專利名稱：集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的Cu_xO電阻型存儲(chǔ)器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及CuxCKl < 2)電阻型存儲(chǔ)器(Resistive Memory)及其制備方法，尤其涉及一種集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的CuxO電阻型存儲(chǔ)器及其制備方法。
背景技術(shù)：
存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體市場(chǎng)中占有重要的地位，由于便攜式電子設(shè)備的不斷普及，不揮發(fā)存儲(chǔ)器在整個(gè)存儲(chǔ)器市場(chǎng)中的份額也越來越大，其中90%以上的份額被FLASH (閃存)占據(jù)。但是由于存儲(chǔ)電荷的要求，F(xiàn)LASH的浮柵不能隨技術(shù)代發(fā)展無限制減薄，有報(bào)道預(yù)測(cè) FLASH技術(shù)的極限在20nm左右，這就迫使人們尋找性能更為優(yōu)越的下一代不揮發(fā)存儲(chǔ)器。 最近電阻型轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件(Resistive Switching Memory)因?yàn)槠涓呙芏?、低成本、可突破技術(shù)代發(fā)展限制的特點(diǎn)引起高度關(guān)注，所使用的材料有相變材料、摻雜的SrfrO3、鐵電材料 H^rTiO3、鐵磁材料^vxCaxMnO3、二元金屬氧化物材料、有機(jī)材料等。電阻型存儲(chǔ)器(Resistive Memory)是通過電信號(hào)的作用、使存儲(chǔ)介質(zhì)在高電阻狀態(tài)(High Resistance State, HRS)和低電阻(Low Resistance State, LRS)狀態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。電阻型存儲(chǔ)器使用的存儲(chǔ)介質(zhì)材料可以是各種半導(dǎo)體二元金屬氧化物材料，例如，氧化銅、氧化鈦、氧化鎢等。其中，基于CuxO (1 < 2)作為存儲(chǔ)介質(zhì)層的電阻型存儲(chǔ)器被廣泛研究報(bào)道，特別是其可集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使其相對(duì)于現(xiàn)有的CMOS工藝和CMOS后端結(jié)構(gòu)有良好的兼容性，其制備成本也可以大大降低。復(fù)旦大學(xué)申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮椤?00610147669”、題為“基于CuxO的電阻隨機(jī)可存取存儲(chǔ)器及其制備方法”中國(guó)專利，以及申請(qǐng)?zhí)枮椤?0071004M07”、題為“以上電極作為保護(hù)層的CuxO電阻存儲(chǔ)器及其制造方法”中國(guó)專利中，公開了 CuxO電阻型存儲(chǔ)器與銅互連后端結(jié)構(gòu)集成的結(jié)構(gòu)及其制備方法，但是，這些公開的專利中，CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層均是對(duì)溝槽中所電鍍的銅線直接氧化形成的。圖1所示為現(xiàn)有的集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的電阻型存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1 所示，CuxO電阻型存儲(chǔ)器形成于銅互連后端結(jié)構(gòu)中，其中，以銅引線500 (圖中為第一層銅引線)為下電極，在銅引線500上氧化形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層700，然后在蓋帽層中、CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層700之上形成上電極800。注意到，銅互連后端結(jié)構(gòu)的銅引線或者銅栓塞，為了防止銅向?qū)娱g間介質(zhì)層擴(kuò)散，通常會(huì)在欲形成銅引線的溝通中先沉積擴(kuò)散阻擋層(例如，TaN/ Ta);然后，為了能夠電鍍形成銅引線，一般先在擴(kuò)散阻擋層上PVD沉積一層銅籽晶層，最后才電鍍銅形成銅引線。因此，如圖1所示，銅引線通常包括401的擴(kuò)散阻擋層部分和銅籽晶層部分、以及500的電鍍銅部分。在打開蓋帽層構(gòu)圖對(duì)銅引線進(jìn)行氧化時(shí)，通常是對(duì)電鍍銅部分500暴露然后氧化形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層700。因此，CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層700是基于電鍍銅部分500氧化形成。然而，CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層700的結(jié)構(gòu)特征、存儲(chǔ)特性是直接與其所氧化的襯底有關(guān) (也即與電鍍銅部分500部分直接相關(guān))。但是電鍍銅通常晶粒大，即使經(jīng)過CMP (化學(xué)機(jī)械研磨)エ藝處理后，其表面起伏仍然較大，并且其晶向難以通過エ藝控制。電鍍銅在半導(dǎo)體 エ藝制備過程中，通常是通過三次電鍍形成的，而每步電鍍因添加劑的不同，會(huì)影響銅的物理化學(xué)特性，其氧化所得到的CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層700的薄膜難以保證均勻，化學(xué)性質(zhì)難以控制。因此，其形成的存儲(chǔ)器的性能也難以保證，例如存儲(chǔ)單元之間均勻性難以保證，成品率不高，高阻態(tài)電阻太低等等。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)中的CuxO電阻型存儲(chǔ)器進(jìn)行改迸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提高集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)中的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)特性。為解決以上技術(shù)問題，按照本發(fā)明的ー個(gè)方面，提供ー種集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，所述CuxO電阻型存儲(chǔ)器包括銅引線下電極、CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層、上電扱；所述銅引線包括覆蓋于電鍍銅之上的第一擴(kuò)散阻擋層和第一銅籽晶層，所述CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層氧化形成于所述第一銅籽晶層上；
其中，1 < χ彡2。按照本發(fā)明所提供的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的一個(gè)實(shí)施例，其中，CuxO電阻型存儲(chǔ)器還包括用于構(gòu)圖形成所述復(fù)合層的第一介質(zhì)層；CuxO電阻型存儲(chǔ)器還可以包括用于構(gòu)圖形成所述上電極的第二介質(zhì)層。較佳地，所述第一介質(zhì)層為第一蓋帽層，所述第二介質(zhì)層為第二蓋帽層。按照本發(fā)明所提供的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述銅引線形成于層間介質(zhì)層之中。所述銅引線還包括依次在所述層間介質(zhì)層的溝槽中沉積形成的第二擴(kuò)散阻擋層和第二銅籽晶層；所述電鍍銅形成于所述第二籽晶銅層之上；優(yōu)選地，所述第一擴(kuò)散阻擋層和所述第二擴(kuò)散阻擋層以相同的エ藝和材料形成，所述第一銅籽晶層和所述第二銅籽晶層以相同的エ藝和材料形成。按照本發(fā)明所提供的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述第一介質(zhì)層的厚度范圍為IOnm至800nm，所述第一擴(kuò)散阻擋層的厚度范圍可以為5nm至500nm，所述第一銅籽晶層的厚度范圍5nm至750nm。其中，所述CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層的厚度范圍為2-200nm。按照本發(fā)明所提供的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述上電極是TaN、 Ta、TiN、Ti、Cu、Al、Ni、Co 之一，或者是 Ti/TiN、Ta/TaN 之ー的復(fù)合層。按照本發(fā)明的又ー個(gè)方面，提供一種制備以上所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的方法， 包括以下步驟
(1)提供銅互連后端結(jié)構(gòu)的銅引線；
(2)在所述銅引線上構(gòu)圖依次形成第一擴(kuò)散阻擋層和第一銅籽晶層；
(3)對(duì)所述銅籽晶層構(gòu)圖氧化形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層；以及
(4)在所述CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層上形成上電極； 其中，1 < χ彡2。按照本發(fā)明所提供的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的制備方法的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述步CN 102544354 A
說明書
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驟(2)包括
(2a)在所述銅引線上沉積第一蓋帽層；
(2b)在所述第一蓋帽層上構(gòu)圖開孔以暴露所述銅引線的電鍍銅；以及 (2c)在所述孔中依次形成第一擴(kuò)散阻擋層和第一銅籽晶層。較佳地，所述步驟(2b)中，在構(gòu)圖開孔時(shí)所采用的光刻掩膜版與步驟(1)中構(gòu)圖形成銅引線所采用的光刻掩膜版相同。按照本發(fā)明所提供的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的制備方法的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述步驟(3)包括
(3a)在所述第一銅籽晶層上沉積形成第二蓋帽層；
(3b)在所述第二蓋帽層上構(gòu)圖形成孔以包括暴露所述第一銅籽晶層；以及
(3c)以所述第二蓋帽層為掩膜氧化形成所述CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層。所述銅引線包括依次在層間介質(zhì)層的溝槽中依次沉積形成的第二擴(kuò)散阻擋層、第 ニ銅籽晶層和電鍍銅；較佳地，所述第一擴(kuò)散阻擋層和所述第二擴(kuò)散阻擋層以相同的エ藝和材料形成，所述第一銅籽晶層和所述第二銅籽晶層以相同的エ藝和材料形成。所述氧化為熱氧化、等離子氧化或者離子注入氧化。本發(fā)明的技術(shù)效果是，由于該CuxO電阻型存儲(chǔ)器的CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層是對(duì)第一銅籽晶層氧化形成，而不是在電鍍銅上氧化形成，因此，存儲(chǔ)特性得以大大提高，尤其是在均勻性方面和薄膜品質(zhì)的可控性方面。


圖1是現(xiàn)有的集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的電阻型存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的中的銅互連后端結(jié)構(gòu)的包括所集成的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的局部結(jié)構(gòu)示意圖。圖4至圖11是本發(fā)明圖3所示CuxO電阻型存儲(chǔ)器制備過程的結(jié)構(gòu)變化示意圖。
具體實(shí)施例方式下面介紹的是本發(fā)明的多個(gè)可能實(shí)施例中的ー些，旨在提供對(duì)本發(fā)明的基本了解。并不旨在確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù)的范圍。在下文中結(jié)合圖示在參考實(shí)施例中更完全地描述本發(fā)明，本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例，但不應(yīng)該被認(rèn)為僅限于在此闡述的實(shí)施例。在圖中，為了清楚放大了層和區(qū)域的厚度， 但作為示意圖不應(yīng)該被認(rèn)為嚴(yán)格反映了幾何尺寸的比例關(guān)系。圖2所示為按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供的集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖(1 < X < 2)。圖3所示為圖2的中的銅互連后端結(jié)構(gòu)的包括所集成的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的局部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，示出了銅互連后端結(jié)構(gòu)的部分截面機(jī)構(gòu)示意圖，其中示出了銅引線的第一層和第二層。CuxO電阻型存儲(chǔ)器集成于該部分的銅互連后端結(jié)構(gòu)中，需要說明的是，圖中僅示意給出了ー個(gè)CuxO電阻型存儲(chǔ)器，但是這不是限制性，可以銅互連后端結(jié)構(gòu)中形成多個(gè)CuxO電阻型存儲(chǔ)器。CuxO電阻型存儲(chǔ)器也不僅限于形成在第一層銅引線上。 參閱圖2和圖3，銅互連后端結(jié)構(gòu)中，鎢栓塞903連接第一層的某一條銅引線與某一個(gè)MOS器件的源端或漏端，通常地，鎢栓塞903是在PMD層中?？涛g終止層上形成第一層層間介質(zhì)層11，第一層層間介質(zhì)層11用于構(gòu)圖形成第一層銅引線，在該實(shí)施例中，示意性地給出了兩條銅引線，其中一條銅引線(圖2中左邊一條)代表在其上不集成形成CuxO電阻型存儲(chǔ)器的銅引線，而另一條銅引線則代表需要集成形成CuxO電阻型存儲(chǔ)器的銅引線。同樣地，銅引線中包括擴(kuò)散阻擋層和銅線層，一般地，是在第一層層間介質(zhì)層11中形成溝槽以后，然后在溝槽中沉積擴(kuò)散阻擋層、然后再PVD沉積銅籽晶層、然后再電鍍銅，因此，銅引線的銅線層是包括銅籽晶層和電鍍銅，只是銅籽晶層相對(duì)較薄，一般不作具體示意。其中在銅線層500中就沒有具體示意出二者的分層。具體地，參見在其上需要集成形成CuxO電阻型存儲(chǔ)器的銅引線，其包括擴(kuò)散阻擋層111、銅籽晶層131以及電鍍銅150。擴(kuò)散阻擋層111 和401可以為TaN、Ta/TaN復(fù)合層或Ti/TiN復(fù)合層，在該實(shí)施例中，擴(kuò)散阻擋層可以選擇為 Ta/TaN復(fù)合層。由于電鍍銅150相對(duì)銅籽晶層131晶粒粗大、晶向難以控制、電鍍銅因?yàn)椴煌奶砑觿┊a(chǎn)生的銅特性不同等等，因此在電鍍銅150上氧化形成CuxO電阻型存儲(chǔ)器時(shí)具有如背景技術(shù)中所描述的缺點(diǎn)。第一層層間介質(zhì)層11上形成介質(zhì)層12，具體地，介質(zhì)層12可以選擇與第一層層間介質(zhì)層11相同的材料，也可以為與蓋帽層13 (其后描述)相同的材料，這樣，介質(zhì)層12也可以實(shí)現(xiàn)蓋帽層的功能。介質(zhì)層12用以在電鍍銅上構(gòu)圖形成擴(kuò)散阻擋層/銅籽晶層的復(fù)合層。如圖2所示，介質(zhì)層12的孔洞中形成有擴(kuò)散阻擋層113和銅籽晶層133。擴(kuò)散阻擋層 113與擴(kuò)散阻擋層111可以為相同的材料并通過相同的工藝形成；銅籽晶層133與銅籽晶層131可以為相同的材料并通過相同的工藝形成，這樣，相對(duì)于傳統(tǒng)的銅互連后端工藝，并未引入新的材料和工藝條件，其相對(duì)容易制造，兼容性好。具體地，介質(zhì)層12的厚度范圍可以為IOnm至800nm，擴(kuò)散阻擋層113的厚度范圍可以為5nm至500nm，銅籽晶層131的厚度范圍5nm至750nm。例如，介質(zhì)層12選擇為lOOnm，擴(kuò)散阻擋層113選擇為40nm，其覆蓋了介質(zhì)層12的孔洞壁，銅籽晶層133為60nm。需要說明是，擴(kuò)散阻擋層113和銅籽晶層133 的構(gòu)圖形狀由CuxO電阻型存儲(chǔ)器的形狀決定。在該實(shí)施例中，介質(zhì)層12的孔的寬度(圖示中左右方向的尺寸)與第一層層間介質(zhì)層11上用以形成銅引線的孔的寬度基本一致，但是， 介質(zhì)層12的孔的長(zhǎng)度(圖中未能示出)與寬度尺寸在一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，介質(zhì)層12的孔可以并不全部暴露銅線。例如，形成在該孔中的擴(kuò)散阻擋層113和銅籽晶層133可以為正方形構(gòu)圖。需要說明的是，擴(kuò)散阻擋層113和銅籽晶層133形成于電鍍銅150之上并其尺寸大小能滿足形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層即可。但是，在構(gòu)圖制作擴(kuò)散阻擋層113和銅籽晶層133的過程中，較佳地，為了節(jié)約光刻掩膜版，可以使用用于構(gòu)圖形成銅引線的光刻掩膜版，這樣，不需要增加額外的光刻掩膜在介質(zhì)層12中構(gòu)圖形成孔。例如，可是使用在層間介質(zhì)層11中形成溝槽的掩膜版(也即第一金屬層的掩膜版)來在介質(zhì)層12形成孔，介質(zhì)層12的孔對(duì)準(zhǔn)于銅引線形成，擴(kuò)散阻擋層 113和銅籽晶層133對(duì)準(zhǔn)形成于原來的銅引線之上。需要說明的是，在此情況下，圖2示左邊的銅引線上也將會(huì)形成擴(kuò)散阻擋層113和銅籽晶層133 (該圖2中未示出)。在介質(zhì)層12上形成蓋帽層13，具體地，蓋帽層13可以為Si3N4，但是這不是限制性的。蓋帽層13用于構(gòu)圖形成上電極300。如果介質(zhì)層12也選擇為蓋帽層材料，那么介質(zhì)層
712可以定義為第一蓋帽層，蓋帽層13可以定義為第二蓋帽層，二者分別形成。蓋帽層13上對(duì)準(zhǔn)銅籽晶層133形成孔洞后，然后以銅籽晶層133氧化形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200，其可以通過熱氧化、離子注入氧化、等離子氧化等等氧化方法形成，具體的氧化條件不受本發(fā)明實(shí)施例限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體情況調(diào)整選擇氧化工藝條件。CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200 的厚度范圍可以為2-200nm，例如，可以為lOnm。優(yōu)選地，CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200的厚度小于銅籽晶層133的厚度，這樣，保證CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200都是通過對(duì)銅籽晶層133氧化形成， 容易保證存儲(chǔ)器的均勻性。以銅籽晶層133氧化形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200相對(duì)致密，薄膜厚度也相對(duì)均勻，在同一層CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200內(nèi)，薄膜特性均勻一致，因此存儲(chǔ)特性也相對(duì)一致。對(duì)于不同存儲(chǔ)單元之間，也容易保證薄膜特性均勻一致，因此存儲(chǔ)單元之間的存儲(chǔ)特性也相對(duì)均勻一致。另外，以銅籽晶層133氧化形成的CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層20還具有低阻態(tài)電阻高、功耗低等特點(diǎn)。在CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200上形成有CuxO電阻型存儲(chǔ)器的上電極300，在蓋帽層13的孔洞中沉積上電極金屬材料，然后通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝平坦化，即可自對(duì)準(zhǔn)地形成上電極300。因此，上電極300的厚度基本與蓋帽層13的厚度一致，例如可以為60nm。上電極300可以為單層結(jié)構(gòu)，其可以是1^、TaN、Ti、Cu、Ni、Al、Co等金屬材料；也可以是復(fù)合層結(jié)構(gòu)，其可以是Ti/TiN、Ta/TaN等。其具體材料的選擇不是受本發(fā)明限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)對(duì)應(yīng)上電極的存儲(chǔ)性能特性、成本等因素來選擇上電極300。在上電極300之上，如常規(guī)的銅互連后端結(jié)構(gòu)一樣，形成銅栓塞以及另一層銅引線，在此，對(duì)此不對(duì)其他銅栓塞和銅引線等結(jié)構(gòu)作一一贅述。以下結(jié)合圖4至圖11具體說明形成圖2或圖3所示CuxO電阻型存儲(chǔ)器的過程。圖4至圖11為本發(fā)明圖3所示CuxO電阻型存儲(chǔ)器制備過程的結(jié)構(gòu)變化示意圖。步驟1，首先，提供銅互連后端結(jié)構(gòu)的銅引線。如圖4所示，該條銅引線是銅互連后端結(jié)構(gòu)的銅引線，其是在CMP之后、沉積蓋帽層之前的結(jié)構(gòu)，并且，其與傳統(tǒng)的銅引線一樣， 其包括擴(kuò)散阻擋層111、銅籽晶層113以及電鍍銅150。銅引線是形成于第一層層間介質(zhì)層 11中。步驟2，在所述銅引線上沉積介質(zhì)層12。如圖5所示，介質(zhì)層12覆蓋銅引線，介質(zhì)層可以通過PECVD、PVD等薄膜沉積方法形成。優(yōu)選地，介質(zhì)層12的材料為銅互連后端結(jié)構(gòu)的蓋帽層的材料，例如其可以為Si3N4，介質(zhì)層12的厚度范圍可以為IOnm至800nm。步驟3，如圖6所示，在介質(zhì)層12上構(gòu)圖開孔，形成暴露銅引線的孔14。例如，可以通過光刻、刻蝕的構(gòu)圖工藝形成孔14，孔14需要暴露部分銅引線，并且其尺寸大小必須滿足欲形成的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的尺寸要求。但是，較佳地，為了節(jié)約光刻掩膜版，在光刻、 刻蝕的構(gòu)圖工藝形成孔14時(shí)，可以使用用于構(gòu)圖形成銅引線的光刻掩膜版，這樣，不需要增加額外的光刻掩膜在介質(zhì)層12中構(gòu)圖形成孔。例如，可是使用在層間介質(zhì)層11中形成溝槽的掩膜版(也即第一金屬層的掩膜版)來在介質(zhì)層12形成孔，介質(zhì)層12的孔對(duì)準(zhǔn)于銅引線形成，擴(kuò)散阻擋層113和銅籽晶層133對(duì)準(zhǔn)形成于原來的銅引線之上。需要說明的是， 在此情況下，其他銅引線上也將會(huì)形成擴(kuò)散阻擋層113和銅籽晶層133。步驟4，如圖7所示，在孔14中依次沉積擴(kuò)散阻擋層113和銅籽晶層133。其中， 擴(kuò)散阻擋層113必然貼覆形成于孔14的壁上，其可以防止銅向銅互連后端結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層中擴(kuò)散；銅籽晶層133形成于擴(kuò)散阻擋層113之上。擴(kuò)散阻擋層113的厚度范圍可以為5nm至500nm，銅籽晶層131的厚度范圍5nm至750nm。擴(kuò)散阻擋層113與擴(kuò)散阻擋層111可以為相同的材料并通過相同的工藝形成(例如通過PVD形成)；銅籽晶層133與銅籽晶層131 可以為相同的材料并通過相同的工藝形成(例如通過PVD形成)，這樣，相對(duì)于傳統(tǒng)的銅互連后端工藝，并未引入新的材料和工藝條件，其相對(duì)容易制造，兼容性好。步驟5，如圖8所示，在銅籽晶層133與銅籽晶層131上沉積一層蓋帽層13。其可以通過PECVD的方法沉積形成，厚度可為10-500nm，具體材料可為Si3N4。步驟6，如圖9所示，在蓋帽層13上構(gòu)圖形成孔15。其中，孔15用于暴露銅籽晶層133，以為自對(duì)準(zhǔn)氧化籽晶層作準(zhǔn)備。同樣地，孔15可以通過常規(guī)的光刻、刻蝕工藝形成。 孔的具體形狀不受本發(fā)明限制，例如其可以正方形，也可以為圓形。步驟7，如圖10所示，以蓋帽層13為掩膜、在孔15所暴露的銅籽晶層區(qū)域氧化形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200。這樣可以自對(duì)準(zhǔn)形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200。CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200 的厚度可為2-200nm，例如，可為lOnm。優(yōu)選地，CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200的厚度小于銅籽晶層 133的厚度，這樣，保證CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200都是通過對(duì)銅籽晶層133氧化形成，容易保證存儲(chǔ)器的均勻性?？梢酝ㄟ^熱氧化、離子注入氧化、等離子氧化等等氧化方法形成，具體的氧化條件不受本發(fā)明實(shí)施例限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)具體情況調(diào)整選擇氧化工藝條件。例如，在等離子氧化時(shí)，調(diào)整溫度、壓強(qiáng)、時(shí)間、氣體流量比等工藝條件，來控制CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200的厚度、存儲(chǔ)特性等。步驟8，如圖11所示，沉積上電極金屬材料，然后通過CMP工藝平坦化，在CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層200上形成上電極300。因此，上電極300的厚度基本與蓋帽層13的厚度一致，例如可以為60nm。上電極300可以為單層結(jié)構(gòu)，其可以是Ta、TaN、Ti、Cu、Ni、Al、Co等金屬材料；也可以是復(fù)合層結(jié)構(gòu)，其可以是Ti/TiN、Ta/TaN等。其具體材料的選擇不是受本發(fā)明限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)對(duì)應(yīng)上電極的存儲(chǔ)性能特性、成本等因素來選擇上電極300。至此，圖3所示的集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的CuxO電阻型存儲(chǔ)器基本形成。另外， 還可以繼續(xù)進(jìn)行銅互連后端結(jié)構(gòu)的其他方法過程。以上例子主要說明了本發(fā)明的CuxO電阻型存儲(chǔ)器及其制備方法。盡管只對(duì)其中一些本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實(shí)施。因此，所展示的例子與實(shí)施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
權(quán)利要求
1.一種集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，所述CuxO電阻型存儲(chǔ)器包括銅引線下電極、CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層、上電極；其特征在于，所述銅引線包括覆蓋于電鍍銅之上的第一擴(kuò)散阻擋層和第一銅籽晶層，所述CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層氧化形成于所述第一銅籽晶層上；其中，1 < χ彡2。
2.如權(quán)利要求1所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，其特征在于，還包括用于構(gòu)圖形成復(fù)合層的第一介質(zhì)層。
3.如權(quán)利要求1或2所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，其特征在于，還包括用于構(gòu)圖形成所述上電極的第二介質(zhì)層。
4.如權(quán)利要求3所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第一介質(zhì)層為第一蓋帽層，所述第二介質(zhì)層為第二蓋帽層。
5.如權(quán)利要求1所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，其特征在于，所述銅引線形成于層間介質(zhì)層之中。
6.如權(quán)利要求5所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，其特征在于，所述銅引線還包括依次在所述層間介質(zhì)層的溝槽中沉積形成的第二擴(kuò)散阻擋層和第二銅籽晶層；所述電鍍銅形成于所述第二籽晶銅層之上；所述第一擴(kuò)散阻擋層和所述第二擴(kuò)散阻擋層以相同的工藝和材料形成，所述第一銅籽晶層和所述第二銅籽晶層以相同的工藝和材料形成。
7.如權(quán)利要求2所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的厚度范圍為IOnm至800nm，所述第一擴(kuò)散阻擋層的厚度范圍為5nm至500nm，所述第一銅籽晶層的厚度范圍5nm至750nm。
8.如權(quán)利要求1或2所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，其特征在于，所述CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層的厚度范圍為2-200nm。
9.如權(quán)利要求1所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器，其特征在于，所述上電極是TaN、Ta、TiN、 Ti、Cu、Al、Ni、Co 之一，或者是 Ti/TiN、Ta/TaN 之一的復(fù)合層。
10.一種制備如權(quán)利要求1所述的CuxO電阻型存儲(chǔ)器的方法，其特征在于，包括(1)提供銅互連后端結(jié)構(gòu)的銅引線；(2)在所述銅引線上構(gòu)圖依次形成第一擴(kuò)散阻擋層和第一銅籽晶層；(3)對(duì)所述銅籽晶層構(gòu)圖氧化形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層；以及(4)在所述CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層上形成上電極；其中，1 < χ彡2。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括(2a)在所述銅引線上沉積第一蓋帽層；(2b)在所述第一蓋帽層上構(gòu)圖開孔以暴露所述銅引線的電鍍銅；以及(2c)在所述孔中依次形成第一擴(kuò)散阻擋層和第一銅籽晶層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟(2b)中，在構(gòu)圖開孔時(shí)所采用的光刻掩膜版與步驟(1)中構(gòu)圖形成銅引線所采用的光刻掩膜版相同。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)包括(3a)在所述第一銅籽晶層上沉積形成第二蓋帽層；(3b)在所述第二蓋帽層上構(gòu)圖形成孔，以暴露包括所述第一銅籽晶層；以及(3c)以所述第二蓋帽層為掩膜氧化形成所述CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層。
14.如權(quán)利要求10或13所述的方法，其特征在于，所述銅引線包括依次在層間介質(zhì)層的溝槽中依次沉積形成的第二擴(kuò)散阻擋層、第二銅籽晶層和電鍍銅；所述第一擴(kuò)散阻擋層和所述第二擴(kuò)散阻擋層以相同的工藝和材料形成，所述第一銅籽晶層和所述第二銅籽晶層以相同的工藝和材料形成。
15.如權(quán)利要求10或12或13所述的方法，其特征在于，所述氧化為熱氧化、等離子氧化或者離子注入氧化。
全文摘要
本發(fā)明屬于存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種集成于銅互連后端結(jié)構(gòu)的CuxO電阻型存儲(chǔ)器及其制備方法。該存儲(chǔ)器包括銅引線下電極、CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層、上電極；其中，銅引線包括覆蓋于電鍍銅之上的第一擴(kuò)散阻擋層和第一銅籽晶層，CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層氧化形成于第一銅籽晶層上。其制備方法包括提供銅互連后端結(jié)構(gòu)的銅引線；在銅引線上構(gòu)圖依次形成第一擴(kuò)散阻擋層和第一銅籽晶層；對(duì)銅籽晶層構(gòu)圖氧化形成CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層；在CuxO存儲(chǔ)介質(zhì)層上形成上電極。其中，1＜x≤2。該CuxO電阻型存儲(chǔ)器是對(duì)銅籽晶層氧化形成，存儲(chǔ)特性得以大大提高，尤其是在均勻性方面和薄膜品質(zhì)的可控性方面。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102544354SQ20101026242
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者林殷茵, 王明 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)