[发明专利]一种阻变存储器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻变存储器及其制作方法，属于半导体非易失性存储器技 术领域。

背景技术

微电子产业长久以来一直在寻求一种拥有高存储密度、快速编程、低成本、 低能耗的非易失性存储器，即使断开电源后数据仍然能够保存。由于拥有较高 的存储密度和低的生产成本，Flash存储器仍是现在市场上非易失性存储器的主 流产品，然而Flash存储技术本身存在一些致命弱点如编程速度慢、操作电压高、 耐久力较差等。此外，伴随着半导体器件的特征尺寸的持续减小，基于电荷存 储的传统存储技术将走到物理和技术的极限。铁电存储器和磁存储器也受到器 件缩放方面的挑战，其中最主要的原因是在越来越小的器件中很难稳定保持住 足够多的电子。

近来，阻变存储器作为一种新型非易失性存储器受到了人们的广泛关注。 阻变存储器具有结构简单、编程速度快、操作电压低、能耗小、密度高和可以 3D集成等优点，更为重要的是它基于非电荷存储机制。阻变存储器是一种金属 一绝缘层一金属结构的器件，它自身的电阻可以在外界电压信号的调制下实现 高、低电阻态之间的相互转变。到目前为止，阻变行为在各种材料中被发现， 包括金属氧化物材料、固体电解质材料和有机材料。在众多材料中，简单氧化 物由于结构简单、稳定性强和与传统CMOS工艺相兼容等优点成为人们研究的 热点。

目前阻变存储器多使用成本较高，沉积速度较慢的原子层沉积等方法制作， 存在成本高、生产效率低等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻变存储器，该阻变存储器结构简单、稳定性 强，制作成本低能与目前的CMOS工艺相兼容。

本发明的另一目的在于提供一种所述阻变存储器的制作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种阻变存储器，该阻变存储器包括底电极、顶电极以及位于底电极和顶 电极之间的Al₂O_3-x阻变存储层，其中0.6＜x＜2.4。

其中，所述Al₂O_3-x阻变存储层的厚度为18nm-230nm。所述底电极和顶电 极的厚度为25nm-350nm。

所述底电极和顶电极为单质金属、合金、或导电的氧化物或氮化物，其中， 所述单质金属为Al、Pt、Au、W、Ag、Ti或Ta；所述合金金属为Au-Ni、Al-Ni、 Au-Ti；所述导电的氧化物为ITO(氧化铟锡)或IZGO(铟镓锌氧化物)；所 述导电的氮化物为AlN或TiN。

一种所述阻变存储器的制作方法，包括以下步骤：(1)衬底的清洗；(2) 采用磁控溅射法在衬底上形成底电极；(3)采用磁控溅射法在底电极上沉积 Al₂O_3-x阻变存储层；(4)采用磁控溅射法在Al₂O_3-x阻变存储层上形成顶电极。

本发明的优点在于：

本发明基于Al₂O_3-x薄膜的阻变存储器的制作方法简单，成本低，并且与传 统的CMOS工艺相兼容。

附图说明

图1为本发明的阻变存储器的基本结构示意图。

图2为本发明的阻变存储器的制作流程图。

图3为本发明实施例1的阻变存储器的电压电流示意图。

图4为本发明实施例1的阻变存储器加电脉冲后的电流电压测试曲线。

图5为本发明实施例1的阻变存储器在室温与85℃下的数据保持能力测试 曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，为本发明阻变存储器的制作流程图。具体地，该阻变存储器 的制作方法包括以下步骤：

步骤101：衬底清洗

作为衬底，一般由二氧化硅、玻璃、掺杂单晶硅、多晶硅或者其他绝缘材 料制成。由于衬底主要起到支撑整个阻变存储器结构的作用，所以清洗过程只 需要表明平整无污染即可。

步骤102：在衬底上形成底电极