[发明专利]一种基于CMOS工艺平台的氧化物忆阻器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于CMOS工艺平台的氧化物忆阻器，包括位于传统CMOS电路层上方的上、中、下三个介质层，其中，三个介质层两两之间由金属阻挡层隔开；下方介质层中有两类沟道，沟道内填满金属层，在金属层与沟道壁之间设有黏附层；中间介质层中有两类沟道，分别正对于下方介质层中的两类沟道，两类沟道均填满金属层，在金属层与沟道壁之间设有黏附层，两类沟道的底部黏附层与下方介质层沟道的金属层直接相连；上方介质层中有两类沟道，分别正对于中间介质层的两类沟道，两类沟道均填满金属层，在金属层与沟道壁之间设有黏附层，其中一类沟道的底部黏附层与位于其正下方的中间介质层沟道之间设有阻变层，另一类沟道的底部黏附层与位于其正下方的中间介质层沟道的金属层直接相连；所述基于CMOS工艺平台的氧化物忆阻器通过下述方法制备得到：

1)在下层CMOS电路层上形成下方介质层；

2)通过两次光刻和刻蚀在下方介质层中形成两类沟槽，并在两类沟槽内依次生长黏附层和填充金属层，然后抛光表面，获得两类金属通孔；

3)在上一步中抛光的表面上制备第一金属阻挡层；

4)在第一金属阻挡层上形成中间介质层；

5)通过光刻和刻蚀在下层金属通孔上方刻出两类沟槽，刻穿中间介质层和第一金属阻挡层，停止在下方金属层；

6)在两类沟槽中依次生长黏附层和填充金属层，并抛光表面；

7)淀积阻变材料并图形化，在一类沟槽上方形成阻变层；

8)依次形成第二金属阻挡层和上方介质层；

9)通过光刻和刻蚀在两类沟槽的上方分别刻出较大的沟槽，刻穿上方介质层和第二金属阻挡层，其中一类停止在阻变层，另一类停止在下方金属层；

10)在两类沟槽中依次生长黏附层和填充金属层，并抛光表面。

2.如权利要求1所述的氧化物忆阻器，其特征在于，所述下方介质层中的沟道由位于下方的小通孔和位于上方的大通孔两部分构成。

3.如权利要求1所述的氧化物忆阻器，其特征在于，中间介质层和上方介质层的厚度均为100~500 nm，黏附层的厚度为1~10 nm，金属阻挡层的厚度为5~50 nm，阻变层的厚度为1~50 nm。

4.如权利要求1所述的氧化物忆阻器，其特征在于，所述阻变层由单层或多层的金属和金属氧化物的复合材料薄膜构成。

5.权利要求1~4任一所述基于CMOS工艺平台的氧化物忆阻器的制备方法，包括以下步骤：

1)在下层CMOS电路层上形成下方介质层；

2)通过两次光刻和刻蚀在下方介质层中形成两类沟槽，并在两类沟槽内依次生长黏附层和填充金属层，然后抛光表面，获得两类金属通孔；

3)在上一步中抛光的表面上制备第一金属阻挡层；

4)在第一金属阻挡层上形成中间介质层；

5)通过光刻和刻蚀在下层金属通孔上方刻出两类沟槽，刻穿中间介质层和第一金属阻挡层，停止在下方金属层；

6)在两类沟槽中依次生长黏附层和填充金属层，并抛光表面；

7)淀积阻变材料并图形化，在一类沟槽上方形成阻变层；

8)依次形成第二金属阻挡层和上方介质层；

9)通过光刻和刻蚀在两类沟槽的上方分别刻出较大的沟槽，刻穿上方介质层和第二金属阻挡层，其中一类停止在阻变层，另一类停止在下方金属层；

10)在两类沟槽中依次生长黏附层和填充金属层，并抛光表面。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属阻挡层和第二金属阻挡层通过化学气相淀积的方法制备，其材料选自下列物质中的一种或多种：Ta、Co、SiN、TaN、TiW。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤4）制备的中间介质层和步骤8）制备的上方介质层均为低迁移率介质层，其材料为绝缘材料。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤7）先采用物理气相淀积、原子层淀积、离子束淀积或热氧化的方法形成阻变薄膜，并进行氧化退火处理；然后利用光刻和反应离子刻蚀的方法对阻变薄膜图形化，得到位于一类沟槽上方的阻变层。