阻变存储器及其制造方法技术

一种阻变存储器及其制造方法，所述存储器包括：下电极；下电极之上的局部控制电极；下电极和局部控制电极之上的存储介质层；存储介质层之上的上电极。通过下电极上的局部控制电极，增强了存储介质内的局域电场强度，使导电细丝更容易沿着该控制电极形成，这样有效控制了导电细丝形成以及断开，从而解决了由于导电细丝随机形成而导致的编程电压离散的问题，使器件的编程电压具有集中性，提高了器件工作的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件及制造技术，更具体地说，涉及一种。
技术介绍
随着可携式个人设备的流行，非挥发性存储器由于具有在无电源供应时仍能维持记忆状态和操作低功耗等优点，逐渐成为半导体工业中的研发重点。目前市场上的非挥发性存储器仍以闪存(flash)为主流，但是由于闪存存在操作电压过大、操作速度慢、耐久力不够好以及由于器件尺寸缩小过程中隧穿氧化层不断减薄导致保持时间不够长等缺点，现在的研发重点逐渐转向了可以取代闪存的新型非挥发性存储器。 阻变存储器(RRAM)由于具有写入操作电压低、写入擦除时间短、保持时间长、非破坏性读取、多值存储、结构简单以及存储密度高等优点，因此逐渐成为目前新型非挥发性存储器件中的研究重点。阻变存储器的存储原理是建立在阻变材料的可逆阻变特性上，也就是说，阻变材料在电信号下可以在高阻态和低阻态间实现可逆的转变。目前，针对电阻转变存储器的转变机理还存在一定的争议，但是已经有一些机理经过的广泛的论证，固态电解液电阻转变存储器就是其中一种。固态电解液阻变存储器器件的基本结构，如图I所示，主要包括下电极11、存储介质层12和上电极13，下电极采用电场作用下为惰性的金属，上电极采用电场作用下易氧化的金属，存储介质为固态电解液材料。该固态电解液阻变存储器的工作原理为上电极在电场作用下氧化为金属离子，并沿电场移动到下电极并还原成原子，这些原子堆积形成导电细丝，当这些细丝到达上电极时，使上下电极相连，存储器处于低阻状态；在反向电场作用下，该导电细丝断开，存储器回复到高阻状态。这两种状态可以分别用来表征‘0’和‘1’，并且这两种状态在外加电场的作用下可以相互转换。目前，对于电解液材料主要是硫系化合物，例如CuS、AgS和AgGeS等，此外，还有一些二元氧化物，例如ZrO2、HfO2、ZnO、TaOx、SiO2、WOx等，也具有固态电解液的类似性质，而且具有制造成本低、工艺简单以及和CMOS工艺兼容的优点，提出将二元氧化物作为固态电解液材料。但是，问题在于，在这些材料中，参考图2，导电细丝形成的过程是一个随机的过程，会随机形成多条导电细丝，且到达上电极的时间点也不同，在重复转换过程中，导电细丝很难沿着相同的路径形成和断开，这样会造成器件的编程电压具有很大的离散性，影响器件工作的稳定性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种，解决了导电细丝随机形成的问题，使器件的编程电压具有集中性，提高了器件工作的稳定性。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下技术方案一种阻变存储器，包括本专利技术实施例还公开了一种阻变存储器的制造方法，包括下电极；下电极之上的局部控制 电极；下电极和局部控制电极之上的存储介质层；存储介质层之上的上电极。可选地，所述局部控制电极为圆锥形、柱形或针形。可选地，所述局部控制电极的厚度范围为1-100纳米。可选地，所述局部控制电极的底部直径的范围为5-20纳米。可选地，所述局部控制电极包括Ti、W、Cu、Ni或Ru。此外，本专利技术还提供了上述阻变存储器的制造方法，所述方法包括提供衬底； 在所述衬底上形成下电极；在所述下电极上形成局部控制电极；在所述下电极和局部控制电极上形成存储介质层；在所述存储介质层上形成上电极。可选地，形成局部控制电极的步骤包括在下电极上形成控制电极材料层；在控制电极材料层上形成掩膜图案层；湿法腐蚀控制电极材料层以形成局部控制电极；去除掩膜图案层。可选地，所述局部控制电极的厚度范围为1-100纳米。 可选地，所述局部控制电极为圆锥形、柱形或针形。可选地，所述局部控制电极的底部直径的范围为5-20纳米。可选地，所述局部控制电极包括Ti、W、Cu、Ni或Ru。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点本专利技术的阻变存储器单元及其制造方法，在阻变存储器的下电极上形成有局部控制电极，该局部控制电极增强了存储介质层内的局域电场强度，由于该控制电极区域的局域电场强度高于其他区域，使导电细丝更容易沿着该控制电极形成，这样有效控制了导电细丝形成以及断开，从而解决了由于导电细丝随机形成而导致的编程电压离散的问题，使器件的编程电压具有集中性，提高了器件工作的稳定性。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图I为阻变存储器器件的基本结构示意图；图2为传统的阻变存储器导电细丝形成的示意图；图3为根据本专利技术实施例的阻变存储器的结构示意图4为根据本专利技术实施例的阻变存储器导电细丝形成的示意图；图5-11为根据本专利技术实施例的阻变存储器的各个制造阶段的示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表 示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如
技术介绍
部分所述，传统的固态电解液阻变存储器在导电细丝形成数量和形成路径上存在很大的随机性，这样会造成每次操作存储器的编程电压具有离散性，影响器件工作的稳定性，为此，本专利技术提供了一种阻变存储器，通过下电极上的局部控制电极，增强存储介质内的局域电场强度，来控制导电细丝形成和断开，解决由于导电细丝随机形成而导致的编程电压离散的问题。参考图3，所述存储器包括下电极102 ；下电极上的局部控制电极110 ；下电极102和局部控制电极110之上的存储介质层112 ；存储介质层112之上的上电极114。 本专利技术实施例中，下电极102可以形成于衬底100上，衬底100可以为Si衬底，Si衬底上形成有SiO2绝缘层，SiO2绝缘层的厚度可以为lOOnm。在其他实施例中，所述衬底还可以包括但不限于其他半导体或化合物半导体，如碳化硅、砷化镓、砷化铟或磷化铟。根据现有技术公知的设计要求(例如P型衬底或者n型衬底)，衬底100可以包括各种掺杂配置。此外，衬底中还可以包括其他器件。其中，所述下电极102可以为包括惰性金属、惰性金属化合物或其他合适的金属材料的单层或多层结构，所述惰性金属例子包括W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta，所述惰性金属化合物的例子包括TiN、TaN, ITO、IZ0，厚度可以为大约l_500nm。在本专利技术一个实施例中，所述下电极102包括Ti、Pt的两层结构，其中所述Ti层的厚度可以为20nm，所述Pt层的厚度可以为80nm，Ti层为Pt层和SiO2绝缘层的粘附层。其中，所述局部控制电极110可以包括任意金属材料,例如，Ti、W、Cu、Ni、Ru等，所述局部控制电极可以为圆锥形、圆柱形、针形或其他合适的形状，厚度可以为1-lOOnm，底部直径可以为5-20nm。在本专利技术一个实施例中，所述局部控制电极110为圆锥形，包括金属Ti，厚度为20nm，底部直径为20nm。其中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻变存储器，其特征在于，所述存储器包括：下电极；下电极之上的局部控制电极；下电极和局部控制电极之上的存储介质层；存储介质层之上的上电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琦，刘明，龙世兵，吕杭炳，张森，李颖涛，王艳，连文泰，谢常青，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：