[发明专利]一种基于掺钛氧化铌的1S1R器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于掺钛氧化铌的1S1R器件及其制备方法，该器件包括：底电极；转换层；阻变层；顶电极；转换层为钛掺杂的氧化铌。本申请的器件，转换层为钛掺杂的氧化铌，基于该材料制得的选通管有操作电压十分稳定、抗高脉冲电流等优点；阻变层采用氮化硅薄膜，由于氮化物的存在使得氧空位移动受到限制，使得氧空位更为可控。本申请采用掺钛氧化铌作为选通管功能层和氮化硅薄膜作为阻变层，使制得的1S1R器件具有稳定的SET电压、RESET电压、负极性阈值电压和正极性保持电压等相关操作电压，明显的存储窗口和选通比(非线性值)，在直流耐受性测试中表现出较强的稳定性，因此能够有效地减小漏电流，有一定的抗串扰能力。

技术领域

本发明涉及信息存储技术领域，尤其涉及一种基于掺钛氧化铌的1S1R器件及其制备方法。

背景技术

随着大数据时代的到来，需要存储分析的信息正在爆炸式增长,因此存储器有着巨大的需求和市场，不断提高存储器的性能成为信息科学领域的一个关键性基础问题。随着半导体技术节点的不断向前推进，摩尔定律在逐渐受到挑战，目前主流的基于电荷存储机制的浮栅结构的闪存存储器也正面临着严重的技术挑战，当其特征尺寸缩小到16nm以下，继续缩小将面临诸多物理极限，如浮栅耦合、电荷泄露、相邻单元之间的串扰问题等，因此亟待寻求下一代非挥发性存储器。

阻变存储器(RRAM)因其结构简单、功耗低、单元尺寸小、器件密度高、编程/擦写速度快、且与互补金属氧化物(CMOS)工艺兼容等特点，与传统闪存相比具有明显优势，被认为是最适合三维集成的新型存储器之一。所以，RRAM成为重要的下一代存储技术之一，具有取代现有主流Flash存储器的潜力，受到工业界和学术界的高度重视。在RRAM的存储阵列架构中，由于RRAM单元置于低阻态时的欧姆导电特性，使得在读取某一阻变单元阻值时，其相邻交叉单元若也处于低阻态便会有电流流过，使得读取到的阻值不准确，这个过程称为串扰效应(Cross-Talk)，相邻低阻单元上的电流称为漏电流或串扰电流。当存储阵列变大或多层阵列堆叠时,更多的漏电流将使串扰效应更加严重，使得读取到的信息不准确，此外，漏电流还会引起功耗增大等问题。

为解决串扰问题，目前主要的解决方法有：一、集成一个具有整流特性的二极管，构成1D1R(D是二极管，R是RRAM单元)结构，但这种结构只适用于单极性的RRAM；二、设计自整流RRAM器件，使器件在低阻态时具有整流特性，但该类器件的性能还不够稳定；三、采用互补型阻变存储器(CRS)结构，但CRS结构复杂制备困难；四、集成一个场效应晶体管构成1T1R结构，但该结构单元面积大，占用硅衬底面积，不利于三维集成；五、集成一个选通管构成1Selector-1 RRAM(1S1R)结构。其中1S1R结构，结构简单、不依赖CMOS工艺的前段制程，可以实现最小的存储单元面积4F²(F为特征尺寸)等自身优势。

三维集成技术是RRAM实现超高密度存储的必然选择，要实现这一点，1S1R结构单元成为了关键。因此，只有得到性能稳定、抑制漏电流效果优异的1S1R单元，解决阵列中存在的串扰问题之后，才能将1S1R应用到RRAM的三维存储阵列当中。

当前RRAM的三维存储阵列主要有两种：一种是交叉阵列多层堆叠结构(X-point交叉阵列)，即把二维交叉阵列结构重复制备，堆积多层形成；另一种方法是垂直交叉阵列结构(V-point垂直阵列)，即把传统的水平交叉阵列结构旋转90度并在水平方向重复延伸形成垂直交叉结构三维阵列。在当前已有技术中，只有当RRAM和选通器件集成形成1S1R器件时保留中间电极才有稳定性能，需要注意的是，V-point三维垂直结构不能接受RRAM器件和选通器件集成时存在中间电极，因为其特殊结构导致在有中间电极时同一垂直支柱上的单元之间存在短路连通的风险，因此，V-point三维垂直结构中的器件单元需要是一个没有中间电极的1S1R器件。

因此，如何提高善1S1R器件的稳定性、减小1S1R器件的漏电流以及没有中间电极的1S1R器件，成为本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容