% -60%。本发明同时提供一种制备该电阻型存储器的方法，包括步骤(1)对钨下电极硅化处理生成WSi化合物层；(2)对所述WSi化合物层氧化，生成WOx基存储介质；(3)在所述WOx基存储介质上构图形成上电极。根据本发明所提供的电阻型存储器制备方法，其中，在所述第(1)步骤之前还包 括步骤(al)开孔暴露钨下电极。在所述第(2)步骤之后还包括步骤(2a)对WOx基存储 介质进行高温退火处理。所述硅化处理是通过含硅气体中硅化、硅等离子体中硅化或硅的 离子注入方法之一完成。所述氧化是等离子氧化、热氧化、离子注入氧化之一。本发明同时提供又一种制备该电阻型存储器的方法，包括步骤(1)提供常规的铝互连工艺中的钨栓塞制作完毕的结构，钨栓塞作为所述WOx基 电阻型存储器的下电极；(2)在所述钨栓塞上覆盖形成牺牲介质层；(3)在所述牺牲介质层中欲形成WOx基电阻型存储器的位置，制作孔洞，暴露所述 钨栓塞；(4)以牺牲介质层为掩膜将位于所述钨栓塞的顶部进行硅化处理，形成WSi化合 物层；(5)将所述WSi化合物层进行氧化处理，形成WOx基存储介质；(6)沉积上电极金属材料，对上电极金属材料化学机械研磨形成上电极；(7)去除牺牲介质层。根据本发明所提供的电阻型存储器制备方法实施例，其中，在步骤(7)之后还包 括步骤(8)依次沉积焊接层、互连金属层、抗反射层，通过光刻、刻蚀方法构图完成铝引线 布线。
本发明的技术效果是，通过对覆盖在钨下电极上的WSi化合物层氧化处理，形成 置于上电极和下电极之间的WOx基存储介质，从而使包括该WOx基存储介质的电阻型存储 器具有如下优越性能(1)氧化覆盖WSi化合物层的钨形成WOx基存储介质时，氧化速率相 对缓慢，该电阻存储器的工艺可控性好；(2) WOx基存储介质相对直接氧化形成的WOx存储 介质致密，从而提高器件的可靠性；(3) WOx基存储介质相对直接氧化形成的WOx存储介质 致密，其低阻态的电阻相对较高，从而存储器具有相对低功耗的特点；(4)WOx基存储介质 的电阻存储器相对WOx存储介质的电阻存储器，具有数据保持特性(Data Retention)更好 的特点。


图1是本发明提供的电阻型存储器的结构实施例；图2是图1所示实施例存储器的存储特性示意图；图3是本发明提供的电阻型存储器的结构第二实施例；图4是本发明提供的电阻型存储器的结构第三实施例；图5是开孔暴露钨下电极后的横截面图；图6是钨下电极硅化形成WSi硅化层后的横截面图；图7是WSi化合物层上氧化形成WOx基存储介质后的横截面图；图8是WSi化合物层上氧化形成WOx基存储介质后的第二实施例横截面图；图9是WSi化合物层上氧化形成WOx基存储介质后的第三实施例横截面图；图10是根据本发明在WSi上氧化形成WOx基存储介质的电阻型存储器的剖面结 构图；图11至图18是图10所示实施例电阻型存储器结构的制备方法过程示意图；图19是三维堆叠结构的WOx基电阻型存储器结构实施例。
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发明，本发明提供优选实施 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。在此参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明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，但在本发明实施例图示中，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发明的范围。图1所示为本发明提供的电阻型存储器的结构实施例。如图1所示，电阻型存储器 10包括钨下电极40、WSi化合物层22、W0x基存储介质23、以及上电极30。通过在钨金属下 电极40上可以形成一层介质层21，介质层21的材料可以为Si02、Si3N4等。孔洞27形成 于介质层21中，用于构图暴露下电极40，为定义图形尺寸形成WSi化合物层作准备；孔洞 27可以通过常规的光刻、刻蚀等工艺构图形成。WSi化合物层形成于孔洞27底部、下电极 40之上，它是通过对暴露钨下电极硅化形成，其硅化的方法主要有(1)高温的含硅气体中 硅化(2)高温硅等离子体下硅化(3)硅的离子注入的方法硅化。以第(1)中硅化方法为例，通过在一定高温(300°C -600°C )下，钨下电极暴露于含硅的气体中，W金属与气体发生化 学反应，硅化生成WSi化合物层。在该实施例中，含硅的气体可以是SiH4、SiH2Cl2、Si(CH3)4 等气体，化学反应的恒定气压小于20Torr。生成的WSi化合物层中，WSi并不代表其化合物 的固定化学式，其钨与硅的化学计量比也不仅限于1 1，例如WSi化合物层22中钨与硅的 平均化学计量比可以是2 1、3 1、4 1等。钨与硅的化学计量比与形成的工艺参数有 关，例如气体流量，温度、时间等等，并且WSi化合物层中的钨硅比不一定是完全均勻的，在 该实施例中，由于表面的W更容易与含硅的气体结合，WSi化合物层中越接近钨下电极，其 钨与硅的化学计量比更高。在该实施例结构中，WSi化合物层22是WSi化合物层氧化处理 后的剩余层，厚度范围为0. 5nm 50匪，例如可以是lnm。由于WSi化合物层。继续如图1所示，WOx基存储介质23形成于WSi化合物层22上，它是通过对WSi 化合物层进行氧化形成的，图3所示实施例是氧化之前形成的WSi化合物层没有全部氧化 生成WOx基存储介质，从而保留了 WSi化合物层22。该氧化方法具有自对准的特点(WOx基 存储介质的图像与WSi化合物层22对准)。通过将WSi化合物层暴露于氧气氛中，或者暴 露于氧等离子体中，WSi化合物层中的W会不断与0反应生成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基存储介质，因此，WOx基存储介质根据Si存 在形式，可以是WOx材料中掺Si的存储介质，也可以是WOx基存储介质是WOx与氧化硅的 纳米复合层，也可以是WOx基存储介质是WOx与氧化硅的纳米复合层。WOx基存储介质中的 硅元素的质量百分比含量范围为0. 001%-60%，具体与WSi层的化学计量比、以及氧化的 工艺条件参数有关；并且Si在WOx基存储介质层中的质量百分比分布并不一定是均勻的。 例如，有可能是从上表面向下表面Si元素以质量百分比梯度递减的形式分布于WOx基存储 介质层中；也有可能是Si元素相对集中分布于WOx基存储介质的上表面和下表面之间一物 理层区域，WOx基存储介质的上表层为WOx、中间层存在一含硅层的WOx、下表层为W0x，但其 上表层、中间层、下表层之间并没有明确的物理界限，因此都是同为WOx基存储介质。因此 硅元素在WOx基存储介质中的具体分布形式并不受本发明限制。进一步需要说明的是，WOx 基存储介质中除了包括Si元素外，还可以包括其他掺杂元素，例如，如果在氧化过程中，氧 化的气体中还通入除氧之外的其他活性气体如含F的气体，则WOx基存储介质中除含有Si 外还掺有F，具体WOx基的掺杂成份不受实施例限制，与氧化的工艺条件有关。WOx基存储 介质中的x、反应了 W与0的平均化学计量比，也即原子比，1 < x ( 3。在整个WOx基存储 介质23中，各个局部位置的x值是不一定相同的，也即WOx基存储介质薄膜的化学计量比 是有差异的，由于表层的WSi更多地接触氧并与氧反应，因此WOx基存储介质越靠近WSi化 合物层22，其氧的含量越少，即x越小。在该实施例结构中，即WOx基存储介质23的厚度范 围为0. 5nm 500nm，例如可以为5nm，其厚度小于孔洞27的深度，因此WOx基存储介质23 是位于孔洞27之中的。上电极30形成于WOx基存储介质23之上，在该实施例中上电极填 充了孔洞27。上电极30材料可以单层结构，其可以是Ta、TaN、Ti、W、Ni、Al、Co等金属材 料；也可以是复合层结构，其可以是Ti/TiN、Ta/TaN等。图2所示为图1所示实施例存储器的存储特性示意图。该存储特性通过半导体分 析仪以电压扫描的方法测试得出。其中曲线60为图1所示实施例WOx基存储器的电压扫 描转换特性，曲线60为现有技术的WOx存储器的电压扫描转换特性。由于WOx基存储介质 相对于现有技术的WOx存储介质层更加致密，并且在WOx基存储介质和下电极之间增加了
7WSi化合物层，因此其低阻态在比用WOx存储介质的电阻型存储器大，因此该存储器在低阻 态时具有小的电流，从而存储器的功耗更低。进一步，对图1所示实施例存储器进行高温加 速老化的方法测试其数据保持特性，其高阻状态和低阻状态的数据保持特性均比现有技术 的WOx存储器的数据保持特性大大提高，这可能是因为通过在WSi上氧化生成的Wox基存 储介质和WOx存储介质的缺陷态分布的差异导致。图3所示为本发明提供的电阻型存储器的结构第二实施例。在该实施例中，氧化 之前的形成的WSi化合物层恰好全部被氧化形成WOx基存储介质层23，因此该实施例与图 1所示实施例的主要区别是不包括WSi化合物层22。其中的WOx基存储介质23是通过控 制氧化工艺条件(如时间、温度、压强等等)使WSi化合物层恰好全部氧化，从而在该电阻 型存储器10中不包括WSi化合物层。但是用于氧化形成WOx基存储介质的WSi化合物层 也同样是通过硅化暴露的钨下电极形成。图4所示为本发明提供的电阻型存储器的结构第三实施例。在该实施例中，氧化 之前的形成的WSi化合物层部被氧化形成WOx基存储介质层23并存在过氧化现象，使钨下 电极中的钨部分氧化。因此该实施例与图1所示实施例的主要区别是不包括WSi化合物 层22、但包括由于过氧化生成WOx层24。结合图1和图4所示，其中的WOx基存储介质23 也是通过对WSi化合物层全部氧化形成的，只是由于氧化WSi化合物缓冲时的条件差异，在 WSi化合物层全部氧化变成WOx基存储介质后，由于继续氧化、或者在氧化形成WOx基存储 介质的过程，少量氧扩散到W电极上，在一定的工艺条件温度下，很容易与WSi化合物层下 的W反应生成WOx层(1 <x彡3) 24，WOx层24成份以及厚度视具体工艺条件而确定，但其 WOx基存储介质的最主要的差异是不存在Si。在该实施例中，WOx层24的厚度范围是0. 5nm 到lOOnm。WOx层24是否有存储特性不受本发明的限制，如果具有存储特性，将与WOx基存 储介质23 —起形成复合存储介质层。同时，通过图5至图7公开了图1所示实施例电阻存储器结构的制造方法过程，以 下结合图5至图7、以及图1详细说明电阻型存储器的制造方法。步骤1，开孔暴露钨下电极。如图5所示，在钨下电极40上的介质层21上构图开孔洞27，用于局部暴露钨下电 极，并定义存储介质层的单元面积大小。介质层21可以是氧化硅、氮化硅等材料，可以通过 光刻、刻蚀的办法形成孔洞27。步骤2，对钨下电极硅化处理，生成WSi硅化层。如图6所示，通过对暴露的钨下电极部分硅化，形成一定厚度的WSi硅化层22a， 22a定义为氧化之前的WSi化合物层。其硅化的方法主要有(1)高温的含硅气体中硅化 (2)高温硅等离子体下硅化(3)硅的离子注入的方法硅化。以第(1)种硅化方法为例，通 过在一定高温(200°C -600°C )下，钨下电极暴露于含硅的气体中，W金属与气体发生化学 反应，硅化生成WSi化合物层。在该实施例中，含硅的气体可以是SiH4、SiH2Cl2、Si(CH3)4等 气体，化学反应的恒定气压小于20Torr。可以在加热的条件下，在硅烷(SiH4)气氛下进行， 温度可以为100-500°C，硅烷浓度可以为0.01%-30%。在第(3)种方法中，硅的离子注入 时，介质层21同时起掩模层的作用。WSi硅化层22a的厚度范围为0. 5nm-500nm。步骤3，对WSi化合物层氧化，生成WOx基存储介质。如图7所示，通过控制氧化的工艺条件(如温度、压强、时间等)，对氧化之前的WSi化合物层22a氧化生成WOx基存储介质23，在该实施例中，氧化之前的WSi化合物层 22a并未完全氧化，还剩下底层部分的WSi化合物层22。氧化的方法主要有等离子氧化和 热氧化，其具体氧化的方法不受本发明限制。作为较佳实施例，还可以在氧化生成WOx基存储介质后，对WOx基存储介质进行高 温退火处理，其退火温度范围是200°C -600°C。步骤4，在WOx基存储介质上形成上电极。如图1所示，通过在图7所示的结构上，PVD沉积金属导电材料(Ta、Ti、TaN等) 作为上电极30，覆盖WOx基存储介质。上电极30的金属材料种类、沉积方法不受本发明限 制。至此，图1所示结构实施例的电阻型存储器形成。
需要说明的是，图3、图4所示结构实施例的制备方法同样包括以上所述步骤1、2、 3、4。只是在步骤3中，氧化的工艺参数差异，导致氧化之前的WSi化合物缓冲22a被氧化 的程度不同。通过步骤3后，可以分别形成与图7相差异的图8、图9结构，分别用来形成图 3、图4所示实施例电阻型存储器。该具体实施例中同时提供图10和图19所示实施例电阻型存储器集成于铝互连工 艺的结构。图10为根据本发明在WSi上氧化形成WOx基存储介质的电阻型存储器的剖面结 构图。在该实施例中，WOx基电阻型存储器集成形成于铝互连后端工艺中，WOx基存储介 质形成于钨栓塞202的顶部、铝引线801之下，如图12所示，PMD层100形成MOS器件之上， 它可以是掺磷的氧化硅PSG等介质材料，在PMD层100中形成钨栓塞201和202，其中钨栓 塞202为上面需要氧化形成WOx基存储介质电阻存储器的钨栓塞，钨栓塞201为上面不需 要氧化形成WOx基存储介质电阻存储器的钨栓塞。钨栓塞连接第一层铝引线和MOS管源极 或者漏极。钨引线和第一层层间介质层101之间为防止钨扩散的扩散阻挡层301，可以是 TaN.Ta/TaN复合层或是Ti/TiN复合层，或是其它起到同样作用的导电材料，如TiSiN、WNx、 WNxCy、Ru、TiZr/TiZrN等。钨引线202上部为WSi化合物层701，其上为WOx基存储介质层 700，其中1 < χ彡3，WOx基存储介质层700是通过对WSi化合物层氧化形成的，其中WSi 化合物层701为氧化后所剩余的WSi化合物层。上电极601覆盖WOx基存储介质层700， 可以为TaN、Ta、TiN、Ti、W、Al、Ni、Co等导电材料。焊接层302形成于上层铝引线801,802 与PMD100之间，同时覆盖上电极601，主要起粘附作用，降低钨栓塞和金属引线之间的接触 电阻，它可以是Ti、TiN、Ti/TiN复合层，或是其它起到同样作用的导电材料，如TiSiN、WNx、 WNxCy、Ti&/TiZrN等。铝引线801和802的材料在该实施例为第一层铝引线，其可以是Al 或AlCu合金等。抗反射层401位于铝引线801和802之上，主要起减反射作用，提高光刻 精度，可以是TiN，或SiON等非有机物以及起同样作用的有机物材料。钨栓塞202、WSi化 合物层70、WOx基存储介质层700和上电极600形成一个电阻存储器单元。图10所示实施例的WOx基电阻型存储器的具体制造方法将结合图11至图18说 明。图11所示为铝互连工艺进行钨栓塞制作完毕后的结构示意图，如图11所示，钨栓塞 202和201形成于PMD层100中，其顶部暴露。进一步参考图12所示，在钨栓塞上覆盖一层牺牲介质层。
在该实施例中，牺牲介质层102同时覆盖钨栓塞和PMD层，它可以为Si3N4、SiON, SiCN, SiC, SiO2或者包含其中之一的复合层，牺牲介质层的厚度应该与欲形成的存储器的 上电极的厚度一致。牺牲介质层10用来保护不需要形成WOx基电阻型存储器的钨栓塞201、 并构图形成上电极。进一步参考图13所示，在牺牲介质层上构图刻蚀形成用于暴露钨栓塞的孔洞。在该实施例中，如图13所示，孔洞103完全把钨栓塞202暴露，为下一步硅化钨栓 塞202的顶部做准备，孔洞103的面积大小与图形与欲形成的存储器的上电极一致。进一步参考图14所示，以牺牲介质层为掩膜将位于所述钨栓塞的顶部进行硅化处理，形成WSi化合物层。在该实施例中，如图14所示，通过对暴露的钨栓塞202的顶部部分硅化，形成一定 厚度的WSi硅化层701a，WSi化合物层701a的厚度大于图10所示结构的WSi化合物层。其 硅化的方法主要有(1)高温的含硅气体中硅化(2)高温硅等离子体下硅化(3)硅的离子 注入的方法硅化。以第(1)种硅化方法为例，通过在一定高温(200°C -600°C )下，钨栓塞 202暴露于含硅的气体中，W金属与气体发生化学反应，硅化生成WSi化合物层。在该实施 例中，含硅的气体可以是SiH4、SiH2Cl2、Si (CH3)4等气体，化学反应的恒定气压小于20Torr。 可以在加热的条件下，在硅烷(SiH4)气氛下进行，温度可以为100-500°C，硅烷浓度可以为 0. 01% -30%。在第(3)种方法中，硅的离子注入时，牺牲介质层102同时起掩模层的作用。进一步参考附图15，将WSi化合物层进行氧化处理，形成WOx基存储介质。在该实 施例中，选泽等离子氧化的方法对WSi化合物层701a进行氧化，由于WSi化合物层701a没 有被全部氧化形成WOx基存储介质，所以WSi化合物层701a变成为底部剩余的WSi化合物 层701以及上部的WOx基存储介质700。钨栓塞201由于受牺牲介质层102保护而不会被 硅化或者氧化。进一步参考附图16，沉积上电极金属材料，对上电极金属材料化学机械研磨 (CMP)形成上电极。在该实施例中，CMP的过程中以牺牲介质层102作为终止层，去除多余 的上电极金属材料。上电极材料种类可以为TaN、Ta、TiN, Ti、W、Al、Ni、Co等导电材料，制 备方法可以通过反应溅射、PECVD、热蒸发等方式实现。进一步参考附图17，通过选择性刻蚀去除牺牲介质层。上电极601得到保留。进一步参考附图18，依次沉积焊接层、互连金属层、抗反射层，通过光刻、刻蚀方法 构图完成铝引线布线。在实施例的步骤与常规铝互连工艺中的铝引线的形成步骤相同。至此，图10所示的WOx基电阻型存储器基本形成。需要进一步指出的是，WOx基存储介质不仅限于形成于图10所示的PMD层中的钨 栓塞上、第一层铝引线801之下，也可以同时形成于不同层的钨栓塞上，因此WOx基电阻型 存储器在铝互连后端结构中可以实现三维堆叠。图19所示为三维堆叠结构的WOx基电阻 型存储器结构实施例。如图10和图19所示，图19实施例的区别在于在图10所示结构上 继续在第二层铝引线803之下、钨栓塞203之上形成WSi化合物层703和WOx基存储介质 702。在该实施例中，上电极602置于第二层铝引线803和WOx基存储介质702之间，钨栓 塞203形成于第一层间介质101中，电连接第一层铝引线801和第二层铝引线803。WSi化 合物层703、W0x基存储介质702、上电极602等的具体制备过程与图10所示的WOx基电阻 型存储器的制备过程基本类似，在此不作具体说明。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
权利要求
一种WOx基电阻型存储器，包括上电极、钨下电极，其特征在于，在上电极和钨下电极之间设置WOx基存储介质，所述WOx基存储介质是通过对覆盖在钨下电极上的WSi化合物层氧化处理形成，其中，1＜x≤3。
2.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述电阻型存储还包括氧化处 理剩余的WSi化合物层。
3.根据权利要求2所述的电阻型存储器，其特征在于，所述电阻型存储器还包括在所 述钨下电极上方形成的第一介质层和贯穿所述第一介质层中形成的孔洞，WSi化合物层位 于所述孔洞的底部，所述WOx基存储介质形成于所述孔洞之中。
4.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述电阻型存储器还包括形成 于钨下电极之上、WOx基存储介质之下的WOx层，其中，1 < χ彡3。
5.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述WSi化合物层是通过对钨下 电极硅化处理形成。
6.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述硅化处理是通过含硅气体 中硅化、硅等离子体中硅化或硅的离子注入方法之一完成。
7.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述WSi化合物层的厚度范围为 0. 5nm-500nmo
8.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述氧化处理是等离子氧化、热 氧化、离子注入氧化之一。
9.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述钨金属下电极是铝互连结 构中的钨栓塞，所述WOx基存储介质形成于钨栓塞顶部。
10.根据权利要求9所述的电阻型存储器，其特征在于，WOx基存储介质形成于铝互连 结构的不同层的钨栓塞顶部，从而实现多个WOx基电阻存储器的三维堆叠。
11.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述WOx基存储介质是WOx中 掺Si的存储介质。
12.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述WOx基存储介质是WOx与 氧化硅的纳米复合层。
13.根据权利要求1所述的电阻型存储器，其特征在于，所述WOx基存储介质是 WOx-SiO纳米复合材料与WOx材料的堆叠层。
14.根据权利要求11或12或13所述的电阻型存储器，其特征在于，所述WOx基存储介 质的硅元素的质量百分比含量范围为0. 001% -60%。
15.根据权利要求1至13任意一所述的电阻存储器，其特征在于，所述上电极是TaN、 Ta, Ti N、Ti、W、Al、Ni、Co 之一。
16.一种如权利要求1所述的电阻型存储器的制备方法，其特征在于包括步骤(1)对钨下电极硅化处理生成WSi化合物层；(2)对所述WSi化合物层氧化，生成WOx基存储介质；(3)在所述WOx基存储介质上构图形成上电极。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，在所述第(1)步骤之前还包括步骤 (al):开孔暴露钨下电极。
18.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，在所述第(2)步骤之后还包括步骤(2a)对WOx基存储介质进行高温退火处理。
19.根据权利要求16所述的电阻型存储器，其特征在于，所述硅化处理是通过含硅气 体中硅化、硅等离子体中硅化或硅的离子注入方法之一完成。
20.根据权利要求16所述的电阻型存储器，其特征在于，所述氧化是等离子氧化、热氧 化、离子注入氧化之一。
21.一种如权利要求1所述的电阻型存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)提供常规的铝互连工艺中的钨栓塞制作完毕的结构，钨栓塞作为所述WOx基电阻 型存储器的下电极；(2)在所述钨栓塞上覆盖形成牺牲介质层；(3)在所述牺牲介质层中欲形成WOx基电阻型存储器的位置，制作孔洞，暴露所述钨栓塞；(4)以牺牲介质层为掩膜将位于所述钨栓塞的顶部进行硅化处理，形成WSi化合物层；(5)将所述WSi化合物层进行氧化处理，形成WOx基存储介质；(6)沉积上电极金属材料，对上电极金属材料化学机械研磨形成上电极；(7)去除牺牲介质层。
22.根据权利21所述的制备方法，其特征在于，在步骤(7)之后还包括步骤(8)依次沉积焊接层、互连金属层、抗反射层，通过光刻、刻蚀方法构图完成铝引线布线。
全文摘要
本发明属于微电子技术领域，涉及金属氧化物不挥发存储器技术，具体涉及一种WOx基电阻型存储器及其制备方法，该WOx基电阻型存储器包括上电极、钨下电极、以及设置在上电极和钨下电极之间的WOx基存储介质，所述WOx基存储介质是通过对覆盖在钨下电极上的WSi化合物层氧化处理形成，其中，1＜x≤3。该发明提供的电阻型存储器能提高工艺可控性和器件可靠性，同时具有相对低功耗、数据保持特性好的特点。
文档编号H01L27/24GK101826595SQ20091004697
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月3日 优先权日2009年3月3日
发明者吕杭炳, 周鹏, 林殷茵 申请人:复旦大学