[实用新型]忆阻器和阻变式存储器

说明书

本申请实施例提供了一种忆阻器和阻变式存储器(RRAM)。忆阻器包括金属或者金属化合物制成的上电极、金属硼化物制成的下电极和阻变材料层制成的阻变层，所述阻变层设置在所述上电极与所述下电极之间。利用金属硼化物制备的RRAM电极完全兼容CMOS制造工艺，并且改善RRAM的产品性能。

技术领域

本申请实施例涉及存储器制造领域，并且更具体地，涉及一种忆阻器和阻变式存储器。

背景技术

阻变式随机存取存储器(Resistive Random Access Memory,RRAM)是一种利用材料的可变电阻特性来存储信息的非易失性(Non-volatile)存储器，具有功耗低，密度高，读写速度快，耐久性好等优点。

RRAM的基本存储单元为忆阻器，忆阻器主要由下电极、阻变层和上电极组成。RRAM的存取控制单元则是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)，是CMOS电路的一种常见器件。忆阻器的工作原理是：当施加正电压在两个电极之间时，阻变层内会形成导电细丝(Filament)，呈现低阻态；而当产生一个反向电流(RESET current)在两个电极之间时，阻变层内的导电细丝会断裂呈现高阻态，这种可变的电阻特性在效果上实现了RRAM‘0’和‘1’的切换。

RRAM的特性很大程度上由电极材料决定。通常，RRAM的至少一个电极会采用一种具有良好导电性且具有较高功函数(work function)的惰性金属材料，例如铂(Pt)，铱(Ir)，金(Au)，钯(Pd)等贵金属。而这些贵金属元素会给前道晶圆厂(foundry)的制程带来金属污染的问题，采用贵金属材料作为电极的RRAM制造工艺与标准的CMOS制造工艺不兼容，这给RRAM的制造工艺整合带来了很大难度。因此，许多RRAM产品便采用诸如氮化钛(TiN)之类的foundry友好材料作为电极，回避了不兼容材料带来的工艺整合难题。氮化钛(TiN)是foundry中最常用的导电材料之一，其制备方法包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)和物理气相沉积(PVD)等，由这些方法制备出TiN，其材料特性与RRAM的要求有一定差距。但是由于TiN材料工艺成熟，目前已经被广泛用于制作RRAM电极，通常技术人员通过对阻变层进行调整、对忆阻器操作的脉冲宽度进行调整或者对相关联电路的改善设计等来提高RRAM性能。但如此一来，在设计满足要求的RRAM产品过程中，会增加与电极相关的配套设计的难度，也会有更高的几率导致RRAM成品最终不能满足性能要求。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种忆阻器电极的制备方法和阻变式存储器电极，能够在兼容于CMOS制造工艺的基础上，改善RRAM的产品性能。

第一方面，提供了一种忆阻器，其特征在于，所述忆阻器包括上电极、下电极和设置在上电极与下电极之间的阻变层，所述下电极的材料是金属硼化物。

可选的，所述上电极的材料是金属或者金属化合物材料。

可选的，所述金属硼化物是金属二硼化物。

可选的，所述金属硼化物是二硼化钛、二鹏化锆、二硼化铪、二硼化镁中的任意一种。

可选的，所述上电极由钛、钽、氮化钛、氮化钽、金属硼化物中的任意一种制成。

可选的，所述金属硼化物的厚度为20纳米-100纳米。

第二方面，提供了一种阻变式存储器，其特征在于，包括：至少一个忆阻器和用于控制所述忆阻器的金属-氧化物-半导体场效应晶体管，所述忆阻器包括上电极、下电极和设置在上电极与下电极之间的阻变层，其中，所述上电极和/或下电极是金属硼化物薄膜。

可选的，所述金属-氧化物-半导体场效应晶体管包括衬底、源极、漏极、栅极电介质层、栅极和边墙。

可选的，所述漏极通过第一金属连接线与所述下电极电连接。