一种电阻型存储器及其制备方法技术

本发明专利技术属存储器技术领域，提供了一种电阻型存储器及其制备方法，该电阻型存储器包括下电极、上电极以及置于上、下电极间的存储介质层，该存储介质层包括基于第二金属材料的金属氧化物层和基于第一金属材料的金属氮氧化物层，基于第一金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值大于基于第二金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值，金属氮氧化物层通过基于第一金属材料的金属氮化物层在接触基于第二金属材料的金属氧化物层的界面处被部分地氧化形成。该电阻型储器具有擦写次数多、初始电阻以及开态电阻高、高低阻窗口大、以及数据保持能力好的优点，能明显提高电阻型存储器的存储性能，且其制备方法相对简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于存储器
,具体涉及电阻型存储器(Resistive Memory),尤其涉及选择一种金属氧化物的吉布斯自由能绝对值较大的金属、以在该金属氮化物层与下电极氧化物层之间形成一层金属氮氧化物的电阻型存储器及其制备方法。
技术介绍
存储器在半导体市场中占有重要的地位，由于便携式电子设备的不断普及，不挥发存储器在整个存储器市场中的份额也越来越大，其中90%以上的份额被FLASH(闪存)占据。但是由于存储电荷的要求，FLASH的浮栅不能随技术代发展无限制减薄，有报道预测FLASH技术的极限在20nm左右，这就迫使人们寻找性能更为优越的下一代不挥发存储器。最近电阻型转换存储器件(Resistive Switching Memory)因为其高密度、低成本、可突破 技术代发展限制的特点引起高度关注，所使用的材料有相变材料、掺杂的SrZrO3、铁电材料PbZrTiO3、铁磁材料PivxCaxMnO3、二元金属氧化物材料、以及有机材料等。电阻型存储器(Resistive Memory)是通过电信号的作用、使存储介质在高电阻状态(High Resistance State, HRS)和低电阻状态(Low Resistance State, LRS)之间可逆转换，从而实现存储功能。电阻型存储器使用的存储介质材料可以是各种半导体二元金属氧化物材料，例如，氧化铜、氧化钛或者氧化钨等。但是，电阻型存储器在推向于实际工业化应用时，其也存在各种各样的问题，例如，初始电阻低，低阻态电阻小，可擦写次数少，以及数据保持能力差等缺点。以下以基于W0X(1 < χ彡3)的电阻型存储器为例进行说明。图I所示为现有技术WOx电阻型存储器的结构示意图。如图I所示，WOx电阻型存储器是集成于铝互连后端结构的钨栓塞上，其中(a)为WOx电阻型存储器的结构示意图，(b)为WOx存储介质层部分的SEM图。WOx电阻型存储器的下电极(BE)为铝互连后端结构的某一层铝线，上电极(TE)为铝互连后端结构的另一层铝线，上电极和下电极之间通过钨栓塞(W-plug)连接，通过对钨栓塞的顶端氧化形成WOx存储介质层。从图1(b)中可以看出，WOx存储介质层为梯度分布的氧化物(Graded oxide) ,WOx存储介质层与上电极直接接触。为节约成本,通常直接以招互连的铝线作为上电极，而铝线一般是由TiN的扩散阻挡层经过测试，图I所示的WOx电阻型存储器的存储性能具有以下缺点(I)初始电阻低；(2)低阻态低，高低阻窗口小；(3)可擦写次数少；(4)数据保持能力差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提高电阻型存储器的存储性能。为实现以上目的或者其他目的，本专利技术提供以下技术方案。按照本专利技术的一个方面，提供一种电阻型存储器，其上电极、下电极、以及置于所述上电极和下电极之间的存储介质层；其特征在于，所述存储介质层包括基于第二金属材料的金属氧化物层和基于第一金属材料的金属氮氧化物层；所述第一金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值大于所述第二金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值，所述金属氮氧化物层通过基于所述第一金属材料的金属氮化物层在接触所述第二金属材料的金属氧化物的界面处被部分地氧化形成。按照本专利技术提供的较佳实施方式，其中，所述金属氮氧化物层通过所述金属氮化物层与所述基于第二金属材料的氧化物层接触后热处理自形成。其中，所述基于第二金属材料的金属氧化物层通过含氧气氛中氧化、或者通过氧等离子体下氧化、或者通过离子注入方法氧化。按照本专利技术提供的一实施方式，其中，所述基于第二金属材料的金属氧化物层为WOx，其中I < χ≤3。较佳地，所述基于第一金属材料的金属氮氧化物为A10xNy、Ta0aNb、Hf0aNb、Zr0aNb或TiOaNb，其中 O < χ ≤ I. 5，0 < y ≤ I ;其中 O < a ≤ 2，O < b ≤ I. 3。较佳地，所述基于第一金属材料的金属氮化物层为铝的氮化物、钽的氮化物、铪的氮化物、锆的氮化物或者钛的氮化物。所述基于第一金属材料的金属氮化物通过第一金属在氮气氛围下派射形成。较佳地，所述下电极为第二金属材料，所述基于第二金属材料的金属氧化物通过对所述下电极自对准氧化形成。具体地，所述第二金属材料可以为W，所述基于第二金属材料的金属氧化物为W0X，其中I < X≤3。所述上电极可以为钽、铪、锆、钛或者铝。按照本专利技术提供的又一实施方式，其中，所述第二金属材料为Cu，所述基于第二金属材料的金属氧化物为CuxO，其中I < χ < 2。具体地，所述上电极可以为钽、铪、锆、钛、钨、铝、铁、锰、镍或者钴。优选地，所述金属氮氧化物层的厚度范围为O. 4纳米至10纳米。按照本专利技术提供的较佳实施方式，其中，其特征在于，所述电阻型存储器集成于铝互连后端结构的鹤检塞上，所述下电极为所述鹤检塞。按照本专利技术提供的又一较佳实施方式，其中，所述电阻型存储器集成于铜互连后端结构的铜引线或者通孔上，所述下电极分别对应为所述铜引线或者所述通孔。按照本专利技术的又一方面，提供一种制备以上所述及的电阻型存储器的方法，其包括以下步骤(I)构图形成下电极；(2)在所述下电极上形成基于第二金属材料的金属氧化物层；(3)在所述金属氧化物层上沉积形成基于第一金属材料的金属氮化物层；所述第一金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值大于所述第二金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值；(4)在所述金属氮化物层上沉积形成上电极；以及(5)退火以使所述金属氮化物层在接触于所述第二金属氧化物的界面处被部分地氧化形成基于第一金属材料的金属氮氧化物层。按照本专利技术提供的方法的一实施方式，其中，所述下电极为铝互连后端结构中的钨栓塞，所述第二金属材料为钨，所述金属氧化物层为WOx，其中I < X彡3。所述上电极可以为钽、铪、锆、钛或者铝。按照本专利技术提供的方法的又一实施方式，其中，所述下电极为铜互连后端结构中的铜引线或者通孔，所述第二金属材料为铜，所述金属氧化物存储介质层为CuxO，其中I< χ ^ 2ο所述上电极可以为钽、铪、锆、钛、钨、铝、铁、锰、镍或者钴。本专利技术的技术效果是，通过设置基于第一金属的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值大于基于第二金属的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值，从而可以在一定条件下(例如退火)，在所述第一金属氮化物和所述第二金属氧化物的交界处形成一薄层基于第一金属的金属氮氧化物层，该金属氮氧化物层具有充足捕获电子的缺陷，从而能使该电阻型存储器具有擦写次数多、初始电阻及开态电阻(低阻态)高、高低阻窗口大、以及数据保持能力好的优点，大大提高了电阻型存储器的存储器性能。并且，该电阻型存储器的制备方法相对 简单。附图说明图I是现有技术WOx电阻型存储器的结构示意图；图2是按照本专利技术提供的第一实施例的电阻型存储器的结构示意图；图3是按照本专利技术提供的第二实施例的电阻型存储器的结构示意图；图4是图2所示实施例的电阻型存储器集成于铜互连后端结构的示意图；图5是图2所示实施例的电阻型存储器集成于铝互连后端结构的示意图；图6是制备图2所示实施例电阻型存储器的方法流程示意图。具体实施例方式在下文中结合图示在参考实施例中更完全地描述本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻型存储器，包括上电极、下电极、以及置于上电极和下电极之间的存储介质层；其特征在于，所述存储介质层包括基于第二金属材料的金属氧化物层和基于第一金属材料的金属氮氧化物层；所述第一金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值大于所述第二金属材料的金属氧化物的吉布斯自由能绝对值，所述金属氮氧化物层通过基于所述第一金属材料的金属氮化物层在接触所述第二金属材料的金属氧化物的界面处被部分地氧化形成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林殷茵，刘易，宋雅丽，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：