[发明专利]以纳米遮蔽层进行离子定位注入的阻变存储器制备方法

说明书

本发明提供了以纳米遮蔽层进行离子定位注入的阻变存储器制备方法，包括以下步骤：1)制作层叠设置的底电极和阻变材料层，其中底电极在阻变材料层的下方；2)在阻变材料层的上表面制备一层纳米遮蔽层，所述纳米遮蔽层中具有层阵列设置的纳米尺寸间隙，形成供离子注入的定位通道；3)对纳米遮蔽层阵列中纳米间隙下的阻变材料层进行外部金属离子注入处理，在阻变材料层中形成以氧空位为基础的导电丝，所述导电丝沿着阻变材料层的厚度方向延伸，连接阻变存储器的顶电极和底电极。本发明提供了一种兼具较高开关阻值比和良好稳定性的阻变存储器制备方案，力求从工艺层面上改善阻变存储器的性能。

技术领域

本发明涉及本发明涉及阻变存储器技术领域。

背景技术

存储器在如今的信息时代无疑占据着非常重要的地位。随着半导体技术水平的不断进步，阻变存储器(Resistance random access memory，RRAM)得到越来越广泛的关注。RRAM具有制备工艺简单，密度高，集成度大、编程速度快，性能可靠稳定，能耗低，操作电压低等技术优势，而最关键的就是RRAM与CMOS工艺兼容，因此，RRAM已经成为下一代存储器最有力的竞争者之一。

阻变存储器的核心是一个金属/介质/金属(MIM)结构，依赖中间介质层的阻变效应实现存储功能。具有阻变效应的介质层在外加电场作用下会发生电阻状态(高阻态和低阻态)间的相互转换，从而形成“0”态和“1”态的二进制信息存储。已经确认有包括金属氧化物在内的许多材料都有显著的阻变性能。阻变存储器性能优劣的主要评价指标包括了开关阻值比、稳定性等等。开关阻值比低及稳定性差可导致存储器信息误读、误写以及数据可靠性的降低。因此，提高开关阻值比与改善稳定性已成为阻变研究的焦点。

根据阻变机理可知，氧空位作为以金属氧化物为代表的阻变材料中最常见的缺陷，同开关阻值比与稳定性均有密切关系。

在提高开关阻值比方面，优化阻变层制备工艺以提升品质减少氧空位缺陷，可以提高高阻态阻值，更重要的是降低低阻态阻值，即导电丝应更易形成与避免路径过长。导电丝的形成是以氧空位的聚集分布为基础，氧空位的断裂及聚集状态也正是金属氧化物阻变材料高低阻态之典型微观特征；在提高阻变稳定性方面，阻变存储器的稳定性来源于阻变层中导电丝的稳定，抑制导电丝的随机分布即可提高稳定度。而高聚集的氧空位定位分布正是均匀、稳定的导电丝形成基础。因此，提高阻变开关阻值比与改善稳定性都可以通过控制氧空位浓度及定位分布得到改善。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种兼具较高开关阻值比和良好稳定性的阻变存储器制备方案，力求从工艺层面上改善阻变存储器的性能。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了以纳米遮蔽层进行离子定位注入的阻变存储器制备方法，包括以下步骤：

1)制作层叠设置的底电极和阻变材料层，其中底电极在阻变材料层的下方；

2)在阻变材料层的上表面制备一层纳米遮蔽层，所述纳米遮蔽层中具有层阵列设置的纳米尺寸间隙，形成供离子注入的定位通道；

3)对纳米遮蔽层阵列中纳米间隙下的阻变材料层进行外部金属离子注入处理，产生沿厚度方向延伸的氧空位聚集分布。

在一较佳实施例中：所述金属离子的种类包括但不局限于钛离子。

在一较佳实施例中：所述纳米遮蔽层包括但不局限于经由阳极氧化生成的氧化铝纳米管阵列或经由液相沉积法生成的SiO₂纳米球阵列；其中氧化铝纳米管即为所述定位通道，而2X2个SiO₂纳米球之间包围形成的间隙构成所述定位通道。

在一较佳实施例中：所述经由阳极氧化生成的氧化铝纳米管阵列具体的制作步骤为：

1)采用直流溅射工艺在阻变材料层的上表面沉积高纯度的金属铝层；