[发明专利]一种二元金属氧化物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，尤其涉及一种二元金属氧化物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

随着手机、MP3、MP4以及笔记本电脑等便携式个人设备的逐渐流行，非挥发性存储器在半导体市场中占有的地位越来越高。目前市场上的非挥发性存储器仍以闪存(Flash)为主流。随着器件尺寸的不断缩小，Flash存储器器件存在操作电压过大、操作速度慢、耐久力不够好、保持时间不够长等缺点。这些缺点在一定程度上限制了传统Flash存储器的进一步发展。因此，急需开发一种全新的信息存取技术来解决以上问题。

目前已研制出的新型非挥发性存储器包括：铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)以及阻变存储器(RRAM)。在这些存储器当中，阻变存储器由于具有简单的器件结构、较高的器件密度、较低的功耗、较快的读写速度、与传统CMOS工艺兼容性好等优势，因此倍受关注。阻变存储器作为一种新型的非挥发性存储器，是以二元金属氧化物薄膜的电阻可在高阻态(HRS)和低阻态(LRS)之间实现可逆转换为基本工作原理并作为记忆的方式。

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和低阻态之间可实现可逆转换，以此来实现信息存储的功能。

阻变存储器的材料主要包括PrCaMnO₃，锆酸锶(SrZrO₃)、钛酸锶(SrTiO₃)等钙钛矿复杂氧化物，高分子有机材料以及二元金属氧化物如Al₂O₃、TiO₂、NiO、ZrO₂、HfO₂等。与其它材料相比，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格外的关注。通常情况下，对于二元金属氧化物构成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

本发明针对现有二元金属氧化物阻变存储器由于在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，提供一种二元金属氧化物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：一种二元金属氧化物阻变存储器的制作方法，包括以下步骤：

步骤一：在衬底上形成下电极；

步骤二：在所述下电极上形成金属掺杂的二元金属氧化物薄膜作为电阻转变存储层；

步骤三：在惰性气体的环境下并于100℃～1000℃下对所述电阻转变存储层进行退火处理；

步骤四：在所述电阻转变存储层上形成上电极。

所述步骤二包括以下步骤：在所述下电极上形成第一金属氧化物薄膜；在所述第一金属氧化物薄膜上形成金属薄膜；在所述金属薄膜上形成第二金属氧化物薄膜。

进一步，所述第一金属氧化物薄膜或者第二金属氧化物薄膜的材料为氧化锆、氧化铜、氧化铪、氧化镍、氧化铝或者氧化锌。

进一步，所述金属薄膜由Cu、Au、Ag、Fe、Co、Ni、Cr和Ti中的一种或者几种组合制成。

进一步，所述下电极或者上电极由金属材料、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。