[發明專利]一種具有超薄轉變功能層的阻變存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 201711334271.0
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN109920908B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 趙鴻濱;魏峰;屠海令;張國成
• 申請（專利權）人: 有研工程技術研究院有限公司
• 主分類號: H10B63/00
• 分類號: H10B63/00;H10N70/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青

本發明公開了一種具有超薄轉變功能層的阻變存儲器及其制備方法。該阻變存儲器具有類似三明治結構，包括底電極、給氧犧牲氧化層、頂電極以及位于給氧犧牲氧化層和頂電極之間的轉變功能層，該轉變功能層通過活性金屬薄層的自然氧化形成。其制備方法包括：(1)襯底清洗；(2)利用物理氣相沉積技術在襯底上沉積底電極；(3)利用物理氣相沉積技術在襯底上沉積給氧犧牲氧化層；(4)利用物理氣相沉積技術在給氧犧牲氧化層上面沉積活性金屬薄層；(5)利用物理氣相沉積技術在活性金屬層上沉積惰性金屬頂電極。本發明利用自然氧化界面層作為阻變存儲器的轉變功能層來進行阻變數據的存儲，避免了界面氧化層對阻變存儲器件性能的影響，可靠性高。

技術領域

本發明涉及一種具有超薄轉變功能層的阻變存儲器及其制備方法，屬于半導體非易失性存儲器技術領域。

背景技術

近二十年來，人類社會全面進入互聯網高速發展的信息時代，集成電路芯片產品已與人們生活的方方面面息息相關。其中，記錄信息和存儲數據的媒介-半導體存儲器，在儲存程序、文字、音頻、影像等各類數據的應用上具有不可替代的重要地位。傳統的平面Flash存儲器正面臨著追求單片集成密度提高和存儲性能優化，與盡可能降低制造成本和減小工藝技術難度的兩難壓力，為了實現更高集成度、更高操作速度的存儲，近年來很多新興類型的非揮發存儲器不斷出現，在存儲機制、材料選擇和器件單元結構上都有根本的革新，并有望取代Flash存儲器，其中阻變存儲器就是這些新興類型的非揮發存儲器件之一。

阻變存儲器本身具有很多優勢。首先，其結構非常簡單，生產成本低，只需制備類似三明治結構的器件即可實現復雜的功能。其次，阻變功能層材料可以選擇與傳統CMOS技術相兼容的材料，并通過物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(MOCVD)或原子層沉積(ALD)等CMOS技術中廣泛采用的工藝方法制備。此外，研究顯示，阻變器件具有極好按比例縮小能力，在縮小至幾個納米的尺寸時仍展現良好的器件特性。

現有阻變存儲器件大多使用活性金屬電極與氧化物阻變存儲媒介，所以在金屬/氧化物界面處不可避免的出現自然氧化層，這層自然氧化層對存儲器的性能有著重大的影響。首先，有一類阻變存儲器件是基于界面模型的；其次，界面層對基于導電通道通斷型的阻變存儲器也有較大影響，這是因為導電通道也是在界面處生成；最后，界面氧化層的生成使得具有阻變功能媒介的氧化層從單層氧化物變成了雙層氧化物，這就增大了阻變存儲器的設計難度，對諸多阻變參數也有較大的影響。

發明內容

鑒于現有阻變存儲器存在的不足，本發明的目的在于提供一種具有超薄轉變功能層的阻變存儲器，利用自然氧化界面層作為阻變存儲器的轉變功能層來進行阻變數據的存儲，避免界面氧化層對阻變存儲器件性能的影響，可靠性高。

本發明的另一目的在于提供一種所述阻變存儲器的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種具有超薄轉變功能層的阻變存儲器，具有類似三明治結構，包括底電極、給氧犧牲氧化層、頂電極以及位于給氧犧牲氧化層和頂電極之間的轉變功能層，該轉變功能層通過活性金屬薄層的自然氧化形成。

其中，所述給氧犧牲氧化層為稀土氧化物Dy₂O₃、CeO₂等或過渡金屬氧化物NiO、HfO₂等，所述活性金屬為Ti、Ta、Al或Cr。所述給氧犧牲氧化層的厚度低于20nm。

一種所述阻變存儲器的制備方法，包括如下步驟：

(1)襯底清洗；

(2)利用物理氣相沉積技術在襯底上沉積底電極；

(3)利用物理氣相沉積技術在襯底上沉積給氧犧牲氧化層；

(4)利用物理氣相沉積技術在給氧犧牲氧化層上面沉積活性金屬薄層；