[發明專利]憶阻器及其制備方法、應用

在審

• 申請號: 202210137256.1
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114497367A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張兆華;莊騰飛;林鼎
• 申請（專利權）人: 匯春科技（成都）有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉桐亞

本發明提供了一種憶阻器及其制備方法，涉及微電子的技術領域。本發明的憶阻器包括依次排列的底電極、電介質層、阻變層以及頂電極；其中的電介質層為非晶二氧化硅，阻變層為銅摻雜鈦酸鍶。本發明解決了憶阻器耐受性不足、穩定性低以及均一性不佳的技術問題，達到了具有優異的耐久性能、出色的開關性能、高的穩定性能以及出色的均勻性的特點，可以長時間穩定地工作而不會發生任何退化的技術效果。

技術領域

本發明涉及微電子的技術領域，尤其是涉及一種憶阻器及其制備方法、應用。

背景技術

近年來，阻變隨機存儲器(RRAM)是新興存儲器技術中最有希望的候選者之一，它具有阻變響應速度快、每單位能量消耗擴展性高、耐久性以及穩定性高的優點，引起了硅微電子學行業的廣泛關注；此外，“金屬/固體電解質/金屬”這種簡單的雙端子結構也被用于3D可堆疊的高密度數據存儲架構中。以上的諸多特點使得RRAM在眾多領域中表現出潛在的應用價值，例如內存中的計算、數據存儲以及內存邏輯單元。

目前，TiO_x、WO_x、NiO、CuO、Ta₂O₅以及ZrO等的金屬氧化物材料已經作為固體電解質而被廣泛應用于阻變存儲器的研究之中。對于這些器件，阻變(RS)依賴于氧化還原過程和離子遷移過程在固體電解質內引起電子限域導電絲或功能界面的橫向均勻性，但是仍然存在著許多有待于解決的問題，例如高溫過程、高功耗、可靠性問題以及穩定性問題。因此，為使RRAM在高級電子系統中得以出色的應用，仍然需要進一步優化材料和器件的結構。

二氧化硅(SiO₂)主要作為柵介質材料和線路工藝后端(BEOL)的鈍化層，在RRAM中的應用也有所研究。SiO₂材料具有高的晶片級均勻性，而且與傳統CMOS技術的3D結構也表現出較佳的一致性。氧空位的移動或電流-電壓(I-V)特性的缺陷會引起強烈的滯后現象；而基于金屬氧化物的RRAM會存在可靠性的相關問題，主要在于耐久性和穩定性。人們已經探索了各種策略來提高器件的阻變性能。此外，隨著時間的推移，二氧化硅會在環境濕度的影響下表現出退化現象，而會損害基于二氧化硅的RRAM器件的開關行為。

目前，有許多關于基于SiO₂的RRAM器件的阻變機理的解釋，而在眾多的解釋當中，由于具有低工作電壓和高開比的緣故，活性金屬電極例如銅所形成的高導電細絲(CFs)機制被深入研究。活性電極的活性原子在電場作用下表現出的導電細絲的形成/溶解是絲狀RRAM器件產生阻變行為的關鍵因素。然而，聚集的金屬原子的濃度很大地影響了這種器件的阻變性能，高導電細絲會誘發不同的阻變行為，而這種多變性影響了RRAM器件的可靠性和均勻性，例如由活性金屬原子所形成的低濃度導電細絲可以引起閾值開關行為而非阻變行為。因此，為了獲得可靠的阻變行為，必須調整活性金屬原子的濃度，使納米尺度的導電細絲通過電介質層實現可控的生長。

由于RRAM與傳統的CMOS制造流程相兼容，因此其備受關注。然而為了滿足工業標準，這種類型器件的穩定性和可靠性仍是一個巨大的挑戰，例如在長期的反復開關操作之后，器件極易發生故障，難以保持高的耐受性、穩定性和均一性。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種憶阻器，具有優異的耐久性能、出色的開關性能以及較佳的穩定性能。

本發明的目的之二在于提供一種憶阻器的制備方法，工藝簡單、高效且穩定。

本發明的目的之三在于一種憶阻器在數據存儲、內存計算以及神經形態技術中的應用。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種憶阻器，包括依次排列的底電極、電介質層、阻變層以及頂電極；

所述電介質層為非晶二氧化硅；

所述阻變層為銅摻雜鈦酸鍶。