[发明专利]阻变随机访问存储器件及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及存储器件，具体涉及阻变随机访问存储器件(resistiverandom access memory device，RRAM)。

本发明还涉及上述阻变随机访问存储器件的制造方法。

背景技术

目前，微电子工业的发展推动着存储器技术的不断进步，提高集成密度和降低生产成本是存储器产业追求的目标。非挥发性存储器具有在无电源供应时仍能保持数据信息的优点，在信息存储领域具有非常重要的地位。

采用阻变材料的新型非挥发性存储器具有高速度(＜5ns)、低功耗(＜1V)，高存储密度、易于集成等优点，是下一代半导体存储器的强有力竞争者。这种阻变存储器一般具有M-I-M(Metal-Insulator-Metal，金属—绝缘体—金属)结构，即在两个金属电极之间夹有阻变材料层。

阻变材料一般是过渡金属氧化物，常见的有NiO、TiO₂、HfO₂、ZrO₂、ZnO等等。阻变材料可以表现出两个稳定的状态，即高阻态和低阻态分别对应数字“0”和“1”。由高阻态到低阻态的转变为编程或者置位(SET)操作，由低阻态到高阻态的转变为擦除或者复位(RESET)操作。

按照其工作方式，可以将阻变存储器件分为单极和双极两种。前者在器件两端施加单一极性的电压，利用施加电压大小不同控制阻变材料的电阻值在高低阻态之间转换，以实现数据的写入和擦除；而后者是利用施加相反极性的电压控制阻变材料电阻值的转换。双极阻变存储器件在翻转速度、器件一致性、可靠性(数据保持力、可翻转次数)、可控性等方面的存储性能比单极阻变存储器件的存储性能更好。

按照其基本配置，可以将阻变存储器件分为1T-1R或1D-1R两种。1T-1R结构中的每一个存储单元由一个选通晶体管和一个阻变元件组成。通过控制选通晶体管，可以向指定的存储单元写入或擦除数据。由于选通晶体管的存在，存储单元的面积很大部分是浪费在晶体管上，这对于进一步提高存储器集成度造成了严重障碍。1D-1R配置中的每一个存储单元由一个二极管和一个阻变元件组成。通过控制二极管，向指定的存储单元写入或擦除数据。由于二极管的面积比晶体管的面积小，1D-1R配置在提高集成度方面更具优势。

基于金属半导体接触原理的肖特基二极管具有受金属材料和外加偏压控制的较大的反向电流。本发明人已经提出，通过选择正反向电压偏置下二极管开关参数合适的肖特基二极管和双极阻变元件串联连接，可以实现按照双极方式工作的1D-1R配置的阻变随机访问存储器件。

然而，由于受电流密度的限制，肖特基二极管必须具有足够的面积才能提供驱动阻变单元的电阻转变所需的电流，这阻碍了阻变随机访问存储器件的存储密度的进一步的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供可以减小在芯片上的占用面积(footprint)以及可以3维集成的阻变随机访问存储器件。

本发明的又一目的在于提供制造上述阻变随机访问存储器件的方法。

根据本发明的一方面，提供一种阻变随机访问存储器件，包括设置在位线和字线之间的存储单元，所述存储单元包括阻变元件，以及肖特基二极管，所述肖特基二极管与所述阻变元件串联连接，其中，所述肖特基包括彼此接触的金属层和半导体层，并且金属层与半导体层之间的界面呈非平面的形状。

根据本发明的另一方面，提供一种制造阻变随机存储器件的方法，包括以下步骤：

a)在衬底上形成位线；

b)在衬底上的绝缘层中形成凹槽，在凹槽的底部露出位线的表面；

c)在凹槽中形成共形的多晶硅层；

d)在多晶硅层中掺入杂质以形成p掺杂多晶硅层；

e)在p掺杂多晶硅层上形成第一金属层；

f)在第一金属层上形成阻变材料层；

g)在阻变材料层上形成第二金属层；以及

h)在第二金属层上形成字线。

在本发明的阻变随机访问存储器件中，例如在凹槽中形成肖特基二极管，结果肖特基二极管中的金属层与半导体层之间的界面面积大于凹槽底部的面积。这一方面减小了存储阵列单元的占用面积，另一方面仍然能够保证二极管有足够的有效面积以提供阻变存储单元所需的驱动电流。

进一步地，本发明的阻变随机访问存储器件可以包括在垂直方向上堆叠的多个存储单元，从而进一步提高了存储密度。

最后，基于金属硅化物的肖特基二极管结构工艺简单，成本低，与传统半导体工艺相兼容，非常适合大规模生产。

附图说明