[發(fā)明專利]基于過渡金屬氧化物的選擇器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710098496.4
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106910759A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂杭炳;羅慶;許曉欣;龍世兵;劉琦;劉明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L45/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 喬東峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于過渡金屬氧化物的選擇器的制備方法及該方法制備的選擇器。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體存儲器，根據(jù)其掉電是否能夠保持存儲信息，可以分為兩類：揮發(fā)性存儲器和非揮發(fā)性存儲器。隨著便攜式電子設(shè)備的普及，非揮發(fā)存儲器在存儲器市場中的份額也越來越大。當(dāng)前FLASH技術(shù)是非揮發(fā)存儲器市場的主流，然而FLASH技術(shù)正遇到一系列的瓶頸問題，比如操作電壓大，尺寸無法縮小，保持時間不夠長等。阻變存儲器由于操作電壓低、非破壞性讀取、操作速度快和結(jié)構(gòu)簡單、易于集成等優(yōu)點(diǎn)成為新型非揮發(fā)性存儲器的研究重點(diǎn)。而阻變存儲器陣列存在比較嚴(yán)重的串?dāng)_(Crosstalk)問題。以一個2×2的交叉存儲陣列為例(圖3)。假設(shè)坐標(biāo)為(1，1)的存儲器件處于高阻態(tài)(HRS)，其余三個相鄰器件(1，2)、(2，2)和(2，1)都處于低阻態(tài)(LRS)。如果在(1，1)器件所在字線(Word Line)上加電壓讀時，電壓會沿著低阻通道(2，1)→(2，2)→(1，2)進(jìn)行傳導(dǎo)，造成誤讀。讀到的(1，1，)器件的為低阻態(tài)(LRS)，而實(shí)際為高阻態(tài)(HRS)。這樣的串?dāng)_問題會隨著陣列的擴(kuò)大而更加嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了RRAM存儲器的可靠性，阻礙其邁向應(yīng)用。

解決串?dāng)_問題的方法有集成MOS管的阻變存儲器(1T1R結(jié)構(gòu))、外界二極管的阻變存儲器(1D1R結(jié)構(gòu))和串聯(lián)一個選擇器的阻變存儲器(1S1R結(jié)構(gòu))。1T1R結(jié)構(gòu)中，存儲單元的面積主要取決于晶體管的面積，無法發(fā)揮RRAM結(jié)構(gòu)簡單器件面積小的優(yōu)點(diǎn)，1D1R相對1S1R來說在限制串?dāng)_電流方面能力偏弱。1S1R結(jié)構(gòu)是目前比較理想的解決串?dāng)_問題的結(jié)構(gòu)。

但目前報道的選擇器多不能CMOS兼容，且少有兼有高電流密度、高選擇比、高耐久性等優(yōu)點(diǎn)的。而且均一性不好使現(xiàn)存大部分選擇器所存在的問題。對于RRAM陣列解決串?dāng)_問題并且走上應(yīng)用而言，一個高性能的均一性可靠性良好并且可以和標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的選擇器是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服RRAM陣列中的串?dāng)_問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于過渡金屬氧化物的選擇器的制備方法，包括如下步驟：

S1、在晶體管上形成鎢栓塞；

S2、以鎢栓塞作為下電極，并在鎢栓塞上制備過渡金屬層；

S3、氧化過渡金屬層，使之轉(zhuǎn)化為過渡金屬氧化物層；

S4、在過渡金屬氧化物上沉積上電極，圖形化上電極和過渡金屬氧化物。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述過渡金屬為Ta、Ti、Zr、Hf、Nb中的至少一種。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述過渡金屬層的厚度為2nm至8nm。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟S3通過退火處理使過渡金屬層轉(zhuǎn)化為過渡金屬氧化物層。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在等離子氧環(huán)境中進(jìn)行所述退火處理。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述退火處理的條件為：溫度在350攝氏度至400攝氏度、時間為60秒至400秒。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所形成的過渡金屬氧化物具有梯形能帶。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述上電極為Pt、W、Ru、Al、TiN、TaN、IrO₂、ITO、IZO中的至少一種。

本發(fā)明還提出由上述基于過渡金屬氧化物的選擇器的制備方法所制備的基于過渡金屬氧化物的選擇器。優(yōu)選地，該阻變存儲器具有1S1R結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提出一種阻變存儲器，包括所述的基于過渡金屬氧化物的選擇器。

從上述技術(shù)方案來看，本發(fā)明有以下有益效果：

1、本發(fā)明，制備工藝簡單，工藝成本低，有利于存儲器的集成。

2、本發(fā)明能夠?yàn)?S1R結(jié)構(gòu)雙極性阻變存儲器提供雙向整流器件，抑制讀串?dāng)_。

3、本發(fā)明能夠?yàn)?S1R結(jié)構(gòu)雙極性阻變存儲器提供較高的電流密度和較高的選擇比，有利于RRAM的更大規(guī)模的集成。

4、本發(fā)明能夠?yàn)?S1R結(jié)構(gòu)雙極性阻變存儲器提供與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的選擇器，便于工業(yè)化生產(chǎn)。

5、本發(fā)明能夠?yàn)?S1R結(jié)構(gòu)雙極性阻變存儲器提供超高均一性的選擇器，降低了電路設(shè)計的難度，便于工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的選擇器的制備方法示意圖；

圖2至圖5是選擇器的制備方法過程示意圖；

圖6是本發(fā)明提供的選擇器的原理示意圖；