[发明专利]一种相变阻变多层结构存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体存储器技术领域，涉及一种电阻型存储器及其制备方法，具体涉及一种基于阻变材料和相变材料叠层结构的电阻型存储器及其制造方法。

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32nm左右，因此迫使人们寻找性能更为优越的下一代不挥发存储器。目前，电阻型转换存储器件（Resistive Switching Memory）因其高密度、低成本、可突破技术代发展限制的特点引起高度关注，其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。

所述的电阻型存储器（Resisitive Memory）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。所述电阻型存储器使用的存储介质材料可以是各种半导体金属氧化物材料，例如，氧化铜、氧化钛、氧化钨等。

当前，写操作电流过大以及器件均匀性、稳定性等已成为当前电阻型存储器的主要问题。大电流需宽长比大的MOS管来驱动，通常MOS管需占用衬底硅，使得在有限的硅衬底上，管子越大，集成度就越低，成本就越高，对应的功耗也就越大。所述器件的均匀性和稳定性对芯片功能的正确实现及可靠性问题有重大的影响，若器件均匀性差，则在进行读写操作时，电路就可能读写出错误的值，或者读写失效，若器件的稳定性差，则器件的使用寿命则受到极大的限制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷和不足，提供一种相变阻变多层结构存储器及其制备方法，尤其涉及一种基于阻变材料和相变材料叠层结构的电阻型存储器及其制备方法。

具体而言，本发明的相变阻变多层结构存储器，包括上电极和下电极，其特征在于，所述的上电极和下电极之间设相变材料和阻变材料存储介质层。

本发明的存储器中，所述的存储介质层为阻变材料和相变材料的双层叠层，该存储介质层靠近下电极，采用氧化下电极的方式进行制备，之后也可进行掺杂或退火等工艺优化步骤，所述的优化步骤不仅限于上述的工艺优化方法；

其中，所述的阻变材料为通过氧化下电极形成，之后也可进行掺杂、退火等工艺步骤处理制成，所述的相变材料在阻变材料制备结束后进行沉积；

所述的氧化为热氧化或等离子体氧化；

所述的上电极和下电极可为Mn、Ta、TaN、Ti、W、Ni、Al、Co、Cu等金属材料，或为复合层结构，或为Ti/TiN、Ta/TaN等，但不仅限于所述的材料；

所述的相变材料可为GeSbTe、GeTeAsSi、GeTe、GeSb(Cu、Ag)、GeTeAs、InTe、AsSbTe等，但不仅限于所述的材料；

或，

本发明存储器中，所述的存储介质层为阻变材料和相变材料的双层叠层；所述阻变材料为通过沉积的方式进行制备，然后沉积相变材料，化学机械抛光后再制备上电极；所述相变材料可靠近上电极或可靠近下电极，所述阻变材料可靠近上电极或可靠近下电极；

其中，所述的沉积方式为物理气相淀积(PVD)、化学气相淀积(CVD)、或原子层淀积(ALD)；

所述的相变材料可为GeSbTe、GeTeAsSi、GeTe、GeSb(Cu、Ag)、GeTeAs、InTe、AsSbTe等，但不仅限于所述的材料；

所述的上电极和下电极可为Mn、Ta、TaN、Ti、W、Ni、Al、Co、Cu等金属材料，或为复合层结构，该复合层结构为Ti/TiN、Ta/TaN等，但不仅限于所述的材料；

或，

本发明的存储器中，所述的存储介质层为相变材料、阻变材料、相变材料三层叠层结构，两层相变材料存储介质层分别靠近上电极和下电极，阻变材料存储介质层未于两层相变材料存储介质层中间；所述的两层相变材料可不同，且位置可互换；其中，所述相变材料是通过沉积的方式进行制备，然后沉积阻变材料，最后再沉积一层相变材料，化学机械抛光后，再制备上电极；