[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。

阻变存储器(RRAM)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、结构简单以及存储密度高等优点，因此逐渐成为目前新型非挥发性存储器件中的研究重点。阻变存储器的存储原理是建立在阻变材料的可逆阻变特性上，也就是说，阻变材料在电信号下可以在高阻态和低阻态间实现可逆的转变。

目前，针对电阻转变存储器的转变机理还存在一定的争议，但是已经有一些机理经过的广泛的论证，固态电解液电阻转变存储器就是其中一种。固态电解液阻变存储器器件的基本结构，如图1所示，主要包括：下电极11、存储介质层12和上电极13，下电极采用电场作用下为惰性的金属，上电极采用电场作用下易氧化的金属，存储介质为固态电解液材料。

该固态电解液阻变存储器的工作原理为：上电极在电场作用下氧化为金属离子，并沿电场移动到下电极并还原成原子，这些原子堆积形成导电细丝，当这些细丝到达上电极时，使上下电极相连，存储器处于低阻状态；在反向电场作用下，该导电细丝断开，存储器回复到高阻状态。这两种状态可以分别用来表征‘0’和‘1’，并且这两种状态在外加电场的作用下可以相互转换。

目前，对于电解液材料主要是硫系化合物，例如CuS、AgS和AgGeS等，此外，还有一些二元氧化物，例如ZrO₂、HfO₂、ZnO、TaO_x、SiO₂、WO_x等，也具有固态电解液的类似性质，而且具有制造成本低、工艺简单以及和CMOS工艺兼容的优点，提出将二元氧化物作为固态电解液材料。但是，问题在于，在这些材料中，参考图2，导电细丝形成的过程是一个随机的过程，会随机形成多条导电细丝，且到达上电极的时间点也不同，在重复转换过程中，导电细丝很难沿着相同的路径形成和断开，这样会造成器件的编程电压具有很大的离散性，影响器件工作的稳定性。

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，解决了导电细丝随机形成的问题，使器件的编程电压具有集中性，提高了器件工作的稳定性。

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；

下电极之上的局部控制电极；

下电极和局部控制电极之上的存储介质层；

存储介质层之上的上电极。

可选地，所述局部控制电极为圆锥形、柱形或针形。

可选地，所述局部控制电极的厚度范围为1-100纳米。

可选地，所述局部控制电极的底部直径的范围为5-20纳米。

可选地，所述局部控制电极包括Ti、W、Cu、Ni或Ru。

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；

在所述衬底上形成下电极；

在所述下电极上形成局部控制电极；

在所述下电极和局部控制电极上形成存储介质层；

在所述存储介质层上形成上电极。

可选地，形成局部控制电极的步骤包括：

在下电极上形成控制电极材料层；

在控制电极材料层上形成掩膜图案层；

湿法腐蚀控制电极材料层以形成局部控制电极；

去除掩膜图案层。

可选地，所述局部控制电极的厚度范围为1-100纳米。

可选地，所述局部控制电极为圆锥形、柱形或针形。

可选地，所述局部控制电极的底部直径的范围为5-20纳米。

可选地，所述局部控制电极包括Ti、W、Cu、Ni或Ru。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：