[发明专利]一种掺杂ZrO2阻变存储器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储器及其制作方法，尤其涉及一种掺杂ZrO₂阻变存储器及其制作方法，属于信息存储技术领域。

背景技术

阻变存储器(RRAM)技术是以薄膜材料的电阻可在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基本工作原理的。早在20世纪60年代就已经开始了电阻转变特性的研究，但由于材料技术和器件制造技术的限制未能引起关注。近年来随着材料制备技术和器件制造技术的飞速发展，阻变存储器与目前市场上主流的Flash存储器器件相比，具有密度高、功耗低、耐久力好、保持时间长、可缩小性好等优点，因此再次引起广大公司和研究人员的关注。

图1为现有技术阻变存储器的基本结构示意图。如图1所示，在上电极101和下电极103之间，设置有电阻转变存储层102。电阻转变存储层102的电阻值在外加电压作用下可以具有两种不同的状态，即高阻态和低阻态，其可以分别用来表征“0”和“1”两种状态。在不同外加电压的作用下，电阻转变型存储器的电阻值在高阻态(HRS)和低阻态(LRS)之间可实现可逆转换，以此来实现信息存储的功能。

构成阻变存储器的材料体系多种多样，主要包括PrxCa1-xMnO₃(PCMO)、LaxCa1-xMnO₃(LCMO)、La1-xSrxMO₃(LSMO)等复杂氧化物，锆酸锶(SrZrO₃)、钛酸锶(SrTiO₃)等三元钙钛矿氧化物，高分子有机材料以及二元金属氧化物如Al₂O₃、TiO₂、ZnO、NiO、ZrO₂等。与其它复杂氧化物相比，二元金属氧化物由于具有结构简单，制作成本低，以及和现有CMOS工艺兼容的优点受到更多的关注。最近，人们通过向具有阻变特性的氧化物薄膜中引入掺杂来改善器件的性能，并且取得一定的效果，这种引入掺杂的方法不但可以增长器件的保持时间、提高器件的耐久力并且使得器件的成品率得到很大的提高。

在构成阻变存储器的二元金属氧化物材料中，ZrO₂作为high-k介质材料在近年来格外受关注。以ZrO₂作为存储介质的阻变存储器，其主要的电阻转变机制为导电细丝，其中导电细丝的组成主要包括材料本身存在的缺陷、扩散进入存储层中的电极金属离子以及氧空位，在这些成分中氧空位更加显著。在传统工艺条件中，通常情况下，对于ZrO₂作为存储介质的阻变存储器在第一次由高阻态向低阻态转变时，需要一个高于存储器正常操作电压的电压来激活器件，然后才可以进入到正常的存储状态，即所谓的Forming过程。由于Forming电压较大，会高于器件正常工作的电压，在Forming过程中产生的大电流就会对电阻转变存储层产生一定的破坏，导致器件的性能下降。此外，大的Forming电压意味着器件初始的功耗较高，从而不利于器件在实际中的应用。

发明内容

本发明针对现有以ZrO₂作为存储介质的阻变存储器由于在Forming过程中Forming电压高于器件正常工作的电压，而产生对电阻转变存储层具有一定的破坏的大电流，导致器件的性能下降，而且Forming电压较大，还会使器件初始的功耗较高的不足，提供一种掺杂ZrO₂阻变存储器及其制作方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种掺杂ZrO₂阻变存储器，包括上电极、下电极以及位于所述上电极和下电极之间的电阻转变存储层，所述下电极由Al制成，所述电阻转变存储层由Cu掺杂ZrO₂制成。

所述电阻转变存储层包括第一金属氧化物薄膜、金属薄膜和第二金属氧化物薄膜，所述金属薄膜设置于所述第一金属氧化物薄膜和第二金属氧化物薄膜之间，所述第一金属氧化物薄膜和第二金属氧化物薄膜均为由ZrO₂制成的薄膜，所述金属薄膜为由Cu制成的薄膜。

进一步，所述金属薄膜的厚度为1纳米～10纳米。

进一步，所述上电极由金属材料、金属合金材料和导电金属化合物中的一种或者几种制成。

进一步，所述金属材料为Cu、Au、Ag或者Pt。

进一步，所述金属合金材料为Pt/Ti、Cu/Au、Au/Cr或者Cu/Al。

进一步，所述导电金属化合物为TiN、TaN、ITO或者IZO。