[發(fā)明專利]一種非易失性存儲陣列制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110003687.0
• 申請日: 2009-11-12
• 公開（公告）號: CN102110774A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方糧;孫鶴;池雅慶;朱玄;仲海欽;張超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 國防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非易失性存儲陣列制備方法，尤其涉及一種以變氧化率鈦氧化物為存儲介質(zhì)的非易失性存儲陣列制備方法。

背景技術(shù)

目前，占據(jù)主要市場份額的非易失性存儲陣列是電容電荷型的FLASH存儲陣列。隨著微電子工藝的發(fā)展，存儲單元的尺寸逐漸變小，存儲陣列的集成密度也不斷提高。而FLASH存儲單元的尺寸減小到納米量級后，其性能急劇降低，功耗急劇上升。因此，研發(fā)納米尺度下能夠正常工作的非易失性存儲陣列迫在眉睫，已成為研究熱點。

電阻開關(guān)陣列是一種能夠在納米尺度正常工作的非易失性存儲陣列。非易失性存儲陣列一般由上層平行導(dǎo)線、電阻開關(guān)單元、下層垂直導(dǎo)線組成，上下層導(dǎo)線交叉處為電阻開關(guān)單元，電阻開關(guān)單元由上電極/存儲介質(zhì)層/下電極三層組成。改變上下層導(dǎo)線間的電壓或電流，能夠改變存儲介質(zhì)層的電阻，從而實現(xiàn)信息存儲。

申請?zhí)枮?00610165950.5的中國專利公開了一種采用缺氧金屬氧化物層的非易失性存儲裝置及其制造方法。該非易失性存儲裝置包括開關(guān)裝置和連接該開關(guān)裝置的電阻開關(guān)單元。開關(guān)裝置可以包括三極管或二極管，形成1T1R結(jié)構(gòu)。電阻開關(guān)單元的存儲介質(zhì)層包含兩層金屬氧化物，其中一層是缺氧金屬氧化物(如1到50nm厚的ZnO、ITO等)，在缺氧金屬氧化物層上再形成數(shù)據(jù)存儲層(如NiO、ZnO等)。電阻開關(guān)單元的上下電極由從包括Pt、Ru、Ir、Pd、Au、Cu和TiN的組中選擇的材料構(gòu)成。其電阻開關(guān)特性為單極性，開關(guān)電阻比為100，但工作電流大，達到10mA，功耗大。

專利號為US20070205456A1的美國專利公開了一種非易失性存儲器件及其存儲陣列(Nonvolatile?memory?device?and?nonvolatile?memory?array?including?the?same)，該存儲陣列由上層平行導(dǎo)線、電阻開關(guān)單元、下層垂直導(dǎo)線構(gòu)成。其中電阻開關(guān)單元的存儲介質(zhì)層由兩層不同特性的金屬氧化物組成，分別為具有n型半導(dǎo)體特性(如NiO等)和具有P型半導(dǎo)體特性(如TiO₂、ZnO、CoO等)的金屬氧化物。電阻開關(guān)單元的上下層電極選取Ir、Ru、Pt或包含元素Ir、Ru、Pt的導(dǎo)電金屬氧化物，形狀為塊狀，與存儲介質(zhì)層相同。電阻開關(guān)單元是一種具有肖特基特性的非易失性存儲單元，只在上層平行導(dǎo)線與下層垂直導(dǎo)線交叉處存在，通過在不同氧濃度下制備10nm的NiO層呈現(xiàn)出不同的電學(xué)特性曲線。雖然這種存儲陣列開關(guān)電阻比最高能達到1000，但相比一層金屬氧化物而言，制備復(fù)雜，且其電阻開關(guān)特性為單極性，電阻開關(guān)單元低阻態(tài)電流較大，為10mA，很難滿足超高密度、超低功耗的存儲要求。專利號為US20070257257A1的美國專利公開了一種含有無定形合金氧化物層的非易失性存儲器件及其制備方法(Nonvolatile?memory?device?including?amorphous?alloy?metal?oxide?layer?and?method?of?manufacturing?the?same)，其存儲介質(zhì)層由過渡金屬氧化物和與之晶相不同的其它金屬氧化物混合構(gòu)成。與一層金屬氧化物相比，制備復(fù)雜，開關(guān)電阻比小于10，導(dǎo)致存儲單元容錯能力差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對目前非易失性電阻開關(guān)存儲陣列開關(guān)電阻比低、制備工藝復(fù)雜的問題，提出一種以變氧化率鈦氧化物為存儲介質(zhì)的非易失性存儲陣列制備方法，使得存儲陣列開關(guān)電阻比高，制備工藝簡單，性價比高。

以變氧化率鈦氧化物為存儲介質(zhì)的非易失性存儲陣列由上電極、存儲介質(zhì)層、下電極組成。存儲介質(zhì)層位于下電極表面，上電極位于存儲介質(zhì)層表面。

上電極和下電極均為線狀。下電極厚度h1為50nm至1μm，線寬d1為30nm至10μm。存儲介質(zhì)層制備于下電極表面，厚度h2為20nm至60nm。上電極制備于存儲介質(zhì)層表面，與下電極呈十字交叉狀，厚度h3為50nm至1μm，線寬d2為30nm至10μm。考慮材料成本和功耗，一般取h1＝h3，d1＝d2。上電極和下電極交叉處為電阻開關(guān)單元。

上電極和下電極均采用1)金屬(Au、W、Ti、Pt、Ag、Al、Ni、Cu、Fe、Ru、Ir)及它們之間任意組合形成合金，2)由P、N、As、B摻雜到Si、Ge、SiGe、GaN、GaAs、InP半導(dǎo)體材料中的復(fù)合材料，3)RuO₂、In₂O₃、SnO₂、ITO等金屬氧化物制備。優(yōu)選Pt、Ru、Ir。為了實現(xiàn)器件的開關(guān)電壓極性可配置，上下電極優(yōu)選相同材料。