[发明专利]一种电阻型存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于存储器技术领域，具体涉及电阻型存储器（Resistive Memory），尤其涉及一种选择金属氧化物的吉布斯自由能绝对值较大的上电极、以在上电极和存储介质层之间形成一层上电极薄膜氧化层的电阻型存储器及其制备方法。 

背景技术

存储器在半导体市场中占有重要的地位，由于便携式电子设备的不断普及，不挥发存储器在整个存储器市场中的份额也越来越大，其中90%以上的份额被FLASH（闪存）占据。但是由于存储电荷的要求，FLASH的浮栅不能随技术代发展无限制减薄，有报道预测FLASH技术的极限在20nm左右，这就迫使人们寻找性能更为优越的下一代不挥发存储器。最近电阻型转换存储器件（Resistive Switching Memory）因为其高密度、低成本、可突破技术代发展限制的特点引起高度关注，所使用的材料有相变材料、掺杂的SrZrO₃、铁电材料PbZrTiO₃、铁磁材料Pr_1-xCa_xMnO₃、二元金属氧化物材料、有机材料等。

电阻型存储器（Resistive Memory）是通过电信号的作用、使存储介质在高电阻状态（High Resistance State,HRS）和低电阻（Low Resistance State,LRS）状态之间可逆转换，从而实现存储功能。电阻型存储器使用的存储介质材料可以是各种半导体二元金属氧化物材料，例如，氧化铜、氧化钛、氧化钨等。

但是，电阻型存储器在推向于实际工业化应用时，其也存在各种各样的问题，例如，初始电阻低，高阻态电阻小，可擦写次数少，数据保持能力差等缺点。

以下以基于WOx（1＜x≤3）的电阻型存储器为例进行说明。

图1所示为现有技术WOx电阻型存储器的结构示意图。如图1所示，WOx电阻型存储器是集成于铝互连后端结构的钨栓塞上，其中（a）为WOx电阻型存储器的结构示意图，（b）为WOx存储介质层部分的SEM图。WOx电阻型存储器的下电极（BE）为铝互连后端结构的某一层铝线，上电极（TE）为铝互连后端结构的另一层铝线，上电极和下电极之间通过钨栓塞（W-plug）连接，通过对钨栓塞的顶端氧化形成WOx存储介质层。从图1（b）中可以看出，WOx存储介质层为梯度分布的氧化物（Graded oxide）, WOx存储介质层与上电极直接接触。为节约成本，通常直接以铝互连的铝线作为上电极，而铝线一般是由TiN的扩散阻挡层所包围，因此，WOx存储介质层是与TiN直接接触。

经过测试，图1所示的WOx电阻型存储器具有以下缺点：（1）初始电阻低；（2）高阻态低，高低阻窗口小；（3）可擦写次数少；（4）数据保持能力差。

有鉴于此，为从以上几个缺点方面改善电阻型存储器的性能，提出了一种新型的电阻型存储器。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可克服上述缺点的新型电阻型存储器及其制备方法，以提高电阻型存储器的存储性能。

本发明提出的电阻型存储器，其包括下电极、第一金属材料的上电极以及置于所述上电极和下电极之间的基于第二金属材料的金属氧化物存储介质层，所述第一金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值大于所述第二金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值，所述上电极在接触所述金属氧化物存储介质层的界面处、被部分氧化形成第一金属的金属氧化物层。

按照本发明提供的较佳实施方式，其中，所述下电极为第二金属材料，所述金属氧化存储介质通过对所述下电极自对准氧化形成。其中，所述金属氧化物存储介质层通过含氧气氛中氧化，或者通过氧等离子体下氧化，或者通过离子注入方法氧化。

按照本发明提供的一实施方式，其中，所述金属氧化物存储介质层为WOx，其中1＜x≤3。

所述第一金属材料可以为钽、铪、锆、钛或者铝。

所述第一金属的金属氧化物层可以为钽的氧化物、铪的氧化物、锆的氧化物、钛的氧化物或者铝的氧化物。

按照本发明提供的又一实施方式，其中，所述金属氧化物存储介质层为CuxO，其中1＜x≤2。

所述第一金属材料可以为钽、铪、锆、钛、钨、铝、铁、锰、镍或者钴。

所述第一金属的金属氧化物层可以为钽的氧化物、铪的氧化物、锆的氧化物、钛的氧化物、铝的氧化物、钨的氧化物、铁的氧化物、锰的氧化物、镍的氧化物或者钴的氧化物。

具体地，所述第一金属的金属氧化物层的厚度范围为0.4纳米至10纳米。