[发明专利]一种含有快速开关器件的阻变型存储器单元及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子制造及存储器技术领域，尤其涉及一种含有快速开关器件的阻变型存储器单元及其制备方法。

背景技术

随着计算机信息技术的发展，人们对信息的媒介及设备的要求也越来越高。特别是人们对便携式智能电子设备的小型化、高速化、低耗能及低价位的期望也越来越高。而半导体存储器在电子设备中的作用也越来越重要，近些年来存储器市场份额，特别是非挥发性存储器，也在不断的增加。存储器总的分为两大类：挥发性存储器和非挥发性存储器。挥发性存储器如计算机内存，以SRAM、DRAM为代表，他们有一个共同的特点是，存储单元的存储数据不能长期保持，需要持续的电源给刷新维持数据。非挥发性存储器如优盘，以Flash为代表，他的主要特点是存储器在存入数据后不需要外部电源持续供电就能长久保持数据。

虽然闪存(Flash)得到了广泛的认可与应用，但是其基于热电子效应和隧穿效应原理的数据写入方式需要高的操作电压，并且每次在数据写入之前都要先擦除，操作速度慢。最大的问题是随着半导体集成电路工艺节点的缩小，闪存器件在缩小过程中过薄的隧穿氧化层将导致电荷的泄露问题越来越严重，使得存储器的数据保持稳定性严重恶化。为此，科研和工业界一直在寻求一种能够取代闪存的非挥发性存储器。相变存储器（PCRAM）、阻变存储器（RRAM）、磁存储器（MRAM）、铁电存储器（FeRAM）等新一代存储器由于具有能够适应下一代存储器的要求而被广泛研究。

交叉阵列结构是最有希望应用于高密度存储器集成的阵列结构，采用交叉阵列结构的存储器在理论上具有最小的单位面积（4F²），并且可以进行三维集成，能够有效的提高存储器密度。在交叉阵列结构中，上下相互垂直的平行导线中间夹含着存储单元，每一个存储单元都可以实现器件的选通并进行读写。但实际的交叉阵列结构在读取的过程中会遇到严重的串扰问题，以至于读取错误。解决串扰的方法有给每个存储器单元加选通三极管（1T1R），二极管（1D1R）等方法。其最根本的原理就是阻止了串扰电流的形成，从而实现了对确定单元的准确读取。借鉴于三星的的发明专利CN1815770，我们在试验中发现如果开关器件选用VO₂或V₂O₅材料并且在开关功能层和阻变存储层加入一层Pt电极，开关器件的开关速度能够达到6~16ns，并且VO₂的开关速度和阀值电压特性上要优于V₂O₅；Adv. Mater. 2007, 19, 3919–3923中运用NiO作为阻变存储层，试验发现利用权利要求书中所列的阻变存储材料都可以具有很好的阻变存储器特性，并且开关器件功能层可以用V₂O₅。本发明基于切断串扰电流的思路，以简单低成本的工艺构建了一个最简结构开关型选通器件来防止串扰发生的阻变型存储器，并提供了制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述crossbar存储阵列在数据读取时存在的串扰问题，提供一种制造工艺简单,制造成本低、能够防止串扰发生的含有快速开关器件的阻变型存储器单元及其制备方法。

本发明的技术方案： 

一种含有快速开关器件的阻变型存储器单元，其基本单元由下电极、阻变存储功能层、中间电极、开关器件功能层、上电极和绝缘层构成，两个功能层镶嵌在三个电极之间并形成五叠层结构，三个电极和两个功能层位于绝缘层的孔洞中，各层的厚度分别为：下电极5~30nm、阻变存储功能层20~200nm、中间电极5~30nm、开关器件功能层20~200nm、上电极5~30nm、绝缘层40~300nm。

所述下电极、中间电极和上电极的材料为Pt、Ag、Cu、W、Ti、Al、ITO、TiN、Ni或和多晶Si。

所述阻变存储功能层材料为TiO₂、ZnO、Al₂O₃、CuOx、ZrO₂、HfOx、PCMO、CoO、非晶硅。

所述开关器件功能层材料为VO₂或V₂O₅。

所述绝缘层材料为SiO₂。

一种所述含有快速开关器件的阻变型存储器单元的制备方法，步骤如下：

1）生长下电极与衬底的粘附层，然后生长下电极；