[發明專利]一種金字塔形阻變存儲器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010439886.5
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111564556A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 黎明;李小康;張寶通;楊遠程;黃如
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

1.一種阻變存儲器，為氧空位型阻變存儲器，其特征在于，所述阻變存儲器包括半導體襯底、金字塔形底座、底電極、阻變層、頂電極和隔離層，其中：所述金字塔形底座位于半導體襯底上；在金字塔形硅底座上依次覆蓋底電極、阻變層、頂電極；所述底電極為吸氧性金屬，所述頂電極為惰性金屬；隔離層覆蓋器件表面，從隔離層向下開通孔并填充金屬實現底電極和頂電極的金屬引出。

2.如權利要求1所述的阻變存儲器，其特征在于，所述金字塔形底座的材料為硅、鍺或三五族化合物半導體材料。

3.如權利要求1所述的阻變存儲器，其特征在于，所述金字塔形底座的底面為邊長80nm～200nm的正方形，從底面到塔尖的高度為80nm～200nm。

4.如權利要求1所述的阻變存儲器，其特征在于，所述底電極的厚度為20～40nm，材料選自下述吸氧性金屬：Ti、Zr、Hf和La；所述頂電極的厚度為20～40nm，材料選自下述惰性金屬：Pt、Ta和W；所述阻變層為氧化物阻變層，其厚度為5～10nm，材料選自HfO₂,Al₂O₃和Ta₂O₃。

5.權利要求1所述阻變存儲器的制備方法，包括以下步驟：

1)在半導體襯底上形成金字塔形底座；

2)制備覆蓋金字塔形底座的底電極；

3)在底電極上淀積阻變層，覆蓋整個底電極；

4)在阻變層上制備頂電極，所述頂電極要覆蓋金字塔形結構；

5)淀積隔離層并對表面進行平坦化，然后制作底電極和頂電極的金屬引出。

6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟1)采用SOI襯底，在SOI襯底的表面硅膜上通過光刻圖形化形成正方形的硬掩膜，然后干法刻蝕硅膜獲得硅柱，接著在保留硬掩膜的情況下采用腐蝕液腐蝕硅柱，直至形成金字塔形硅底座；或者采用體硅襯底，在體硅襯底上依次淀積氧化硅和硅膜形成類SOI襯底，再進行金字塔形硅底座的制備。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟1)中，利用電子束光刻定義硅柱的硬掩模，接著干法刻蝕硅膜形成硅柱，再以四甲基氫氧化銨溶液為腐蝕液對硅柱進行腐蝕。

8.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟2)淀積底電極金屬材料，并通過光刻技術定義底電極區域，采用刻蝕或者剝離的方式形成底電極；在步驟4)淀積頂電極金屬，并通過光刻技術定義頂電極區域，采用刻蝕或者剝離的方式形成頂電極。

9.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟3)采用原子層淀積或磁控濺射的方法淀積氧化物阻變層。

10.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟5)采用低壓化學氣相沉積或等離子體增強化學氣相沉積方法淀積隔離層，并進行表面平坦化；然后利用光刻技術定義底電極和頂電極上方的通孔，以光刻膠為掩膜，先干法刻蝕后濕法腐蝕至底電極和頂電極；去除光刻膠，淀積金屬填充通孔并形成金屬層，進行表面平坦化；再利用光刻技術定義金屬引出線，以光刻膠為掩膜干法刻蝕金屬層至隔離層，完成金屬引出。