[发明专利]用于双极性阻变存储器的选择器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于双极性阻变存储器的选择器件及其制备方法，该方法包括：提供基底；在基底上方形成下电极；在下电极上方形成第一金属氧化物层；对第一金属氧化物层进行退火处理，以使下电极内的金属原子扩散进入第一金属氧化物层，形成掺杂有金属原子的第一金属氧化物层；在掺杂有金属原子的第一金属氧化物层上方形成第二金属氧化物层；在第二金属氧化物层上方形成上电极层；对上电极层进行图形化，形成上电极。通过该方法制成的选择器件能够提供较高的电流密度，与阻变存储器串联后形成的1S1R结构能够有效抑制阻变存储器阵列中的串扰现象。而且，该选择器件具有较高的选择比和耐久性。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种用于双极性阻变存储器及其制备方法。

背景技术

半导体存储器，根据其掉电是否能够保持存储信息，可以分为两类：挥发性存储器和非挥发性存储器。随着便携式电子设备的普及，非挥发存储器在存储器市场中的份额也越来越大。虽然当前FLASH技术是非挥发存储器市场的主流，但随着半导体工艺节点的推进，FLASH技术正遇到一系列的瓶颈问题比如操作电压大，尺寸无法缩小，保持时间不够长等。有报道称FLASH技术的极限在16nm左右，科学界和工业界正在寻找一种可以替代FLASH的下一代非法性存储器。阻变存储器(RRAM，Resistive Random Access Memory)由于操作电压低、非破坏性读取、操作速度快和结构简单易于集成等优点成为新型非挥发性存储器的研究重点。然而阻变存储器阵列存在比较严重的串扰(Crosstalk)问题。这样的串扰问题会随着阵列的扩大而更加严重，严重影响了阻变存储器的可靠性，阻碍其迈向应用。

目前，解决阻变存储器串扰问题的方法主要有集成MOS管的阻变存储器(1T1R结构)、外界二极管的阻变存储器(1D1R结构)和串联一个选择器的阻变存储器(1S1R结构)。1T1R结构中，存储单元的面积主要取决于晶体管的面积，无法发挥RRAM结构简单器件面积小的优点，1D1R相对1S1R来说在限制漏电流方面能力偏弱。1S1R结构是目前比较理想的解决串扰问题的结构。

在1S1R结构的阻变存储器中，其选择器的高电流密度、高选择比以及高耐久性等性能非常有利于提高1S1R结构的阻变存储器的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于双极性阻变存储器的选择器件及其制备方法，以提高选择器的电流密度、选择比以及耐久性。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种用于双极性阻变存储器的选择器件制备方法，包括：

提供基底；

在所述基底上形成下电极，所述下电极的材料为特定金属，其中，组成所述特定金属的原子在400℃以下的退火条件下能够发生扩散；

在所述下电极上方形成第一金属氧化物层；

对所述第一金属氧化物层进行退火处理，以使所述下电极内的金属原子扩散进入第一金属氧化物层，形成掺杂有金属原子的第一金属氧化物层；

在所述掺杂有金属原子的第一金属氧化物层上方形成第二金属氧化物层；

在所述第二金属氧化物层上方形成上电极层；

对所述上电极层进行图形化，形成上电极。

可选地，所述第一金属氧化物层或所述第二金属氧化物层的材料为HfO₂、Al₂O₃、TaO_x、TiO_x中的至少一种。

可选地，所述第一金属氧化物层或所述第二金属氧化物层的厚度为2nm～4nm。

可选地，退火处理时间为20～40min。

可选地，退火处理氛围为空气。