CN103579499A - 具有整流特性的阻变存储器器件及其制作法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电子技术以及存储器器件技术领域，公开了一种具有自整流特性的阻变存储器器件及其制作方法。该阻变存储器器件结构包括：下电极、上电极、以及包含在下电极与上电极之间的阻变存储层。本发明提出的阻变存储器器件结构与制备工艺简单、制造成本低，并且在低阻态时具有整流特性，能够有效抑制读串扰问题。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术以及存储器器件技术领域，具体涉及一种具有整流特性的阻变存储器器件及其制作法。
背景技术
存储器器件主要分为挥发性和非挥发性两大类。挥发性存储器在断电时存储的信息立即丢失，它需要持续的电源供应以维持存储的信息。与挥发性存储器相反，非挥发性存储器在无电源供应时存储的数据仍能长时间保持下来，因此非挥发性存储器在存储器市场中所占的比例越来越大。当前存储器市场上的非挥发性存储器以闪存(FLASH)为主流，但是FLASH存储器在器件尺寸不断缩小化过程中存在操作电压大、操作速度慢、耐久力不够好等缺点，这在很大程度上限制了其在市场以及高科技领域的广泛应用。如图1所示，以薄膜材料的电阻在外加电压的作用下能够在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基本工作原理的阻变存储器由于具有简单的三明治器件结构、功耗低、操作速度快、保持时间长、存储密度高、可缩小性好等特点被认为是下一代非挥发性存储器的有力候选。
作为下一代新型存储器技术的有力竞争者，阻变存储器的集成问题成为当前研究的重点。单个阻变存储单元集成中碰到的最严重问题就是读串扰，如图2所示，在一个最简单的2×2交叉阵列结构中，如果有一个阻变存储单元A处于高阻态而其他三个阻变存储单元B，C，D处于低阻态，在读取阻变存储单元A的状态时电流将沿着三个处于低阻态的存储器单元形成一条漏电通道，如图2中的虚线所示，使得读出来的电阻值不是阻变存储单元A的真实电阻值，即所谓的读串扰问题。当阵列m×n(m，n＞2)变得很大时，所述漏电通道将增多，误读现象更加严重。为了解决这种误读现象，通常将阻变存储单元与一个晶体管、二极管或者非线性电阻集成构成一个晶体管一个可变电阻(1T1R)、一个二极管一个可变电阻(1D1R)、以及一个非线性电阻一个可变电阻(1S1R)结构。对于1T1R集成结构来说，器件的面积最终由晶体管的面积决定，其最小的单元面积为6F2(F为最小特征尺寸)，这就丧失了阻变存储器可缩小性的优势。对于1D1R和1S1R的集成结构，虽然器件的最小单元面积能够达到与1R结构一样的4F2。但是目前用于阻变存储器集成的二极管以及非线性电阻在器件面积不断缩小时，不能够提供足够大的电流使得阻变存储器实现由低阻态向高阻态的转变。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种具有自整流特性的阻变存储器器件及其制作方法。该存储器器件结构与制备工艺简单、制造成本低、并且在低阻态时具有整流特性，自身能够有效抑制读串扰问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种阻变存储器器件，该阻变存储器器件在低阻态时具有整流特性，包括：下电极；上电极；以及包含在下电极与上电极之间的阻变存储层。
上述方案中，所述下电极采用n型低阻硅材料，所述构成下电极的n型低阻硅材料的电阻率小于0.1Ω.cm。
上述方案中，所述上电极采用Cu、Ni或Ag材料。
上述方案中，所述阻变存储层采用SiO2材料，该SiO2材料是由n型硅经过热氧化生成的。所述构成阻变存储层的SiO2材料的厚度为2nm至50nm。
为达到上述目的，本发明还提供了一种制作阻变存储器器件的方法，包括：提供n型低阻硅作为下电极；对所述下电极的表面进行热氧化形成SiO2阻变存储层；以及在所述阻变存储层上通过电子束蒸发或溅射形成上电极。
上述方案中，所述提供n型低阻硅作为下电极的步骤中，所述下电极采用n型低阻硅材料，该n型低阻硅材料的电阻率小于0.1Ω.cm。
上述方案中，所述对下电极的表面进行热氧化形成SiO2阻变存储层的步骤中，是通过热氧化的方法对n型硅下电极的表面进行热氧化生成SiO2材料，并由该SiO2材料作为SiO2阻变存储层，该SiO2阻变存储层的厚度为2nm至50nm。
上述方案中，所述在所述阻变存储层上通过电子束蒸发或溅射形成上电极的步骤中，是在所述阻变存储层上通过电子束蒸发或溅射导电材料Cu、Ni或Ag形成上电极。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提出的一种具有自整流特性的阻变存储器器件结构与制备工艺简单、制造成本低、并且在低阻态时具有整流特性，自身能够有效抑制读串扰问题。
附图说明
图1是阻变存储器器件基本电阻转变特性示意图；
图2是阻变存储器交叉阵列中读串扰问题示意图；
图3是依照本发明实施例的具有自整流特性的阻变存储器器件的结构示意图；
图4是依照本发明实施例的制作具有自整流特性的阻变存储器器件的方法流程图；
图5是依照本发明实施例的n+-Si/SiO2/Ni结构阻变存储器器件的电流-电压特性曲线图；
图6是依照本发明实施例的n+-Si/SiO2/Ni结构阻变存储器器件低阻态的整流特性曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提出了一种具有自整流特性的阻变存储器器件及其制作方法，如图3所示，该阻变存储器器件在低阻态时具有整流特性，包括：下电极100；上电极102；以及包含在下电极100与上电极102之间的阻变存储层101。其中，所述下电极100采用n型低阻硅材料，该构成下电极100的n型低阻硅材料的电阻率小于0.1Ω.cm。所述上电极102采用Cu、Ni或Ag材料。所述阻变存储层101采用SiO2材料，该SiO2材料是由n型硅经过热氧化生成的，该构成阻变存储层的SiO2材料的厚度为2nm至50nm。
基于图3所示的具有自整流特性的阻变存储器器件，图4示出了制作该阻变存储器器件的方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：提供n型低阻硅作为下电极100；
步骤S2：对所述下电极100的表面进行热氧化形成SiO2阻变存储层101；
步骤S3：在所述阻变存储层101上通过电子束蒸发或溅射形成上电极102。
在步骤S1中，所述下电极100采用n型低阻硅材料，该n型低阻硅材料的电阻率小于0.1Ω.cm。
在步骤S2中，是通过采用热氧化的方法对n型硅下电极100的上表面进行热氧化生成SiO2材料，并由该SiO2材料形成SiO2阻变存储层101，该SiO2阻变存储层101的厚度为2nm至50nm。
在步骤S3中，是在所述阻变存储层101上通过电子束蒸发或溅射导电材料Cu、Ni或Ag形成上电极102，上电极102材料由Cu、Ni或Ag等导电材料之一构成。
在本发明的一个实施例中，该阻变存储器器件制作方法的具体过程包括：选取电阻率小于0.1Ω.cm的n型低阻硅作为下电极；通过热氧化的方法对n型低阻硅材料表面的硅材料进行热氧化形成SiO2材料作为阻变存储层，阻变存储层SiO2的厚度为2nm至50nm；在SiO2存储层材料上通过电子束蒸发、溅射等方法形成Cu、Ni或Ag等导电材料之一作为上电极。
在本发明的再一个实施例中，首先选取n型低阻硅作为下电极，然后通过热氧化的方法将n型低阻硅材料表面的硅材料氧化成10nm厚的SiO2作为阻变存储层，最后沉积70nm厚的Ni作为上电极完成整个器件的制作。
图5所示是本发明实施例n+-Si/SiO2/Ni结构阻变存储器器件的电流-电压特性曲线图。图6是该实施例n+-Si/SiO2/Ni结构阻变存储器器件低阻态的整流特性曲线图。从图中可以看出，在±1V的读电压下，器件低阻态的整流比能够达到103，可以有效抑制读串扰问题。
由上可知，该发明提出的阻变存储器器件及其制作方法，由于该阻变存储器的结构和制备工艺简单、制造成本低、并且在低阻态时具有整流特性，自身能够有效抑制读串扰问题。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种阻变存储器器件，其特征在于，该阻变存储器器件在低阻态时具有整流特性，包括：
下电极；
上电极；以及
包含在下电极与上电极之间的阻变存储层。
2.根据权利要求1所述的阻变存储器器件，其特征在于，所述下电极采用n型低阻硅材料。
3.根据权利要求2所述的阻变存储器器件，其特征在于，所述构成下电极的n型低阻硅材料的电阻率小于0.1Ω.cm。
4.根据权利要求1所述的阻变存储器器件，其特征在于，所述上电极采用Cu、Ni或Ag材料。
5.根据权利要求1所述的阻变存储器器件，其特征在于，所述阻变存储层采用SiO2材料，该SiO2材料是由n型硅经过热氧化生成的。
6.根据权利要求5所述的阻变存储器器件，其特征在于，所述构成阻变存储层的SiO2材料的厚度为2nm至50nm。
7.一种制作权利要求1至6中任一项所述的阻变存储器器件的方法，其特征在于，包括：
提供n型低阻硅作为下电极；
对所述下电极的表面进行热氧化形成SiO2阻变存储层；以及
在所述阻变存储层上通过电子束蒸发或溅射形成上电极。
8.根据权利要求7所述的制作阻变存储器器件的方法，其特征在于，所述提供n型低阻硅作为下电极的步骤中，所述下电极采用n型低阻硅材料，该n型低阻硅材料的电阻率小于0.1Ω.cm。
9.根据权利要求7所述的制作阻变存储器器件的方法，其特征在于，所述对下电极的表面进行热氧化形成SiO2阻变存储层的步骤中，是通过热氧化的方法对n型硅下电极的表面进行热氧化生成SiO2材料，并由该SiO2材料作为SiO2阻变存储层，该SiO2阻变存储层的厚度为2nm至50nm。
10.根据权利要求7所述的制作阻变存储器器件的方法，其特征在于，所述在所述阻变存储层上通过电子束蒸发或溅射形成上电极的步骤中，是在所述阻变存储层上通过电子束蒸发或溅射导电材料Cu、Ni或Ag形成上电极。
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