[发明专利]一种阻变存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻变存储器结构，尤其涉及一种纳米尺度的阻变存储器，属于CMOS超大规模集成电路(ULSI)技术领域。

背景技术

近年来，阻变存储器作为新型非挥发性存储器之一，以其结构和工艺制备简单、操作电压低、操作速度快、耐久性好、保持特性好等优势成为当前国际研究的热点。目前，阻变存储器阻态特别是高阻态在多次编程擦除操作过程中存在很大的波动性(fluctuation)。另一方面，器件间阻值状态也存在不一致性，当电路的规模增大时，这种不一致性以及电路的波动性都会增大读取电路的复杂度。因此，需要设计出均一性、低波动性的阻变存储器结构，来降低对读取电路的要求。

发明内容

针对阻变存储器阻态存在波动性和器件间阻态存在不一致性的问题，本发明提出了一种方法，利用该方法可以有效地固定阻变区域，提高器件的一致性。

本发明的原理为：

通过电学加压的方法对阻变存储器进行初始化，通过控制流过器件的电流控制来形成金属电极的尺度，所形成的金属电极可以达到纳米尺度，从而制备出纳米尺度的阻变存储器，突破了光刻技术的限制。

具体来说，本发明提供一种阻变存储器的制备方法，其特征在于，在衬底上淀积下电极，下电极上淀积阻变层，阻变层上淀积隔离层，在隔离层上淀积上电极，对上电极和下电极施加电压，在隔离层内形成细丝状的有效电极。

进一步的，阻变存储器的上电极是活性电极，可以有效地存储氧，如TiN电极、Ti电极或者Al电极等；

进一步的，阻变存储器的隔离层为SiO₂或者其它非晶态绝缘介质膜；

进一步的，阻变层为金属氧化物、硅氧化物、或者其它可以阻变的材料；

进一步的，阻变存储器的下电极是Pt或W电极或者其它惰性电极；

本发明制备出的器件结构经过电学的操作实现小尺寸器件，从而可以有效地降低器件参数的波动性，改善器件的均一性。所涉及的器件所用的材料具有可扩展性，电极材料、阻变材料不限于说明书提到的种类。

附图说明

图1为本发明器件结构示意图

其中：1-硅衬底；2-下电极；3-阻变层；4-隔离层；5-上电极；

图2为本发明器件经过电学forming之后的器件结构示意图。

其中：1-硅衬底；2-下电极；3-阻变层；4-隔离层；5-上电极；6-forming过程中形成的有效电极；

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本发明作进一步描述。

上述器件通过下述方法制备：

1)在硅衬底上采用物理气相淀积(PVD)方法或其它IC工艺中的成膜方法形成金属下电极，并通过光刻定义下电极尺寸；

2)利用反应溅射方法或原子层淀积制备阻变层TaO_x；

3)采用PECVD技术或者原子层淀积或者PVD淀积隔离层SiO₂或者SiN；

4)采用PVD工艺溅射金属TiN或Pt，通过常规工艺的光刻、剥离定义上电极。

上述器件的操作过程：

1)对器件进行初始化操作：器件上电极接正电压，下电极接地。当器件的电压1-10V时，隔离层在电场的作用下发生击穿，隔离层上的金属形成了细丝电极，金属细丝的大小和器件流过的电流大小相关，通过控制流过器件的电流，可以有效地控制形成的金属电极的大小；

2)器件加负向电压，器件从低阻态变成高阻态，作为器件存储的“0”状态；

3)器件加正向电压，器件从高阻态变成低阻态，作为器件存储的“1”状态；

虽然本说明书通过具体的实施例详细描述了本发明的阻变存储器的结构以及工艺实现方法，但是本领域的技术人员应该理解，本发明的实现方式不限于实施例的描述范围，在不脱离本发明实质和精神范围内，可以对本发明进行各种修改和替换。