隧穿二极管整流器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及微电子器件与存储器技术领域，公开了一种用于双极性阻变存储器的隧穿二极管整流器件及其制造方法，该隧穿二极管整流器件包括：下电极；下电极之上的整流功能层；上电极。本发明专利技术的整流器件能够提供较高的电流密度，与阻变存储器串联后形成的1S1R结构能有效抑制阻变存储器阵列中的串扰现象，在不增加存储单元面积的情况下，有效提高存储密度，提高器件的集成度。本发明专利技术的用于阻变存储器的整流器件具有结构简单，易集成，成本低等优点，有利于本发明专利技术的广泛推广与应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子制造及存储器
，尤其涉及一种用于双极性阻变存储器的。
技术介绍
半导体存储器主要分为两大类:挥发性存储器和非挥发性存储器。以闪存(Flash)为代表的非挥发性存储器具有在掉电情况下能够长期保持存储信息的能力及低功耗等优点，逐渐成为半导体工业中的研发重点。随着近些年来多媒体应用、移动通信等对大容量、低功耗存储的需要，以及消费类个人便携设备的发展，Flash型非挥发性存储器得到充足的发展，成为半导体器件的市场中一种相当重要的存储器。尽管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，科学界和工业界开始寻找一种能够替代传统的闪存(Flash)的新型非挥发性存储器。目前出现的新型非挥发性存储器，包括铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)和阻变存储器(RRAM)等。其中阻变存储器由于具备操作电压低、非破坏性读取、操作速度快、记忆时间(Retention)长、耐久力(Endurance)好、多值存储以及结构简单、器件面积小、能进行3D集成等优点而逐渐成为目前新型非挥发性存储器件中的研究重点。阻变存储器的基本结构为上电极-阻变功能层-下电极的三明治结构，通过阻变功能层中阻变材料的特性，在上下电极所加电压的作用下，器件的电阻会在高阻态、低阻态之间发生转换，实现“O”和“I”的存储，其电阻转变特性如图1所示，其中图1(a)为单极性阻性转变曲线，图1(b)为双极性阻性 转变曲线。RRAM的集成阵列的常用结构包括只有一个RRAM单元(IR)、一个晶体管一个RRAM单元(ITlR)和一个二极管一个RRAM单元(IDlR)三种结构，如图2所示。其中采用IR结构的阻变存储器阵列中，每个存储单元由相互交叉的字线和位线构成的上下电极所确定，与其它两种结构相比，具有很高的存储密度。然而，这种IR基本结构形成的交叉存储阵列却存在着比较严重的串扰(Crosstalk)问题(如图3所示)，在一个2X2的交叉存储阵列中，坐标为(1，1)的存储器件处于高阻态(HRS)，其余三个相邻器件(1，2)、(2,2)和(2，I)都处于低阻态(LRS)，如果在(1，1)器件所在的字线(Word Line)上加读电压时，希望的电流通路如图3中虚线所示，但实际上电流沿着低阻通道(2，I) — (2,2) — (1,2)(图3中实线所示)进行传导，形成一个漏电通道，使得这时本来为HRS的(1，1)器件被误读成LRS，此即交叉阵列中所谓的“串扰”。这种串扰问题会导致的要访问的RRAM存储单元信息的误读，大大降低RRAM存储器件的可靠性。通常解决串扰问题的方法有集成MOS管的阻变存储器ITlR结构或外接二极管的阻变存储器IDlR结构两种，这类结构的阻变存储器利用外接的二极管或三极管作为存储器单元的整流管来控制存储器单元的导通，使得未被寻址的存储器单元无法访问的方法来解决上述的串扰问题。然而，采用ITlR结构时，存储器单元面积主要取决于晶体管的面积，无法发挥RRAM优良的可缩小性优势，而且采用ITlR结构难以进行3D集成以提高存储密度；而采用IDlR结构虽然能够保证器件的单元面积最小，同时也利于3D集成。但目前报道的二极管通常只有单向导通的特性，因此只能用于单极性阻性转变(Unipolar Resistive Switching, URS)的 RRAM 单兀,无法用于双极性阻性转变(BipolarResistive Switching，BRS) RRAM器件单元。对RRAM器件而言，双极性阻变特性的RRAM器件具有更加稳定的电阻转变特性。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题针对上述现有RRAM集成方案中遇到的问题，本专利技术的主要目的在于提供一种制造工艺简单、制造成本低、在不增加RRAM单元面积的情况下易于与双极性电阻转变存储器集成的。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种用于双极性阻变存储器的隧穿二极管整流器件，包括:下电极；形成于该下电极之上的整流功能层薄膜；以及形成于该整流功能层薄膜之上的上电极。上述方案中，所述上电极和下电极均采用Pt、Ag、W、T1、Al、Cu、Ru、TiN或TaN中的任一种。上述方案中，所述整流功能层薄膜采用Al2O3或MgO材料。上述方案中，所述整流功能层薄膜的厚度为3至10nm。·上述方案中，根据所选用的上电极及下电极材料的不同，该隧穿二极管整流器件具有对称或非对称的非线性整流电学特性。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种用于双极性阻变存储器的隧穿二极管整流器件的制造方法，该方法包括:提供衬底；在该衬底上形成下电极；在该下电极上形成整流功能层；以及在该整流功能层上形成上电极。上述方案中，所述提供衬底的步骤中，所述衬底为Si02、S1、SiC或GaAs，或者为通过连接插塞与下电极相连的CMOS电路。上述方案中，所述在该衬底上形成下电极的步骤中，是利用电子束蒸发、物理汽相沉积或化学汽相沉积工艺在该衬底上沉积Al金属层作为下电极，所述Al金属层的厚度为50nmo上述方案中，所述在该下电极上形成整流功能层的步骤中，是利用磁控溅射、物理汽相沉积或化学汽相沉积工艺在该下电极上沉积Al2O3整流功能层，所述Al2O3整流功能层的厚度为3nm。上述方案中，所述在该整流功能层上形成上电极的步骤中，是利用电子束蒸发、物理汽相沉积或化学汽相沉积工艺在该整流功能层上沉积Al金属层作为下电极，所述Al金属层的厚度为70nm。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:1、利用本专利技术，器件的制备工艺简单，降低了存储器的制作成本，有利于存储器的集成。2、利用本专利技术，能够为ISlR结构双极性阻变存储器提供双向整流器件，抑制读串扰。3、利用本专利技术，能够为ISlR结构双极性阻变存储器提供较高的电流密度，减少串联电阻效应对阻变存储器的影响。附图说明通过参考附图对本专利技术的示范性实施例的详细描述中，本专利技术的上述和其他特点和优点将更为明显，在附图中:图1是常见的阻变存储器器件的电阻转变特性示意图，其中图1 (a)为单极性阻性转变曲线，图1(b)为双极性阻性转变曲线。图2是阻变存储器阵列集成中三种基本存储单元结构的等效电路示意图；图3为阻变存储器IR基本结构交叉存储阵列中串扰问题的示意图；图4为根据本专利技术实施例的用于双极性阻变存储器的隧穿二极管整流器件的结构示意图；图5为根据本专利技术实施例的ISlR结构双极性阻变存储器单元示意图；图6为集成隧穿二极管整流器的ISlR结构双极性阻变存储器的1-V特性示意图。其中(a)为隧穿二极管整流器的1-V特性示意图，(b)为双极性阻变存储器的1-V特性示意图；(c)为集成隧穿二极管整流器之后ISlR结构单元的1-V特性图。图7为根据本专利技术实施例的隧穿二极管整流器的制造方法流程图；图8-图10为根据本专利技术实施例的隧穿二极管整流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目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双极性阻变存储器的隧穿二极管整流器件，其特征在于，包括：下电极；形成于该下电极之上的整流功能层薄膜；以及形成于该整流功能层薄膜之上的上电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，谢宏伟，龙世兵，吕杭炳，刘琦，李颖弢，谢长青，
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：