[发明专利]阻变存储器存储单元及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非挥发性存储器件技术领域，尤其涉及一种阻变存储器存储单元及其制备方法。

背景技术

非挥发性存储器在无电源供应时仍能保持数据信息，在信息存储领域具有非常重要的地位，是当前信息存储技术的研究热点之一。而当今的主流非挥发存储器-闪存(Flash)存在操作电压高、速度慢、耐久力差等问题。阻变存储器RRAM(Resistive Random Access Memory)已经表现出工作速度快、数据保持时间长、存储密度高、耐久力强等优点，是下一代半导体存储器强有力的候选者。

阻变存储器的一种存储单元为1D-1R(一个二极管和一个阻变单元)结构，通过二极管来控制阻变存储单元的关断与导通，同时二极管为阻变单元提供驱动电流，二极管正向导通情况下，借由电压或电流脉冲，可以使1D-1R阻变存储单元中阻变单元R在高低电阻态之间转换，以实现数据的写入和擦除。由于阻变单元尺寸缩小后转变电流随一般需要在几个微安以上，阻变单元电流不随尺寸缩小而等比例缩小，小尺寸下同样面积的肖特基二极管提供的驱动电流达不到这么大，因而需要提高肖特基二极管的驱动电流以解决这一问题。

发明内容

本发明目的在于提高肖特基二极管的驱动电流，公开一种驱动电流增强型阻变存储器存储单元及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供一种阻变存储器存储单元，包括单晶硅衬底以及阻变存储材料层，所述阻变存储材料层包括下电极、阻变氧化层以及上电极，所述存储单元还包括肖特基二极管；

所述肖特基二极管作为开关及电流驱动单元设置于所述单晶硅衬底与所述阻变存储材料层之间。

所述肖特基二极管包括硅化铂、硅以及所述硅化铂和硅之间的界面。

此外，本发明还提供一种前述阻变存储器存储单元的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：在单晶硅衬底上生成第一层二氧化硅，然后对所述衬底制备突出于所述衬底表面的单晶硅台面；

步骤2：在所述衬底上生成第二层二氧化硅，并去除所述单晶硅台面上平面及侧壁上的二氧化硅；

步骤3：在所述衬底上生成铂层，然后形成所述硅化铂-硅肖特基二极管；

步骤4：在所述衬底上生成第三层二氧化硅，并研磨所述第三层二氧化硅直至露出硅化铂表面；

步骤5：在所述衬底上依次沉积下电极层、阻变氧化层及上电极层，获得所述存储器存储单元；

步骤6：在所述衬底的背面注入掺杂元素，溅射铝、金、钨或/和钽金属并形成欧姆接触，作为肖特基二极管引出电极。

所述步骤1中，利用热氧化方法生成所述第一层二氧化硅；

采用光刻技术制备所述单晶硅台面；

在制备出单晶硅台面后通过腐蚀或刻蚀操作去除残余的第一层二氧化硅。

所述步骤2中，利用热氧化方法生成所述第二层二氧化硅；

采用光刻技术去除所述单晶硅台面上平面及侧壁上的第二层二氧化硅；

采用稀释氢氟酸去除所述单晶硅上台面和侧壁露出后表面形成的自然氧化层；

在去除自然氧化层时，保证所述单晶硅台面两侧衬底上的第二层二氧化硅还有10纳米左右剩余。

所述步骤3中，利用溅射法生成所述铂层；

所述硅化铂-硅肖特基二极管的制备过程包括：将所述铂层先在350-600左右摄氏度的状态退火30-60分钟形成硅化二铂，然后用王水去除未与硅发生化学反应的铂，再在350-600左右摄氏度的状态退火30-60分钟形成硅化铂。

所述步骤4中，利用低压气相化学沉积方法或等离子增强化学气相沉积方法生成所述第三层二氧化硅，所述第三层二氧化硅的高度比所述硅化铂-硅肖特基二极管的高度高；

利用化学机械研磨技术研磨硅化铂表面的第三层二氧化硅，以硅化铂表面作为化学机械抛光停止层。

所述步骤5具体包括如下步骤：

步骤5.1：利用溅射法在所述硅化铂表面及所述第三层二氧化硅上沉积所述阻变存储材料层下电极；

步骤5.2：利用反应溅射、原子层沉积、金属有机化学气相沉积法或脉冲激光溅射方法在所述下电极表面上沉积所述阻变氧化层；

步骤5.3：利用溅射法在所述阻变氧化物层上沉积所述阻变存储材料层上电极；

步骤5.4：利用腐蚀或刻蚀的方法去掉多余的电极和氧化层，获得存储器存储单元。