[发明专利]忆阻器电极及其制备方法、忆阻器和阻变式存储器

说明书

本申请实施例提供了一种忆阻器电极及其制备方法、忆阻器和阻变式存储器(RRAM)。该方法，包括：a.在基底上沉积金属硼化物薄膜；b.对金属硼化物薄膜进行退火处理；c.在金属硼化物薄膜表面形成一光刻胶层，对光刻胶层进行光刻以形成与预定电极图案对应的光刻图案；d.以光刻图案为掩膜，采用离子束对金属硼化物薄膜进行刻蚀，以将金属硼化物薄膜形成所述预定的电极图案。本发明利用金属硼化物制备的忆阻器电极完全兼容CMOS制造工艺，并且可以改善包括该忆阻器的RRAM的产品性能。

技术领域

本申请实施例涉及存储器制造领域，并且更具体地，涉及一种忆阻器电极及其制备方法、忆阻器和阻变式存储器。

背景技术

阻变式随机存取存储器(Resistive Random Access Memory,RRAM)是一种利用材料的可变电阻特性来存储信息的非易失性(Non-volatile)存储器，具有功耗低，密度高，读写速度快，耐久性好等优点。

RRAM的基本存储单元为忆阻器，忆阻器主要由下电极、阻变层和上电极组成。RRAM的存取控制单元则是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)，是CMOS电路的一种常见器件。忆阻器的工作原理是：当施加正电压在两个电极之间时，阻变层内会形成导电细丝(Filament)，呈现低阻态；而当产生一个反向电流(RESET current)在两个电极之间时，阻变层内的导电细丝会断裂呈现高阻态，这种可变的电阻特性在效果上实现了RRAM‘0’和‘1’的切换。

RRAM的特性很大程度上由电极材料决定。通常，RRAM的至少一个电极会采用一种具有良好导电性且具有较高功函数(work function)的惰性金属材料，例如铂(Pt)，铱(Ir)，金(Au)，钯(Pd)等贵金属。而这些贵金属元素会给前道晶圆厂(foundry)的制程带来金属污染的问题，采用贵金属材料作为电极的RRAM制造工艺与标准的CMOS制造工艺不兼容，这给RRAM的制造工艺整合带来了很大难度。因此，许多RRAM产品便采用诸如氮化钛(TiN)之类的foundry友好材料作为电极，回避了不兼容材料带来的工艺整合难题。氮化钛(TiN)是foundry中最常用的导电材料之一，其制备方法包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)和物理气相沉积(PVD)等，由这些方法制备出TiN，其材料特性与RRAM的要求有一定差距。但是由于TiN材料工艺成熟，目前已经被广泛用于制作RRAM电极，通常技术人员通过对阻变层进行调整、对忆阻器操作的脉冲宽度进行调整或者对相关联电路的改善设计等来提高RRAM性能。但如此一来，在设计满足要求的RRAM产品过程中，会增加与电极相关的配套设计的难度，也会有更高的几率导致RRAM成品最终不能满足性能要求。

发明内容

本申请实施例提供了一种忆阻器电极及其制备方法、忆阻器和阻变式存储器，能够在兼容于CMOS制造工艺的基础上，改善RRAM的产品性能。

第一方面，提供了一种忆阻器电极的制备方法，其特征在于，包括：

在基底沉积金属硼化物薄膜；

对所述金属硼化物薄膜进行退火处理；

在所述金属硼化物薄膜表面形成一光刻胶层，对所述光刻胶层进行光刻以形成与预定电极图案对应的光刻图案；

以所述光刻图案为掩膜，采用离子束刻蚀所述金属硼化物薄膜，以将所述金属硼化物薄膜形成所述预定的电极图案。

可选的，所述金属硼化物薄膜的纯度在99.9％以上。

可选的，所述基底为硅晶圆。

可选的，在所述基底沉积的金属硼化物薄膜，其厚度为20纳米-100纳米。

可选的，所述退火处理包括：