[發(fā)明專(zhuān)利]一種阻變存儲(chǔ)器及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110319822.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112864318B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許曉欣;孫文絢;余杰;董大年;賴(lài)錦茹;呂杭炳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H10N70/20
• 分類(lèi)號(hào): H10N70/20
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱宗力

本發(fā)明提供了一種阻變存儲(chǔ)器及其制作方法，在底電極與阻變層之間形成底緩沖層，且底緩沖層的熱膨脹系數(shù)位于底電極的熱膨脹系數(shù)和阻變層的熱膨脹系數(shù)之間；及在上電極和阻變層之間形成上緩沖層，且上緩沖層的熱膨脹系數(shù)位于上電極的熱膨脹系數(shù)和阻變層的熱膨脹系數(shù)之間，進(jìn)而，通過(guò)底緩沖層和上緩沖層的設(shè)置，消除阻變存儲(chǔ)器的電極與阻變層之間的熱應(yīng)力失配情況，提高阻變存儲(chǔ)器的可靠性和良率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地說(shuō)，涉及一種阻變存儲(chǔ)器及其制作方法。

背景技術(shù)

阻變存儲(chǔ)器是一種新型的不揮發(fā)存儲(chǔ)器技術(shù)，具有簡(jiǎn)單金屬-絕緣層-金屬的三明治結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)后段工藝完全兼容，它具有較低的工作電壓，良好的可靠性。在嵌入式存儲(chǔ)，邏輯電路和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算中有重要的應(yīng)用前景。阻變存儲(chǔ)器可以直接集成在晶體管的漏短，在整個(gè)制備過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷標(biāo)準(zhǔn)工藝的熱預(yù)算過(guò)程。器件中功能層與器件電極的界面會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)力不匹配時(shí)，會(huì)造成初始良率的問(wèn)題。

具體的，阻變存儲(chǔ)器在外加電場(chǎng)激勵(lì)下，阻變存儲(chǔ)器的介電層中的導(dǎo)電細(xì)絲形成和斷裂，其電阻值在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間循環(huán)切換。導(dǎo)電細(xì)絲形成和斷裂分別對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入和擦除操作。對(duì)于阻變存儲(chǔ)器而言，其保持特性與可靠性是兩個(gè)重要的性能指標(biāo)。器件可靠性與器件的功能層薄膜的組分，界面狀態(tài)密切相關(guān)。當(dāng)阻變功能層與器件電極之間的熱膨脹系數(shù)不匹配時(shí)，在循環(huán)過(guò)程中，陣列中的器件由于熱串?dāng)_的因素，會(huì)造成熱積累效應(yīng)；也會(huì)因?yàn)闊釕?yīng)力失配導(dǎo)致可靠性的退化，造成良率問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種阻變存儲(chǔ)器及其制作方法，有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，消除阻變存儲(chǔ)器的電極與阻變層之間的熱應(yīng)力失配情況，提高阻變存儲(chǔ)器的可靠性和良率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種阻變存儲(chǔ)器，包括：

襯底；

位于所述襯底上的底電極；

位于所述底電極背離所述襯底一側(cè)的底緩沖層；

位于所述底緩沖層背離所述襯底一側(cè)的阻變層，其中，所述底緩沖層的熱膨脹系數(shù)位于所述底電極的熱膨脹系數(shù)和所述阻變層的熱膨脹系數(shù)之間；

位于所述阻變層背離所述襯底一側(cè)的上緩沖層；

以及，位于所述上緩沖層背離所述襯底一側(cè)的上電極，其中，所述阻變層的熱膨脹系數(shù)小于所述底電極的熱膨脹系數(shù)和所述上電極的熱膨脹系數(shù)，且所述上緩沖層的熱膨脹系數(shù)位于所述上電極的熱膨脹系數(shù)和所述阻變層的熱膨脹系數(shù)之間。

可選的，所述底緩沖層包括沿所述襯底至所述底電極方向依次疊加的第一子底緩沖層至第N子底緩沖層，所述第一子底緩沖層的熱膨脹系數(shù)至第N子底緩沖層的熱膨脹系數(shù)呈減小趨勢(shì)；

所述第一子底緩沖層的熱膨脹系數(shù)小于或等于所述底電極的熱膨脹系數(shù)，所述第N子底緩沖層的熱膨脹系數(shù)大于或等于所述阻變層的熱膨脹系數(shù)，N為大于或等于2的正整數(shù)。

可選的，所述上緩沖層包括沿所述上電極至所述襯底方向依次疊加的第一子上緩沖層至第M子上緩沖層，所述第一子上緩沖層的熱膨脹系數(shù)至所述第M子上緩沖層的熱膨脹系數(shù)呈減小趨勢(shì)；

所述第一子上緩沖層的熱膨脹系數(shù)小于或等于所述上電極的熱膨脹系數(shù)，所述第M子上緩沖層的熱膨脹系數(shù)大于或等于所述阻變層的熱膨脹系數(shù)，M為大于或等于2的正整數(shù)。

可選的，所述底緩沖層和所述上緩沖層均為氧化物層，所述底緩沖層的熱膨脹系數(shù)和所述上緩沖層的熱膨脹系數(shù)根據(jù)所述氧化物層的氧濃度確定。

可選的，所述氧化物層的材質(zhì)為HfOx、AlOx、TiOx或Ta₂O₅。