[發(fā)明專利]一種新型阻變隨機(jī)存儲器及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410687628.3
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104538548B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯濤;湯震;唐慧剛;郭艷紅;孔德武;劉金魁
• 申請（專利權(quán)）人: 焦作大學(xué);黃淮學(xué)院;河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院;河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務(wù)所(普通合伙)41117
• 代理人: 季發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯氧化物的新型阻變隨機(jī)存儲器及其制備方法。

背景技術(shù)

今年來，由于傳統(tǒng)閃存（flash）按比例縮小的困難性，新型的非易失存儲器稱為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，其中阻變隨機(jī)存儲器（RRAM）由于具有存儲密度高、功耗低、讀寫速度快、數(shù)據(jù)保存時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，成為最有前途的存儲器類型之一。

阻變隨機(jī)存儲器利用薄膜材料的電阻可在電壓等電信號作用下、在高阻態(tài)（High Resistance State，HRS）和低阻態(tài)（Low Resistance State，LRS）之間實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換為基本工作原理。傳統(tǒng)的阻變材料層為氧化物材料，包括鈣鈦礦氧化物如SrZrO₃、SrTiO₃等、過渡金屬氧化物如NiO、TiO₂、ZrO等、固態(tài)電解質(zhì)材料和有機(jī)材料等。

隨著2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得出的揭曉，石墨烯（Graphene）稱為了大家討論的焦點(diǎn)。石墨烯最早在2004年由英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈.海姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫利用普通膠帶成功地從石墨中剝離得到。石墨烯是目前已知最薄的材料，其具有優(yōu)良的導(dǎo)電性。而石墨烯的氧化物（Graphene Oxide，GO）為官能化的石墨烯，即與氧官能團(tuán)部分sp3鍵合的單層石墨烯。GO極易溶于水，使其便于旋涂制模，而且氧官能團(tuán)的鍵合會增加石墨烯的厚度，使得石墨烯的厚度從0.34nm增加為1nm左右。研究表明，GO和石墨烯不同，為一種相對具有絕緣特性的介質(zhì)，而熱還原的GO則秉承了石墨烯極高的載流子遷移率以及超高熱電導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。由于GO的電阻具有可調(diào)節(jié)性，使得其成為一種很有應(yīng)用前景的RRAM阻變層材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能與CMOS工藝兼容、提高了器件的電穩(wěn)定性以及可靠性的阻變隨機(jī)存儲器。同時(shí)提供一種降低了工藝難度，提高了生產(chǎn)效率的阻變隨機(jī)存儲器的制備方法。

本發(fā)明提供一種基于GO的阻變隨機(jī)存儲器，包括：具有絕緣表面的襯底；形成在襯底表面柵極；覆蓋柵極和至少部分襯底的柵氧化層；形成在柵氧化層上的源極和漏極；覆蓋源極和部分漏極的石墨烯圖形；覆蓋未被石墨烯圖形覆蓋的漏極的石墨烯氧化物圖形，漏極上的石墨烯氧化物圖形和石墨烯圖形物理連接；有源層，其覆蓋源極和部分漏極的石墨烯圖形以及源極和漏極之間的柵氧化層；層間絕緣層，覆蓋有源層、石墨烯氧化物材料；形成于層間絕緣層中的通孔中的上電極，該通孔暴露石墨烯氧化物材料；形成在上電極上的填充金屬。

該阻變存儲器中，襯底為表面具有絕緣層的Si、Ge、SOI材料或絕緣材料；有源層的材料為石墨烯；源極和漏極材料優(yōu)選為Cu、W、Ni、Zr、Ta、Ti、Zn、Al、TaN、TiN、ITO或AZO中的一種；上電極的材料優(yōu)選為Pd、Ta、Ti、TaN、TiN、Cu、Al、Pt、W、Ni、Ru、Ru-Ta合金、Pt-Ti合金、Ni-Ta合金的至少一種或至少兩者的復(fù)合層；導(dǎo)電插塞為Cu或W。

本發(fā)明還提供一種基于GO的阻變隨機(jī)存儲器的制造方法，該方法具體包括：提供具有絕緣表面的襯底；在襯底上形成柵電極；形成覆蓋柵電極的柵氧化層；在柵氧化層上形成圖案化的源極和漏極；形成石墨烯圖案，其覆蓋源極和漏極；形成掩膜圖案，其覆蓋源極、部分漏極以及源極和漏極之間的部分，且暴露出漏極上的部分石墨烯圖案;對暴露的位于漏極上的石墨烯層進(jìn)行氧化工藝，在漏極的暴露部分形成石墨烯氧化物層;去除掩膜圖案；形成有源層，且覆蓋源極和部分漏極上的石墨烯圖案，而暴露部分漏極上的石墨烯氧化物圖案；形成覆蓋有源層的絕緣保護(hù)層；在襯底上形成覆蓋源極、漏極、有源層以及石墨烯氧化物層的層間絕緣層;在層間絕緣層上形成通孔，其暴露石墨烯氧化物層；在通孔中、暴露石墨烯氧化物層表面形成上電極；填充剩余的通孔。其中，對石墨烯的氧化工藝為遠(yuǎn)程等離子體氧化（RPO）工藝。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明RRAM結(jié)構(gòu)；

圖2示出了本發(fā)明RRAM柵氧化層的形成方法；

圖3示出了本發(fā)明RRAM石墨烯氧化物層的形成方法；

圖4示出了本發(fā)明RRAM絕緣保護(hù)層的形成方法。

具體實(shí)施方式

下文將結(jié)合附圖具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，該描述并不該被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。