[发明专利]二元过渡族金属氧化物非挥发电阻转变型存储器

说明书

技术领域

本发明涉及微电子器件及存储器技术领域，尤其涉及一种基于离子注入的二元过渡族金属氧化物非挥发电阻转变型存储器。

背景技术

近年来，集成电路(IC)中存储器的增长速度已超过逻辑电路，存储器占芯片面积的比例已由1999年的20％增至2005年的71％。根据2005年第四季度的统计，国际上IC制造，有47％的产能是用于存储器，而逻辑类产品只占29％。

目前我国的整个存储器市场占半导体市场的份额接近40％，并预计将在2009年达到759.4亿元。同时，受当前3C消费类电子产品市场爆炸式增长的影响，在各种存储器产品中，市场需求增长最快的是不挥发存储器(NVM)。闪存(flash memory)是目前占统治地位的非挥发性存储器，其产值也将逼近于动态随机存储器。

传统Flash存储器是基于多晶硅薄膜浮栅结构的硅基非挥发性存储器，而这种结构正面临着如何持续缩小的挑战。从2005年国际半导体技术发展路线图(ITRS)来看，传统的多晶硅浮栅存储器只能延续到65nm技术节点，这主要是因为，多晶硅薄膜在反复檫写的过程中会导致隧穿氧化层产生漏电通道，因而要获得高可靠性，隧穿氧化层厚度必须保持在9nm以上，相应的读写电压也要保持在较高的水平，同时也使得编程/檫除速度较慢。

未来的非挥发性存储器(NVM)要求具备更低的编程/擦除(P/E)电压、更快的P/E速度、更强的数据保持特性等。最近几年，国内和国际上针对可替代多晶硅浮栅存储器的下一代非挥发存储器的结构和材料进行了广泛的研究，主要包括以下几种：纳米晶浮栅存储器，相变存储器，有机存储器，电阻转变型存储器。其中，电阻转变型存储器由于具有简单的器件结构(金属-绝缘体-金属)、很高的器件密度、较低的功耗、较快的编程/檫除速度等突出的优点，因此更加受到重视。

如图1所示，图1是电阻转变型存储器器件的基本结构示意图。其中，101为上电极，102为下电极，103为功能层。图2示出了单极型和双极型电阻转变存储器理想化的电流电压曲线示意图。电阻转变存储技术是以材料的电阻在电压的控制下可以在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的。

目前已经报道具有电阻转变特性的材料，主要可以分为以下三种：

1)、有机聚合物，如聚酰亚胺(PI)、AIDCN以及CuTCNQ等；

2)、多元金属氧化物，如磁阻材料Pr_0.7Ca_0.3MnO₃和La_0.7Ca_0.3MnO₃等，掺杂的SrTiO₃和SrZrO₃等；

3)、二元过渡族金属氧化物，如NiO、Nb₂O₅、CuO_x、ZrO₂、HfO₂、Ta₂O₅、TiO₂等。

二元氧化物由于材料制造比较简单，同时可以与当前的CMOS工艺完全的兼容，因而更加受到重视。

普通的二元过渡族金属氧化物的电阻转变特性对氧化物薄膜的生长方法和缺陷态有很强的依赖关系，虽然有很多种二元过渡族金属氧化物材料已经被发现具有在外加电场下电阻转变的特性，他们并没有一个统一的物理机制来解释。但是有一点是肯定的，电阻转变特性和二元过渡族金属氧化物材料中的缺陷态有很强的关系。

由于自然生长形成的缺陷态难以人工控制，所以导致目前基于二元过渡族金属氧化物材料电阻转变特性的存储器器件的产率不高，电阻转变特性不稳定。如果能够人工控制缺陷态在氧化层中的总量和分布，那么器件的产率将会得到较大提高，同时器件的性能也会更加稳定。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述现有基于二元过渡族金属氧化物电阻转变特性的存储器存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种制造工艺简单、制造成本低、器件产率高、转变特性稳定的电阻转变型存储器器件。

(二)技术方案

为达到上述一个目的，本发明提供了一种基于离子注入的二元过渡族金属氧化物非挥发电阻转变型存储器，该存储器包括：

一上导电电极；

一下导电电极；