本发明专利技术涉及微电子存储器领域，具体公开了一种改进的氧化物薄膜阻变存储器及其改进方法，包括自上而下的顶电极、氧化物阻变层、底电极以及绝缘衬底，所述顶电极与所述氧化物阻变层之间，或者所述底电极与所述氧化物阻变层之间设有界面层，所述界面层为金属氮氧化物薄膜。该氮氧化合物界面层的引入，一方面提高了阻变存储器的低态电阻，从而减小存储操作能耗；另一方面限制了阻变发生的范围，限制阻变方式；达到提高阻变存储器的耐疲劳性、稳定性和均匀性的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子存储器领域，具体公开了。
技术介绍
随着便携式消费电子被越来越广泛的使用，对大容量非挥发性存储器的需求也越来越迫切。传统的可擦除编程只读存储器(EPROM)和电可擦除编程只读存储器(E2PR0M)已远远不能满足现今的市场需求，而基于浮栅结构的快闪(flash)存储器也由于较高的操作电压和复杂的电路结构一直被业界所诟病，于是各种新型的下一代非挥发性存储器应运而 生，如铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)、阻变式存储器(RRAM)等。相比其他非挥发存储器，阻变式存储器以其低操作电压、低功耗、高写入速度、耐擦写、非破坏性读取、保持时间长、结构简单、与传统CMOS (互补金属氧化物半导体)工艺相兼容等优点而正在被工业界和学术界进行广泛地研究，极有可能成为传统Flash非挥发存储器的替代者。但是相对于传统的已经被产业化而大规模应用于实际电子产品的闪存技术，新型阻变存储器的疲劳性、稳定性和均匀性是其被应用于实际产品的最大障碍。现有研究表明，基于氧化物薄膜阻变存储器的电阻转变主要受控于氧离子的运动，如果能够精确控制氧离子的运动，则阻变存储器的疲劳性、稳定性和均匀性就能得到极大提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供。本专利技术第一方面公开了一种改进的氧化物薄膜阻变存储器，包括自上而下的顶电极、氧化物阻变层、底电极以及绝缘衬底，所述顶电极与所述氧化物阻变层之间，或者所述底电极与所述氧化物阻变层之间设有界面层，所述界面层为金属氮氧化物薄膜。所述底电极和顶电极材料为半导体工艺中常用的电极材料。较优的，所述底电极或顶电极材料选自导电金属、导电合金或导电氧化物。更优的，所述底电极或顶电极材料选自 Al、Cu、W、Ni、Ta、Pt、Au、TiNx (0〈x ( I)、TaNx(0〈x ( I)、WNx(0〈x ( I)、ZrNx(0〈x ( I)、VNx (0<x ( I)、HfNx (0<x ( I)、ITO或FTO。更优的，所述底电极和所述顶电极的厚度分别为 3 200nm。所述氧化物阻变层为非化学计量比的金属氧化物构成的薄膜。较优的，所述氧化物阻变层材料选自过渡金属氧化物、稀土金属氧化物或三元系金属掺杂金属氧化物。更优的，所述氧化物阻变层材料选自TaOx并且I. 5〈x〈2. 5、Zr0x并且I. 5〈x〈2、W0x并且2. 5〈x〈3、TiOx 并且 I. 5〈x〈2、ZnOx 并且 O. 5〈x〈l、CeOx 并且 I. 5〈x〈2、GdOx 并且 1〈χ〈1· 5。更优的，所述氧化物阻变层的厚度为3 200nm。所述绝缘衬底为半导体集成电路制备所使用的常用绝缘衬底。较优的，所述绝缘衬垫为Si02/Si。所述界面层为金属的氮氧化物构成的薄膜。较优的，所述金属氮氧化物选自Ti0xNy、Ta0xNy、W0xNy、V0xNy、Zr0xNy、Hf0xNy 或 MOxNy，并且 X 取值范围为 0〈χ〈0· 2，y 取值范围为0〈y〈l。更优的，所述界面层的厚度为f200nm。本专利技术各化学式中的数值均为摩尔比。较优的，所述阻变存储器还包括位于所述底电极与所述绝缘衬底之间的粘附层。更优的，所述粘附层为钛金属薄膜。更优的，所述钛金属层的厚度为f20nm。本专利技术第二方面公开了前述改进的氧化物薄膜阻变存储器的制备方法，所述方法为通过薄膜沉积法，按照所述阻变存储器的组成，在所述阻变存储器的绝缘衬底上按照由下往上的顺序依次沉积各薄膜层。 较优的，所述薄膜沉淀法选自磁控溅射沉积法、粒子束沉积法、物理气象沉积法、化学气象沉积法、蒸发沉积法或原子层沉积法。更优的，所述界面层的制备方法为通过薄膜沉积法，在所述底电极上方依次沉积金属氮化物薄膜、氧化物阻变层后，或者在所述底电极上方依次沉积氧化物阻变层、金属氮化物薄膜后，通过后续热处理或施加电场使界面层与氧化物阻变层之间发生界面反应，使金属氮化物薄膜转化为金属氮氧化物薄膜；最后沉积所述顶电极。最优的，所述后续热处理的温度为300 650°C，反应时间为20 40min。所述界面层的磁控溅射沉积法为，利用金属氮氧化合物对应的金属作为靶材，在溅射过程中通过控制Ar，N2, O2的比例，制备出金属氮氧化合物界面层。所述磁控溅射沉积法的条件为溅射时衬底温度100 400°C;溅射腔的本底真空度高于O. 5 X IO-3Pa,溅射时工作气压为O. 2 20Pa。本专利技术第三方面公开了一种氧化物薄膜阻变存储器的改进方法，所述氧化物薄膜阻变存储器包括顶电极-氧化物阻变层-底电极的三明治结构，所述改进方法为在底电极与氧化物阻变层之间，或者在顶电极与氧化物阻变层之间设置界面层，所述界面层为为金属的氮氧化物构成的薄膜。所述界面层为金属的氮氧化物构成的薄膜。较优的，所述金属氮氧化物选自Ti0xNy、Ta0xNy、W0xNy、V0xNy、Zr0xNy、Hf0xNy 或 MOxNy，并且 X 取值范围为 0〈χ〈0· 2，y 取值范围为0〈y〈l。更优的，所述界面层的厚度为f200nm。本专利技术第四方面公开了金属氮氧化物界面层在增强氧化物薄膜阻变存储器存储性能中的应用。通过在氧化物薄膜阻变存储器的所述底电极或顶电极，与所述氧化物阻变层之间设置界面层，改善氧化物薄膜阻变存储器存储性能，增强氧化物薄膜阻变存储器的稳定性、抗疲劳性以及可靠性。本专利技术界面层改进氧化物薄膜阻变存储器存储性能的原理为(以图I (a)为例，界面层位于氧化物阻变层与底电极之间)当给顶电极加上负电压或负脉冲的时候，氧化物薄膜中带负电的部分可移动氧离子02_就向金属氮氧化物界面层运动，本专利技术中引入的金属氮氧化合物界面层中已经预先填入适量的氧原子后，只有少量的02_可以运动进入界面层，随着02_的继续进入，界面层对02_的继续运动的阻碍作用就越来越大；当在顶电极加上正电压或正脉冲的时候，带负电的氧离子O2-就离开界面层运动而回到氧化物薄膜阻变层。这样通过正反电压或正负脉冲的交替施加，氧原子在氮氧化物界面层和氧化物阻变层之间来回运动，导致该存储器的电阻在低电阻和高电阻之间来回变化。如果界面层位于氧化物阻变层与顶电极之间(如图I (b)所示)则极性全部反过来，即当给顶电极加正电压或正脉冲的时候，氧化物薄膜中带负电的部分可以移动的氧离子就向金属氮氧化合物界面层运动，器件电阻相应地变小；当在顶电极加上负电压或负脉冲的时候，带负电的氧离子02_就离开界面层运动而回到氧化物薄膜阻变层，器件电阻变大；同样可以通过正反电压或正负脉冲的交替施加，实现存储器的电阻在低电阻和高电阻之间来回变化。这种界面层的引入将氧原子的运动局域在一个很小的范围一界面层与氧化物阻变层之间。这种结构还限制了阻变操作方式必须是双极型，正电压扫描或正脉冲使存储器电阻增大，负电压扫描或负脉冲使存储器电阻增大，这使得存储器操作更加稳定可靠。与只有金属作为底电极而没有界面层的存储器相比较，引入界面层后存储器的低电阻态的电阻可由10欧姆左右增加到450欧姆左右，同样的操作电压下，减小了电流，从而 减小了器件的能耗。从实验结果对比来看，引入界面层使器件的稳定性，疲劳性，可靠性都得到了增强。可见，常规的阻变存储器主要包括依次沉积在绝缘本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改进的氧化物薄膜阻变存储器，包括自上而下的顶电极、氧化物阻变层、底电极以及绝缘衬底，其特征在于，所述顶电极与所述氧化物阻变层之间，或者所述底电极与所述氧化物阻变层之间设有界面层，所述界面层为金属氮氧化物薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：翟继卫，周歧刚，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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