[发明专利]金属氧化物阻变存储器及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种金属氧化物阻变存储器；本发明还涉及一种金属氧化物阻变存储器的制造方法。

背景技术

金属氧化物阻变存储器是一种新型存储器，它通过金属氧化物存储单元电阻在电场作用下改变阻值达到记录信息的目的。金属氧化物阻变存储器的工作原理是通过金属氧化物中氧离子在电场下漂移或者热场下扩散等作用靠近/远离金属氧化物-电极界面，从而对金属氧化物-电极界面的势垒进行调节，达到使界面电阻升高/降低的目的。现有金属氧化物阻变存储器的存储介质多为单元金属氧化物，它在读写操作下，存储介质电阻偏小，操作电流过大，实际应用中存在功耗偏高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种金属氧化物阻变存储器，能降低阻变存储介质层的有效界面面积，从而能提高器件的工作电阻区间、降低器件的操作功耗。为此，本发明还提供一种金属氧化物阻变存储器的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的金属氧化物阻变存储器的阻变存储介质层的材料为由氧化硅和金属氧化物组成的复合材料。

进一步的改进是，所述阻变存储介质层的底端和硅单晶基底接触，在所述硅单晶基底上形成有和所述硅单晶基底表面直接接触的通孔；在所述硅单晶基底上还形成有和所述阻变存储介质层的顶端直接接触的通孔；各所述通孔的顶部为引出端且和金属连线层连接，所述阻变存储介质层的底端通过和所述硅单晶基底表面直接接触的通孔和所述金属连线层连接，所述阻变存储介质层的顶端通过和所述阻变存储介质层的顶端直接接触的通孔和所述金属连线层连接。

为解决上述技术问题，本发明提供的金属氧化物阻变存储器的制造方法包括如下步骤：

步骤一、在硅单晶基底上形成金属层。

步骤二、对所述硅单晶基底进行退火处理，使所述金属层和所述硅单晶基底的硅进行合金化形成金属合金。

步骤三、对所述硅单晶基底进行氧化处理，使所述金属合金被氧化并形成氧化硅和金属氧化物，由所述氧化硅和所述金属氧化物组成金属氧化物阻变存储器的阻变存储介质层。

进一步的改进是，在形成所述阻变存储介质层之后，还包括如下步骤：

步骤四、在所述硅单晶基底表面淀积层间绝缘层。

步骤五、在所述层间绝缘层中形成和所述硅单晶基底表面直接接触的通孔、以及和所述阻变存储介质层的顶端直接接触的通孔。

步骤六、在所述通孔顶部形成金属连线层，所述阻变存储介质层的底端通过和所述硅单晶基底表面直接接触的通孔和所述金属连线层连接，所述阻变存储介质层的顶端通过和所述阻变存储介质层的顶端直接接触的通孔和所述金属连线层连接。

本发明金属氧化物阻变存储器通过在金属氧化物阻变存储器材料中引入不具备阻变性能的高阻态硅氧化物网络，能降低阻变存储介质层的有效界面面积，从而能提高器件的工作电阻区间、降低器件的操作功耗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例金属氧化物阻变存储器的结构示意图；

图2是本发明实施例金属氧化物阻变存储器的阻变存储介质层的结构示意图；

图3-图10是本发明实施例金属氧化物阻变存储器的制造方法各步骤中的器件的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例金属氧化物阻变存储器的结构示意图。在硅单晶基底20上通过基底绝缘层隔离出多个有源区。在同一有源区中形成有多个MOS晶体管和一个本发明实施例的金属氧化物阻变存储器，多个所述MOS晶体管组成本发明实施例的金属氧化物阻变存储器的外围电路。

本发明实施例金属氧化物阻变存储器的阻变存储介质层28的材料为由氧化硅和金属氧化物组成的复合材料。如图2所示，所述阻变存储介质层28包括了不具备阻变特性的高阻态氧化硅41、以及金属氧化物42。由于不具备阻变特性的高阻态氧化硅41的存在，使金属氧化物42阻变材料的有效界面面积降低。所述阻变存储介质层28的底端和硅单晶基底20接触。在所述硅单晶基底20上形成有和所述硅单晶基底20表面直接接触的通孔30；在所述硅单晶基底20上还形成有和所述阻变存储介质层28的顶端直接接触的通孔30；各所述通孔30的顶部为引出端且和金属连线层31连接，所述阻变存储介质层28的底端通过和所述硅单晶基底20表面直接接触的通孔30和所述金属连线层31连接，所述阻变存储介质层28的顶端通过和所述阻变存储介质层28的顶端直接接触的通孔30和所述金属连线层31连接。