[发明专利]具有空间限制作用阻变存储器的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有空间限制作用阻变存储器的制备方法，该制备方法将阻变材料形成工艺遮蔽层的纳米孔隙中，纳米孔隙定位了阻变材料的生长，消除导电细丝分布的随机性，纳米孔隙的深度决定了阻变材料层的高度，即导电路径长度，进而决定了开态低阻态阻值，再借助氧气及后金属退火处理工艺，降低阻变材料层中氧空位浓度，提高了开关阻值比和改善阻变存储器稳定性。

技术领域

本发明涉及阻变存储器领域，具体是涉及具有空间限制作用并提高开关阻值比、稳定性阻变存储器的制备方法。

背景技术

存储器在信息时代无疑占据着非常重要的地位，各类存储器中，阻变存储器(Resistance random access memory，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、与CMOS工艺兼容等技术优势，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压作用下发生电阻状态(高阻态和低阻态)间的相互转换，形成“0”态和“1”态的二进制信息存储。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。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存储器的研究焦点。

包括金属氧化物在内的许多材料都有显著的阻变性能，阻变机理以氧空位等缺陷的聚集形成导电细丝为基础，氧空位是金属氧化物阻变材料中主要的缺陷，与开关阻值比及稳定性均有密切关系。开关阻值比不高的主要原因在于阻变材料本身缺陷过多，导致其关态漏电流大，因此关态高阻值不够高；阻变材料层中缺陷的随机分布，导致导电路径也随机分布，即每次开态时导电路径不同且长短不一，因此开态低阻值较高且不稳定；缺陷过多及导电路径长短随机分布造成每次开关阻值比不同，因此稳定性不足。

在提高阻变存储器开关阻值比方面，以氧气及后金属退火处理[1，2]，减少氧空位缺陷密度，减小漏电流，即提高关态高阻态阻值。此外，缺陷过多易于任意对接，致使每一存储器单元的电路径不一，形成整体存储器阵列不均匀性的来源，降低缺陷密度也可以增进均匀性性。另一方面，以空间限制导电细丝形成路径，导电路径无法随机分布并因此缩短，即降低开态低阻态阻值；提高关态高阻态阻值及降低开态低阻态阻值，也就是提高开关阻值比。在提高阻变存储器稳定性方面，阻变存储器的稳定性来源于阻变层中导电细丝的稳定性及整體陣列的一致均匀性，以空间限制抑制导电细丝的随机分布并缩短导电路径即使导电路径一致，故提高稳定度。上述之降低缺陷密度也可以增进均匀性性，也就是增加整体阻变存储器阵列的稳定度。因此，提高阻变存储器开关阻值比与改善稳定性都可以通过降低氧空位密度与空间限制导电路径得到改善。

申请人在CN108389964A中提出了一种先制作纳米遮蔽层再进行氧离子定位注入的阻变存储器制备方法，其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。在该方案中，整层阻变材料层中仅部分区域降低缺陷密度，即在纳米遮蔽层孔隙下之离子注入路径上氧空缺减少但在路径外充满了氧空缺，因此传导电流容易由路径内流至路径外，该漏电流会严重降低关态高阻态阻值，并形成严重的特性不稳定；此外，离子注入成本高，增加量产成本。

参考文献:

1.Ming-Kwei Lee,Jung-Jie Huang and Yu-Hsiang Hung“Variation ofElectrical Characteristics of Metalorganic Chemical Vapor Deposited TiO₂Films by Postmetallization Annealing”J.Electrochem.Soc.,vol.152,no.11,F190-F193(2005).