1t1r和1r阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了1T1R和1R阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)在原有的襯底晶體管的漏極和源極同時(shí)分別制作具有MIM結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，最后分別在襯底晶體管的漏極和源極的上方依次形成第一層金屬前介質(zhì)、第一層栓塞、第一層金屬、第二層層間介質(zhì)、第二層栓塞、MIM結(jié)構(gòu)層、第三層層間介質(zhì)、第三層栓塞、第二層金屬和鈍化層，實(shí)現(xiàn)所述襯底晶體管與阻變存儲(chǔ)器的串聯(lián)。本發(fā)明將1T1R結(jié)構(gòu)中的阻變存儲(chǔ)器和1R結(jié)構(gòu)中的阻變存儲(chǔ)器同時(shí)制作，工藝條件完全相同，可以減少光刻次數(shù)，減少制作成本，同時(shí)將1T1R結(jié)構(gòu)和1R結(jié)構(gòu)集成在一起，還能方便這兩種結(jié)構(gòu)中阻變存儲(chǔ)器特性的比較，有助于研究電流過(guò)沖對(duì)器件轉(zhuǎn)變特性的影響。
【專(zhuān)利說(shuō)明】1 Tl R和1R阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]阻變存儲(chǔ)器(Resistive Random Access Memory, RRAM)因?yàn)槠涓呙芏取⒌统杀尽⒖斓拇嫒∷俣燃翱赏黄萍夹g(shù)代發(fā)展的特點(diǎn)被認(rèn)為是下一代新型存儲(chǔ)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者。阻變存儲(chǔ)器利用存儲(chǔ)介質(zhì)的電阻在電信號(hào)作用下，在低阻態(tài)和高阻態(tài)間可逆轉(zhuǎn)換的特性來(lái)存儲(chǔ)信號(hào)，由高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為set，由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為reset。其中的存儲(chǔ)介質(zhì)有很多種，大致包括二元過(guò)渡金屬氧化物、鈣鈦礦型化合物、固態(tài)電解質(zhì)和有機(jī)材料等四種。過(guò)渡金屬二元氧化物因其組分簡(jiǎn)單、制備成本低廉、與傳統(tǒng)CMOS工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)而受到高度關(guān)注。按照施加偏壓的方向可以把阻變存儲(chǔ)器分為單極阻變存儲(chǔ)器和雙極阻變存儲(chǔ)器兩大類(lèi)，對(duì)于單極阻變存儲(chǔ)器而言，set和reset中施加的偏壓方向相同，對(duì)于雙極阻變存儲(chǔ)器而言兩個(gè)偏壓方向相反。
[0003]IR就是指具有金屬-介質(zhì)層-金屬(MM)三明治結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。單極阻變存儲(chǔ)器的交叉矩陣(crossbar)結(jié)構(gòu)中存在漏電路徑，使之不能大規(guī)模集成，通常需要與選擇器件串聯(lián)，常用的選擇器件有晶體管和二極管。ITlR (ITransistor andlRRAM，I個(gè)晶體管和I個(gè)阻變存儲(chǔ)器)結(jié)構(gòu)將晶體管作為選擇器件，就是將阻變存儲(chǔ)器制作在晶體管的漏極，并與晶體管串聯(lián)組成有源結(jié)構(gòu)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)和方法中在制作上述IR和ITlR的過(guò)程中，要對(duì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行光刻，加工成本比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何能夠減少光刻次數(shù)，降低加工成本。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了 ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)，具體包括:
[0009]襯底晶體管、第一層金屬前介質(zhì)、第一層栓塞、第一層金屬、第二層層間介質(zhì)、第二層栓塞、MIM結(jié)構(gòu)層、第三層層間介質(zhì)、第三層栓塞、第二層金屬和鈍化層。
[0010]進(jìn)一步地，所述MM結(jié)構(gòu)層包括:下電極、阻變介質(zhì)層和上電極，其中所述下電極的材料為T(mén)iN，所述阻變介質(zhì)層為HfO2，所述上電極的材料為T(mén)i和TiN組成的復(fù)合層。
[0011]進(jìn)一步地,所述下電極的厚度為IOOnm,所述阻變材料的厚度為IOnm,所述上電極的厚度為IOnmTi和lOOnmTiN。
[0012]進(jìn)一步地，在所述第一層金屬前介質(zhì)中形成所述第一層栓塞，用于連接所述襯底晶體管和所述第一層金屬；[0013]在所述第二層層間介質(zhì)中形成所述第二層栓塞，用于連接所述第一層金屬和所述MIM結(jié)構(gòu)層；
[0014]在所述第三層層間介質(zhì)中形成所述第三層栓塞，用于連接所述MM結(jié)構(gòu)層和所述
第二層金屬。
[0015]進(jìn)一步地，所述第一層金屬前介質(zhì)中包括:第一擴(kuò)散阻擋層，位于所述第一層金屬前介質(zhì)與所述第一層栓塞之間，防止所述第一層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第一層金屬前介質(zhì)中，并作為所述第一層栓塞的粘附層；
[0016]所述第二層層間介質(zhì)中包括:第二擴(kuò)散阻擋層，位于所述第二層層間介質(zhì)與所述第二層栓塞之間，防止所述第二層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第二層層間介質(zhì)中，并作為所述第二層栓塞的粘附層；
[0017]所述第三層層間介質(zhì)中包括:第三擴(kuò)散阻擋層，位于所述第三層層間介質(zhì)與所述第三層栓塞之間，防止所述第三層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第三層層間介質(zhì)中，并作為所述第三層栓塞的粘附層。
[0018]進(jìn)一步地,所述第一層栓塞包括第一栓塞和第二栓塞，所述第一栓塞位于所述襯底晶體管的漏極，用于連接所述襯底晶體管的漏極和所述第一層金屬，所述第二栓塞位于所述襯底晶體管的源極，用于連接所述襯底晶體管的源極和所述第一層金屬。
[0019]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供了針對(duì)上述ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，包括:在襯底晶體管的源極和漏極同時(shí)制作阻變存儲(chǔ)器，并通過(guò)所述漏極和所述源極實(shí)現(xiàn)所述襯底晶體管與所述阻變存儲(chǔ)器的串聯(lián)。
[0020]進(jìn)一步地，所述在襯底晶體管的源極和漏極同時(shí)制作阻變存儲(chǔ)器具體包括:
[0021]S1、在襯底晶體管上沉積第一層金屬前介質(zhì)，并在所述第一層金屬前介質(zhì)中形成第一層栓塞，所述第一層栓塞形成在所述襯底晶體管的漏極和源極上；
[0022]S2、在所述第一層金屬前介質(zhì)上方沉積形成第一層金屬；
[0023]S3、在所述第一層金屬前介質(zhì)上方沉積形成第二層層間介質(zhì)，所述第一層金屬在所述第二層層間介質(zhì)中，并在所述第二層層間介質(zhì)中所述第一層金屬的上方形成第二層栓塞；
[0024]S4、在所述第二層栓塞的上方形成MM結(jié)構(gòu)層；
[0025]S5、在所述第二層層間介質(zhì)上方沉積形成第三層層間介質(zhì)，所述MM結(jié)構(gòu)層在所述第三層層間介質(zhì)中，并在所述第三層層間介質(zhì)中所述MM結(jié)構(gòu)層的上方形成第三層栓塞；
[0026]S6、在所述第三層栓塞的上方形成第二層金屬；
[0027]S7、最后進(jìn)行器件的鈍化，在所述第三層層間介質(zhì)上方制作覆蓋所述第二層金屬的保護(hù)層。
[0028]進(jìn)一步地，步驟SI中在所述第一層金屬前介質(zhì)中形成第一層栓塞之前:在所述第一層栓塞與所述第一層金屬前介質(zhì)接觸的位置還形成第一擴(kuò)散阻擋層，防止所述第一層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第一層金屬前介質(zhì)中，并作為所述第一層栓塞的粘附層，所述第一擴(kuò)散阻擋層為T(mén)i/TiN的復(fù)合層。
[0029]進(jìn)一步地,步驟S4所述形成MIM結(jié)構(gòu)層具體包括:
[0030]S41、用射頻磁控派射IOOnmTiN,形成下電極；[0031]S42、在所述下電極上沉積IOnmHfO2,形成阻變介質(zhì)層；
[0032]S43、在所述阻變介質(zhì)層上再次濺射IOnmTi和IOOnmTiN復(fù)合層，形成上電極。
[0033](三)有益效果
[0034]本發(fā)明提供了 ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)在原有襯底晶體管的漏極制作阻變存儲(chǔ)器的同時(shí)，在源極同步制作阻變存儲(chǔ)器，其中阻變存儲(chǔ)器都具有MIM結(jié)構(gòu)。最后分別在襯底晶體管的漏極和源極的上方依次形成第一層金屬前介質(zhì)、第一層栓塞、第一層金屬、第二層層間介質(zhì)、第二層栓塞、MIM結(jié)構(gòu)層、第三層層間介質(zhì)、第三層栓塞、第二層金屬和鈍化層，實(shí)現(xiàn)襯底晶體管與阻變存儲(chǔ)器的串聯(lián)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)ITlR和IR的集成。將ITlR結(jié)構(gòu)中的阻變存儲(chǔ)器和IR結(jié)構(gòu)中的阻變存儲(chǔ)器同時(shí)制作，工藝條件完全相同，可以減少光刻次數(shù)，減少制作成本，同時(shí)將ITlR結(jié)構(gòu)和IR結(jié)構(gòu)集成在一起，還能方便這兩種結(jié)構(gòu)中阻變存儲(chǔ)器特性的比較，有助于研究forming和set過(guò)程中電流過(guò)沖對(duì)器件轉(zhuǎn)變特性的影響。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0036]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二中ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成的實(shí)現(xiàn)方法的步驟流程圖；
[0037]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二中ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成的實(shí)現(xiàn)方法中步驟SI的示意圖；
[0038]圖4為本發(fā)明實(shí)施例二中ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成的實(shí)現(xiàn)方法中步驟S2的示意圖；
[0039]圖5為本發(fā)明實(shí)施例二中ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成的實(shí)現(xiàn)方法中步驟S3的示意圖；
[0040]圖6為本發(fā)明實(shí)施例二中ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成的實(shí)現(xiàn)方法中步驟S4的示意圖；
[0041]圖7為本發(fā)明實(shí)施例二中ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成的實(shí)現(xiàn)方法中步驟S5的示意圖；
[0042]圖8為本發(fā)明實(shí)施例二中ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成的實(shí)現(xiàn)方法中步驟S6的示意圖；
[0043]圖9為本發(fā)明實(shí)施例二中ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成的實(shí)現(xiàn)方法中步驟S7的示意圖。
[0044]圖中編號(hào)分別代表的含義為:
[0045]000為襯底晶體管，101為第一層金屬前介質(zhì)，201、202為第一層栓塞，301、302為第一層擴(kuò)散阻擋層，401、402為第一層金屬，501為第二層層間介質(zhì)，601、602為第二層栓塞，701、702為第二層擴(kuò)散阻擋層，801為MM結(jié)構(gòu)層的下電極，802為MM結(jié)構(gòu)層的阻變介質(zhì)層，803為MM結(jié)構(gòu)層的上電極，901為第三層層間介質(zhì)，1001、1002為第三層栓塞，1101、1102為第三層擴(kuò)散阻擋層，1201和1202為第二層金屬，1301為鈍化層，Drain為襯底晶體管的漏極，Source為襯底晶體管的源極，Gate為襯底晶體管的柵極。
【具體實(shí)施方式】[0046]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0047]阻變存儲(chǔ)器在制造完成后通常需要一個(gè)forming過(guò)程，使器件轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)或低阻態(tài)，來(lái)形成導(dǎo)電通道。而在forming過(guò)程和使阻變材料由高阻態(tài)轉(zhuǎn)換為低阻態(tài)的set過(guò)程中都需要限制電流，防止阻變器件發(fā)生硬擊穿而失效。ITlR結(jié)構(gòu)在forming過(guò)程中的限制電流I.可以通過(guò)改變晶體管的柵極電壓Ve來(lái)控制。而在IR結(jié)構(gòu)的測(cè)量過(guò)程中，I.通過(guò)半導(dǎo)體參數(shù)分析儀強(qiáng)加于阻變器件上。如果ΙωΜΡ通過(guò)外部設(shè)備，如半導(dǎo)體參數(shù)分析儀，強(qiáng)加于器件之上，器件的低阻態(tài)電阻Ruis將會(huì)對(duì)Ια?的任何改變都很敏感。這可能是因?yàn)榍『迷趕et過(guò)程之后會(huì)有大的瞬態(tài)電流(由于器件和測(cè)試裝置中大的寄生電容)流過(guò)存儲(chǔ)單元。這就使得最大電流不能通過(guò)I.來(lái)控制，從而使Ruis變小。結(jié)果會(huì)使reset電流Ikeset大于IOTP，且使器件的高阻態(tài)值RhksF穩(wěn)定。但是可以通過(guò)內(nèi)部晶體管很好的控制過(guò)沖電流，因此ITlR結(jié)構(gòu)能夠獲得好的電流操作特性。本發(fā)明將ITlR和IR結(jié)構(gòu)集成在一起，從而可以更加清楚的理解IR和ITlR器件轉(zhuǎn)變性能的不同。
[0048]實(shí)施例一
[0049]本發(fā)明實(shí)施例一中提供了 ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)，組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所不，具體包括:襯底晶體管000、第一層金屬前介質(zhì)101、第一層栓塞201和202、第一層金屬401和402、第二層層間介質(zhì)501、第二層栓塞601和602,MIM結(jié)構(gòu)層801,802和803、第三層層間介質(zhì)901、第三層栓塞1001和1002、第二層金屬1201和1202以及鈍化層1301。
[0050]上述ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)在襯底晶體管的漏極和源極上分別制做MM結(jié)構(gòu)層的阻變存儲(chǔ)器，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)ITlR和IR的集成。將ITlR結(jié)構(gòu)和IR結(jié)構(gòu)集成在一起，方便這兩種結(jié)構(gòu)中阻變存儲(chǔ)器特性的比較，有助于研究forming和set過(guò)程中電流過(guò)沖對(duì)器件轉(zhuǎn)變特性的影響。
[0051]第一層金屬前介質(zhì)101可以是摻磷的氧化硅PSG等介質(zhì)材料，在晶體管的上方并將晶體管的柵極包圍。在第一層金屬前介質(zhì)101中形成第一層栓塞,均是W栓塞。第一層栓塞包括第一栓塞201和第二栓塞202，第一栓塞201位于襯底晶體管000的漏極Drain，用于連接襯底晶體管000的漏極Drain和第一層金屬中的401 ;第二栓塞202位于襯底晶體管000的源極Source,用于連接襯底晶體管000的源極Source和第一層金屬中的402,通過(guò)第一栓塞實(shí)現(xiàn)晶體管的漏極、源極與第一層金屬的互聯(lián)。第一層金屬前介質(zhì)101中包括:第一擴(kuò)散阻擋層，位于第一層金屬前介質(zhì)101與第一層栓塞之間，其中301在201的周?chē)?02在202的周?chē)寄芊乐沟谝粚铀ㄈ?01和202擴(kuò)散進(jìn)第一層金屬前介質(zhì)101中，并作為第一層栓塞的粘附層。201和202可以是Ti/TiN的復(fù)合層。
[0052]第一栓塞201和第二栓塞202的上方分別為沉積的第一金屬層401和402，在第一層金屬前介質(zhì)101的上方401和402的周?chē)玫诙訉娱g介質(zhì)501覆蓋,第二層層間介質(zhì)501可以是摻磷的氧化硅PSG。第二層層間介質(zhì)501中第一層金屬的上方形成第二層栓塞，并且也是W栓塞，包括601和602，第二層栓塞601用于連接第一層金屬401和漏極MM結(jié)構(gòu)層的下電極，第二層栓塞602用于連接第一層金屬402和源極MM結(jié)構(gòu)層的下電極，通過(guò)第二層栓塞實(shí)現(xiàn)第一層金屬與MIM結(jié)構(gòu)層的互聯(lián)。與第一層金屬前介質(zhì)相類(lèi)似，在第二層層間介質(zhì)501中也包括:第二擴(kuò)散阻擋層701和702，位于第二層層間介質(zhì)501與第二層栓塞601和602之間，防止第二層栓塞擴(kuò)散進(jìn)第二層層間介質(zhì)中，并作為第二層栓塞的粘附層。
[0053]在第二層栓塞的上方是MM結(jié)構(gòu)層，兩個(gè)MM結(jié)構(gòu)完全相同，包括:下電極801、阻變介質(zhì)層802和上電極803，其中下電極801的材料為T(mén)iN，厚度約為lOOnm，阻變介質(zhì)層802為HfO2，厚度約為10nm，上電極803的材料為T(mén)i和TiN組成的復(fù)合層，復(fù)合方式為IOnmTi和lOOnmTiN。MIM結(jié)構(gòu)層可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求做成大小不同的面積。
[0054]在第二層層間介質(zhì)501的上方形成第三層層間介質(zhì)901，將上述MM結(jié)構(gòu)層的801,802和803覆蓋在內(nèi)，并在第三層層間介質(zhì)901中兩個(gè)MM的上方分別形成第三層栓塞1001和1002，也都是W栓塞，其中第三層栓塞1001用于連接漏極一側(cè)MM結(jié)構(gòu)層上電極和第二層金屬1201，第三層栓塞1002用于連接源極一側(cè)MM結(jié)構(gòu)層上電極和第二層金屬1202，通過(guò)第三層栓塞實(shí)現(xiàn)MM結(jié)構(gòu)層和第二層金屬的互聯(lián)。與第一層金屬前介質(zhì)和第二層層間介質(zhì)相類(lèi)似，第三層層間介質(zhì)901中包括:第三擴(kuò)散阻擋層1101和1102，位于第三層層間介質(zhì)901與第三層栓塞1001和1002之間，防止第三層栓塞擴(kuò)散進(jìn)第三層層間介質(zhì)中，并作為第三層栓塞的粘附層。
[0055]在第三層層間介質(zhì)901上方對(duì)應(yīng)第三層栓塞1001和1002的位置分別是第二金屬層1201和1202，最后對(duì)器件進(jìn)行鈍化，在器件上再沉積一層Si3N4作為保護(hù)層。
[0056]實(shí)施例二
[0057]本發(fā)明實(shí)施例二中提供了 ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，包括:在襯底晶體管的源極和漏極同時(shí)制作阻變存儲(chǔ)器，并通過(guò)漏極和源極實(shí)現(xiàn)襯底晶體管與阻變存儲(chǔ)器的串聯(lián)。
[0058]在襯底晶體管的源極和漏極同時(shí)制作阻變存儲(chǔ)器的步驟流程如圖2所示，具體包括以下步驟:
[0059]步驟S1、前端工藝結(jié)束后，在襯底晶體管000上沉積第一層金屬前介質(zhì)101，并在第一層金屬前介質(zhì)101中形成第一層栓塞201和202,第一層栓塞201和202分別形成在襯底晶體管000的漏極Drain和源極Source上。
[0060]步驟SI中在第一層金屬前介質(zhì)101中形成第一層栓塞201和202之前:在第一層栓塞201和202與第一層金屬前介質(zhì)101接觸的位置還形成第一擴(kuò)散阻擋層301和302，其中301在201與101接觸的位置，302在202與101接觸的位置，步驟SI得到的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。第一擴(kuò)散阻擋層能夠防止第一層栓塞擴(kuò)散進(jìn)第一層金屬前介質(zhì)中，并作為第一層栓塞的粘附層，第一擴(kuò)散阻擋層為T(mén)i/TiN的復(fù)合層。
[0061]步驟S2、在第一層金屬前介質(zhì)101上方沉積形成第一層金屬401和402。
[0062]在第一層金屬前介質(zhì)101上沉積第一層金屬引線,材料可以為Al,之后通過(guò)光刻、刻蝕進(jìn)行圖形化，在對(duì)應(yīng)第一栓塞301和302的位置分別得到第一層金屬401和402，步驟S2得到的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。第一層栓塞201就實(shí)現(xiàn)襯底晶體管000的漏極Drain與401的互連，第一層栓塞202實(shí)現(xiàn)襯底晶體管000的源極Source與402的互連。
[0063]步驟S3、在第一層金屬前介質(zhì)101上方沉積形成第二層層間介質(zhì)501,第一層金屬401和402在第二層層間介質(zhì)501中，并在第二層層間介質(zhì)501中第一層金屬401和402的上方形成第二層栓塞601和602，601在401的上方，602在402的上方，步驟S3得到的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。第二層層間介質(zhì)501可以是摻磷的PSG。
[0064]形成第二層栓塞601和602之前，同樣要在其與第二層層間介質(zhì)501之間形成第二擴(kuò)散阻擋層701和702，防止第二層栓塞擴(kuò)散進(jìn)第二層層間介質(zhì)中，并作為第二層栓塞的粘附層，第二擴(kuò)散阻擋層的材料也可以為T(mén)i/TiN的復(fù)合層。
[0065]步驟S4、在第二層栓塞的上方形成MM結(jié)構(gòu)層。
[0066]步驟S4形成MM結(jié)構(gòu)層具體包括:
[0067]步驟S41、用射頻磁控派射IOOnmTiN,形成下電極801。
[0068]步驟S42、在下電極801上沉積IOnmHfO2,形成阻變介質(zhì)層802。本步驟中的沉積是采用ALD (Atomic Layer Deposition,原子層沉積技術(shù))，ALD作為一種薄膜沉積的頂尖技術(shù)，可以確保薄膜生長(zhǎng)的均勻性、保形性、無(wú)缺陷、無(wú)針孔。
[0069]步驟S43、在阻變介質(zhì)層802上再次濺射IOnmTi和IOOnmTiN復(fù)合層，形成上電極803。之后再利用光刻和雙重反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)形成面積大小不同的MIM結(jié)構(gòu)。
[0070]還需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中的MIM結(jié)構(gòu)的材料僅以上述為例進(jìn)行說(shuō)明，但是并不局限于上述材料。
[0071]上述結(jié)構(gòu)中的第二層栓塞601和602實(shí)現(xiàn)第一層金屬401和402與本步驟中得到的MIM結(jié)構(gòu)的互連,步驟S4得到的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。
[0072]步驟S5、在第二層層間介質(zhì)501上方沉積形成第三層層間介質(zhì)901，MIM結(jié)構(gòu)層在第三層層間介質(zhì)901中，并在第三層層間介質(zhì)901中MIM結(jié)構(gòu)層的上方形成第三層栓塞1001和1002。第三層層間介質(zhì)901的材料也可以是摻磷的PSG，步驟S5得到的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。
[0073]第三層栓塞1001和1002之后，同樣要在其與第三層層間介質(zhì)901之間形成第三擴(kuò)散阻擋層1101和1102，防止第三層栓塞擴(kuò)散進(jìn)第三層層間介質(zhì)中，并作為第三層栓塞的粘附層，第三擴(kuò)散阻擋層的材料也也可以為T(mén)i/TiN的復(fù)合層。
[0074]步驟S6、在第三層栓塞1001和1002的上方形成第二層金屬1201和1202，步驟S6得到的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。
[0075]在第三層金屬前介質(zhì)901上沉積第二層金屬引線，材料可以為Al或者Al、Cu合金，之后通過(guò)光刻、刻蝕進(jìn)行圖形化，在對(duì)應(yīng)第三栓塞1001和1002的位置分別得到第二層金屬1201和1202。由此，第三層栓塞1001和1002就實(shí)現(xiàn)MM結(jié)構(gòu)與第二層金屬1201和1202的互連。
[0076]步驟S7、最后進(jìn)行器件的鈍化，在第三層層間介質(zhì)901上方制作覆蓋第二層金屬1201的保護(hù)層1301，步驟S7得到的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。上述步驟SI?S6完成后，還需要采用常規(guī)工藝對(duì)整個(gè)器件進(jìn)行鈍化，即在器件上沉積一層Si3N4作為保護(hù)層。
[0077]上述實(shí)施例中的阻變存儲(chǔ)器為二元金屬氧化物的MIM結(jié)構(gòu)，目的在于能夠在相同條件下比較它們的特性。
[0078]本實(shí)施例提供的ITlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，在前端工藝結(jié)束后，在襯底晶體管的漏極和源極同時(shí)形成第一層栓塞，用于襯底晶體管與第一層金屬的互連，并在其周?chē)纬傻谝粩U(kuò)散阻擋層；之后在上述兩極的第一層栓塞上分別沉積第一層金屬并圖形化，在其上繼續(xù)制作第二層栓塞，用于第一層金屬與MM結(jié)構(gòu)的互連，并在第二層栓塞的周?chē)残纬傻诙U(kuò)散阻擋層，阻擋栓塞向其周?chē)橘|(zhì)的擴(kuò)散；然后在第二層栓塞上沉積MIM結(jié)構(gòu)，并通過(guò)光刻、刻蝕等進(jìn)行圖形化，在MM結(jié)構(gòu)上繼續(xù)制作第三層栓塞，用于MM結(jié)構(gòu)與第二層金屬的互連，并在第三層栓塞的周?chē)残纬傻谌龜U(kuò)散阻擋層，阻擋栓塞向其周?chē)橘|(zhì)的擴(kuò)散；最后在第三層栓塞沉積第二層金屬，并圖形化，器件整體制作還需再采用常規(guī)工藝對(duì)器件進(jìn)行鈍化以及壓焊點(diǎn)的制作，完成ITlR和IR集成結(jié)構(gòu)。
[0079]根據(jù)上述步驟能夠在制作與晶體管串聯(lián)的阻變存儲(chǔ)器的同時(shí)，在源極上同步制作一個(gè)阻變存儲(chǔ)器。在測(cè)量過(guò)程中，晶體管的源極和體電極接地，柵極可控，從而實(shí)現(xiàn)ITlR結(jié)構(gòu)和IR結(jié)構(gòu)的集成。集成結(jié)構(gòu)不僅可以減少光刻次數(shù)，降低制作成本，而且還能更加直接的比較ITlR結(jié)構(gòu)和IR結(jié)構(gòu)的性能，有助于研究forming過(guò)程和set過(guò)程中電流過(guò)沖對(duì)器件轉(zhuǎn)變特性的影響。例如，最大reset電流、高阻態(tài)阻值的穩(wěn)定性及器件的耐疲勞特性。
[0080]以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.1TlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述集成結(jié)構(gòu)依次包括:襯底晶體管、第一層金屬前介質(zhì)、第一層栓塞、第一層金屬、第二層層間介質(zhì)、第二層栓塞、MIM結(jié)構(gòu)層、第三層層間介質(zhì)、第三層栓塞、第二層金屬和鈍化層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述MIM結(jié)構(gòu)層包括:下電極、阻變介質(zhì)層和上電極，其中所述下電極的材料為T(mén)iN，所述阻變介質(zhì)層為HfO2，所述上電極的材料為T(mén)i和TiN組成的復(fù)合層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述下電極的厚度為lOOnm，所述阻變材料的厚度為10nm，所述上電極的厚度為IOnmTi和lOOnmTiN。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一層金屬前介質(zhì)中形成所述第一層栓塞，用于連接所述襯底晶體管和所述第一層金屬；在所述第二層層間介質(zhì)中形成所述第二層栓塞，用于連接所述第一層金屬和所述MIM結(jié)構(gòu)層；在所述第三層層間介質(zhì)中形成所述第三層栓塞，用于連接所述MM結(jié)構(gòu)層和所述第二層金屬。
5.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述第一層金屬前介質(zhì)中包括:第一擴(kuò)散阻擋層，位于所述第一層金屬前介質(zhì)與所述第一層栓塞之間，防止所述第一層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第一層金屬前介質(zhì)中，并作為所述第一層栓塞的粘附層；所述第二層層間介質(zhì)中包括:第二擴(kuò)散阻擋層，位于所述第二層層間介質(zhì)與所述第二層栓塞之間，防止所述第二層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第二層層間介質(zhì)中，并作為所述第二層栓塞的粘附層；所述第三層層間介質(zhì)中包括:第三擴(kuò)散阻擋層，位于所述第三層層間介質(zhì)與所述第三層栓塞之間，防止所述第三層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第三層層間介質(zhì)中，并作為所述第三層栓塞的粘附層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一層栓塞包括第一栓塞和第二栓塞，所述第一栓塞位于所述襯底晶體管的漏極，用于連接所述襯底晶體管的漏極和所述第一層金屬，所述第二栓塞位于所述襯底晶體管的源極，用于連接所述襯底晶體管的源極和所述第一層金屬。
7.1TlR和IR阻變存儲(chǔ)器集成結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括:在襯底晶體管的源極和漏極同時(shí)制作阻變存儲(chǔ)器，并通過(guò)所述漏極和所述源極實(shí)現(xiàn)所述襯底晶體管與所述阻變存儲(chǔ)器的串聯(lián)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述在襯底晶體管的源極和漏極同時(shí)制作阻變存儲(chǔ)器具體包括:S1、在襯底晶體管上沉積第一層金屬前介質(zhì),并在所述第一層金屬前介質(zhì)中形成第一層栓塞，所述第一層栓塞形成在所述襯底晶體管的漏極和源極上；S2、在所述第一層金屬前介質(zhì)上方沉積形成第一層金屬；S3、在所述第一層金屬前介質(zhì)上方沉積形成第二層層間介質(zhì)，所述第一層金屬在所述第二層層間介質(zhì)中，并在所述第二層層間介質(zhì)中所述第一層金屬的上方形成第二層栓塞；S4、在所述第二層栓塞的上方形成MM結(jié)構(gòu)層；S5、在所述第二層層間介質(zhì)上方沉積形成第三層層間介質(zhì)，所述MM結(jié)構(gòu)層在所述第三層層間介質(zhì)中，并在所述第三層層間介質(zhì)中所述MM結(jié)構(gòu)層的上方形成第三層栓塞；s6、在所述第三層栓塞的上方形成第二層金屬；s7、最后進(jìn)行器件的鈍化，在所述第三層層間介質(zhì)上方制作覆蓋所述第二層金屬的保護(hù)層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟SI中在所述第一層金屬前介質(zhì)中形成第一層栓塞之前:在所述第一層栓塞與所述第一層金屬前介質(zhì)接觸的位置還形成第一擴(kuò)散阻擋層，防止所述第一層栓塞擴(kuò)散進(jìn)所述第一層金屬前介質(zhì)中，并作為所述第一層栓塞的粘附層，所述第一擴(kuò)散阻擋層為T(mén)i/TiN的復(fù)合層。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟S4所述形成MIM結(jié)構(gòu)層具體包括:s41、用射頻磁控派射IOOnmTiN,形成下電極；s42、在所述下電極上沉積IOnmHfO2，形成阻變介質(zhì)層；s43、在所述阻變介質(zhì)層上再次派射IOnmTi和IOOnmTiN復(fù)合層,形成上電極。
【文檔編號(hào)】H01L27/24GK103441135SQ201310367267
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】劉力鋒, 張偉兵, 李?lèi)? 韓德棟, 王漪, 劉曉彥, 康晉鋒, 張興 申請(qǐng)人:北京大學(xué)