[发明专利]阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种阻变存储器，其特征在于，所述阻变存储器自下而上依次包括下电极层、铁电材料层和上电极层，其中，所述铁电材料层包括经掺杂的HfO₂铁电薄膜。

技术领域

本发明的实施例涉及微电子制造及存储器技术领域，特别涉及一种阻 变存储器及其制备方法。

背景技术

铁电材料在微电子制造及存储器技术领域有着广泛的应用。现有技术 中，铁电材料多用于铁电存储器，在传统的铁电存储器的集成架构中，需 要集成一个晶体管和一个铁电电容，这种1T1C的结构不利于大规模集成， 并且是破坏性读取。并且，传统的铁电材料与CMOS工艺不兼容，例如， 钙钛矿结构的铁电薄膜应用于硅基铁电器件时存在铁电尺寸效应、较小的 能带间隙、与硅界面不匹配、结晶过程因热处理导致性能退化等问题。此 外，基于铁电材料的存储器一般厚度较大，使得电流密度较小，限制了器 件的性能及小型化发展。

因此，有必要研究一种改进结构和性能的基于铁电材料的存储器。

发明内容

本发明的实施例旨在提出一种基于铁电材料的阻变存储器及其制备 方法。

根据本发明的一个方面，提出一种阻变存储器，其特征在于，所述阻 变存储器自下而上依次包括下电极层、铁电材料层和上电极层，其中，所 述铁电材料层包括经掺杂的HfO₂铁电薄膜。

根据一些实施方式，所述铁电材料层包括掺杂Zr、Al、Si、La中至少 一种元素的HfO₂铁电薄膜。

根据一些实施方式，掺杂元素的摩尔百分比为0.1-50mol％。

根据一些实施方式，所述下电极层包括单质W、Al、Ti、Ta、Ni、Hf， 以及导电金属化合物TiN、TaN中的一种或多种。

根据一些实施方式，所述上电极层包括单质W、Al、Cu、Ru、Ti、 Ta，以及导电金属化合物TiN、TaN、IrO2、ITO、IZO中的一种或多种。

根据本发明的另一方面，提出一种制备阻变存储器的方法，包括：在 衬底上形成下电极层；在所述下电极层上形成铁电材料层，所述铁电材料 层包括经掺杂的HfO₂铁电薄膜；在所述铁电材料层上形成上电极层。

根据一些实施方式，所述铁电材料层包括掺杂Zr、Al、Si、La中至少 一种元素的HfO₂铁电薄膜。

根据一些实施方式，掺杂的方法包括原子层沉积法(ALD)或共溅射法 (co-sputtered)。

根据一些实施方式，在下电极层上形成铁电材料层之后，进行退火处 理，退火温度为400～1000℃，退火时间为30～300s。

在根据本发明的实施例的阻变存储器中，通过将经掺杂的HfO₂铁电 薄膜应用于金属-绝缘层-金属(MIM)的电阻型存储器的结构中，可得到 一种结合铁电存储器的高速、高耐受性的特性以及阻变存储器的易于集成 的特性的存储器。经掺杂的HfO₂铁电薄膜由于具有多晶结构，可与衬底 较好地兼容，保证了器件结构的稳定性；本发明的阻变存储器不需要设置 额外的晶体管，可大大减小器件面积，更有利于三维集成；并且，采用非 破坏性读取，不需要额外的写回操作，提高了读取效率；此外，HfO₂铁电 薄膜在较小厚度时依然可以保持良好的铁电特性，能够大幅提高电流密度， 并进一步改善存储器的微缩性。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点 将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的阻变存储器的结构示意 图；