[发明专利]基于非化学剂量比的氮氧硅的双极阻变存储器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超大规模集成电路技术领域，具体涉及一种非挥发型阻变存储器，通过阻值的改变实现数据0和1存储的目的。

背景技术

随着集成电路技术节点不断推进，基于传统浮栅结构的FLASH技术将面临无法等比缩小的技术挑战。基于MIM(Metal-Insulator-Metal)结构的阻变存储器(RRAM)由于其结构简单、易于制备、尺寸小、集成度高、擦写速度快和功耗低等优点，具有取代传统存储器的潜力，因而备受学术界和工业界的关注。与传统浮栅结构的FLASH依靠电荷量来存储信息0和1不同，阻变存储器利用其在不同电致条件下分别出现高阻和低阻来存储信息“0”和“1”。

阻变存储器分为单极阻变存储器和双极阻变存储器。对于单极阻变存储器，当其处于高阻态时，施加在其顶电极的直流电压从0V扫描到开启电压V_on时，电阻会发生突变，从原来的高阻态转变到低阻态。但由于对被测试阻变存储器施加了限流，所以，该存储器阻值处在一个数值，使得其刚好处在低阻态同时又不被击穿。此时，阻变存储器处在低阻态，当施加在顶电极的直流电压从0V扫描到关闭电压V_off时，阻变存储器的阻值又会发生突变，从低阻态回到高阻态。对于双极阻变存储器，当其处于高阻态时，施加在其顶电极的直流电压从0V扫描到开启电压V_on时，电阻会发生突变，从原来的高阻态转变到低阻态。但由于对被测试阻变存储器施加了限流，所以，该存储器阻值处在一个数值，使得刚好处在低阻态同时又不被击穿。当施加在顶电极的直流扫描电压从0V负向扫描到关闭电压V_off时，电阻发生突变，从低阻态又回到高阻态。单极阻变存储器和双极阻变存储器的不同主要在于关闭电压V_off同开启电压V_on的极性不同，单极阻变存储器开启电压和关闭电压同为正向或同为负向，而双极阻变存储器开启电压和关闭电压极性相反。

目前，阻变存储器的阻变材料层的研究主要集中在NiO、TiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅等过渡金属氧化物。此类物质大体上可以和CMOS工艺兼容，能够表现出较好的阻变特性，但是，相对常规工艺来说，往往需要增加一些工艺步骤。

发明内容

本发明提供了一种基于非化学剂量比即富含硅的氮氧硅(SiO_xN_y)阻变材料的双极阻变存储器及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种双极阻变存储器，包括顶电极，阻变材料层，底电极和衬底，阻变材料层为硅的氮氧化物(SiO_xN_y)，所述SiO_xN_y的x、y满足条件：0＜2x+3y＜4，x≥0，y≥0，所述底电极可为Cu、W、Pt或者其它与硅的氮氧化物在＜300℃的温度下不发生反应的金属或者其它导电材料，所述顶电极可为Ti、TiN、Al、AlCu或者其它与硅的氮氧化物发生化学反应的金属或导电材料。

所述Si_xO_yN_z的厚度不超过50nm。

一种双极阻变存储器的制备方法，其包括如下步骤：

1)在衬底制备底电极；

2)采用PECVD方法，通过调整N₂O和SiH₄气体流量制备SiO_xN_y薄膜，作为阻变材料层；或者其它镀膜方法，如ALD、PVD、MOCVD等制备SiO_xN_y薄膜；或者制备出Si薄膜，通过离子注入或者其它掺杂方法掺入O和N元素，制备出SiO_xN_y薄膜；或者制备出Si₃N₄，通过离子注入注入或者其它掺杂方法掺入Si制备出SiN_yy＜4/3；或者制备出Si₃N₄，通过离子注入注入或者其它掺杂方法掺入O制备出SiO_xN_y薄膜；或者制备出SiO₂，通过离子注入或者其它掺杂方法掺入Si制备出SiO_x薄膜，x＜2；或者制备出SiO₂，通过离子注入或者其它掺杂方法掺入N制备出SiO_xN_y薄膜。