具有整流特性的阻變存儲器器件及其制作法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微電子技術(shù)以及存儲器器件【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種具有自整流特性的阻變存儲器器件及其制作方法。該阻變存儲器器件結(jié)構(gòu)包括：下電極、上電極、以及包含在下電極與上電極之間的阻變存儲層。本發(fā)明提出的阻變存儲器器件結(jié)構(gòu)與制備工藝簡單、制造成本低，并且在低阻態(tài)時具有整流特性，能夠有效抑制讀串?dāng)_問題。
【專利說明】具有整流特性的阻變存儲器器件及其制作法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子技術(shù)以及存儲器器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有整流特性的阻變存儲器器件及其制作法。
【背景技術(shù)】
[0002]存儲器器件主要分為揮發(fā)性和非揮發(fā)性兩大類。揮發(fā)性存儲器在斷電時存儲的信息立即丟失，它需要持續(xù)的電源供應(yīng)以維持存儲的信息。與揮發(fā)性存儲器相反，非揮發(fā)性存儲器在無電源供應(yīng)時存儲的數(shù)據(jù)仍能長時間保持下來，因此非揮發(fā)性存儲器在存儲器市場中所占的比例越來越大。當(dāng)前存儲器市場上的非揮發(fā)性存儲器以閃存(FLASH)為主流，但是FLASH存儲器在器件尺寸不斷縮小化過程中存在操作電壓大、操作速度慢、耐久力不夠好等缺點(diǎn)，這在很大程度上限制了其在市場以及高科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。如圖1所示，以薄膜材料的電阻在外加電壓的作用下能夠在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換為基本工作原理的阻變存儲器由于具有簡單的三明治器件結(jié)構(gòu)、功耗低、操作速度快、保持時間長、存儲密度高、可縮小性好等特點(diǎn)被認(rèn)為是下一代非揮發(fā)性存儲器的有力候選。
[0003]作為下一代新型存儲器技術(shù)的有力競爭者，阻變存儲器的集成問題成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。單個阻變存儲單元集成中碰到的最嚴(yán)重問題就是讀串?dāng)_，如圖2所示，在一個最簡單的2 X 2交叉陣列結(jié)構(gòu)中，如果有一個阻變存儲單元A處于高阻態(tài)而其他三個阻變存儲單元B，C，D處于低阻態(tài)，在讀取阻變存儲單元A的狀態(tài)時電流將沿著三個處于低阻態(tài)的存儲器單元形成一條漏電通道，如圖2中的虛線所示，使得讀出來的電阻值不是阻變存儲單元A的真實(shí)電阻值，即所謂的讀串?dāng)_問題。當(dāng)陣列mXn(m，n>2)變得很大時，所述漏電通道將增多，誤讀現(xiàn)象更加嚴(yán)重。為了解決這種誤讀現(xiàn)象，通常將阻變存儲單元與一個晶體管、二極管或者非線性電阻集成構(gòu)成一個晶體管一個可變電阻(ITlR)、一個二極管一個可變電阻(IDlR)、以及一個非線性電阻一個可變電阻(ISlR)結(jié)構(gòu)。對于ITlR集成結(jié)構(gòu)來說，器件的面積最終由晶體管的面積決定，其最小的單元面積為6F2(F為最小特征尺寸)，這就喪失了阻變存儲器可縮小性的優(yōu)勢。對于IDlR和ISlR的集成結(jié)構(gòu)，雖然器件的最小單元面積能夠達(dá)到與IR結(jié)構(gòu)一樣的4F2。但是目前用于阻變存儲器集成的二極管以及非線性電阻在器件面積不斷縮小時，不能夠提供足夠大的電流使得阻變存儲器實(shí)現(xiàn)由低阻態(tài)向高阻態(tài)的轉(zhuǎn)變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有自整流特性的阻變存儲器器件及其制作方法。該存儲器器件結(jié)構(gòu)與制備工藝簡單、制造成本低、并且在低阻態(tài)時具有整流特性，自身能夠有效抑制讀串?dāng)_問題。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種阻變存儲器器件，該阻變存儲器器件在低阻態(tài)時具有整流特性，包括:下電極；上電極；以及包含在下電極與上電極之間的阻變存儲層。
[0008]上述方案中，所述下電極采用n型低阻硅材料，所述構(gòu)成下電極的n型低阻硅材料的電阻率小于0.1 Q.cm。
[0009]上述方案中，所述上電極采用Cu、Ni或Ag材料。
[0010]上述方案中，所述阻變存儲層采用SiO2材料，該SiO2材料是由n型硅經(jīng)過熱氧化生成的。所述構(gòu)成阻變存儲層的SiO2材料的厚度為2nm至50nm。
[0011]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種制作阻變存儲器器件的方法，包括:提供n型低阻硅作為下電極；對所述下電極的表面進(jìn)行熱氧化形成SiO2阻變存儲層；以及在所述阻變存儲層上通過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射形成上電極。
[0012]上述方案中，所述提供n型低阻硅作為下電極的步驟中，所述下電極采用n型低阻娃材料，該n型低阻娃材料的電阻率小于0.1 Q.cm。
[0013]上述方案中，所述對下電極的表面進(jìn)行熱氧化形成SiO2阻變存儲層的步驟中，是通過熱氧化的方法對n型硅下電極的表面進(jìn)行熱氧化生成SiO2材料，并由該SiO2材料作為SiO2阻變存儲層，該SiO2阻變存儲層的厚度為2nm至50nm。
[0014]上述方案中，所述在所述阻變存儲層上通過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射形成上電極的步驟中，是在所述阻變存儲層上通過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射導(dǎo)電材料Cu、Ni或Ag形成上電極。
[0015](三)有益效果
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出的一種具有自整流特性的阻變存儲器器件結(jié)構(gòu)與制備工藝簡單、制造成本低、并且在低阻態(tài)時具有整流特性，自身能夠有效抑制讀串?dāng)_問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是阻變存儲器器件基本電阻轉(zhuǎn)變特性示意圖；
[0018]圖2是阻變存儲器交叉陣列中讀串?dāng)_問題示意圖；
[0019]圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例的具有自整流特性的阻變存儲器器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是依照本發(fā)明實(shí)施例的制作具有自整流特性的阻變存儲器器件的方法流程圖；
[0021]圖5是依照本發(fā)明實(shí)施例的n+-Si/Si02/Ni結(jié)構(gòu)阻變存儲器器件的電流-電壓特性曲線圖；
[0022]圖6是依照本發(fā)明實(shí)施例的n+-Si/Si02/Ni結(jié)構(gòu)阻變存儲器器件低阻態(tài)的整流特性曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]本發(fā)明提出了一種具有自整流特性的阻變存儲器器件及其制作方法，如圖3所示，該阻變存儲器器件在低阻態(tài)時具有整流特性，包括:下電極100 ;上電極102 ;以及包含在下電極100與上電極102之間的阻變存儲層101。其中，所述下電極100采用n型低阻硅材料，該構(gòu)成下電極100的η型低阻硅材料的電阻率小于0.1 Ω.Cm。所述上電極102采用Cu、Ni或Ag材料。所述阻變存儲層101采用SiO2材料，該SiO2材料是由η型硅經(jīng)過熱氧化生成的，該構(gòu)成阻變存儲層的SiO2材料的厚度為2nm至50nm。
[0025]基于圖3所示的具有自整流特性的阻變存儲器器件，圖4示出了制作該阻變存儲器器件的方法，該方法包括以下步驟:
[0026]步驟S1:提供η型低阻硅作為下電極100 ；
[0027]步驟S2:對所述下電極100的表面進(jìn)行熱氧化形成SiO2阻變存儲層101 ；
[0028]步驟S3:在所述阻變存儲層101上通過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射形成上電極102。
[0029]在步驟SI中，所述下電極100采用η型低阻硅材料，該η型低阻硅材料的電阻率小于 0.1 Ω.cm。
[0030]在步驟S2中，是通過采用熱氧化的方法對η型硅下電極100的上表面進(jìn)行熱氧化生成SiO2材料，并由該SiO2材料形成SiO2阻變存儲層101，該SiO2阻變存儲層101的厚度為 2nm 至 50nm。
[0031]在步驟S3中，是在所述阻變存儲層101上通過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射導(dǎo)電材料CiuNi或Ag形成上電極102，上電極102材料由Cu、Ni或Ag等導(dǎo)電材料之一構(gòu)成。
[0032]在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，該阻變存儲器器件制作方法的具體過程包括:選取電阻率小于0.1 Ω.Cm的η型低阻硅作為下電極；通過熱氧化的方法對η型低阻硅材料表面的硅材料進(jìn)行熱氧化形成SiO2材料作為阻變存儲層，阻變存儲層SiO2的厚度為2nm至50nm ；在SiO2存儲層材料上通過電子束蒸發(fā)、濺射等方法形成Cu、Ni或Ag等導(dǎo)電材料之一作為上電極。
[0033]在本發(fā)明的再一個實(shí)施例中，首先選取η型低阻硅作為下電極，然后通過熱氧化的方法將η型低阻硅材料表面的硅材料氧化成IOnm厚的SiO2作為阻變存儲層，最后沉積70nm厚的Ni作為上電極完成整個器件的制作。
[0034]圖5所示是本發(fā)明實(shí)施例n+-Si/Si02/Ni結(jié)構(gòu)阻變存儲器器件的電流-電壓特性曲線圖。圖6是該實(shí)施例n+-Si/Si02/Ni結(jié)構(gòu)阻變存儲器器件低阻態(tài)的整流特性曲線圖。從圖中可以看出，在±1V的讀電壓下，器件低阻態(tài)的整流比能夠達(dá)到103，可以有效抑制讀串?dāng)_問題。
[0035]由上可知，該發(fā)明提出的阻變存儲器器件及其制作方法，由于該阻變存儲器的結(jié)構(gòu)和制備工藝簡單、制造成本低、并且在低阻態(tài)時具有整流特性，自身能夠有效抑制讀串?dāng)_問題。
[0036]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種阻變存儲器器件，其特征在于，該阻變存儲器器件在低阻態(tài)時具有整流特性，包括: 下電極； 上電極；以及 包含在下電極與上電極之間的阻變存儲層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻變存儲器器件，其特征在于，所述下電極采用n型低阻硅材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻變存儲器器件，其特征在于，所述構(gòu)成下電極的n型低阻硅材料的電阻率小于0.1 Q.cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻變存儲器器件，其特征在于，所述上電極采用Cu、Ni或Ag材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻變存儲器器件，其特征在于，所述阻變存儲層采用SiO2材料，該SiO2材料是由n型娃經(jīng)過熱氧化生成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻變存儲器器件，其特征在于，所述構(gòu)成阻變存儲層的SiO2材料的厚度為2nm至50nm。
7.一種制作權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的阻變存儲器器件的方法，其特征在于，包括: 提供n型低阻硅作為下電極； 對所述下電極的表面進(jìn)行熱氧化形成SiO2阻變存儲層；以及 在所述阻變存儲層上通過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射形成上電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作阻變存儲器器件的方法，其特征在于，所述提供n型低阻硅作為下電極的步驟中，所述下電極采用n型低阻硅材料，該n型低阻硅材料的電阻率小于0.1 Q.cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作阻變存儲器器件的方法，其特征在于，所述對下電極的表面進(jìn)行熱氧化形成SiO2阻變存儲層的步驟中，是通過熱氧化的方法對n型硅下電極的表面進(jìn)行熱氧化生成SiO2材料，并由該SiO2材料作為SiO2阻變存儲層，該SiO2阻變存儲層的厚度為2nm至50nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作阻變存儲器器件的方法，其特征在于，所述在所述阻變存儲層上通過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射形成上電極的步驟中，是在所述阻變存儲層上通過電子束蒸發(fā)或?yàn)R射導(dǎo)電材料Cu、Ni或Ag形成上電極。
【文檔編號】H01L45/00GK103579499SQ201210284760
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月10日
【發(fā)明者】劉明, 李穎弢, 龍世兵, 劉琦, 呂杭炳, 楊曉一, 孫鵬霄 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所