[發(fā)明專利]一種雙向限流的新型RRAM器件及其制作方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810253556.X
• 申請(qǐng)日: 2018-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108550695A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董凱鋒;孫超;盧慎敏;袁震宇;朱來(lái)哲;晉芳;莫文琴;宋俊磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 馮必發(fā);金慧君

本發(fā)明提供一種雙向限流的新型RRAM器件，所述RRAM器件包括底電極、阻變層和頂電極，所述底電極采用儲(chǔ)氧電極材料誘導(dǎo)阻變層中的氧空位形成導(dǎo)電絲，所述阻變層為內(nèi)部含有氧元素的氧化物，所述頂電極采用可注射的金屬電極生成金屬絲導(dǎo)電橋。本發(fā)明還提供了所述RRAM器件的制作方法，步驟如下：在石英玻璃片上制作底電極；采用磁控濺射的方式在所述底電極的上方制作一層阻變層；采用磁控濺射的方式在所述阻變層的上方制作頂電極，即得到新型RRAM器件。本發(fā)明提供的新型RRAM器件融合了氧空位和金屬陽(yáng)離子兩種機(jī)制，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析可得該新型RRAM器件有穩(wěn)定的阻變過(guò)程且在節(jié)能等方面具有優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙向限流的新型RRAM器件及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著以“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”為基石的第四次工業(yè)革命的穩(wěn)步推進(jìn)，全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)信息正在井噴式增長(zhǎng)；與此同時(shí)，雖然存儲(chǔ)技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但由于“摩爾定律”的限制，存儲(chǔ)器的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于數(shù)據(jù)信息的增長(zhǎng)速度。除此之外，基于計(jì)算與存儲(chǔ)分離的馮洛伊曼結(jié)構(gòu)的信息處理方式也越來(lái)越不適應(yīng)海量的信息處理。RRAM(Resistive RandomAccess Memory，阻變式存儲(chǔ)器)器件一出現(xiàn)就收到了人們的高度關(guān)注，因?yàn)镽RAM器件是一種納米級(jí)器件且不受“摩爾定律”的限制；它不僅具有存儲(chǔ)能力，而且還有完備的邏輯計(jì)算能力，能夠同時(shí)達(dá)到計(jì)算和存儲(chǔ)的目的，有望突破“馮洛伊曼結(jié)構(gòu)”。

RRAM器件是以通過(guò)施加外部電壓使器件在高阻和低阻之間來(lái)回切換以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理為基本工作原理，其典型結(jié)構(gòu)為三明治結(jié)構(gòu)，即由頂電極、底電極及中間夾雜著的阻變層材料構(gòu)成。RRAM器件的此類結(jié)構(gòu)是通過(guò)各種制作方法如磁控濺射、溶膠-凝膠法、ALD法等將薄膜材料一層層生長(zhǎng)上去，即先生長(zhǎng)底電極，其次生長(zhǎng)中間阻變層，最后生長(zhǎng)頂電極。其中，電極可分為活性電極和惰性電極，此兩類電極的通用功能為導(dǎo)電，除此外，活性電極的重要作用是可以作為蓄氧池即存儲(chǔ)氧氣。而阻變層材料是RRAM器件電阻變化發(fā)生的位置。

RRAM器件按阻變材料可分為很多類，其中基于氧化物的RRAM器件有組份簡(jiǎn)單、與傳統(tǒng)CMOS工藝相兼容的特點(diǎn)而備受關(guān)注。基于氧化物的RRAM器件通常有兩類：第一類為OxRRAM，其阻變過(guò)程由氧化物薄膜中氧空位所形成的導(dǎo)電細(xì)絲的形成或斷裂所決定；第二類為CBRRAM，由金屬陽(yáng)離子注射所形成的導(dǎo)電橋的導(dǎo)通或斷裂完成阻變過(guò)程。此兩種類型的不同是取決于電極材料的不同，當(dāng)采用不可注射的電極材料則其阻變?nèi)Q于阻變層氧化物內(nèi)部氧離子的運(yùn)動(dòng)(即OxRRAM)，若采用可注射的電極材料則其阻變?nèi)Q于金屬離子在氧化物薄膜中的運(yùn)動(dòng)(即CBRRAM)。目前而言，國(guó)內(nèi)外研究員都集中于將此兩類器件分開(kāi)研究。即便某些研究發(fā)現(xiàn)器件中有氧空位和金屬陽(yáng)離子注射的情況，但就整體而言還是某一單一機(jī)制起主導(dǎo)作用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種融合氧空位和金屬陽(yáng)離子注射兩種機(jī)制于一體的雙向限流的新型RRAM器件，還提供了過(guò)程簡(jiǎn)單的新型RRAM器件的制作方法。

本發(fā)明提供一種雙向限流的新型RRAM器件，所述RRAM器件包括底電極、阻變層和頂電極，所述底電極采用儲(chǔ)氧電極材料誘導(dǎo)阻變層中的氧空位形成導(dǎo)電絲，所述阻變層為內(nèi)部含有氧元素的氧化物，所述頂電極采用可注射的金屬電極生成金屬絲導(dǎo)電橋。

進(jìn)一步地，所述底電極選用200取向TiN電極、Ta電極、Al電極、Ti電極、Nb電極中的任一種，其中，200取向TiN電極由氮化鈦、氮氧化鈦和二氧化鈦組成，氮化鈦的摩爾分?jǐn)?shù)為11％～42％，氮氧化鈦的摩爾分?jǐn)?shù)為17％～47％，二氧化鈦的摩爾分?jǐn)?shù)為26％～56％。

進(jìn)一步地，所述頂電極選用Ag電極或Cu電極或Ni電極中的任一種。

進(jìn)一步地，所述阻變層為二元氧化物或三元氧化物。

進(jìn)一步地，所述RRAM器件在雙向限流下能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)阻變過(guò)程。