[發明專利]互補型阻變存儲器及制備方法

無效

• 申請號: 201210418767.7
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102945923A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 潘峰;唐光盛;曾飛;陳超;劉宏燕;宋成
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G11C13/00;B82Y10/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于新材料及微電子技術領域，涉及一種互補型阻變存儲器及制備方法。

背景技術

基于半導體技術的新型存儲器已逐漸成為存儲器市場的主導力量，已廣泛地應用于計算機、數碼設備及移動存儲等領域。傳統的磁隨機動態存儲器和閃存由于自身物理尺寸限制，已不能滿足高密度的存儲要求。阻變存儲器因具有小型化前景巨大、響應速度快速、操作功耗低和非易失性等特點，已引起了國內外研究機構和知名存儲器制造商的如HP、IBM、Samsung、中芯國際等公司的廣泛關注和研究。

阻變存儲器具備小型化巨大潛力的原因是可以做成十字交叉陣列（Crossbar?Array）的結構，即底電極和頂電極呈十字交叉排列，而把存儲介質置于兩電極之間。采取了3D存儲構架后，每一個存儲單元可以縮小到4F²/n的尺寸（F為制造工藝的特征尺寸，n為存儲器中十字交叉陣列的層數）。然而，十字交叉陣列在實際應用中有一個技術瓶頸問題，那就是在操作時，將面臨近鄰存儲單元的串擾問題（Crosstalk?Problem）。因此，解決十字交叉陣列的串擾問題對阻變存儲器的發展和應用至關重要。

最近，一種互補型阻變存儲器（Complementary?Resistive?Switches，CRS）的概念被提出來用于解決雙極性阻變存儲器在十字交叉陣列中的串擾問題。所謂互補性存儲器，即是將兩個存儲單元反向串聯在一個十字交叉點中，“0”和“1”轉變通過設置其中一個串聯的存儲單元為低阻態另一個為高阻態中交替進行，這樣在低偏壓下都為高阻態，因此無須采用選擇單元如場效應管、二極管或閾值開關等就可以有效地解決十字交叉陣列的串擾問題，同時可以顯著降低大規模存儲器陣列中的整體功耗。二氧化鈦基阻變存儲器由于其優異的性能受到國際頂尖研究機構如HP、Samsung等公司的關注，然而二氧化鈦基互補型阻變器卻少有報道，或者其結構及制備方法比較復雜，存儲介質往往采用三層以上結構。基于單層納米存儲介質層的互補型阻變器的實現，可以有效簡化存儲器結構和降低制造成本，對于推進納米尺度十字交叉阻變存儲器陣列的實際應用具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種互補型阻變存儲器及制備方法。

本發明克服了現有阻變存儲器技術中的不足，在基于一個納米存儲介質層的單個存儲單元實現了互補型阻變功能，將傳統互補型存儲器需要兩個存儲單元減少為只需一個納米存儲介質單元，該阻變存儲器進一步簡化了器件結構，降低了器件成本，有效解決了十字交叉陣列的結構中的串擾問題。

本發明提供的互補型阻變存儲器，由下至上依次包括底電極、氧儲備層、存儲介質層和頂電極。

上述互補型阻變存儲器也可只由上述部件組成。

構成所述底電極的材料為氮化鈦；

構成所述氧儲備層的材料為氮氧化鈦；

構成所述存儲介質層的材料為二氧化鈦；

構成所述頂電極的材料選自鉑、金、鈀、鎢和鋁中的至少一種。

所述底電極的厚度為50-500nm，優選150nm；

所述氧儲備層的厚度為5-50nm，優選25nm；

所述存儲介質層的厚度為2-10nm，優選4nm；

所述頂電極的厚度為20-500nm，優選100nm。

本發明提供的制備所述存儲器的方法，包括如下步驟：

1）在襯底上制備所述底電極；

2）在所述步驟1）所得底電極的表面原位制備所述氧儲備層及所述存儲介質層；

3）在所述步驟2）所得存儲介質層的表面制備所述頂電極，得到所述存儲器。

上述方法所述步驟1）中，制備底電極的方法為磁控濺射；

所述步驟2）中，制備氧儲備層及存儲介質層的方法均為等離子體氧化法；

所述步驟3）中，制備頂電極的方法為磁控濺射或電子束蒸鍍法。

其中，氧儲備層氮化鈦薄膜經過等離子體氧化處理后，在氮化鈦表面原位生成部分氧化的氮氧化鈦氧儲備層，并在氮氧化鈦氧儲備層表面生成充分氧化的二氧化鈦存儲介質層。

所述步驟1）磁控濺射中，靶材為鈦金屬靶，濺射氣氛為氬氣與氧氣的混合氣體，總氣壓為0.2～1.0Pa，基片溫度為25-600℃，氬氣與氧氣的氣壓比為3：5～5：3，濺射功率為5～400W；

所述步驟2）等離子體氧化法中，反應氣氛為氧氣，氣壓為1～100Pa，板壓為100～2000V，射頻功率為10～500W；