[发明专利]一种多值阻变存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种多值阻变存储器及其制备方法。

背景技术

阻变存储器（RRAM，RESISTANCE RANDOM ACCESS MEMORY）是在上下两个金属电极中间夹一层阻变材料的平板电容结构，由于其结构简单和性能优异，成为下一代存储器应用的最有潜力竞争者，因此受到人们的广泛关注和研究。

RRAM主要是靠阻变材料内部氧空位的移动或者是栅极金属离子的移动而形成导电通道使高阻态的电阻材料变为低阻。传统的RRAM的工作状态如下：初始状态下，阻变材料呈高阻态，此时的阻值为RH；当两电极之间的电压增大到一定电压时，两电极之间的电流急剧增大，阻变材料变为低阻，此时的阻值为RL，电压为Vset；当所加电压为某一值后,两电极之间的电流又急剧变小,此时的阻值又变为RH，电压为Vreset。为了实现更高集成度的RRAM，必须实现多值存储，即每一个RRAM可以在不同的条件下实现稳定的超过两个值的阻值。

现有技术中，实现多值存储的方式是在传统RRAM结构的基础上，通过控制施加在两电极间的电压或电流来调节阻变材料内形成的导电通道的尺寸或导电性，从而达到实现多个阻值的目的。然而，由于导电通道的形成和调控包含了一定的随机性，基于传统RRAM结构的多值存储稳定性很差。

发明内容

本发明实施例中提供了一种多值阻变存储器及其制备方法，能够提高RRAM器件多值存储的稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种多值阻变存储器，包括位于衬底上的下电极，位于所述下电极上的中间层，以及位于所述中间层上的上电极，其中，所述中间层包括至少两层阻变层，相邻两阻变层之间通过中间电极层隔离，所述至少两层阻变层可在外加电压作用下依次由低阻态转变为高阻态。

进一步，所述至少两层阻变层在外加电压作用下依次由低阻态转变为高阻态时，相邻两阻值之间的比值大于阈值。

进一步，所述阈值为10。

进一步，所述中间层包括三层阻变层。

进一步，所述下电极包括在所述衬底表面上平行排列的多条下电极条，所述上电极包括在所述阻变层表面上平行排列的多条上电极条。

进一步，所述上电极条与所述下电极条呈十字交叉。

一种多值阻变存储器制备方法，包括：

在衬底上形成下电极；

在所述下电极上形成中间层，所述中间层包括至少两层阻变层，相邻两阻变层之间通过中间电极层隔离，所述至少两层阻变层可在外加电压作用下依次由低阻态转变为高阻态；

在所述中间层上形成上电极。

进一步，所述至少两层阻变层在外加电压作用下依次由低阻态转变为高阻态时，相邻两阻值之间的比值大于阈值。

进一步，所述在所述下电极上形成中间层，包括：

在所述下电极上形成第一阻变层；

在所述第一阻变层上形成第一中间电极；

在所述第一中间电极上形成第二阻变层；

在所述第二阻变层上形成第二中间电极；

在所述第二中间电极上形成第三阻变层。

进一步，所述在衬底上形成下电极，包括：

在所述衬底表面上形成平行排列的多条下电极条。

进一步，所述在所述中间层上形成上电极，包括：

在所述中间层表面上形成平行排列的多条上电极条，且所述上电极条的延伸方向与所述下电极条的延伸方向交叉。

进一步，所述上电极条与所述下电极条呈十字交叉。

本发明实施例中的多值RRAM通过设置多层阻变层，并使这多层阻变层在外加电压作用下可以依次由低阻态转变为高阻态，实现了该RRAM的多阻值存储，而且，由于各阻变层在不同的阻态之间的转变比较好控制，某一阻变层由低阻态转变为高阻态时也不会影响其他阻变层的阻态，相比较现有技术中通过控制导电通道实现多值存储的多值RRAM，本发明实施例的多值RRAM的稳定性更高。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例一种多值RRAM的结构示意图；

图2为本发明实施例另一种多值RRAM的结构示意图；

图3为本发明实施例一种多值RRAM的制备方法流程图；

图4为本发明实施例另一种多值RRAM的制备方法流程图；