[发明专利]隧穿二极管整流器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子制造及存储器技术领域，尤其涉及一种用于双极性阻变存储器的隧穿二极管整流器件及其制造方法。 

背景技术

半导体存储器主要分为两大类：挥发性存储器和非挥发性存储器。以闪存(Flash)为代表的非挥发性存储器具有在掉电情况下能够长期保持存储信息的能力及低功耗等优点，逐渐成为半导体工业中的研发重点。随着近些年来多媒体应用、移动通信等对大容量、低功耗存储的需要，以及消费类个人便携设备的发展，Flash型非挥发性存储器得到充足的发展，成为半导体器件的市场中一种相当重要的存储器。 

尽管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，科学界和工业界开始寻找一种能够替代传统的闪存(Flash)的新型非挥发性存储器。目前出现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。其中阻变存储器由于具备操作电压低、非破坏性读取、操作速度快、记忆时间(Retention)长、耐久力(Endurance)好、多值存储以及结构简单、器件面积小、能进行3D集成等优点而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，其中图1(a)为单极性阻性转变曲线，图1(b)为双极性阻性转变曲线。 

RRAM的集成阵列的常用结构包括只有一个RRAM单元(1R)、一个晶体管一个RRAM单元(1T1R)和一个二极管一个RRAM单元(1D1R)三种结构，如图2所示。其中采用1R结构的阻变存储器阵列中，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，与其它两种结构相比，具有很高的存储密度。然而，这种1R基本结构形成的交叉存储阵列却存在着比较严重的串扰(Crosstalk)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态(HRS)，其余三个相邻器件(1，2)、(2，2)和(2，1)都处于低阻态(LRS)，如果在(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，使得这时本来为HRS的(1，1)器件被误读成LRS，此即交叉阵列中所谓的“串扰”。这种串扰问题会导致的要访问的RRAM存储单元信息的误读，大大降低RRAM存储器件的可靠性。 

通常解决串扰问题的方法有集成MOS管的阻变存储器1T1R结构或外接二极管的阻变存储器1D1R结构两种，这类结构的阻变存储器利用外接的二极管或三极管作为存储器单元的整流管来控制存储器单元的导通，使得未被寻址的存储器单元无法访问的方法来解决上述的串扰问题。然而，采用1T1R结构时，存储器单元面积主要取决于晶体管的面积，无法发挥RRAM优良的可缩小性优势，而且采用1T1R结构难以进行3D集成以提高存储密度；而采用1D1R结构虽然能够保证器件的单元面积最小，同时也利于3D集成。 

但目前报道的二极管通常只有单向导通的特性，因此只能用于单极性阻性转变(Unipolar Resistive Switching，URS)的RRAM单元，无法用于双极性阻性转变(Bipolar Resistive Switching，BRS)RRAM器件单元。对RRAM器件而言，双极性阻变特性的RRAM器件具有更加稳定的电阻转变特性。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

针对上述现有RRAM集成方案中遇到的问题，本发明的主要目的在 于提供一种制造工艺简单、制造成本低、在不增加RRAM单元面积的情况下易于与双极性电阻转变存储器集成的隧穿二极管整流器件及其制造方法。 

(二)技术方案 

为达到上述目的，本发明提供了一种用于双极性阻变存储器的隧穿二极管整流器件，包括：下电极；形成于该下电极之上的整流功能层薄膜；以及形成于该整流功能层薄膜之上的上电极。 

上述方案中，所述上电极和下电极均采用Pt、Ag、W、Ti、Al、Cu、Ru、TiN或TaN中的任一种。