[發明專利]一種低功耗阻變存儲器及其制備方法

無效

• 申請號: 201310273038.1
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN103296205A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 張楷亮;孫闊;王芳;王寶林;馮玉林;趙金石;程文可;關雪
• 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: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

?本發明屬于微電子技術領域，特別是一種低功耗阻變存儲器及其制備方法。

背景技術

近年來計算機技術、互聯網技術飛速發展，非揮發性存儲器件在半導體行業中扮演越來越重要的角色。而目前市場上非揮發性存儲器仍以閃存（Flash）為主流，但隨著半導體技術節點的不斷向前推進，在22nm以下的特征尺寸，基于傳統浮柵結構的Flash技術正遭受到嚴重的技術瓶頸。阻變存儲器（RRAM）由于其阻變特性發生在幾個納米的區域，所以阻變存儲器可以高密度集成；高密度集成的基本條件是器件必須滿足低功耗的要求，才能解決器件高密度局部散熱的問題。

因此，研究人員在探索改進阻變存儲器中，都在追求較低的操作電流（主要由reset電流來評判）、較低的功耗。L.?Goux等人在文獻：Ultralow?sub-500nA?operating?current?high-performance?TiN/Al₂O₃/HfO₂/Hf/TiN?bipolar?RRAM?achieved?through?understanding-based?stack-engineering?中通過在界面處插入Al₂O₃層獲得了500nA的reset操作電流。H.Y.Lee等人在文獻：Low?Power?and?High?Speed?Bipolar?Switching?with?A?Thin?Reactive?Ti?Buffer?Layer?in?Robust?HfO₂?Based?RRAM中通過在TiN和HfO_x的界面插入一層Ti層實現了100uA左右的reset電流和較高的擦洗次數。?

二氧化硅作為一種與CMOS兼容的材料，有廉價、容易制備的優點。但是到目前為止仍然沒有文獻和專利報道通過界面處插入一層二氧化硅能降低器件的功耗。

發明內容

本發明的目的是針對阻變存儲器在高密度集成時存在的功耗問題，提供一種低功耗阻變存儲器及其制備方法，該阻變存儲器通過使用在電極和氧化釩和之間插入一層二氧化硅介質層，可以有效地降低阻變存儲器件的功耗，同時提高了高阻態的一致性。

本發明的技術方案：

一種低功耗阻變存儲器，由下電極、阻變層和上電極組成并構成疊層結構，其中阻變層為氧化釩薄膜和二氧化硅薄膜疊層結構，各層的厚度分別為：下電極50-200?nm、氧化釩薄膜5-100nm、二氧化硅薄膜1-50nm、上電極50-200?nm。

所述上、下電極的材料為導電金屬、金屬合金和導電金屬化合物，其中導電金屬為Al、Ti、Ni、Cu、Ag、W、Au或Pt；金屬合金為Pt/Ti、、Cu/Ti、Cu/Au、或Cu/Al且比例任意；導電金屬化合物為TiN、TaN、ITO或AZO。

一種所述低功耗阻變存儲器的制備方法，以硅片為襯底，利用熱氧化的方法首先制備二氧化硅絕緣層，再在二氧化硅絕緣層上利用離子束濺射的方法制備Ti粘附層，然后在Ti粘附層上制備低功耗阻變存儲器，步驟如下：

1）在Ti粘附層上采用磁控濺射工藝或電子束蒸發工藝制備下電極；

2）在下電極上采用直流濺射或射頻濺射法沉積氧化釩薄膜，濺射工藝條件為：本底真空小于10^-4?Pa、襯底溫度為18-400℃、工作壓強0.1-2Pa、氧分壓為5-30%、濺射功率為50-250W；

3）在氧化釩薄膜上采用化學氣相沉積（CVD）或物理氣相沉積（PVD）制備二氧化硅薄膜，化學氣相沉積工藝條件為：采用PECVD方法制備，本底真空小于10^-5Pa、工作壓強為0.1-5Pa、射頻功率為50-300W、反應氣體為SiH₄?和N₂O，SiH₄流量為50-600sccm、N₂O流量為20-50sccm；物理氣相沉積工藝條件為：濺射方法為射頻磁控濺射，以二氧化硅為靶材，本底真空小于10^-4?Pa、襯底溫度為18-800℃、工作壓強0.1-2Pa、濺射功率為50-250W；

4）在二氧化硅薄膜上采用直流磁控濺射工藝或電子束蒸發工藝制備上電極。