[发明专利]一种具有超薄转变功能层的阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有超薄转变功能层的阻变存储器及其制备方法。该阻变存储器具有类似三明治结构，包括底电极、给氧牺牲氧化层、顶电极以及位于给氧牺牲氧化层和顶电极之间的转变功能层，该转变功能层通过活性金属薄层的自然氧化形成。其制备方法包括：(1)衬底清洗；(2)利用物理气相沉积技术在衬底上沉积底电极；(3)利用物理气相沉积技术在衬底上沉积给氧牺牲氧化层；(4)利用物理气相沉积技术在给氧牺牲氧化层上面沉积活性金属薄层；(5)利用物理气相沉积技术在活性金属层上沉积惰性金属顶电极。本发明利用自然氧化界面层作为阻变存储器的转变功能层来进行阻变数据的存储，避免了界面氧化层对阻变存储器件性能的影响，可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种具有超薄转变功能层的阻变存储器及其制备方法，属于半导体非易失性存储器技术领域。

背景技术

近二十年来，人类社会全面进入互联网高速发展的信息时代，集成电路芯片产品已与人们生活的方方面面息息相关。其中，记录信息和存储数据的媒介-半导体存储器，在储存程序、文字、音频、影像等各类数据的应用上具有不可替代的重要地位。传统的平面Flash存储器正面临着追求单片集成密度提高和存储性能优化，与尽可能降低制造成本和减小工艺技术难度的两难压力，为了实现更高集成度、更高操作速度的存储，近年来很多新兴类型的非挥发存储器不断出现，在存储机制、材料选择和器件单元结构上都有根本的革新，并有望取代Flash存储器，其中阻变存储器就是这些新兴类型的非挥发存储器件之一。

阻变存储器本身具有很多优势。首先，其结构非常简单，生产成本低，只需制备类似三明治结构的器件即可实现复杂的功能。其次，阻变功能层材料可以选择与传统CMOS技术相兼容的材料，并通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(MOCVD)或原子层沉积(ALD)等CMOS技术中广泛采用的工艺方法制备。此外，研究显示，阻变器件具有极好按比例缩小能力，在缩小至几个纳米的尺寸时仍展现良好的器件特性。

现有阻变存储器件大多使用活性金属电极与氧化物阻变存储媒介，所以在金属/氧化物界面处不可避免的出现自然氧化层，这层自然氧化层对存储器的性能有着重大的影响。首先，有一类阻变存储器件是基于界面模型的；其次，界面层对基于导电通道通断型的阻变存储器也有较大影响，这是因为导电通道也是在界面处生成；最后，界面氧化层的生成使得具有阻变功能媒介的氧化层从单层氧化物变成了双层氧化物，这就增大了阻变存储器的设计难度，对诸多阻变参数也有较大的影响。

发明内容

鉴于现有阻变存储器存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有超薄转变功能层的阻变存储器，利用自然氧化界面层作为阻变存储器的转变功能层来进行阻变数据的存储，避免界面氧化层对阻变存储器件性能的影响，可靠性高。

本发明的另一目的在于提供一种所述阻变存储器的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有超薄转变功能层的阻变存储器，具有类似三明治结构，包括底电极、给氧牺牲氧化层、顶电极以及位于给氧牺牲氧化层和顶电极之间的转变功能层，该转变功能层通过活性金属薄层的自然氧化形成。

其中，所述给氧牺牲氧化层为稀土氧化物Dy₂O₃、CeO₂等或过渡金属氧化物NiO、HfO₂等，所述活性金属为Ti、Ta、Al或Cr。所述给氧牺牲氧化层的厚度低于20nm。

一种所述阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：

(1)衬底清洗；

(2)利用物理气相沉积技术在衬底上沉积底电极；

(3)利用物理气相沉积技术在衬底上沉积给氧牺牲氧化层；

(4)利用物理气相沉积技术在给氧牺牲氧化层上面沉积活性金属薄层；