[发明专利]一种阻变存储元件及其制备方法

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，具体的说是一种阻变存储元件及其制备方法。

背景技术

随着半导体工艺水平的提高，信息产业的不断发展，非挥发性存储器（NVM）因其高密度、高速度和低功耗的特点，在存储器发展中扮演着越来越重要的角色。当前，市场上的非挥发性存储器（NVM）以闪存（Flash存储器）为主流。然而现在普遍认为传统的Flash存储器已接近了极限尺寸，因此人们致力于寻找下一代NVM器件的替代品，例如铁电存储器（FeRAM）、磁存储器(MRAM)、相变随机存储器（PRAM）、阻变存储器（RRAM）等。这几种新型的存储器中，铁电存储器与磁存储器在器件单元尺寸继续缩小及提高存储密度上遭遇了瓶颈，相变存储器因擦除电流过大而不适于商业化应用，从而使得具有良好微缩化前景的阻变存储器受到越来越多的关注，在近些年引起了广泛的研发热潮。

RRAM的基本结构是金属-绝缘体/半导体-金属的三明治结构，其绝缘体/半导体介质材料一般采用金属氧化物材料制成。RRAM通过改变加在介质材料上脉冲电压或者电流参数，可以使介质材料分别处于高电阻态或低电阻态，并且任何一种电阻态的电阻值可在电场去除后长时间保持。到目前为止，已经有多种材料被报道具有电阻转变行为（赵鸿滨、屠海令、杜军，非易失性阻变存储器研究进展，《稀有金属》，2012年5月，第36卷第3期，P491~500），如TiO₂、NiO、Nb₂O₅与钙钛矿结构的氧化物SrTiO₃和(Ba,Sr)TiO₃等材料，但与此同时，研究者也发现采用不同的材料所制成的RRAM器件的性能参数变化很大，因此还需要投入很大精力寻找出性能参数更好的阻变材料，以制备出性能更好的、适合应用的RRAM存储器。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的阻变存储元件,同时提供该存储元件的制备方法，以解决现有的阻变存储材料所制成的RRAM性能参数不稳定、不适合商业化应用的问题。

本发明的目的之一是按下述技术方案实现的：

一种阻变存储元件，其异质结构层的形式为Ag/a-IGZO/Pt或Ag/a-IGZO/Au，其中的a-IGZO层为非晶的IGZO阻变存储层，Ag层为上电极层；

所述非晶的IGZO阻变存储层的化学式为In-Ga-Zn-O。

本发明所述非晶的IGZO阻变存储层中In、Ga、Zn原子的摩尔比为1∶1∶1。

本发明所述非晶的IGZO阻变存储层的厚度为30~2000nm。

以上所述非晶的IGZO阻变存储层的厚度优选30~1000nm，更优选30~200nm。

本发明的目的之二是按下述技术方案实现的：一种阻变存储元件的制备方法，它包括以下步骤：

a）将Pt/Ti/SiO₂/Si基片或Au/Ti/SiO₂/Si基片依次置于丙酮和酒精中超声清洗，然后放入去离子水中超声清洗，用高纯氮气吹干后备用；将In₂O₃、Ga₂O₃、ZnO粉末以摩尔比1∶1∶2均匀混合后，经球磨、烧结，制成IGZO陶瓷靶材备用；

b）在射频磁控溅射沉积制膜系统的生长室中，将所述Pt/Ti/SiO₂/Si基片或Au/Ti/SiO₂/Si基片安装在衬底台上，将所述IGZO陶瓷靶材安装在靶台上；将生长室抽真空至0.5~2.0×10^-4Pa，然后通入氩气与氧气的混合气体使生长室内的动态平衡气压为0.1~1.5Pa，在所述Pt/Ti/SiO₂/Si基片的Pt膜或Au/Ti/SiO₂/Si基片的Au膜上沉积a-IGZO阻变存储层，沉积厚度为30~2000nm，然后在氧气气氛下对所述a-IGZO阻变存储层进行退火，退火温度为500~800℃，退火时间为30min，制得a-IGZO/Pt异质结构层或a-IGZO/Au异质结构层；