[发明专利]一种提高RRAM均一性的方法及RRAM器件

说明书

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种提高RRAM均一性的方法及RRAM器件。

背景技术

随着大规模集成电路技术的持续发展,来自量子隧穿和电容耦合效应等问题的挑战使得传统Flash存储器技术难以满足摩尔定律的发展，在后摩尔时代采用新型非挥发性存储技术成为必然。许多新型非挥发性存储器被相继提出并得到广泛研究。

阻变存储器RRAM作为下一代非挥发存储器候选者具有结构简单，可微缩性好，存储密度高，与CMOS工艺兼容等优点。虽然目前阻变存储器技术取得了迅速发展，但是还存在一些关键性的问题没有解决，如：随着器件尺寸不断微缩、新材料的引入、新结构的运用、工艺涨落等因素，使得阻变器件的均一性降低，导致存储器波动性和可靠性问题越来越严重，运行效率低。

故而，现有的阻变存储器技术存在波动性大、可靠性差等缺陷，是推向实际应用的一大障碍。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种提高RRAM均一性的方法及RRAM器件。

第一方面，本发明实施例中提供了一种提高RRAM均一性的方法，包括：

在衬底上刻蚀锥状结构；

在所述锥状结构表面淀积一层金属薄膜，形成下电极；

在所述金属下电极上沉积一层氧化物绝缘层，形成阻变层；

在所述氧化物绝缘层上沉积一层金属薄膜，形成上电极；

在所述上电极与所述下电极上加偏压。

结合第一方面，本发明在第一方面的第一种实现方式中，所述在衬底上刻蚀锥状结构为采用高K氧化物作掩蔽层，用等离子体刻蚀衬底生成锥状结构。

结合第一方面，本发明在第一方面的第二种实现方式中，所述形成上电极和所述形成下电极分别为采用磁控溅射或离子束溅射或电子束蒸发方法淀积一层金属薄膜。

结合第一方面，本发明在第一方面的第三种实现方式中，所述在所述金属下电极上沉积一层氧化物绝缘层为采用原子层沉积(ALD)或磁控溅射或离子束溅射方法在所述金属下电极上沉积一层氧化物绝缘层。

结合第一方面的第三种实现方式，本发明在第一方面的第四种实现方式中，所述原子层沉积温度为100-400℃。

结合第一方面，本发明在第一方面的第五种实现方式中，所述加偏压为恒定电压扫描或斜坡电压扫描或脉冲电压扫描。

结合第一方面，本发明在第一方面的第六种实现方式中，所述加偏压时，下电极始终接地。

本发明的第二方面，提供一种RRAM器件，包括：锥状结构衬底、覆盖在所述锥状结构衬底上的作为下电极的金属薄膜、覆盖在所述下电极上的绝缘层、及覆盖在所述绝缘层上的作为上电极的金属薄膜。

结合第二方面，本发明在第二方面的第一种实现方式中，所述锥状结构其底部直径为2um，顶部直径为13-30nm。

结合第二方面，本发明在第二方面的第二种实现方式中，所述上电极和所述下电极的金属薄膜的厚度分别为10-50nm。

结合第二方面，本发明在第二方面的第三种实现方式中，所述绝缘层的厚度为5-50nm。

结合第二方面，本发明在第二方面的第四种实现方式中，所述衬底包括Si、氧化物、氮化物。

结合第二方面，本发明在第二方面的第五种实现方式中，所述上电极和所述下电极分别包括单质金属、金属氮化物。

结合第二方面，本发明在第二方面的第六种实现方式中，所述绝缘层材料包括二元过渡金属氧化物、复杂氧化物。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明公开了一种提高RRAM均一性的方法及RRAM器件，RRAM器件由于采用如下方法：首先，在衬底上刻蚀锥状结构；其次，在所述锥状结构表面淀积一层金属薄膜，形成下电极；在所述金属下电极上沉积一层氧化物绝缘层，形成阻变层；在所述氧化物绝缘层上沉积一层金属薄膜，形成上电极；最后，在所述上电极与所述下电极上加偏压，对形成的器件进行电学测试操作，则在器件中会有导电细丝的形成。在施加操作电压时，由于锥状结构的尖端放电，使的锥状处的电场较其他位置增强并且集中，则阻变存储器RRAM中的导电细丝更趋向于在电场强的地方生成与断裂，从而有效地提高了阻变存储器的均一性。故而本发明既可以降低存储器的波动性、增强可靠性，又能与传统的CMOS工艺兼容，达到了提高存储器运行效率的目的。