[发明专利]互补型阻变存储器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料及微电子技术领域，涉及一种互补型阻变存储器及制备方法。

背景技术

基于半导体技术的新型存储器已逐渐成为存储器市场的主导力量，已广泛地应用于计算机、数码设备及移动存储等领域。传统的磁随机动态存储器和闪存由于自身物理尺寸限制，已不能满足高密度的存储要求。阻变存储器因具有小型化前景巨大、响应速度快速、操作功耗低和非易失性等特点，已引起了国内外研究机构和知名存储器制造商的如HP、IBM、Samsung、中芯国际等公司的广泛关注和研究。

阻变存储器具备小型化巨大潜力的原因是可以做成十字交叉阵列（Crossbar Array）的结构，即底电极和顶电极呈十字交叉排列，而把存储介质置于两电极之间。采取了3D存储构架后，每一个存储单元可以缩小到4F²/n的尺寸（F为制造工艺的特征尺寸，n为存储器中十字交叉阵列的层数）。然而，十字交叉阵列在实际应用中有一个技术瓶颈问题，那就是在操作时，将面临近邻存储单元的串扰问题（Crosstalk Problem）。因此，解决十字交叉阵列的串扰问题对阻变存储器的发展和应用至关重要。

最近，一种互补型阻变存储器（Complementary Resistive Switches，CRS）的概念被提出来用于解决双极性阻变存储器在十字交叉阵列中的串扰问题。所谓互补性存储器，即是将两个存储单元反向串联在一个十字交叉点中，“0”和“1”转变通过设置其中一个串联的存储单元为低阻态另一个为高阻态中交替进行，这样在低偏压下都为高阻态，因此无须采用选择单元如场效应管、二极管或阈值开关等就可以有效地解决十字交叉阵列的串扰问题，同时可以显著降低大规模存储器阵列中的整体功耗。二氧化钛基阻变存储器由于其优异的性能受到国际顶尖研究机构如HP、Samsung等公司的关注，然而二氧化钛基互补型阻变器却少有报道，或者其结构及制备方法比较复杂，存储介质往往采用三层以上结构。基于单层纳米存储介质层的互补型阻变器的实现，可以有效简化存储器结构和降低制造成本，对于推进纳米尺度十字交叉阻变存储器阵列的实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种互补型阻变存储器及制备方法。

本发明克服了现有阻变存储器技术中的不足，在基于一个纳米存储介质层的单个存储单元实现了互补型阻变功能，将传统互补型存储器需要两个存储单元减少为只需一个纳米存储介质单元，该阻变存储器进一步简化了器件结构，降低了器件成本，有效解决了十字交叉阵列的结构中的串扰问题。

本发明提供的互补型阻变存储器，由下至上依次包括底电极、氧储备层、存储介质层和顶电极。

上述互补型阻变存储器也可只由上述部件组成。

构成所述底电极的材料为氮化钛；

构成所述氧储备层的材料为氮氧化钛；

构成所述存储介质层的材料为二氧化钛；

构成所述顶电极的材料选自铂、金、钯、钨和铝中的至少一种。

所述底电极的厚度为50-500nm，优选150nm；

所述氧储备层的厚度为5-50nm，优选25nm；

所述存储介质层的厚度为2-10nm，优选4nm；

所述顶电极的厚度为20-500nm，优选100nm。

本发明提供的制备所述存储器的方法，包括如下步骤：

1）在衬底上制备所述底电极；

2）在所述步骤1）所得底电极的表面原位制备所述氧储备层及所述存储介质层；

3）在所述步骤2）所得存储介质层的表面制备所述顶电极，得到所述存储器。

上述方法所述步骤1）中，制备底电极的方法为磁控溅射；

所述步骤2）中，制备氧储备层及存储介质层的方法均为等离子体氧化法；

所述步骤3）中，制备顶电极的方法为磁控溅射或电子束蒸镀法。

其中，氧储备层氮化钛薄膜经过等离子体氧化处理后，在氮化钛表面原位生成部分氧化的氮氧化钛氧储备层，并在氮氧化钛氧储备层表面生成充分氧化的二氧化钛存储介质层。

所述步骤1）磁控溅射中，靶材为钛金属靶，溅射气氛为氩气与氧气的混合气体，总气压为0.2～1.0Pa，基片温度为25-600℃，氩气与氧气的气压比为3：5～5：3，溅射功率为5～400W；

所述步骤2）等离子体氧化法中，反应气氛为氧气，气压为1～100Pa，板压为100～2000V，射频功率为10～500W；