[發(fā)明專(zhuān)利]一種表面阻態(tài)隨電疇變化的存儲(chǔ)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110054432.7
• 申請(qǐng)日: 2011-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102157686A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江安全;陳閩川;惠文淵;劉驍兵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 上海正旦專(zhuān)利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面阻態(tài)隨電疇變化的存儲(chǔ)器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的進(jìn)一步縮小，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器已經(jīng)不能滿足微電子技術(shù)高速發(fā)展的要求。開(kāi)發(fā)下一代非揮發(fā)存儲(chǔ)器近期引起了業(yè)界的濃厚興趣。鐵電存儲(chǔ)器（FRAM），磁控存儲(chǔ)器（MRAM），相變存儲(chǔ)器（PRAM）相繼受到廣泛關(guān)注。近幾年一種基于材料電阻變化的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器（RRAM）技術(shù)的研究成為關(guān)注的焦點(diǎn)。RRAM的基本存儲(chǔ)單元包括一個(gè)金屬-絕緣體-金屬（MIM）結(jié)構(gòu)的電阻器。采用電壓或者電流脈沖，可以使MIM結(jié)構(gòu)的電阻在高低電阻態(tài)之間轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和擦除。RRAM具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備方便、記憶速度快、存儲(chǔ)密度高、數(shù)據(jù)保持時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是下一代非揮發(fā)存儲(chǔ)器的替代者之一。

阻變存儲(chǔ)器的信息讀寫(xiě)依靠讀取或者改變阻變材料的電阻率實(shí)現(xiàn)。通常的阻變材料具有高阻和低阻兩種狀態(tài)。與當(dāng)前大多數(shù)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理不同，阻變存儲(chǔ)器并不依靠電容式結(jié)構(gòu)中所存儲(chǔ)的電荷量來(lái)存儲(chǔ)信息，而是依靠材料本身的電阻率的改變。由于材料本身的電阻率與材料的尺寸無(wú)關(guān)，因此理論上阻變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)性能并不會(huì)隨著器件尺寸的縮小而退化。這就決定了阻變存儲(chǔ)器潛在的集成能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)前主流的浮柵式閃存。另一方面，阻變存儲(chǔ)器的器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的CMOS生產(chǎn)工藝的集成。

阻變存儲(chǔ)器的材料體系多種多樣，包括PrCaMnO₃、鋯酸鍶（SrZrO₃）、鈦酸鍶（SrTiO₃）等鈣鈦礦復(fù)雜氧化物，高分子有機(jī)材料以及簡(jiǎn)單二元過(guò)渡金屬氧化物如Al₂O₃、TiO₂、NiO、ZrO₂、HfO₂等。近期研究發(fā)現(xiàn)，鐵電材料同樣可以滿足阻變存儲(chǔ)器的特性要求，同時(shí)由于鐵電薄膜材料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，以及和現(xiàn)有的CMOS工藝兼容的優(yōu)點(diǎn)受到格外關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種存儲(chǔ)密度高、穩(wěn)定性好、可靠性強(qiáng)的表面阻態(tài)隨電疇變化的存儲(chǔ)器，以及其制作方法，能夠應(yīng)用于高密度存儲(chǔ)器領(lǐng)域。

本發(fā)明提出的表面阻態(tài)隨電疇變化的存儲(chǔ)器，是一種基于鐵電薄膜的表面阻態(tài)隨電疇變化的存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器包括電極以及位于所述電極之下的電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)層。

所述電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)層為經(jīng)熱退火處理的鐵電薄膜。該電阻轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)層厚度在10?nm?～300nm之間。所述熱退火處理的溫度可為200^?oC?～600^oC，退火氛圍可為CO、H₂、H₂S等還原性氣體。

所述電極材料由金屬Au、Co、Ir、Re、Pd或者Pt制成。

所述電極中相鄰兩個(gè)正負(fù)電極之間的距離在10nm～300nm。

本發(fā)明提出的表面阻態(tài)隨電疇變化的存儲(chǔ)器的制備方法，具體步驟如下：

步驟一：將硅基底進(jìn)行表面處理和清洗；

步驟二：采用熱氧化法，在硅基底表面生成二氧化硅層；

步驟三：采用溶膠-凝膠法在二氧化硅層上制備鐵電薄膜層；

步驟四：對(duì)鐵電薄膜層進(jìn)行退火處理；

步驟五?:?在鐵電薄膜層上制備金屬電極。

所述步驟三中，鐵電薄膜層厚度為10?nm?～300nm。

所述步驟四中，退火溫度為200^?oC?～600^oC，退火氛圍為CO、H₂、H₂S等還原性氣體。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

普通的阻變存儲(chǔ)器的導(dǎo)電機(jī)理主要是缺陷導(dǎo)電，即阻變材料中都存在一定量的缺陷（可能是氧空位）。處于高阻態(tài)的材料中的缺陷零散無(wú)規(guī)律地分布在阻變材料當(dāng)中。在寫(xiě)入脈沖的作用下，缺陷隨機(jī)產(chǎn)生并移動(dòng)。隨著產(chǎn)生及移動(dòng)的缺陷越來(lái)越多，總會(huì)形成一條連通上電極和下電極的缺陷導(dǎo)電通道，從而實(shí)現(xiàn)由高阻態(tài)向低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變具有極大的隨機(jī)性。