[發(fā)明專利]一種含有快速開關(guān)器件的阻變型存儲(chǔ)器單元及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110219113.7
• 申請(qǐng)日: 2011-08-02
• 公開（公告）號(hào): CN102270739A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張楷亮;王麒;王芳;武長(zhǎng)強(qiáng);趙金石;胡智翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子制造及存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含有快速開關(guān)器件的阻變型存儲(chǔ)器單元及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)信息的媒介及設(shè)備的要求也越來(lái)越高。特別是人們對(duì)便攜式智能電子設(shè)備的小型化、高速化、低耗能及低價(jià)位的期望也越來(lái)越高。而半導(dǎo)體存儲(chǔ)器在電子設(shè)備中的作用也越來(lái)越重要，近些年來(lái)存儲(chǔ)器市場(chǎng)份額，特別是非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，也在不斷的增加。存儲(chǔ)器總的分為兩大類：揮發(fā)性存儲(chǔ)器和非揮發(fā)性存儲(chǔ)器。揮發(fā)性存儲(chǔ)器如計(jì)算機(jī)內(nèi)存，以SRAM、DRAM為代表，他們有一個(gè)共同的特點(diǎn)是，存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不能長(zhǎng)期保持，需要持續(xù)的電源給刷新維持?jǐn)?shù)據(jù)。非揮發(fā)性存儲(chǔ)器如優(yōu)盤，以Flash為代表，他的主要特點(diǎn)是存儲(chǔ)器在存入數(shù)據(jù)后不需要外部電源持續(xù)供電就能長(zhǎng)久保持?jǐn)?shù)據(jù)。

雖然閃存(Flash)得到了廣泛的認(rèn)可與應(yīng)用，但是其基于熱電子效應(yīng)和隧穿效應(yīng)原理的數(shù)據(jù)寫入方式需要高的操作電壓，并且每次在數(shù)據(jù)寫入之前都要先擦除，操作速度慢。最大的問題是隨著半導(dǎo)體集成電路工藝節(jié)點(diǎn)的縮小，閃存器件在縮小過(guò)程中過(guò)薄的隧穿氧化層將導(dǎo)致電荷的泄露問題越來(lái)越嚴(yán)重，使得存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保持穩(wěn)定性嚴(yán)重惡化。為此，科研和工業(yè)界一直在尋求一種能夠取代閃存的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器。相變存儲(chǔ)器（PCRAM）、阻變存儲(chǔ)器（RRAM）、磁存儲(chǔ)器（MRAM）、鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM）等新一代存儲(chǔ)器由于具有能夠適應(yīng)下一代存儲(chǔ)器的要求而被廣泛研究。

交叉陣列結(jié)構(gòu)是最有希望應(yīng)用于高密度存儲(chǔ)器集成的陣列結(jié)構(gòu)，采用交叉陣列結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器在理論上具有最小的單位面積（4F²），并且可以進(jìn)行三維集成，能夠有效的提高存儲(chǔ)器密度。在交叉陣列結(jié)構(gòu)中，上下相互垂直的平行導(dǎo)線中間夾含著存儲(chǔ)單元，每一個(gè)存儲(chǔ)單元都可以實(shí)現(xiàn)器件的選通并進(jìn)行讀寫。但實(shí)際的交叉陣列結(jié)構(gòu)在讀取的過(guò)程中會(huì)遇到嚴(yán)重的串?dāng)_問題，以至于讀取錯(cuò)誤。解決串?dāng)_的方法有給每個(gè)存儲(chǔ)器單元加選通三極管（1T1R），二極管（1D1R）等方法。其最根本的原理就是阻止了串?dāng)_電流的形成，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)確定單元的準(zhǔn)確讀取。借鑒于三星的的發(fā)明專利CN1815770，我們?cè)谠囼?yàn)中發(fā)現(xiàn)如果開關(guān)器件選用VO₂或V₂O₅材料并且在開關(guān)功能層和阻變存儲(chǔ)層加入一層Pt電極，開關(guān)器件的開關(guān)速度能夠達(dá)到6~16ns，并且VO₂的開關(guān)速度和閥值電壓特性上要優(yōu)于V₂O₅；Adv.?Mater.?2007,?19,?3919–3923中運(yùn)用NiO作為阻變存儲(chǔ)層，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)利用權(quán)利要求書中所列的阻變存儲(chǔ)材料都可以具有很好的阻變存儲(chǔ)器特性，并且開關(guān)器件功能層可以用V₂O₅。本發(fā)明基于切斷串?dāng)_電流的思路，以簡(jiǎn)單低成本的工藝構(gòu)建了一個(gè)最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)開關(guān)型選通器件來(lái)防止串?dāng)_發(fā)生的阻變型存儲(chǔ)器，并提供了制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述crossbar存儲(chǔ)陣列在數(shù)據(jù)讀取時(shí)存在的串?dāng)_問題，提供一種制造工藝簡(jiǎn)單,制造成本低、能夠防止串?dāng)_發(fā)生的含有快速開關(guān)器件的阻變型存儲(chǔ)器單元及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：?

一種含有快速開關(guān)器件的阻變型存儲(chǔ)器單元，其基本單元由下電極、阻變存儲(chǔ)功能層、中間電極、開關(guān)器件功能層、上電極和絕緣層構(gòu)成，兩個(gè)功能層鑲嵌在三個(gè)電極之間并形成五疊層結(jié)構(gòu)，三個(gè)電極和兩個(gè)功能層位于絕緣層的孔洞中，各層的厚度分別為：下電極5~30nm、阻變存儲(chǔ)功能層20~200nm、中間電極5~30nm、開關(guān)器件功能層20~200nm、上電極5~30nm、絕緣層40~300nm。

所述下電極、中間電極和上電極的材料為Pt、Ag、Cu、W、Ti、Al、ITO、TiN、Ni或和多晶Si。

所述阻變存儲(chǔ)功能層材料為TiO₂、ZnO、Al₂O₃、CuOx、ZrO₂、HfOx、PCMO、CoO、非晶硅。

所述開關(guān)器件功能層材料為VO₂或V₂O₅。

所述絕緣層材料為SiO₂。

一種所述含有快速開關(guān)器件的阻變型存儲(chǔ)器單元的制備方法，步驟如下：

1）生長(zhǎng)下電極與襯底的粘附層，然后生長(zhǎng)下電極；