[发明专利]一种具有双层氧化物层的阻变存储器件及其制备方法

说明书

本发明涉及微电子制造技术及存储器件技术领域，公开了一种具有双层氧化物层的阻变存储器件及其制备方法。该阻变存储器器件结构包括：顶电极、底电极以及包含在两端电极之间的双层氧化物阻变存储层。本发明提出的阻变存储器件单元具有自整流特性，可不依赖于额外的选通单元，依靠自身的整流特性解决器件间的电流串扰问题。同时本发明的阻变存储器件采用磁控溅射或电子束蒸发方式制备，工艺过程简单、制造成本低，可实现高集成的三维十字交叉堆叠结构。

技术领域

本发明涉及微电子制造技术及存储器件技术领域，具体涉及一种具有自整流阻变存储器器件及其制备方法。

背景技术

随着电子科技的飞速发展及半导体行业的更新迭代，半导体器件的集成度越来越高，向着小尺寸、高集成的方向高速发展。因此存储器件需要在保证存储容量的前提下减小器件尺寸，使存储密度不断提高。基于十字交叉阵列的阻变存储器拥有理论上最小的器件面积，同时，它可以进一步缩减集成到三维堆垛结构，因此被认为是最有潜力的下一代存储器。但由于半导体器件的小尺寸作用，堆垛的十字交叉阵列结构存在严重的电流串扰问题，从而使器件之间发生信息误读，导致存储的可靠性下降。

具有自整流效应的阻变存储器类似于二极管的作用，因此能解决交叉阵列排布的阻变器件的电流串扰问题。同时，它保持了简单的三明治结构，且在操作过程中不需要破坏性的读写过程，因此，具有电流方向选择性的自整流阻变存储器件是解决电流串扰的最有效的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有自整流阻变特性的阻变存储器件结构及其制备方法，能够方便、快捷的制备出具有自整流特性的阻变存储器件，以解决常规阻变存储器件间的电流串扰问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种阻变存储器的结构及其制备方法，该阻变存储器在低阻态时具有自整流特性，该阻变存储器的器件结构为三层夹层式结构，包括顶电极、底金属电极及阻变存储层。

所述的阻变存储层由In_mGa_nZn_kO氧化层与TaO_x氧化物的结构组成，In_mGa_nZn_kO氧化层的特征厚度为5～50nm，TaO_x氧化物的厚度为5～50nm。

所述顶电极采用活泼金属单质电极(Ag或Cu金属材料)或金属合金电极(Ag-Ni合金、Ag-Cu合金、Ag-W合金、Cu-Au合金)，其特征厚度为10～500nm。

所述底电极采用惰性金属电极(Pt或Au金属材料)，其特征厚度为10～500nm。

为解决上述问题，本发明还提供了一种阻变存储器的制备方法，具体特征在于所述的三层夹层式阻变存储器件的阻变层采用磁控溅射方式制备，顶电极与底电极采用磁控溅射或电子束蒸发方式制备。磁控溅射InGaZnO靶材的纯度＞99.99％，其中，金属元素的原子比In:Ga:Zn＝1:1:1或1:2:2或2:2:1；磁控溅射TaO靶材的纯度＞99.99％。

一种阻变存储器的制备方法的具体制备过程包括：步骤一：通过在器件衬底之上磁控溅射或电子束蒸发惰性金属，形成底电极，电极厚度为10～500nm；步骤二：在沉积的电极层上磁控溅射沉积一层TaO_x阻变层，沉积厚度为5～50nm，并在形成的TaO_x阻变层上沉积In_mGa_nZn_kO阻变层，沉积厚度为5～50nm；步骤三：在所述阻变存储层上通过磁控溅射或电子束蒸发活泼金属或活泼金属合金，形成顶电极。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种阻变存储器及其制备方法，阻变存储器件具有自整流特性，不需要额外的选通单元，能够抑制十字交叉阵列结构存在的电流串扰问题。