[发明专利]包含硅掺杂的氧化锰基电阻型存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体存储器技术领域，具体涉及基于金属氧化物氧化锰(MnOz，1＜x≤3)的电阻型存储器(Resisitive Memory)，尤其涉及一种以包含硅掺杂的氧化锰基作为存储介质的电阻型存储器及其制备方法。

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(闪存)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。最近电阻型转换存储器件(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SrZrO₃、铁电材料PbZrTiO₃、铁磁材料Pr_1-xCa_xMnO₃、二元金属氧化物材料、有机材料等。

电阻型存储器(Resisitive Memory)是通过电信号的作用、使存储介质在高电阻状态(High Resistance State，HRS)和低电阻(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半导体金属氧化物材料，例如，氧化铜、氧化钛、氧化钨等。

同时，我们注意到，氧化锰(MnOz，1＜z≤3)材料作为两元金属氧化物中的一种，SenZhang等人在J.Phys.D：Appl.Phys.42(2009)中的题为“Resistive switchingcharacteristics of MnOz-based ReRAM”的文中报道了MnOz的电阻转换特性，因此其作为电阻型存储器的存储介质。并从中可以看到，基于MnOz的电阻型存储器的低阻态电阻小于100欧姆，因此，其必然会导致其在低电阻状态时电流较大，限定了该电阻型存储的低功耗应用。

进一步，随着半导体工艺技术的发展，关键尺寸不断减小，电阻型存储器技术必然需要延伸至45纳米(nm)工艺节点以后。Cu、W等材料由于晶粒尺寸的限制，其相应的氧化物做存储介质时会导致漏电流较大，从而增加功耗，不能有效地在45nm及32nm阶段取代Flash。并且在45纳米和32纳米工艺节点，分别要求阻挡层厚度降到4.9nm和3.6nm，深宽比也进一步加大，传统的Ti/TiN、Ta/TaN等无法满足其要求，因此，氧化钛、氧化钽等存储介质在铜互连后端的应用也会受到工艺限制。

而在45纳米工艺节点以后，铜扩散阻挡材料将可能广泛应用锰硅氧化合物材料，其具有电阻率低、可有效阻挡铜扩散、抗电迁移好、厚度超薄、可靠性好的优点。

综合以上现有技术，有必要提出一种新型的电阻型电阻存储器。

发明内容

本发明的目的之一是解决现有电阻型存储器不易于45纳米工艺节点以后的铜互连工艺兼容的问题，本发明的又一目的是解决现有的MnOz的电阻型存储器的低阻态功耗大的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供一种氧化锰基电阻型存储器，包括上电极、下电极以及设置在上电极和下电极之间的MnSixOy存储介质层，其中，0.001＜x≤2，2＜y≤5。

按照本发明的氧化锰基电阻型存储器的一个实施方式，所述MnSixOy存储介质层是通过锰金属层直接氧化并同时硅化处理形成。

按照本发明的氧化锰基电阻型存储器的又一个实施方式，所述MnSixOy存储介质层是通过锰金属层硅化处理形成锰硅化合物层、再进一步对锰硅化合物层进行氧化处理形成。

按照本发明的氧化锰基电阻型存储器的再一个实施方式，所述MnSixOy存储介质层是通过锰金属层氧化处理形成锰氧化合物层、再进一步对锰氧化合物层进行硅化处理形成。

所述氧化锰基电阻型存储器还包括所述氧化处理所剩余的锰硅化合物层；或者还包括所述硅化处理所剩余的锰氧化合物层。

其中，所述氧化是等离子氧化、热氧化、离子注入氧化之一。所述硅化是在含硅的气体中硅化、在硅等离子体中硅化或者硅的离子注入硅化。

作为较佳技术方案，所述氧化锰基电阻型存储器还包括位于所述下电极上方的第一介质层以及贯穿所述第一介质层中形成的孔洞，所述MnSixOy存储介质层位于所述孔洞的底部。