[发明专利]基于钇铁石榴石的非挥发电阻转变型存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件及存储器技术领域，尤其涉及一种基于钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂)的非挥发电阻转变型存储器及其制备方法。

背景技术

传统Flash存储器是基于多晶硅薄膜浮栅结构的硅基非挥发性存储器，而这种结构正面临着如何持续缩小的挑战。从2005年国际半导体技术发展路线图(ITRS)来看，传统的多晶硅浮栅存储器只能延续的65nm技术节点，这主要是因为，多晶硅薄膜在反复擦写的过程中会导致隧穿氧化层产生漏电通道，因而要获得高可靠性，隧穿氧化层厚度必须保持在9nm以上，相应的读写电压也要保持在较高的水平，同时也使得编程/擦除速度较慢。

未来的非挥发性存储器(NVM)要求具备更低的编程/擦除(P/E)电压、更快的P/E速度、更强的数据保持特性等。最近几年，国内和国际上针对可替代多晶硅浮栅存储器的下一代非挥发存储器的结构和材料进行了广泛的研究，主要包括以下几种：纳米晶浮栅存储器、相变存储器、有机存储器和电阻转变型存储器。其中，电阻转变型存储器由于具有简单的器件结构(金属-绝缘体-金属)、很高的器件密度、较低的功耗、较快的编程/擦除速度等突出的优点，因此更加受到重视。

电阻转变存储技术是以材料的电阻在电压的控制下可以在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的。目前已经报道具有电阻转变特性的材料，主要可以分为以下三种：(1)有机聚合物，如聚酰亚胺(PI)、AIDCN以及CuTCNQ等；(2)多元金属氧化物，如磁阻材料Pr_0.7Ca_0.3MnO₃和La_0.7Ca_0.3MnO₃等，掺杂的SrTiO₃和SrZrO₃等，(3)二元过渡族金属氧化物，如NiO、Nb₂O₅、CuO_x、ZrO₂、HfO₂、Ta₂O₅、TiO₂等。二元氧化物由于材料制造比较简单，同时可以与当前的CMOS工艺完全的兼容，因而更加受到重视。

铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。因而，铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低，饱合磁化强度也较低(通常只有纯铁的1/3～1/5)，因而限制了它在要求较高磁能密度的低频强电和大功率领域的应用。1956年E.F.贝尔托和F.福拉又报道了亚铁磁性的钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂)的研究结果，由于这类磁性化合物的晶体结构与天然矿物石榴石相同，故将其称之为石榴石结构铁氧体。但是目前将Y₃Fe₅O₁₂作为阻变存储介质目前还未见报道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种基于钇铁石榴石的非挥发电阻转变型存储器及其制备方法，以得到制造工艺简单、制造成本低、器件产率高、转变特性稳定的电阻转变型存储器器件。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于钇铁石榴石的非挥发电阻转变型存储器，该存储器包括：上电极；下电极；以及形成于上电极与下电极之间的钇铁石榴石薄膜。

上述方案中，所述上电极与下电极采用的材料为金属Ti或Pt。

上述方案中，所述钇铁石榴石薄膜为多晶的钇铁石榴石薄膜，厚度为20至200nm。

为达到上述目的，本发明还提供了一种基于钇铁石榴石的非挥发电阻转变型存储器的制备方法，该方法包括：选择并清洗衬底；在清洗后的衬底上制备下电极；在下电极上制备钇铁石榴石薄膜，并对钇铁石榴石薄膜进行热退火处理；以及在钇铁石榴石薄膜上制备上电极。

上述方案中，所述选择并清洗衬底的步骤中，衬底是选用硅片，对衬底进行清洗是先将硅片分别放在丙酮和酒精中用超声波各清洗10分钟，然后用塑料夹子取出放入去离子水中用超声波清洗5分钟。

上述方案中，所述在清洗后的衬底上制备下电极的步骤中，是采用电子束蒸发工艺，在清洗后的衬底上生长Ti或Pt/Ti作为下电极。