电阻存储器制造技术

本发明专利技术提供一种含有导电氧化层，并可提供给可变电阻存储介质氧元素的非易失性电阻存储器件。该非易失性电阻存储器件，包括：底电极；可变电阻存储介质层，该介质层为氧化物；充当氧库的导电氧化物；以及顶电极。通过插入的导电氧化层为介质层提供电阻翻转时的氧空位来改善存储介质的翻转特性和稳定性及持久性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，涉及非易失性可变电阻存储器件。
技术介绍
二十一世纪，计算机技术、互联网以及新型大众化电子产品的高速 发展，对电子信息的存储处理产品的需求呈现高速上升趋势。存储技术 渗透于半导体产品中的各个角落，随着传统半导体工艺步入微纳加工的极限，占据市场90%份额的flash存储由于集成度低，操作速度低的缺点 遇到了发展的瓶颈，人们开始寻找下一代的优于目前的CMOS工艺的新一 代非易失性存储器件。这其中电阻随机过程存储器(Resistance Random Access Memory,简称RRAM)以其诸多的优越性近年来引起了世界各国科 研院所、高校以及企业的关注和研究。这些优点包括高密度存储、高 转化速度(ns)、长寿命(数万次转换)、低成本以及与传统CMOS工艺的 兼容性等。电阻随机过程存储器所选用材料包括二元过渡金属氧化物 (Ti02、 Cux0、 NiO、 Zr02、 Zn0等)、铁磁材料Pr卜xCaxMnO、掺杂SrTi03、 S r Zr03等以及有机材料和相变材料。图1是Si(M乍为存储介质的电阻存储单元的I-V (电流-电压)扫描 特性曲线实验图。存储介质单元初始处于低阻态(on state),随着扫描 电压增大介质单元转变到高阻态(off state),然后正向电压逐渐减小 到零，随后逐渐增加负偏压，当负向电压逐渐增大时介质单元重新回到 低阻态，之后负向电压减小到零形成一个循环。图2是电脉沖诱导的电 阻变化 (Electric-Pulse-Induced Reversible Resistance Change Effect,筒称EPIR)，在正负脉沖电压的激励下，存储介质实现高阻态和 低阻态之间的交替翻转从而实现"0"和'T，之间的信息存储。通常电 阻/人高阻态转变到j氐阻态的过程称为写入过程(programming or set process), /人低阻态转变到高阻态称^4察除过牙呈(erasing or resetprocess )。目前许多文献报道，电阻随机过程存储器的介质单元一般为多晶或 者非晶结构，单晶样品其电阻翻转效应并不理想，基于转变机理提出了 许多模型，但大多数则认为是存储介质层中存在的缺陷导致的。由于存 储介质中存在着许多缺陷，使得在给存储介质施加电场的过程中，电流 传导过程中的载流子一一电子或者氧空位，被限制在这些缺陷中心，当 施加反向电场时，载流子在反向电场的作用下被释放出来，这两个过程 则对应了介质层的高、低阻态。由于在底电极与顶电极之间只有存储介 质，所以在电阻转变过程中由于介质层内(特别是电极-氧化物介质界 面处)氧含量有限，使得存储单元在电阻翻转过程中高低阻差别不够大 和不稳定等缺点。如文献报道中出现电阻不是特别稳定持久性不足等问 题，也有文章和专利指出在电极之间插入緩冲氧化层，但一方面如果氧 化层电阻较大(大于或与存储介质电阻相当)使得给存储单元施加的偏 压大部分降落在緩沖层之中，另一方面如果，緩沖层电阻太小，存储介质 由于没有足够的偏压在内部不能形成强电场，又起不到文献和专利中指 出的緩冲层的作用； 一方面会降低器件的性能，另一方面为了给存储介 质施加足够的偏压形成内部强电场从而使得器件操作电压增大。
技术实现思路
为克服现有技术中电阻储存器所存在的缺陷，本专利技术提供了 一种在 电极与存储介质之间有导电氧化层的电阻储存器，该储存器中带有充当 氧库的导电氧化物；该导电氧化层为介质层提供电阻翻转时的氧空位来 改善存储介质的翻转特性和稳定性及持久性。一种电阻储存器，包括在衬底上形成的底电极；在底电极上形成的 存储介质层和在存储介质层上形成的顶电极，还包括插入底电极和顶电 极之间的导电氧化物层。进一步，所述导电氧化层在电阻储存器中插入的位置为底电极与 介质层之间、顶电极与介质层之间或者顶、底电极与介质层之间。进一步，所述的导电氧化层材料为Sn02基导电氧化物、111203基导电 薄膜、Zn0基导电薄膜、 一氧化物岩盐结构的LaO、 Nd0、 Ti0、金红石结 构二氧化物和铁磁金属性的Cr02及半金属性的V0及V203、三大基本体系材料组合而成的多元导电氧化物或半导体氧化物掺杂后形成的导电氧化 物。进一步，所述的存储介质为简单氧化物和复杂氧化物。 进一步，所述的简单氧化物为Ti02、 Ni0、 Cux0、 Zr02、 Si02 。 进一步，所述的复杂氧化物为Prl-xCaxMnO 、掺杂SrTi03、 SrZr03。 进一步，底电极和顶电极材料为不活泼金属、Cu、 W、 Al、 Ta、及 其合金和导电氮化物。进一步，在所述的衬底与底电极之间有过渡金属层。 进一步，所述的过渡金属层的材料为钛。附图说明图l以Si(M乍为存储介质的电阻存储器i-v扫描实验特性曲线。图2以Si(M乍为存储介质的电阻存储器在正负电脉沖的激励下的电 脉沖诱导的电阻转变(EPIR)效应。图3a为导电氧化层处于底电极和存储介质层之间的电阻存储器的 一个实施例截面图。图3b为导电氧化层处于顶电极和存储介质层之间的电阻存储器的 一个实施例截面图。图3c为底电极和顶电极与存储介质层之间都有导电氧化层的电阻 存储器的一个实施例截面图。图4a为导电氧化层处于底电极和存储介质层之间的电阻存储器的 一个实施例截面图。图4b为导电氧化层处于顶电极和存储介质层之间的电阻存储器的 一个实施例截面图。图4c为底电极和顶电极与存储介质层之间都有导电氧化层的电阻 存储器的一个实施例截面图。图5为以Ti02作为存储介质在存储介质与电极之间有导电氧化物 (ITO)的电阻存储连续10次I-V扫描实验特性曲线。图6为以Ti02作为存储介质在存储介质与电极之间有导电氧化物 (ITO)(EPIR)效应，具体实施例方式实施例1电阻存储器一个单元器件的结构如图3a所示所述的电阻存储器的 结构各层的排列顺序为衬底300，底电极301，存储介质303,导电氧 化层302,绝缘层304、存储单元和在存储单元内生成的顶电极305。 实施例2:电阻存储器一个单元器件的结构如图3b所示，所述的电阻存储器的 结构也可以为各层的排列顺序为衬底300，底电极301，导电氧化层 302,存储介质303，绝缘层304、存储单元和在存储单元内生成的顶电 才及305。 实施例3:电阻存储器一个单元器件的结构如图3c所示，所述的电阻存储器的 结构也可以为各层的排列顺序为衬底300,底电极301，导电氧化层 302-1,存储介质303，导电氧化层302-2，绝缘层304、存储单元和在存 储单元内生成的顶电极305。实施例1、 2、 3中是通过顶电极305的尺寸来限定器件尺寸的，但 本专利技术所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状， 而是包括实际器件制作时设计的各种形状，示例中器件形状均以长方形 表示。 实施例4:电阻存储器一个单元器件的结构如图4a所示，所述的电阻存储器 的结构也可以为各层的排列顺序为衬底400,底电极401及其存储单元，绝缘层404和 在存储单元中依次生成的导电氧化层402、存储介质层403以及顶电核_ 405。实施例5:电阻存储器一个单元器件的结构如图4b所示，所述的电阻存储器 的结构也可以为衬底4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻储存器，包括在衬底上形成的底电极；在底电极上形成的存储介质层和在存储介质层上形成的顶电极，其特征在于：还包括插入底电极和顶电极之间的导电氧化物层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张培健，赵宏武，孟洋，刘紫玉，廖昭亮，苏涛，潘新宇，梁学锦，陈东敏，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]