复旦大学 (中国上海市邯郸路220号, Shanghai 0, 200000, CN)
| 权 利 要 ^ 1. 一种一次可编程存储单元， 包括下电极、 上电极以及置于上电 极和下电极之间的存储介质层， 其特征在于， 所迷存储介质层包括： 第一金属氧化物层， 其通过对第一金属或金属化合物层氧化形 成； 以及 第二金属氧化物层， 其通过对第二金属或金属化合物层氧化形 成； 其中， 所述第一金属氧化物层和所述第二金属氧化物层之间形成 用于编程的相邻接区域。 2. 如权利要求 1所述的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所述 下电极为所述第一金属或金属化合物层与所述第二金属或金属化合 物层所组成。 3. 如权利要求 1所述的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所述 第一金属氧化物层的厚度不等于所述第二金属氧化物层的厚度。 4. 如权利要求 1所述的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所述 一次可编程存储单元集成于集成电路的后端结构中。 5. 如权利要求 4所述的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所述 后端结构为铜互连后端结构或铝互连后端结构。 6. 如权利要求 5所述的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所述 一次可编程存储单元形成于所述铜互连后端结构的铜引线或通孔之 上； 所述第一金属或金属化合物层为所迷铜引线的扩散阻挡层， 所述 笫二金属或金属化合物层为所述铜引线的铜金属或者铜金属合金， 7. 如权利要求 5所述的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所述 一次可编程存储单元形成于所迷铜互连后端结构或铝互连后端结构 的钨栓塞之上， 所述第一金属或金属化合物层为所述钨栓塞的扩散阻 挡层， 所述第二金属或金属化合物层为所述钨栓塞的钨金属或者鸽金 属合金。 8. 如权利要求 6或 7所迷的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所述扩散阻挡层为 TaN/Ta、 TiN/Ti或 Ru/TaN的复合层， 所述第二金 属氧化物层为 Ta205、 TiOx或者 RuO， 其中， 1 < χ < 3。 9. 如权利要求 6所述的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所述 一次可编程存储单元形成于所述铜互连后端结构的不同层的铜引线 之上。 10. 如权利要求 5所述的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所 迷一次可编程存储单元形成于所述铝互连后端结构的钨栓塞之上； 所 迷第一金属或金属化合物层为所述钨栓塞的扩散阻挡层， 所述第二金 属或金属化合物层为所述钨栓塞的钨金属或者钨金属合金。 11. 如权利要求 1所述的一次可编程存储单元， 其特征在于， 所 述第一金属氡化物层和第二金属氧化物层基本位于同一层。 12. 一种制备如权利要求 1所述一次可编程存储单元的方法， 其 特征在于， 通过氧化位于同一层的第一金属或金属化合物层以及第二 金属或金属化合物层， 将所述第一金属或金属化合物层部分地或全部 地氧化形成第一金属氧化物层， 将所述第二金属或金属化合物层部分 地或全部地氧化形成第二金属氣化物层； 其中， 所迷第一金属氧化物层和所述第二金属氧化物层之间形成 用于编程的相邻接区域， 13. 一种制备如权利要求 1所述一次可编程存储单元的方法， 其 特征在于， 包括以下步骤： 构图形成第一金属或金属化合物层以及第二金属或金属化合物 层； 在所迷第一金属或金属化合物层以及所述第二金属或金属化合 物层上覆盖介质层； 构图打开所述介质层以同时暴露所迷第一金属或金属化合物层 以及所述第二金属或金属化合物层； 氧化所述第一金属或金属化合物层以及所述第二金属或金属化 合物层以分别形成相邻接的第一金属氧化层和第二金属氧化层； 以及 在所述第一金属氧化层和第二金属氧化层上形成上电极。 14. 如权利要求 13所述的方法， 其特征在于， 所迷方法集成于铜 互连后端结构的制备工艺过程中, 所述第一金属或金属化合物层以及 第二金属或金属化合物层形成所述一次可编程存储单元的下电极， 15. 如权利要求 13所述的方法， 其特征在于， 所述氧化步骤中， 所迷第一金属或金属化合物层以及所述第二金属或金属化合物层在 同一氧化条件下同时氡化。 16. 一种一次可编程存储器， 其特征在于， 包括： 一次可编程存 储单元阵列， 所述一次可编程存储单元阵列包括按行和列排列的多个 如权利要求 1所述的可编程存储单元。 17. 如权利要求 16所述的一次可编程存储器， 其特征在于， 还包 括： 与所述一次可编程存储单元阵列相连接的行译码器； 与所述一次可编程存储单元阵列相连接的列译码器； 地址锁存模块； 写驱动模块； 灵敏放大器； 输入 /输出緩沖器； 以及 逻辑控制模块。 |
本发明属于一次可编程存储器（ One-Time Programmable Memory， OTP ) 技术领域， 具体涉及一种利用两种不同的相邻接的金属氡 化层 形成存储介质层的一次可编程存储单元 （One-Time Programmable Memory Unit ) 、 存储器及其制备方法。 背景技术
非挥发存储器在断电时仍能保持所存储的数据 ， 这使得非^^发存 储器在各种不同类型的电子设备中有着及其广 泛的应用。 一次可编程 存储器 （OTP )是常见的非挥发存储器中的一种， 它通过字线和位线 交叉的存储单元来存储逻辑信息， 其中， 常见的存储单元有熔丝、 反 熔丝和电荷俘获型器件（例如浮栅雪崩注入场 效应管） 。 一次可编程 存储器一般是不可重复编程的。
对于熔丝和反熔丝型 OTP, 需要一个高电压来击穿电容绝缘层， 在电击穿过程中会有高功耗的损失。并且由于 击穿电压较高， OTP 的 功耗相对较大。 并且随着器件尺寸的等比例缩小， 基于氧化层（即绝 缘层）击穿效应的 OTP将遭遇软击穿（由于氧化层厚度变薄， 发生软 击穿的概率越大） 的问题。
图 1所示为现有技术的分裂结构（ split structure )的 OTP单元结 构示意图。该 OTP单元利用形成于衬底上的栅氡介质层的击穿 来实现 OTP的编程。 如图 1所示， 栅氧介质层包括厚度为 D1的第一栅氡介 质层 11 以及厚度为 D2的第二栅氡介庸层 12, 其中 D2大于 D1 ; 第 —栅氧介盾层 11以及第二栅氧介质层 12之上均形成栅电极， 即分别 为栅电极 13和栅电极 14。 栅电极 13对应位于第一栅氧介质层 11之 上， 栅电极 14对应位于第二栅氧介质层 12 之上。 在该实施例中， 栅 电极均为多晶硅。由于第一栅氡介质层 11的厚度 D1小于第二栅氧介 质层的厚度 D2, 因此， 在第一栅氧介质层 11 和第二栅氧介质层 12 的相邻接区域， 也即栅氧分裂的位置， 在栅电极 13、 14上同时偏置 电压时， 其电力线集中， 场强局部增大， 也最容易被击穿。 第一栅氧 介质层 11和第二栅轧介质层 12的相邻接区域即为该 OTP的编程区 域， 被编程时， 在编程区域中将出现击穿点。 因此， 这种结构能相对 有效降低熔丝和反熔丝型 OTP的编程电压。
但是， 图 1所示 OTP单元还存在一下问题：
( 1 ) 由于是基于栅氧介质层击穿， 栅氡介质层相对致密， 所以 击穿电压不会降低很多； 并且， 编程电压大小主要还是取决于栅氧介 盾层的厚度， 该方案还是不能满足低编程电压的要求。
( 2 )栅氧介庸层形成于用于形成有源器件的衬底 上，因此 OTP 单元同样是形成于前端结构中， 其一般是与其它有源器件的制造工艺 相集成，从而，栅氣介质层的厚度是受制于其 它有源器件的结构设计， OTP的栅氧介质层的厚度也不能灵活设计。
( 3 ) 当集成电路器件发展 32纳米节点以下时， 代替栅氡层的高 k介质将普遍使用， 图 1所示的 OTP单元的栅氧层也将由高 k介质层 替代， 而这会导致漏电流增大， 增加了 OTP单元的功耗 发明内客
本发明的目的在于针对上述技术问题， 提出一种可集成在集成 电路的后端结构中的、 并有效降低编程电压的 OTP。
为实现以上目的或者其它目的， 本发明提供以下技术方案。
按照本发明的一方面， 提供一种一次可编程存储单元， 其包括下 电极、 上电极以及置于上电极和下电极之间的存储介 质层， 所述存储 介质层包括：
第一金属氡化物层，其通过对第一金属层和 /或第一金属化合物层 氧化形成； 以及
第二金属氧化物层，其通过对第二金属层和 /或第二金属化合物层 氧化形成；
其中， 所述第一金属氡化物层和所迷第二金属氧化物 层之间形成 用于编程的相邻接区域。
按照本发明的一次可编程存储单元的一实施例 其中， 所述下电极 为所述第一金属层和 /或第一金属化合物层以及所述第二金属层和 /或 第二金属化合物层所组成。
在上述的一次可编程存储单元中， 较佳地， 所述第一金属氧化物 层的厚度不等于所述第二金属氧化物层的厚度 。 按照本发明的一次可编程存储单元的一个优选 实施例， 其中， 所 迷一次可编程存储单元集成于集成电路的后端 结构中。
在上述的一次可编程存储单元中， 所述后端结构可以为铜互连后 端结构或铝互连后端结构。
在上述的一次可编程存储单元中， 优选地， 所述一次可编程存储 单元形成于所迷铜互连后端结构的铜引线或通 孔之上； 所述笫一金属 层为所迷铜引线的扩散阻挡层， 所述第二金属层为所述铜引线的铜金 属或者铜金属合金，
在上迷的一次可编程存储单元中， 优选地， 所迷一次可编程存储 单元形成于所述铜互连后端结构或铝互连后端 结构的钨栓塞之上， 所 迷第一金属层为所述钨栓塞的扩散阻挡层， 所述第二金属层为所述钨 栓塞的钨金属或者钨金属合金。
优选地，所迷扩散阻挡层为 TaN/Ta、 TiN/Ti或 Ru/TaN的复合层， 所述第二金属氡化物层为 Ta 2 0 5 、 TiOx或者 RuO, 其中， 1 < χ≤3。
在上述的一次可编程存储单元中， 优选地， 所迷一次可编程存储 单元形成于所述铜互连后端结构的不同层的铜 引线之上。
在又一实例中， 所述一次可编程存储单元形成于所述铝互连后 端 结构的钨栓塞之上； 所述笫一金属或金属化合物层为所迷钨栓塞的 扩 散阻挡层， 所述第二金属或金属化合物层为所述钨栓塞的 钨金属或者 钨金属合金，
在上述的一次可编程存储单元中， 优选地， 所述第一金属氧化物 层和第二金属氡化物层基本位于同一层。
按照本发明的又一方面， 提供制备上述一次可编程存储单元的 方法， 该方法中， 通过氧化位于同一层的第一金属或金属化合物 层以 及第二金属或金属化合物层， 将所述第一金属或金属化合物层部分地 或全部地氧化形成第一金属氡化物层， 将所述第二金属或金属化合物 层部分地或全部地氣化形成第二金属氟化物层 ；
其中， 所迷第一金属氧化物层和所述第二金属氧化物 层之间形 成用于编程的相邻接区域，
按照本发明的再一方面， 提供制备上述一次可编程存储单元的方 法， 其包括以下步骤：
构图形成第一金属层和 /或第一金属化合物层以及第二金属层和 / 或第二金属化合物层；
在所述第一金属层和 /或第一金属化合物层以及所迷第二金属层 和 /或第二金属化合物层上覆盖介质层；
构图打开所述介质层以同时暴露所述第一金属 层和 /或第一金属 化合物层以及所迷第二金属层和 /或第二金属化合物层；
氧化所述第一金属层和 /或第一金属化合物层以及所述第二金属 层和 /或第二金属化合物层以分别形成相邻接的第 金属氧化层和第 二金属氧化层； 以及
在所述第一金属氡化层和第二金属氧化层上形 成上电极。
按照本发明的制备方法的一个优选实施例， 其中， 所述方法集成 于铜互连后端结构的制备工艺过程中，所述第 一金属层和 /或第一金属 化合物层以及第二金属层和 /或第二金属化合物层形成所述一次可编 程存储单元的下电极。
优选地， 所述氧化步骤中， 所述第一金属层和 /或第一金属化合物 层以及所述第二金属层和 /或第二金属化合物层在同一氧化条件下同 时氡化。
按照本发明的还一方面， 提供一种一次可编程存储器， 其包括： 一次可编程存储单元阵列， 所迷一次可编程存储单元阵列包括按行和 列排列的多个以上所述的任一种一次可编程存 储单元.
按照本发明提供的一次可编程存储器的一个实 施例， 其中， 还包 括：
与所述一次可编程存储单元阵列相连接的行译 码器；
与所述一次可编程存储单元阵列相连接的列译 码器；
地址锁存模块；
写驱动模块；
灵敏放大器；
输入 /输出緩冲器； 以及
逻辑控制模块。
本发明的技术效果是， 该发明提供的 OPT单元中， 其存储介质层 是两种金属氧化物层组成， 并且这两种金属氧化物层通过对相邻接的 不同金属层氧化形成， 因此两种金属氡化物的差异会导致在相邻接区 域容易被击穿编程， 从而， 其可有效降低其编程电压。 另外， 基于金 属氧化物层是基于金属或金属化合物氧化形成 ， 其可以形成于集成电 路的后端结构中， 完全不同于传统的存储介质层形成于集成电路 的前 端结构中的 OTP; 因此， 作为存储介质层的第一金属氧化物层和第二 金属氧化物层的厚度可以灵活设计氧化条件（ 例如氧化时间）而确定， 其工艺灵活性强， 其单元面积也可以设计更小。 同时， 其制备方法相 对简单、 成本低。 附图说明
从结合附图的以下详细说明中， 将会使本发明的上迷和其它目的 及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要 素采用相同的标号表示。
图 1是现有技术的分裂结构的 OTP单元的结构示意图； 图 2是按照本发明提供的第一实施例的 OTP单元结构示意图； 图 3是按照本发明提供的第二实施例的 OTP单元结构示意图； 图 4是按照本发明提供的第三实施例的 OTP单元结构示意图； 图 5是本发明图 4所示实施例的 OTP单元集成于铜互连后端结构 的铜引线上的结构示意图；
图 6是本发明图 4所示实施例的 OTP单元集成于铝互连后端结构 的钨栓塞上的结构示意图；
图 7至图 10是制备图 4所示 OTP单元的方法过程中的结构变化 示意图；
图 11是按照本发明提供的 OTP实施例的结构示意图。 具体实施方式
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，俾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 4
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 2所示为按照本发明提供的第一实施例的 OTP单元结构示意 图。 在该实施例中， 以简单的 MIM (金属-介质-金属） 结构示意图说 明了 OTP 单元的基本结构， 但是， 本领域技术人员应当理解， OTP 单元不仅仅包括图 2中所示的基本结构部分。 如图 2所示， OTP单元 20同样包括下电极 21和上电极 27， 在该实施例中， 在下电极 21 的 上表面上同时形成第一金属层 231和第二金属层 233, 显然地， 第一 金属层 231和第二金属层 233在同一层上并相邻接， 因此， 形成如图 所示的相邻接区域 230。 通过对第一金属层 231氧化， 形成具有介质 特性的第一金属氡化物层 251 ; 通过对第二金属层 233氧化， 形成具 有介盾特性的第二金属氡化物层 253。 因此， 第一金属氧化物层 251 形成于第一金属层 231之上， 第二金属氧化物层 253形成于笫二金属 层 233之上. 第一金属层 231和第二金属层 233可以在同一氧化条件 下分别形成第一金属氧化物层 251和第二金属氡化物层 253 , 在该实 施例中， 可能由于 匕的速率相当， 因此， 第一金属氧化物层 251和 第二金属氡化物层 253的厚度基本相等。 第一金属氧化物层 251和第 二金属氧化物层 253的厚度范围可以为 1-20納米。由于基于氧化的材 料的差异 （即第一金属层 231不同于第二金属层 233 ) ， 必然也会在 基本同一层的第一金属氡化物层 251和第二金属氧化物层 253之间的 相邻接区域 250 中存在相对明显的交接界面， 也即形成相邻接区域 250, 自然地， 该相邻接区域 250会存在晶格不匹配、 界面态较多的 现象， 因此， 在上电极 27和下电极 21之间偏置一定的编程电压时， 容易以较低电压首先击穿该相邻接区域 250， 上电极 27和下电极 21 之间实现低阻导通， 因此， 第一金属氧化物层 251和第二金属氧化物 层 253可以用作 OTP单元 20的存储介盾层， 相邻接区域 250可用于 击穿形式的编程， 其也为存储介质层的编程区域。
在第一金属氧化物层 251 和第二金属氡化物层 253 之上， 形成 OTP单元的上电极 27， 上电极 27为导电材料， 其上电极 27可以为 Pd、 Ta、 Ti、 TaN、 TiN、 Cu、 Al、 Pt、 W、 Ni、 Ru、 Ru-Ta合金、 Pt-Ti 合金、 Ni-Ta合金之一, 或者可以为 Pd、 Ta、 Ti、 TaN、 TiN、 Cu、 Al、 Pt、 W、 Ni、 Ru、 Ru-Ta合金、 Pt-Ti合金、 Ni-Ta合金中任意两 者組成的复合层材料。 并且, 上电极材料的选择， 不受本发明实施例 限制。 在该实施例中， 第一金属层 231和第二金属层 233的厚度范围可 以为 1-100纳米， 但是其厚度不受本发明实施例限制 例如， 在第一 金属层 231和第二金属层 233较薄时， 可能全部被氧化分别形成了第 一金属氧化物层 251和第二金属氧化物层 253, 因而 OPT单元中不再 包括有第一金属层 231和第二金属层 233; 在另一种情况下， 当在第 一金属层 231和第二金属层 233较厚时， 被氡化后所剩下的在第一金 属层 231和第二金属层 233可同时被用作下电极，替代实现下电极 21 的功能， 因而 OTP单元可以不再包^ r单独的下电极 21 , 在该实施例 中， 第一金属层 231和第二金属层 233是两种不同的金属材料形成， 其具体材料不受本发明实施例限制， 因此第一金属氧化物层 251与第 二金属氧化物层 253的材料也不相同， 其具体材料也不受本发明实施 例限制。 例如， 第一金属层 231为 Ti时， 氡化形成的第一金属氧化物 层 251可以为 TiOx ( K x<3 ) ； 第二金属层 233为 Ta时， 氧化形成 的第二金属氧化物层 253可以为 Ta 2 0 5 。
需要说明的是， 由于除金属层以外的金属化合物层同样可被氧 化 形成相应的金属氧化物层， 因此， 也可以用第一金属化合物层替代第 一金属层、 用第二金属化合物层替代第二金属层， 第一金属化合物层 在材料方面不同于第二金属化合物层即可。 例如， 用金属化合物 TiN 替代 Ti的第一金属层 231， 用金属化合物 TaN代替 Ta的笫二金属层 233. 同样， 第一金属化合物层和第二金属化合物层具体材 料不受本 发明实施例限制， 第一金属化合物层和第二金属化合物层的具体 厚度 也不是限制性的， 二者厚度基本相等即可，
更需要说明的是， 也可以选择第一金属层和第二金属层中的两者 中的一个被选择替代为金属化合物层。 例如， 第一金属层 231为 Ti, Ta的第二金属层 233被替换为第二金属化合物层 TaN。 当然， Ta的 第二金属层 233也可被替换为 TiN, 在该具体实施例中， 基于 Ti和 TiN同时氧化所分别形成的金属氧化物是有所差 异的， 同样会在氧化 物二者之间的相邻接区域容易被击穿编程。 因此， 第一金属氧化物层
251和第二金属氣化物层 253的"不同"， 不仅是指所氧化的金属元素 的差异， 更是指金属氡化物之间的材料结构差异。 两种金属氧化物的 结构差异也可导致其相邻接区域易由于晶格不 匹配、 界面态增多等原 因而易于击穿即可。 因此， 图 2所示实施例的 OTP单元中， 其存储介质层是基于两种 金属氧化物形成， 并且两种金属氧化物的差异导致在相邻接区域 容易 被击穿编程， 从而， 其可有效降低其编程电压。 并且金属氧化物层是 基于金属或金属化合物氧化形成， 其可以形成于集成电路的后端結构 中， 完全不同于传统的存储介质层形成于集成电路 的前端结构中的 OTP. 因此， 作为存储介质层的第一金属氡化物层和第二金 属氧化物 其工艺灵活性强 N "
图 3所示为按照本发明提供的第二实施例的 OTP单元结构示意 图。 同样地， 该 OTP单元 30包括下电极 21、 第一金属层 331、 第二 金属层 333、 第一金属氧化物层 351、 第二金属氧化物层 353 以及上 电极 37。第一金属层 331和第二金属层 333之间存在相邻接区域 330, 第一金属氧化物层 351和第二金属氡化物层 353之间存在相邻接区域 350. 相比于图 2所示的 OTP单元 20， 其主要区别在于， 基本位于 同一层的第一金属氧化物层 351和第二金属氧化物层 353的厚度不相 等， 例如， 在该实施例中， 第二金属氧化层 353的厚度小于第一金属 氧化物层 351 的厚度， 其具体的厚度差异范围可以为 2-20nm, 例如 5nm,但这不是限制性的。这是由于第一金属层 331和第二金属层 333 的材料不同， 在同一氧化条件下， 有可能导致氧化的速率不同， 从而 所形成的金属氧化物层的厚度也不相等。 如果第二金属层 353的氧化 速率大于第一金属层 351的氡化速率， 那么第二金属氣化层 353的厚 度可以大于第一金属氧化物层 351的厚度。 在第一金氡化层 351和第 二金属氧化层 353的厚度不相等的情况下， 在第一金氧化层 351和第 二金属氧化层 353的相邻接区 350与上电极的接触点处， 电力线会集 中， 场强局部增大， 因此更容易被击穿。 因此， 相比于图 2 所示的 OTP单元 20, 其更容易击穿， 能进一步降低编程电压。 OTP单元 30 和图 2所示的 OTP单元 20的其它部分基本相同，在此不再一-" ·赘述。
图 4所示为按照本发明提供的第三实施例的 OTP单元结构示意 图。 正如之前所述， 由于该发明的 OTP单元是基于金属氧化物的， 因 此， 其可以形成于集成电路的后端结构中， 图 4 所示实施例的 OTP 单元 40即为集成于后端结构中的 OTP单元。 如图 4所示， OTP单元 40同样包括第一金属层 431、第二金属层 433、第一金属氧化物层 451、 T/CN2011/001161
第二金属氧化物层 453以及上电极 47。第一金属层 431和第二金属层 433之间存在相邻接区域 430， 第一金属氧化物层 451和第二金属氡 化物层 453之间存在相邻接区域 450。在该实施例中，第一金属层 431 和第二金属层 433为后端结构中的导线， 第一金属层 431和第二金属 层 433同时又用作 OTP单元 40的下电极。 由于在互连结构中， 导线 通常由不同部分组成； 例如， 对于铜引线， 其一般由扩散阻挡层和铜 金属 （或铜金属合金）组成， 对于钨栓塞， 其一般由扩散阻挡层和钨 金属 （或钨金属合金）组成； 因此， 其可以在此用作第一金属层 431 和第二金属层 433 (第二金属层 433也可能为金属化合物层） 。 OTP 单元 40还包括用于构图形成第一金属层 431和第二金属层 433的第 一介质层 493和用于构图形成第一金属氧化物层 451和第二金属氧化 物层 453的第二介质层 495。 通过在第二介质层 495上开孔同时暴露 部分第一金属 431和第二金属层 433， 从而便于在同一条件下氧化生 成第一金属氡化物层 451和笫二金属氧化物层 453。上电极 47可以为 互连结构中通孔 （Via ) 中的金属， 也可以为另外单独形成上电极， 例如， 沉积金属在第二介盾层 495的孔洞中， 然后通过化学机械研磨 ( CMP ) 工艺步骤形成上电极 47.
具体地， OTP单元 40形成于铜互连后端结构的铜引线上时， 第 一金属层 431为用于形成铜引线的铜金属或者铜金属合金 ， 其可以为 电镀形成的铜金属； 第二金属层 433为扩散阻挡层， 其一般用于防止 铜金属向第一介质层 493 中扩散， 其具体可以为 TaN/Ta、 TiN/Ti、 Ru/TaN 等复合层材料。 当扩散阻挡层和铜金属在同一氡化条件下氧 化时， 分别被氟化形成第二金属氡化物层 453 和第一金属氡化物层 451。 在该实施例中， 由于氡化速率的差异， 第二金属氡化物层 453 和第一金属氧化物层 451的厚度是不相同的， 例如， 扩散阻挡层所氧 化形成的第二金属氧化物层 453可以为 Ta 2 0 5 、 TiO ( K x<3 ) 、 RuO等，也或者为以上氧化物材料的混合物，其 厚度例如可以为 5nm， 铜金属氡化形成的第一金属氧化物层可以为 CuxO ( K x<2 ) ， 其厚 度例如可以为 8nm。 因此， 在二者的相邻接区域 450易被击穿， 有效 降低了编程电压，并将 OTP单元 40集成在铜互连后端结构中。该 OTP 单元的制备工艺也基本与铜互连后端制备工艺 兼容， 因此， OTP单元 的制备成本也低。 同时， OTP单元 40也可以形成于不同层的铜引线 上， 从而易于实现 OTP单元的三维堆叠制造， 有利于实现高密度化。 另外， OTP单元 40形成于铜互连后端结构的铜引线上时， 第一 介质层 493为互连介质层， 第二介质层 495为盖帽层层。
具体地， OTP单元 40还可以形成于铜互连后端结构的钨栓塞上。 此时， 第一金属层 431为钨金属， 其可以为溅射形成的钨金属； 第二 金属层 433为扩散阻挡层， 其一般用于增强钨金属和第一介质层 493 的粘附性， 其具体可以为 TaN/Ta、 TiN/Ti、 Ru/TaN等复合层材料. OTP单元 40形成于铜互连后端结构的钨栓塞上时， 第一介质层 493 为 PMD层， 互第二介质层 495为盖帽层。 同样地， 当扩散阻挡层和 钨金属在同一氡化条件下氡化时， 分别被氡化形成第二金属氧化物层 453和第一金属氧化物层 451。
具体地， OTP单元 40还可以形成于铜互连后端结构的通孔上。 此时， 第一金属层 431为用于形成通孔的铜金属， 其可以为电镀形成 的铜金属； 第二金属层 433为扩散阻挡层， 其一般用于防止铜金属向 笫一介质层 493 中扩散， 其具体可以为 TaN/Ta、 TiN/Ti、 Ru/TaN等 复合层材料. 同样地， 当扩散阻挡层和铜金属在同一氡化条件下氧化 时，分别被氧化形成第二金属氡化物层 453和第一金属氧化物层 451。
具体地， OTP单元 40还可以形成于铝互连后端结构的钨栓塞上， 在此， 各种具体情况不再一一详细列举， 本领域技术人员在了解本发 明的思想后， 将可能利用各种互连结构中两种金属材料的差 异特性来 氡化形成第一金属氧化物层和第二金属氧化物 层。
图 5所示为本发明图 4所示实施例的 OTP单元集成于铜互连后端 结构的铜引线上的结构示意图。 如图 5所示， 该图中示意性地给出了 将 OTP单元 40集成于第一层铜引线上， 通过对第一层铜引线的扩散 阻挡层 433和铜金属层 431同时氧化， 形成用作存储介质的金属氧化 层 453和 451， 同样， 金属氧化层 451和 453之间的相邻接区域 450 为编程区域。 需要说明的是， 图 5中示意了部分铜引线上形成了 OTP 单元、 部分铜引线上未形成 OTP单元的情形。
图 6所示为本发明图 4所示实施例的 OTP单元集成于铝互连后端 结构的钨栓塞上的结构示意图。 如图 6所示， 该图中示意性地给出了 将 OTP单元 40集成于钨栓塞上、 第一层铝引线之下的情形， 通过对 钨栓塞的扩散阻挡层 433和钨金属层 431同时氧化， 形成用作存储介 2011/001161
质的金属 L化层 451和 453， 同样， 金属氡化层 451和 453之间的相 邻接区域 450为编程区域。 需要说明的是， 图 6中示意了部分钨栓塞 上形成了 OTP单元、 部分钨栓塞上未形成 OTP单元的情形。
以下对该发明的 OTP单元的制备方法作说明。在该实施例中， 以 图 4所示实施例的 OTP单元的制备方法进行说明。
图 7至图 10所示为制备图 4所示 OTP单元的方法过程中的结构 变化示意图。以 OTP单元 40集成于铜互连后端结构的铜引线上为例， 结合图 7至图 10说明 OTP单元 40的基本制备过程。
步驟 1 , 构图形成铜互连后端结构的某一层铜引线。
在该步骤中，如图 7所示，通过 CMP、并沉积覆盖盖帽层 495 (也 即第二介质层）后， 铜引线已经形成， 需要说明的是， 该实施例中， 只是示意性地给出了铜互连后端结构的局部示 意图。 具体的， 铜引线 所在的层数不是限制性的。 铜引线的扩散阻挡层为第二金属层 433、 铜金属层为第一金属层 431 , 铜引线同时还用作 OTP单元的下电极， 因此， 该步骤中， 可以理解为形成了 OTP单元的下电极。
进一步， 步骤 2, 构图打开铜引线上的盖帽层以同时暴露第一金 属层和第二金属层。具体地，可以将第一金属 层 431、第二金属层 433 部分暴露， 也可以将第一金属层 431、 第二金属层 433全部暴露， 本 实施例中采用部分暴露。
在该步骤中， 如图 8所示， 通过光刻工艺构图， 刻蚀盖帽层 495 , 在盖帽层 495上形成孔 4951， 孔 4951暴露了部分第一金属层 431和 第二金属层 433， 为同时氡化第一金属层 431和第二金属层 433做好 准备。 在该步骤中， 可以设计孔 4951的尺寸及形状， 以决定 OTP单 元的尺寸及形状。 在该实施例中， 孔 4951暴露了图 8 中所示铜引线 的左边的局部区域， 但是这不是限制性， 也可以同时暴露图 8铜引线 左边和右边的区域。只要同时暴露了第一金属 层 431和第二金属层 433 即可。
进一步， 步骤 3， 对第一金属层和第二金属层同时氧化以形成第 一金属氧化层和第二金属氧化层，
在该步骤中， 如图 9所示， 铜引线中的扩散阻挡层（第二金属层
433 )和铜金属层（第一金属层 431 )在同一氡化条件下氧化， 在该实 施例中， 同一氣化条件例如可以为： 热氧化、 等离子轧化等， 但是具 体氧化奈件不是限制性的， 本领域技术人员可以根据第一金属层和第 二金属层的材料性质、 需要形成的氡化层的厚度等因素来选择氧化条 件。 在该实施例中， 所形成的第一金属氧化层 451和第二金属氣化层 453分别为 CuxO ( 1 < x<2 ) 和 TaOx/TaON ( Κ χ<3 ) , 第一金属 氧化层 451和第二金属氧化层 453的相邻接区域 450即为编程区。 第 一金属氧化层 451或第二金属氧化层 453的厚度尽量 于盖帽层的厚 度， 这样孔中还可以填充金属材料以形成上电极。
进一步， 步骤 4, 构图形成上电极。
在该步骤中， 如图 10所示， 沉积上电极金属材料， 然后 CMP平 坦化， 从而在孔 4951中形成了上电极 47。 或者也可以利用光刻刻蚀 的方法， 形成上电极 47。
至此， 图 4所示的 OTP单元已经形成， 在铜引线上形成 OTP单 元后可以继续进行铜互连后端的其它工艺，
本发明进行一步提供了包括以上所述的 OTP单元的 OTP存储器。 图 11所示为按照本发明提供的 OTP实施例的结构示意图。 图 11 中只是示意性地说明了 OTP的主要组成部分， 该 OTP还可以包括其 它许多公知的元件， 例如灵敏放大器、 行译码器、 列译码器等等。 如 图 11所示， OTP 600包括 OTP单元阵列 601、 列译码器 602、 行译码 器 603、 地址锁存器 604、 控制逻辑 605、 读出放大器 606、 写驱动电 路 607和输入 /输出緩冲器 608。 其中， OTP单元阵列 601是由若千个 以上所述的 OTP单元按行和列的形式排列形成， 每个 OTP单元形成 在字线和位线的交叉点之间，例如， OTP单元的下电极与字线相连接、 OTP的上电极与位线相连接， 当然， 也可以为 OTP单元的下电极与 位线相连接、 OTP的上电极与字线相连接。
在读写 OTP 600时， 外界输入的地址信号锁存在地址锁存器 604 中， 行地址信号输入到与地址锁存器 604相连接的行译码器 603中， 列地址信号输入到与地址锁存器 604相连接的列译码器 602中， 列译 码器 602和行译码器 603的输出分别选中 OTP单元阵列 601中相应的 一行和一列。 在进行写入存储器操作时， 外界的数据信号通过输入 / 输出緩沖器 608输入到写驱动电路 607中， 写驱动电路 607根据输入 的数据生成相应的写电压或写电流（即图 2 所示的编程电信号） 到 OTP单元阵列 601中， 进行写入操作 （即 Reset操作） ； 在进行读取 操作时， 灵敏放大器 606施加一定的读信号到 OTP单元阵列 601中 , 根据存储单元不同的状态读出相应的数据信号 ， 数据信号通过输入输 出緩沖器 608输出至外界。 控制逻辑 605控制着列译码器 602、 行译 码器 603、 地址锁存器 604、 灵敏放大器 606、 写驱动电路 607和输入 输出緩冲器 608这些模块的时序，从而使得整个存储器 600正常工作。 需要指出的是存储器 600只是说明性的， 因为必要时可能使用许多其 它本领域技术人员所公知技术来对存储阵列进 行寻址、 将数据输入或 输出存储阵列提供存储阵列所需要的各种工作 电压等，
以上例子主要说明了本发明的 OTP单元、 其制备方法以及 OTP。 尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描 述， 但是本领域普通技 术人员应当了解， 本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其 它的 形式实施。 因此， 所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非 限制 性的， 在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精 神及范围的情况 下， 本发明可能涵盖各种的修改与替换。
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Next Patent: HIGH CONSISTENCY RESISTIVE MEMORY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF