[發明專利]一種鉿摻雜氧化鋅阻變層的阻變存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810375830.0
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108831992B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 葉蔥;張立;徐中;周易;熊文
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙) 42212
• 代理人: 丁齊旭

本發明公開一種鉿摻雜氧化鋅阻變層的阻變存儲器及其制備方法。所述存儲器依次由硅襯底、底電極、阻變層和頂電極組成的疊層結構，所述底電極為氮化鈦，或者為TaN、ITO、FTO；所述阻變層為鉿摻雜氧化鋅ZnO薄膜，或者是鋯、鈦、鈷、鉻等金屬元素摻雜的氧化鋅薄膜，鉿摻雜含量為3％～15％，優選摻雜含量為6％～10％。所述頂電極為鉑電極，或者是Au、W、Ti、Al金屬電極。本發明的制備方法是通過磁控濺射技術分別濺射制備各層薄膜。本發明的優點是：制備簡單、易于操作、與CMOS工藝兼容，通過在氧化鋅阻變層中摻雜Hf元素，可有效增大了器件的開關比，顯著提升了操作過程的穩定性，使器件展示出優異的耐久性。

技術領域

本發明涉及微電子及阻變存儲器技術領域，具體地說是一種一種鉿摻雜氧化鋅阻變層的阻變存儲器及其制備方法。

背景技術

隨著現代微電子技術的發展和浮柵結構的閃存面臨小型化的極限，人們希望開發出高速、高密度、低功耗的新型存儲芯片來存儲海量數據。近年來，許多鐵電存儲器(FeRRAM)、磁性存儲器(MRAM)、相變存儲器(PRAM)和阻變存儲器(RRAM)等受到各界的廣泛關注。其中，阻變存儲器利用某些薄膜材料在外加電場的作用下表現出的兩個或兩個以上的不同電阻態來實現數據存儲，是近十多年來受到學術界和工業界廣泛關注的一種新型非易失性存儲器。阻變存儲器具有存儲密度高、擦寫速度快、重復擦寫次數高、三維存儲、多值存儲等非常多優點，作為下一代非易失性存儲器的候選者所表現出來的存儲潛力大大超過其他幾種非易失性器件。

阻變存儲器的基本結構包括兩層導電的電極材料和一層半導體或絕緣性的存儲介質材料。介質材料是阻變存儲器發生電阻轉變的載體，對阻變存儲器的性能有著最直接的影響。可作為阻變存儲器介質層的材料非常多，主要包括HfO₂、TiO₂、ZrO₂、ZnO等二元金屬氧化物，SrTiO₃、SrZrO₃及Pr_xCa_1‐xMnO₃(PCMO)等多元氧化物，高分子有機材料等。在眾多的阻變介質材料中，ZnO作為直接寬帶隙半導體，因其禁帶寬度為3.3eV，具有優良的光電性能，成本低廉，制備工藝成熟，是目前研究的熱點。人們通過向具有阻變特性的氧化物薄膜中引入摻雜來改善器件的性能，如ZrO₂基阻變存儲器中摻雜Al改善了顯著降低了器件的初始化電壓，并且摻雜后器件的高低電阻分布更加集中；三價Gd離子摻雜的HfO₂基阻變存儲器比未摻雜的器件表現出更加穩定和分布更加集中的電阻轉變特性，更大的窗口值，甚至更快的擦寫速度。

發明內容

基于上述背景技術，本發明提供一種將鉿(Hf)元素摻入氧化鋅(ZnO)作為阻變層的阻變存儲器及制備方法，該制備方法簡單、成本低廉。本發明具有較大的存儲窗口、高一致性和高達10⁸的脈沖耐受性，因此Hf摻雜ZnO薄膜是一種非常有發展潛力和研究價值的阻變層材料。

本發明是這樣實現的，從下至上依次為硅襯底、底電極、阻變層和上電極組成的疊層結構；所述的底電極為氮化鈦，厚度為50～300nm；阻變層為鉿摻雜氧化鋅，厚度為10～50nm、；頂電極為鉑電極，厚度為100～300nm，。

進一步，本發明中所述頂電極還可以是Au、W、Ti、Al等導電金屬磁控濺射制成；

所述頂電極也可以是Pt/Ti合金、Pt/W合金、Pt/Au合金或Pt/Al合金等金屬合金磁控濺射制成；

所述底電極是TiN，或者是TaN、ITO或FTO等導電金屬化合物磁控濺射制成。

所述阻變層或者為鋯、鈦、鈷、鉻金屬元素摻雜氧化鋅構成。所述阻變層摻雜含量為3％～15％，優選摻雜含量為6％～10％。

本發明所述阻變存儲器的制備方法，具體步驟如下：

1、用超聲儀清洗硅襯底；