專利名稱：阻變存儲器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體來說，涉及阻變存儲器及其制備方法。
背景技術(shù)：
阻變存儲器(RRAM，RESISTANCERANDOM ACCESS MEMORY)是一種新型存儲器件，由于阻變存儲器具有結(jié)構(gòu)簡單，與現(xiàn)有互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS，COMPLEMENTARY METALOXIDE SEMICONDUCTOR)工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，得到越來越廣泛的應(yīng)用。常見的阻變存儲器一般為MIM(金屬電極-阻變材料-金屬電極)結(jié)構(gòu)，由位于襯底之上層疊設(shè)置的底電極、阻變材料和頂電極組成，底電極設(shè)置在襯底之上，阻變材料設(shè)置在底電極之上，頂電極設(shè)置在阻變材料之上。阻變存儲器通過外加不同極性及大小的電壓，改變阻變材料的電阻大小，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。當(dāng)在阻變存儲器的底電極和頂電極之間加載電壓時(shí)，在外加電場作用下，阻變材料會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使得材料中的氧空位發(fā)生遷移，從而產(chǎn)生電阻變化，在加載的電壓消失后，阻變材料仍然能夠保持電阻不發(fā)生變化直到再次加載電壓。但是現(xiàn)有技術(shù)中的阻變存儲器在產(chǎn)生電阻變化的同時(shí)也會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生較大的操作電流，而較大的操作電流直接影響了阻變存儲器的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了阻變存儲器及其制備方法，以解決在現(xiàn)有阻變存儲器操作電流大，影響阻變存儲器性能的問題。一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種阻變存儲器，所述阻變存儲器形成于襯底上，包括第一電極、阻變材料和第二電極。其中，所述第一電極、阻變材料和第二電極均位于所述襯底表面，所述第一電極和所述第二電極相對設(shè)置，所述阻變材料位于所述第一電極和所述第二電極之間，且同時(shí)與所述第一電極和所述第二電極接觸；所述第一電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第一電極與所述阻變材料相接觸的第一接觸面的面積，和/或所述第二電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第二電極與所述阻變材料相接觸的第二接觸面的面積。另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種阻變存儲器的制備方法，包括在襯底上淀積電極材料；對所述電極材料進(jìn)行刻蝕，生成相互分離且相對設(shè)置的第一電極及第二電極；在所述第一電極和第二電極之間淀積阻變材料；以第一電極或第二電極為停止層對所述阻變材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，形成阻變存儲器，其中，所述阻變材料同時(shí)與所述第一電極和所述第二電極接觸；所述第一電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第一電極與所述阻變材料相接觸的第一接觸面的面積，和/或所述第二電極與所述襯底的接觸面面 積大于所述第二電極與所述阻變材料相接觸的第二接觸面的面積。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例通過將阻變存儲器的電極和阻變材料都形成在襯底的表面上，并使電極與阻變材料的接觸面積小于電極與襯底的接觸面積，從而獲得了實(shí)際電極面積更小的阻變存儲器，因此，在阻變存儲器外加電壓時(shí)，可以減小產(chǎn)生的操作電流，進(jìn)而可以減小阻變存儲器的功耗，減小操作電流對阻變存儲器性能的影響。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰，在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分，并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1為本發(fā)明阻變存儲器 結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A為本發(fā)明阻變存儲器制備方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；圖2B至圖2E為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例制備阻變存儲器的示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)阻變存儲器的工作原理，當(dāng)阻變存儲器的實(shí)際電極面積越小時(shí)，操作電流也相應(yīng)的越小，所述實(shí)際電極面積是指與阻變材料相接觸，并且在加載電壓后能夠引起阻變材料電阻變化的電極的面積。因此縮小阻變存儲器的實(shí)際電極面積就成為縮小阻變存儲器操作電流最有效的方法之一。由于現(xiàn)有技術(shù)中縮小阻變存儲器的實(shí)際電極面積主要通過縮小底電極、阻變材料、頂電極中某一層或某幾層的淀積面積來實(shí)現(xiàn)。但是在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下，隨著淀積面積的縮小生產(chǎn)成本會(huì)不斷上升，當(dāng)?shù)矸e面積小于I μ m*l μ m時(shí)阻變存儲器的生產(chǎn)會(huì)非常困難，因此減小阻變存儲器的實(shí)際電極面積需要通過其他途徑來實(shí)現(xiàn)。基于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種阻變存儲器及其制備方法，通過改變阻變存儲器中頂電極、底電極及阻變材料之間的位置關(guān)系，可以減小阻變存儲器的實(shí)際電極面積，從而可以減小操作電流，降低阻變存儲器器件的功耗，提高阻變存儲器器件的性能。下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示裝置結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。參見圖1，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例阻變存儲器結(jié)構(gòu)示意圖。所述阻變存儲器包括第一電極121、第二電極122和阻變材料123，所述第一電極121、第二電極122和阻變材料123均位于所述襯底110表面，該襯底110可以是多晶硅襯底也可以是其它半導(dǎo)體襯底。所述第一電極121和所述第二電極122相對設(shè)置，所述阻變材料123位于所述第一電極121和所述第二電極122之間，且同時(shí)與所述第一電極121和所述第二電極122接觸。其中，所述第一電極121與所述襯底110的接觸面131的面積大于所述第一電極121與所述阻變材料123相接觸的第一接觸面132的面積。若該第一電極121為長方體，該長方體的長和寬所在的底面與襯底110相接觸，寬和高所在的側(cè)面與阻變材料123相接觸，則該長方體的長大于聞。所述第二電極122與所述襯底110的接觸面133的面積大于所述第二電極122與所述阻變材料123相接觸的第二接觸面134的面積。若該第二電極122為長方體，該長方體的長和寬所在的底面與襯底110相接觸，寬和高所在的側(cè)面與阻變材料123相接觸，則該長方體的長大于高。該阻變存儲器可以同時(shí)包括具有上述特征的第一電極121和第二電極122，也可以只包括具有上述特征的第一電極121，而第二電極122的具體特征不做限定，或者只包括具有上述特征的第二電極122，而第一電極121的具體特征不做限定，只要阻變存儲器的實(shí)際電極面積減小即可。該結(jié)構(gòu)的阻變存儲器將現(xiàn)有技術(shù)中層疊設(shè)置的頂電極、阻變材料和底電極變化為平鋪在襯底上的第一電極、阻變材料和第二電極，將阻變存儲器的實(shí)際電極面積由頂電極的下表面面積和底電極的上表面面積變化為第一電極、第二電極的側(cè)面面積，因此，只要第一電極與阻變材料相接觸的側(cè)面面積小于第一電極的下表面面積，或者第二電極與阻變材料相接觸的側(cè)面面積小于第二電極的下表面面積，即可減小阻變存儲器的實(shí)際電極面積，從而在阻變存儲器外加電壓時(shí)，減小產(chǎn)生的操作電流。在實(shí)際制備過程中，若要減小第一電極或第二電極的側(cè)面積，只要減小電極材料和阻變材料淀積的厚度即可，相比較現(xiàn)有技術(shù)的層疊結(jié)構(gòu)中減小兩電極和阻變材料在水平方向的尺寸來說，在工藝上要容易的多。另外，形成所述第一電極121及所述第二電極122的電極材料可以是Pt、T1、Al這幾種電極材料中的一種，也可以是其他電極材料；所述阻變材料123可以是TaOx、HfOx,AlOx這幾種阻變材料中的一種，也可以是其它阻變材料。所述第一電極121和所述第二電極122的形狀和大小可以相同也可以不相同，根據(jù)需要可以是規(guī)則形狀，也可以是不規(guī)則形狀，所述第一電極121、所述第二電極122及所述阻變材料123可以均為長方體。第一電極121、第二電極122及阻變材料123的厚度可以根據(jù)需要確定。例如，所述第一電極121、第二電極122及阻變材料123在襯底上生長的厚度可以相等，且均小于I μ m0本發(fā)明實(shí)施例通過將阻變存儲器的電極和阻變材料都形成在襯底的表面上，并使電極與阻變材料的接觸面積小于電極與襯底的接觸面積，從而獲得了實(shí)際電極面積更小的阻變存儲器，因此，在阻變存儲器外加電壓時(shí)，可以減小產(chǎn)生的操作電流，進(jìn)而可以減小存儲器的功耗，減小操作電流對阻變存儲器性能的影響。與本發(fā)明阻變存儲器結(jié)構(gòu)的實(shí)施例相對應(yīng)，本發(fā)明還提供了制備阻變存儲器方法的實(shí)施例。參見圖2A，為本發(fā)明阻變存儲器制備方法的流程圖，該方法可以包括以下步驟步驟201，在襯底上淀積電極材料。
如圖2B所示，首先在襯底210上方淀積一層電極材料220。其中，電極材料220可以是Pt、T1、Al這幾種電極材料中的一種，也可以是其他電極材料。電極材料220的淀積可以采用物理汽相淀積、化學(xué)氣相淀積、低能離子束淀積等淀積方法，根據(jù)不同的電極材料的性質(zhì)可以采用不同的淀積方法。所述電極材料220的淀積厚度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定，可選的，所述阻變材料的淀積厚度小于1μ m。步驟202，對電極材料層進(jìn)行刻蝕，生成相互分離且相對設(shè)置的第一電極及第二電極。如圖2C所示，對電極材料層210進(jìn)行刻蝕生成的第一電極221、第二電極222及第電極和第二電極之間的阻變窗口。其中，對淀積材料220的刻蝕可以采用光刻的方法或其他刻蝕方法。第一電極221和第二電極222的根據(jù)實(shí)際需要及生產(chǎn)技術(shù)工藝，可以是規(guī)則形狀，也可以是不規(guī)則形狀，第一電極221和第二電極222形狀可以相同也可以不相同?？蛇x的，第一電極221和第二電極222為形狀相同的長方體，兩個(gè)電極與襯底層210接觸的面均為I μ m*l μ m的正方形。步驟203，在所述第一電極和第二電極之間淀積阻變材料。由于所述第一電極221和第二電極222之間的阻變窗口通常較小，將阻變材料的淀積范圍控制在所述第一電極221和第二電極222之間的阻變窗口比較困難，因此可以采用先大面積淀積然后再將不需要部分去除的方式來在兩個(gè)電極之間淀積阻變材料。如圖2D所示，在第一電極221與第二電極222之上及第一電極221與第二電極222之間的阻變窗口之內(nèi)淀積阻變材料230。其中，阻變材料可以TaOx、HfOx, AlOx這幾種中的一種，也可以是其它阻變材料，阻變材料的淀積可以采用物理汽相淀積、化學(xué)氣相淀積、低能離子束淀積或其他的淀積方法進(jìn)行淀積，可以根據(jù)不同的阻變材料采用不同的淀積方法進(jìn)行淀積。阻變材料淀積的厚度可以根據(jù)需要進(jìn)行確定，可選的，阻變材料在阻變窗口內(nèi)的淀積的厚度大于電極材料的厚度。步驟204，以第一電極或第二電極為停止層對所述阻變材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，形成阻變存儲器，其中，所述阻變材料同時(shí)與所述第一電極和所述第二電極接觸，所述第一電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第一電極與所述阻變材料相接觸的第一接觸面的面積，和/或所述第二電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第二電極與所述阻變材料相接觸的第二接觸面的面積。圖如2E所示，以第一電極或第二電極為停止層對阻變材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光對所述阻變材料103中高于第一電極221或第二電極222上表面的部分進(jìn)行去除，只保留位于第一電極221和第二電極222之間的阻變材料223，其中，所述阻變材料223同時(shí)與所述第一電極221和所述第二電極222接觸；所述第一電極221與所述襯底210的接觸面231的面積大于所述第一電極221與所述阻變材料223相接觸的第一接觸面232的面積，和/或所述第二電極與所述襯底的接觸面233的面積大于所述第二電極與所述阻變材料相接觸的第二接觸面234的面積。
可選的，對所述阻變材料230中高于第一電極221或第二電極222上表面的部分進(jìn)行去除，可以采用化學(xué)機(jī)械拋光方法，以所述第一電極221或第二電極222的上表面為停止層對阻變材料塊進(jìn)行拋光使被阻變材料覆蓋的兩個(gè)電極露出。從上述方案可以看出，生產(chǎn)阻變存儲器所需的工藝都是先有工藝，通過改變阻變存儲器的結(jié)構(gòu)，利用現(xiàn)有的設(shè)備條件和生產(chǎn)工藝就可以生產(chǎn)出實(shí)際電極面積更小，功耗更低的阻變存儲器。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本 發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種阻變存儲器，其特征在于，所述阻變存儲器形成于襯底上，所述阻變存儲器包括第一電極、阻變材料和第二電極，所述第一電極、阻變材料和第二電極均位于所述襯底表面，所述第一電極和所述第二電極相對設(shè)置，所述阻變材料位于所述第一電極和所述第二電極之間，且同時(shí)與所述第一電極和所述第二電極接觸；所述第一電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第一電極與所述阻變材料相接觸的第一接觸面的面積，和/或所述第二電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第二電極與所述阻變材料相接觸的第二接觸面的面積。
2.如權(quán)利要求1所述的阻變存儲器，其特征在于，所述阻變材料、所述第一電極和所述第二電極在所述襯底上的生長厚度相同。
3.如權(quán)利要求2所述的阻變存儲器，其特征在于，所述阻變材料、所述第一電極和所述第二電極的生長厚度均小于I μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的阻變存儲器，其特征在于，所述阻變材料、第一電極及所述第二電極的形狀均為長方體。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的阻變存儲器，其特征在于，所述第一電極及所述第二電極的材料為下列之一Pt,Ti, AL·
6.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲器，其特征在于，所述阻變材料的材料為下列之一TaO, AlO, HfO0
7.一種阻變存儲器的制備方法，其特征在于，包括 在襯底上淀積電極材料； 對所述電極材料進(jìn)行刻蝕，生成相互分離且相對設(shè)置的第一電極及第二電極； 在所述第一電極和第二電極之間淀積阻變材料； 以第一電極或第二電極為停止層對所述阻變材料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，形成阻變存儲器，其中，所述阻變材料同時(shí)與所述第一電極和所述第二電極接觸；所述第一電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第一電極與所述阻變材料相接觸的第一接觸面的面積，和/或所述第二電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第二電極與所述阻變材料相接觸的第二接觸面的面積。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述對所述淀積材料進(jìn)行刻蝕，具體為 采用光刻法對所述電極材料進(jìn)行刻蝕。
9.如權(quán)利要求7所述的阻變存儲器，其特征在于，所述第一電極及所述第二電極的材料為下列之一Pt,Ti,AL·
10.如權(quán)利要求7至9中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的阻變存儲器，其特征在于，所述阻變材料的材料為下列之一TaO, A10, HfO0
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供了阻變存儲器及其制備方法，所述阻變存儲器形成于襯底上，所述阻變存儲器包括第一電極、阻變材料和第二電極，所述第一電極、阻變材料和第二電極均位于所述襯底表面，所述第一電極和所述第二電極相對設(shè)置，所述阻變材料位于所述第一電極和所述第二電極之間，且同時(shí)與所述第一電極和所述第二電極接觸；所述第一電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第一電極與所述阻變材料相接觸的第一接觸面的面積，和/或所述第二電極與所述襯底的接觸面面積大于所述第二電極與所述阻變材料相接觸的第二接觸面的面積。本發(fā)明實(shí)施例所提供的阻變存儲器具有操作電流小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01L45/00GK103066207SQ201210576710
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者蔡一茂, 毛俊, 黃如, 王宗巍, 余牧溪 申請人:北京大學(xué)