[发明专利]单极阻变器件、单极阻变存储器单元及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路及其制造技术领域，尤其涉及一种单极阻变器件、单极阻变存储器单元及制备方法。

背景技术

目前，微电子工业的发展推动着存储器技术的不断进步。非挥发性存储器具有在无电源供应时仍能保持数据信息的优点，在信息存储领域具有非常重要的地位。其中利用电阻变化的新型非挥发性存储器具有高速度(＜5ns)、低功耗(＜1V)，高存储密度、易于集成等优点，是下一代半导体存储器的强有力竞争者。这种阻变存储器一般具有M-I-M(Metal-Insulator-Metal，金属-绝缘体-金属)结构，即在两层金属电极之间加入一层具有阻变特性的介质薄膜材料，这些阻变材料一般是金属氧化物。阻变存储器的工作方式包括单极和双极两种，前者在器件两端施加单一极性的电压，利用外加电压大小不同控制阻变材料的电阻值在高低电阻态之间转换，以实现数据的写入和擦除，常见的材料有氧化镍(NiO)、氧化钛(TiO₂)、氧化钨(WO₃)等；而后者是利用施加不同极性的电压控制阻变材料电阻值的转换，常见的材料有氧化铪(HfO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氧化锌(ZnO)、五氧化二钽(Ta₂O₅)等。习惯上称阻变材料表现出的两个稳定的状态为高阻态和低阻态，由高阻态到低阻态的转变为SET，由低阻态到高阻态的转变为RESET。

在阻变存储器电路应用方面，一般采用1T1R或1D1R的结构。1T1R指的是一个存储单元由一个选通晶体管和一个阻变电阻组成，要向指定的单元写入或擦除数据，需要依靠相应的晶体管控制。1D1R结构指的是一个存储单元由一个二极管和一个阻变电阻组成，这种结构一般用于高密度的交叉阵列结构，二极管用于防止旁路的串扰影响，在每条阵列的终端仍然需要一个选通晶体管控制。

传统的阻变存储器制造工艺都较为复杂，而现有的CMOS制造工艺经过多年发展，具有技术成熟、通用性好、成品率高等优点，可用于阻变存储器的制造，但传统的阻变存储器的制造过程中常使用铂(Pt)等与CMOS工艺兼容性不好的材料。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单、制备方法可兼容现有的CMOS工艺的单极阻变器件、单极阻变存储器单元及制备方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种单极阻变器件，该器件包括：下电极、上电极、以及所述下电极和上电极之间的阻变介质层，所述下电极为掺杂硅层，所述阻变介质层为电介质材料层，所述上电极包括形成于所述阻变介质层之上的界面层、以及所述界面层之上的导电材料层。

其中，所述阻变介质层为氧化铪。

其中，所述氧化铪中掺杂三价离子。

其中，所述导电材料层为镍。

其中，所述界面层为氧化镍。

其中，所述阻变介质层厚度为5-20nm。

其中，所述导电材料层厚度为10-100nm。

本发明还提供了一种基于上述单极阻变器件的单极阻变存储器单元，其特征在于，所述单极阻变存储器单元包括一个所述单极阻变器件以及一个金属-氧化物-半导体MOS场效应晶体管，所述晶体管的漏极为所述单极阻变器件的下电极。

本发明还提供了一种基于上述单极阻变器件的单极阻变存储器单元，所述单极阻变存储器单元包括一个所述单极阻变器件以及一个多晶硅二极管，所述多晶硅二极管为所述单极阻变器件的下电极。

本发明还提供了一种单极阻变器件的制备方法，该方法包括步骤：

S1.向硅中注入硼或磷，形成p型或n型硅层下电极；

S2.在所述下电极上淀积厚度为5-20nm的氧化铪阻变介质层；

S3.利用物理气相淀积的方法在所述阻变介质层上生成厚度为10-100nm的金属镍；

S4.在氮气气氛下退火30s-30min，退火温度为400-450℃。

其中，步骤S2中在所述下电极上淀积厚度为5-20nm的氧化铪阻变介质层的方法为：利用原子层淀积或物理气相淀积的方法在所述下电极上淀积氧化铪阻变介质层，利用扩散或离子注入的方法向所述阻变介质层中掺杂三价离子，并使掺杂后的阻变介质层厚度为5-20nm；或利用金属有机化合物化学气相淀积的方法在所述下电极上淀积掺杂三价离子的氧化铪，形成厚度为5-20nm的阻变介质层。

(三)有益效果