[发明专利]阻变存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及制造技术，更具体地说，涉及一种阻变存储器及其制造方法。

背景技术

随着可携式个人设备的流行，非挥发性存储器由于具有在无电源供应时仍能维持记忆状态和操作低功耗等优点，逐渐成为半导体工业中的研发重点。目前市场上的非挥发性存储器仍以闪存(flash)为主流，但是由于闪存存在操作电压过大、操作速度慢、耐久力不够好以及由于器件尺寸缩小过程中隧穿氧化层不断减薄导致保持时间不够长等缺点，现在的研发重点逐渐转向了可以取代闪存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)和阻变存储器(RRAM)等。

自从2000年，美国休斯顿大学的Ignatiev研究小组报道了氧化物薄膜Pr_xCa_1-xMnO₃在不同极性的电脉冲作用下电阻值会在相差达10倍以上的两个状态间变化，并且这种电阻转换是非挥发的，之后，关于阻变存储器(RRAM)的研究受到了美国、日本、欧洲、韩国和台湾地区多家研究机构、技术开发部门的关注。与其它非挥发存储器相比，阻变存储器由于具有写入操作电压低、写入擦除时间短、保持时间长、非破坏性读取、多值存储、结构简单以及所需面积小等优点，逐渐成为目前新型非挥发性存储器件中的研究重点。

阻变存储器的基本结构为上电极-阻变功能层-下电极的三明治结构，通过阻变功能层中阻变材料的特性，在上下电极所加电压的作用下，器件的电阻会在高阻态、低阻态之间发生转换，实现“0”和“1”的存储，其电阻转变特性如图1所示。

对于阻变存储器的基本结构(1R结构)形成的存储器阵列，如图2的等效电路所示，每个存储单元由相互交叉的字线和位线构成的上下电极所确定，具有较高的存储密度。然而，这种1R基本结构形成的交叉存储阵列却存在着串扰(crosstalk)的问题，如图3所示，在一个2×2的交叉存储阵列中，坐标为(1，1)的存储器件处于高阻状态，其余三个相邻器件(1，2)、(2，2)和(2，1)都处于低阻状态，这时在(1，1)器件所在的字线(word line)上加读电压时，希望的电流通路如图3中虚线所示，但实际上电流沿着低阻通道(2，1)→(2，2)→(1，2)(图3中实线所示)进行传导，形成一个漏电通道，使得这时本处于高阻状态的(1，1)器件被误读成低阻态，这就是串扰。这种串扰问题会导致的受访RRAM单元的误读，这种误读会大大降低RRAM的可靠性。

通常地，由外接三极管的阻变存储器(1T1R，如图4的等效电路图所示)或外接二极管的阻变存储器(1D1R，如图5的等效电路图所示)结构，来解决串扰问题，这类结构的阻变存储器是通过二极管或三极管的导通特性，来规避低阻通道的漏电流，从而解决串扰问题的。然而，这种外接三极管或二极管的阻变存储器结构会增加存储单元的面积，不利于提高存储密度，降低了器件的集成度。

发明内容

本发明实施例提供一种阻变存储器及其制造方法，抑制了串扰问题，提高了存储密度和器件的集成度。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种阻变存储器，包括：

本发明实施例还公开了一种阻变存储器的制造方法，包括：

下电极；

下电极之上的第一阻变功能层，以及第一阻变功能层之上的第二阻变功能层，所述第一阻变功能层和第二阻变功能层具有相反的多数载流子类型；

第二阻变功能层之上的上电极。

可选地，所述第一阻变功能层的多数载流子为电子、第二阻变功能层的多数载流子为空穴，或者第一阻变功能层的多数载流子为空穴、第二阻变功能层的多数载流子为电子。

可选地，所述第一阻变功能层包括n型氧化物、所述第二阻变功能层包括p型氧化物，或者所述第一阻变功能层包括p型氧化物、所述第二阻变功能层包括n型氧化物。

可选地，所述n型氧化物包括：TiO₂、ZrO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃、SnO₂或ZnO。

可选地，所述p型氧化物包括：NiO、CuO、CoO、PCMO、LCMO、SrTiO₃或BaTiO₃。

可选地，所述第一阻变功能层和第二阻变功能层具有相同的转变极性。

此外，本发明还提供了上述阻变存储器的制造方法，所述方法包括：

提供衬底；