[发明专利]一种双氧化层RRAM及其制备方法

说明书

本发明属于电子器件技术领域，具体保护基于金属氧化物的双氧化物层RRAM及其制备方法。双氧化物层RRAM包括由上至下层叠设置的顶电极层，阻变氧化层和基底；所述阻变氧化层为由上至下层叠设置的In₂O₃和Al₂O₃双层金属氧化层；所述顶电极层包括若干阵列在阻变氧化层上的顶电极，所述顶电极在远离阻变氧化层的表面设有保护层；所述基底包括底电极层和绝缘层。本发明对两层金属氧化层均采用溶液法工艺制备，实现低成本RRAM的制备，相较于单层金属氧化层的RRAM器件，阻变特性更好，且设备和原料投资较少，可实现大规模工业应用。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体是一种基于金属氧化物的双氧化层RRAM(Resistive random access memory，阻变式随机存取存储器)及其制备方法。

背景技术

随着计算机技术的迅猛发展，人类早已进入了数字科技时代，作为极其重要的基础记忆部件，存储器有着不可代替的地位。存储器可分为三大类：磁盘存储器、光盘存储器和半导体存储器。其中半导体存储器又可分为易失性和非易失性两大类。所谓易失性存储器，就是存储的信息的过程中需要用电来维持，断电后，写入的数据丢失，如静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM)等。相反，非易失性存储器可以在断电后继续保持信息，如闪存(Flash)、阻变式随机存取存储器(RRAM)等。随着存储器对读取速度和存取容量的要求越来越高，RRAM凭借其优异的性能在众多非易失性存储器中脱颖而出。RRAM利用金属氧化物作为存储介质，通过对施加在金属氧化层(Metal Oxide)上的电压的变化，使得存储器在高低阻态之间来回变化，从而实现数据的擦写、开启或者阻断电流通道以及存储。因为其低压、高速、低功耗、低成本等显著特点，RRAM受到业界的广泛关注。

现有的针对RRAM的研究主要集中在存储机理、存储材料筛选、存储材料性能优化及其稳定性的提高等方面。其中，针对阻变氧化层制备工艺的研究至关重要。传统的阻变氧化层薄膜可以通过溅射、化学气相淀积(CVD)、原子层淀积(ALD)等方法实现，但上述方法受限于设备，生产成本高，无法满足大批量低成本的工业化生产需求。

发明内容

本发明针对现有技术RRAM的研究不足，提供一种基于金属氧化物的双氧化层RRAM及其制备方法，能满足大批量低成本的工业化生产需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面的双氧化层RRAM，包括由上至下层叠设置的顶电极层，阻变氧化层和基底；所述顶电极层包括若干阵列在阻变氧化层上的顶电极，所述顶电极在远离阻变氧化层的表面设有保护层；所述阻变氧化层为双层金属氧化层；所述基底包括层叠设置的上层的底电极层和下层的绝缘层。

所述保护层为金属铝薄膜层、金属钛薄膜层或金属钨薄膜层中的任意一种。

所述顶电极为圆柱形金属镍薄膜层或氮化钛薄膜层，厚度为30～80nm，直径为0.1～0.3mm。

所述阻变氧化层的双层金属氧化层为上层的氧化铪HfO₂薄膜层和下层的氧化铟In₂O₃薄膜层，厚度为分别为5～80nm。

所述底电极层为金属铂(Pt)薄膜层或硅(Si)薄膜层，厚度为50～150nm。

优选地，所述绝缘层采用层叠设置的三层结构，包括由上至下设置的钛(Ti)薄膜层/二氧化硅(SiO₂)薄膜层/硅(Si)薄膜层。

本发明第二方面提供上述双氧化层RRAM的制备方法，包括：

a)基底清洗；

将基底依次浸入去离子水、无水乙醇、去离子水中，分别进行超声清洗；第三次超声清洗后，用去离子水冲洗基底并用氮气吹干；