[发明专利]双极性阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种双极性阻变存储器及其制备方法，其中，该制备方法包括：在衬底上形成底电极；采用等离子增强的化学气相沉积法，通过调节射频功率和/或腔室压强，在底电极上形成阻变介质层；在阻变介质层上形成活性电极，以构成双极性阻变存储器。本发明的双极性阻变存储器的制备方法通过调节射频功率和/或腔室压强可以实现阻变介质层致密度的控制，进一步借助于薄膜沉积时间的变化实现阻变介质层厚度的调节以及活性电极的厚度调节，使得本发明的双极性存储器可以将较低操作电压、较快编程速度和较高的稳定性集成于一体，极大促进了该器件在物联网、嵌入式等领域的应用。

技术领域

本发明属于半导体器件及集成电路领域，具体涉及一种操作电压低、高速、高可靠性的双极性阻变存储器件及其制备方法。

背景技术

随着技术节点的不断推进，晶体管的沟长减小，存储的电荷数量随之减少，导致基于电荷存储的SRAM、DRAM和FLASH等存储器中存储的数据易于丢失、器件性能变差以及可靠性降低，传统存储器的前景受限。因此，需要进一步发展基于非电荷存储的新型存储器。另外，当前的电脑体系采用冯诺依曼架构，该架构中计算单元与存储单元分离，每次运算都有大量数据在计算单元与存储单元之间搬运，降低了能量利用率，且具有较高的操作能耗和较低的存取速度，也制约了计算机的进一步发展。为解决上述问题，需要考虑存储-计算一体化架构，因而需要发展具有存内计算功能的新型器件。由此可见，当前存储器应用的发展方向为研究一种基于新材料和新存储机理且具有存算一体功能的新型器件。

阻变存储器具有结构简单、面积可缩小性强、制备工艺与当前CMOS工艺兼容、操作能耗低等优点，并且具有非易失特性，在撤去外界电压之后，器件依旧能够保持较好状态，具有存内计算能力。因此，基于金属氧化物的阻变存储器作为存算一体功能的新型器件受到广泛关注，有望成为新一代存储器。然而，现有技术中阻变存储器的操作电压普遍较高，难以与当前外围电路的时钟电压相匹配；此外，不同类型的阻变存储器各有优缺点，无法将操作电压低、速度快、稳定性强等优点集于一身，限制了阻变存储器的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决现有技术中阻变存储器的操作电压较高而无法与外围电路时钟电压相匹配，以及无法将操作电压低、速度快、稳定性强等优点集于一身的技术问题，本发明提供了一种双极性阻变存储器及其制备方法。

(二)技术方案

本发明的一个方面提供了一种双极性阻变存储器，包括：衬底、底电极、阻变介质层和活性电极，底电极位于衬底上；阻变介质层位于底电极上，阻变介质层采用等离子增强的化学气相沉积法，通过调节射频功率和/或腔室压强形成；活性电极位于阻变介质层上，以构成双极性阻变存储器。

可选地，双极性阻变存储器还包括：粘附层和顶电极。粘附层位于衬底和底电极之间；顶电极，位于活性电极上。

可选地，阻变介质层的折射率为1.488-1.545。

可选地，衬底为硅片，厚度为40nm-100nm；阻变介质层的材料为HfO₂、Ta₂O₅和SiO₂中之一，厚度为5-20nm；活性电极的材料为Ag、Ni、Co或Cu，厚度为3-10nm。

可选地，粘附层的材料为钛Ti，厚度为10nm-30nm。

可选地，底电极和顶电极的材料为导电金属或导电金属合金，厚度均为40-100nm，其中，导电金属为Au、Pt、Pd、Ru、Ir、W中的一种，金属合金为TiN、TaN中的一种。

本发明的另一方面公开了一种上述的双极性阻变存储器的制备方法，包括：在衬底上形成底电极；采用等离子增强的化学气相沉积法，通过调节射频功率和/或腔室压强，在底电极上形成阻变介质层；在阻变介质层上形成活性电极，以构成双极性阻变存储器。