[發明專利]一種high-k介質材料新型同質阻變存儲器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910165842.5
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109904313A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 張楷亮;王路廣;王芳;李宇翔;張寶軍;鄧盟
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 張耀

一種High?k介質材料新型同質三層結構阻變存儲器及其制備方法，列如氧化鉿，是由上電極Pt,阻變層HfOx/HfOy/HfOx,其中x<y或者x>y,下電極Pt,HfOx介質層的厚度為5?20nm，HfOy的厚度為1?5nm。本發明的優點是：該阻變存儲器結構采用一種high?k介質材料新型同質阻變存儲器結構，如Pt/HfOx/HfOy/HfOx/Pt，有存儲密度高、轉變速度快、功耗低及較高的重復性和一致性等優點。Set操作電壓4v?5v,Reset操作電壓為?3v,Set操作電流15uA，Reset操作電流15uA,有利于高密度集成以及工業應用。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種high-k介質材料新型同質阻變存儲器結構及其制備方法。

背景技術

在下一代新型非易失性存儲器中,阻變存儲器憑借著其具有較快的擦寫速度、較長的數據保持時間、存儲密度高、較低的功耗、以及多值存儲等優點,被認為是下一代非易失性存儲器的有力競爭者。隨著阻變機理的不斷提出，以及新型結構的不斷改進和設計，新型材料的逐漸應用，其中氧化鉿作為一種high-k介質材料并且與目前的硅基集成電路制造技術相兼容,人們對以氧化鉿為中間層的阻變存儲器進行了廣泛的研究，但這種新型三層同質阻變存儲器結構首次提出。

目前主流的flash存儲器已經達到了其尺寸縮減的極限,研究人員對下一代新型high-k材料阻變存儲器的各項參數存儲密度、轉變速度、功耗、多值存儲上正在不斷研究，進而取代flash存儲器。

阻變存儲器的一般結構是簡單的金屬-絕緣層-金屬結構，也就是上下電極和中間的阻變層的三明治結構，阻變層大多數為單層結構，隨著近幾年來的不斷發展，一些疊層結構使器件的性能得到了一定的改善，有些研究人員開始提出三層阻變結構器件，并且器件的性能得到了更大的提高。2018年發表在Advances Electronic Materials上的一篇文獻(Design of CMOS Compatible,High-Speed,Highly-Stable Complementary Switchingwith Multilevel Operation in 3D Vertically Stacked Novel HfO2/Al2O3/TiOx(HAT)RRAM)，Writam Banerjee等人采用三層HfO2/Al2O3/TiOx設計結構，獲得了較快的set(-3.5v@30ns)和reset(3.8v@150ns)轉變速度，HfO₂/Al₂O₃/TiOx設計對于未來高速高密度應用是可行的。但仍然面臨著功耗過大的問題。

發明內容

本發明是一種high-k介質材料新型同質阻變存儲器，阻變介質層采用的是不同氧濃度的氧化鉿，結構為HfOx/HfOy/HfOx(x>y或者x<y),采用對稱的電極材料，該結構的上下電極均采用Pt電極，Pt/HfOx和HfOx/Pt均形成肖特基接觸，是一種同質對稱結構。

本發明的技術方案：

一種high-k介質材料新型同質阻變存儲器結構及其制備方法，由上電極Pt,阻變層HfOx/HfOy/HfOx，(x>y或者x<y)和下電極構成，HfOx介質層的厚度為5-20nm,HfOy介質層厚度為1-5nm。

基于一種high-k介質材料新型同質阻變存儲器的制備方法，步驟如下：

1)以Si為襯底,利用熱氧化的方法制備SiO₂絕緣層；

2)在SiO₂絕緣層上利用離子束濺射、磁控濺射或電子束蒸發濺射工藝制備下電極Pt,濺射工藝條件為：本底真空為5×10^-5pa、工作壓強為0.1—1pa,射頻濺射功率為60—100w，靶基距6.0-7.0cm；