[发明专利]基于过渡金属氧化物的选择器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种基于过渡金属氧化物的选择器的制备方法及该方法制备的选择器。

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。当前FLASH技术是非挥发存储器市场的主流，然而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。阻变存储器由于操作电压低、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。而阻变存储器阵列存在比较严重的串扰(Crosstalk)问题。以一个2×2的交叉存储阵列为例(图3)。假设坐标为(1，1)的存储器件处于高阻态(HRS)，其余三个相邻器件(1，2)、(2，2)和(2，1)都处于低阻态(LRS)。如果在(1，1)器件所在字线(Word Line)上加电压读时，电压会沿着低阻通道(2，1)→(2，2)→(1，2)进行传导，造成误读。读到的(1，1，)器件的为低阻态(LRS)，而实际为高阻态(HRS)。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RRAM存储器的可靠性，阻碍其迈向应用。

解决串扰问题的方法有集成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来说在限制串扰电流方面能力偏弱。1S1R结构是目前比较理想的解决串扰问题的结构。

但目前报道的选择器多不能CMOS兼容，且少有兼有高电流密度、高选择比、高耐久性等优点的。而且均一性不好使现存大部分选择器所存在的问题。对于RRAM阵列解决串扰问题并且走上应用而言，一个高性能的均一性可靠性良好并且可以和标准CMOS工艺兼容的选择器是非常重要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服RRAM阵列中的串扰问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于过渡金属氧化物的选择器的制备方法，包括如下步骤：

S1、在晶体管上形成钨栓塞；

S2、以钨栓塞作为下电极，并在钨栓塞上制备过渡金属层；

S3、氧化过渡金属层，使之转化为过渡金属氧化物层；

S4、在过渡金属氧化物上沉积上电极，图形化上电极和过渡金属氧化物。

根据本发明的优选实施方式，所述过渡金属为Ta、Ti、Zr、Hf、Nb中的至少一种。

根据本发明的优选实施方式，所述过渡金属层的厚度为2nm至8nm。

根据本发明的优选实施方式，所述步骤S3通过退火处理使过渡金属层转化为过渡金属氧化物层。

根据本发明的优选实施方式，在等离子氧环境中进行所述退火处理。

根据本发明的优选实施方式，所述退火处理的条件为：温度在350摄氏度至400摄氏度、时间为60秒至400秒。

根据本发明的优选实施方式，所形成的过渡金属氧化物具有梯形能带。

根据本发明的优选实施方式，所述上电极为Pt、W、Ru、Al、TiN、TaN、IrO₂、ITO、IZO中的至少一种。

本发明还提出由上述基于过渡金属氧化物的选择器的制备方法所制备的基于过渡金属氧化物的选择器。优选地，该阻变存储器具有1S1R结构。

本发明还提出一种阻变存储器，包括所述的基于过渡金属氧化物的选择器。

从上述技术方案来看，本发明有以下有益效果：

1、本发明，制备工艺简单，工艺成本低，有利于存储器的集成。

2、本发明能够为1S1R结构双极性阻变存储器提供双向整流器件，抑制读串扰。

3、本发明能够为1S1R结构双极性阻变存储器提供较高的电流密度和较高的选择比，有利于RRAM的更大规模的集成。

4、本发明能够为1S1R结构双极性阻变存储器提供与标准CMOS工艺兼容的选择器，便于工业化生产。

5、本发明能够为1S1R结构双极性阻变存储器提供超高均一性的选择器，降低了电路设计的难度，便于工业化生产和应用。

附图说明

图1是本发明提供的选择器的制备方法示意图；

图2至图5是选择器的制备方法过程示意图；

图6是本发明提供的选择器的原理示意图；