本發(fā)明涉及存儲器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種阻變存儲器的制造方法和阻變存儲器。

背景技術(shù)：

隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，受其自身存儲機理的限制使得傳統(tǒng)flash存儲器技術(shù)難以滿足摩爾定律的發(fā)展，追求單片集成密度，對flash造成成本和技術(shù)的壓力。為了降低生產(chǎn)成本,同時避免技術(shù)節(jié)點的物理極限對存儲市場的影響，尋求高集成度、更高速讀取的存儲,進而取代flash的存儲器成為了人們研究的熱點。

近些年來，基于新的存儲機理和技術(shù)的新型非揮發(fā)性存儲器也不斷出現(xiàn)。阻變存儲器(rram)作為下一代非揮發(fā)存儲器有力候選者之一，具有結(jié)構(gòu)簡單，可微縮性好，存儲密度高，與cmos工藝兼容等優(yōu)點.

但是，目前阻變存儲器還存在一些關(guān)鍵性的問題沒有解決，其中，功耗高就是其需要解決的技術(shù)問題之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請實施例通過提供一種阻變存儲器的制造方法和阻變存儲器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中阻變存儲器存在的功耗高的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例提供了如下技術(shù)方案：

一方面，提供一種阻變存儲器的制造方法，包括：

提供第一襯底，并在所述第一襯底上刻蝕出孔洞，沿所述第一襯底刻蝕有孔洞的表面往內(nèi)的方向，所述孔洞的尺寸遞減；

在所述表面上沉積第一金屬薄膜，所述第一金屬薄膜為活性金屬薄膜；

在所述第一金屬薄膜上生長環(huán)氧層和設(shè)置第二襯底；

分離所述第一襯底和所述第一金屬薄膜，其中，所述第一金屬薄膜上形成有與所述孔洞對應(yīng)的錐狀結(jié)構(gòu)；

在所述第一金屬薄膜上依次沉積氧化物阻變層材料和第二金屬薄膜，以所述第一金屬薄膜作為所述存儲器的下電極，以所述第二金屬薄膜作為所述存儲器的上電極。

可選的，所述孔洞為倒置的金字塔形；所述錐狀結(jié)構(gòu)為金字塔形結(jié)構(gòu)，所述金字塔形結(jié)構(gòu)的頂部半徑為20-30nm。

可選的，所述在所述第一襯底上刻蝕出孔洞，包括：在所述第一襯底上淀積氮化物薄膜；按孔狀圖形刻蝕所述氮化物薄膜；以所述氮化物薄膜作保護層刻蝕所述第一襯底，形成所述孔洞；剝離所述氮化物薄膜。

可選的，所述在所述第一襯底上刻蝕出孔洞，包括：采用各向異性刻蝕方法，在所述第一襯底上刻蝕出孔洞。

可選的，所述第一金屬薄膜的材質(zhì)為以下任一種或多種的組合：ag，cu，ni；所述第二金屬薄膜的材質(zhì)為以下任一種或多種的組合：ti、cr，pt。

可選的，所述在所述第一金屬薄膜上生長環(huán)氧層和設(shè)置第二襯底，包括：在所述第一金屬薄膜上生長環(huán)氧層；進行熱處理；在所述環(huán)氧層上放置所述第二襯底，所述第二襯底為玻璃襯底。

另一方面，提供一種阻變存儲器，包括：

第二襯底，所述第二襯底的第一表面上設(shè)置有錐狀結(jié)構(gòu)；

所述第一表面上，沿遠(yuǎn)離所述第一表面的方向，依次設(shè)置有環(huán)氧層、第一金屬薄膜、氧化物阻變層材料和第二金屬薄膜；所述第一金屬薄膜為活性金屬薄膜；

其中，以所述第一金屬薄膜作為所述存儲器的下電極，以所述第二金屬薄膜作為所述存儲器的上電極。

可選的，所述錐狀結(jié)構(gòu)為金字塔形結(jié)構(gòu)；所述金字塔形結(jié)構(gòu)的頂部半徑為20-30nm。

可選的，所述第一金屬薄膜的材質(zhì)為以下任一種或多種的組合：ag，cu，ni；所述第二金屬薄膜的材質(zhì)為以下任一種或多種的組合：ti、cr，pt。

可選的，所述第二襯底為玻璃襯底。

本申請實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：

本申請實施例提供的阻變存儲器的制造方法和阻變存儲器，通過在第一襯底上刻蝕孔洞，在第一金屬薄膜表面形成了錐狀結(jié)構(gòu)，再分離第一襯底和第一金屬薄膜，并在第一金屬薄膜上沉積氧化物阻變層材料和第二金屬薄膜，形成了錐狀結(jié)構(gòu)的上電極和下電極，由于錐狀電極處電場局部增強，從而錐狀結(jié)構(gòu)處的能量勢壘較其他位置低，下電極金屬對電子的束縛降低，使得活性金屬在錐狀結(jié)構(gòu)處更容易被離化并在電場下較容易遷移，從而有效地降低了阻變存儲器的操作電壓，從而降低功耗。

進一步，本申請器件結(jié)構(gòu)簡單，工藝和操作方法簡單，成本低，可靠性高并與傳統(tǒng)cmos工藝兼容，有利于廣泛推廣與應(yīng)用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述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)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例中阻變存儲器的制造方法的流程圖；

圖2為本申請實施例中阻變存儲器的制造方法的工藝剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本申請實施例中阻變存儲器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本申請實施例中阻變存儲器對比檢測結(jié)果示意圖。

具體實施方式

本申請實施例通過提供一種阻變存儲器的制造方法和阻變存儲器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中阻變存儲器存在的功耗高的技術(shù)問題。實現(xiàn)了降低阻變存儲器工作電壓和功耗的技術(shù)效果。

為解決上述技術(shù)問題，本申請實施例提供技術(shù)方案的總體思路如下：

一種阻變存儲器的制造方法，包括：

提供第一襯底，并在所述第一襯底上刻蝕出孔洞，沿所述第一襯底刻蝕有孔洞的表面往內(nèi)的方向，所述孔洞的尺寸遞減；

在所述表面上沉積第一金屬薄膜，所述第一金屬薄膜為活性金屬薄膜；

在所述第一金屬薄膜上生長環(huán)氧層和設(shè)置第二襯底；

分離所述第一襯底和所述第一金屬薄膜，其中，所述第一金屬薄膜上形成有與所述孔洞對應(yīng)的錐狀結(jié)構(gòu)；

在所述第一金屬薄膜上依次沉積氧化物阻變層材料和第二金屬薄膜，以所述第一金屬薄膜作為所述存儲器的下電極，以所述第二金屬薄膜作為所述存儲器的上電極。

本申請實施例提供的阻變存儲器的制造方法和阻變存儲器，通過在第一襯底上刻蝕孔洞，在第一金屬薄膜表面形成了錐狀結(jié)構(gòu)，再分離第一襯底和第一金屬薄膜，并在第一金屬薄膜上沉積氧化物阻變層材料和第二金屬薄膜，形成了錐狀結(jié)構(gòu)的上電極和下電極，由于在下電極加正壓時，錐狀電極處電場局部增強，從而錐狀結(jié)構(gòu)處的能量勢壘較其他位置低，下電極金屬對電子的束縛降低，使得活性金屬在錐狀結(jié)構(gòu)處更容易被離化并在電場下較容易遷移，從而有效地降低了阻變存儲器的操作電壓，從而降低功耗。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請實施例以及實施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

實施例一

在本實施例中，提供一種阻變存儲器的制造方法，如圖1所示，包括：

步驟s101，提供第一襯底，并在所述第一襯底上刻蝕出孔洞，沿所述第一襯底刻蝕有孔洞的表面往內(nèi)的方向，所述孔洞的尺寸遞減；

步驟s102，在所述表面上沉積第一金屬薄膜，所述第一金屬薄膜為活性金屬薄膜；

步驟s103，在所述第一金屬薄膜上生長環(huán)氧層和設(shè)置第二襯底；

步驟s104，分離所述第一襯底和所述第一金屬薄膜，其中，所述第一金屬薄膜上形成有與所述孔洞對應(yīng)的錐狀結(jié)構(gòu)；

步驟s105，在所述第一金屬薄膜上依次沉積氧化物阻變層材料和第二金屬薄膜，以所述第一金屬薄膜作為所述存儲器的下電極，以所述第二金屬薄膜作為所述存儲器的上電極。

下面，結(jié)合圖1和圖2來詳細(xì)介紹本申請?zhí)峁┑淖枳兇鎯ζ鞯闹圃旆椒ǖ脑敿?xì)工藝步驟：

首先，執(zhí)行步驟s101，提供第一襯底，并在所述第一襯底上刻蝕出孔洞，沿所述第一襯底刻蝕有孔洞的表面往內(nèi)的方向，所述孔洞的尺寸遞減。

較優(yōu)的，所述孔洞為倒金字塔形。當(dāng)然所述孔洞也可以為倒圓錐型，在此不作限制。

在本申請實施例中，所述在所述第一襯底上刻蝕出孔洞，包括：

在所述第一襯底上淀積氮化物薄膜；

按孔狀圖形刻蝕所述氮化物薄膜；

以所述氮化物薄膜作保護層刻蝕所述第一襯底，形成所述孔洞；

剝離所述氮化物薄膜。

具體來講，即如圖2中(a)所示，在所述第一襯底100上淀積一層氮化物薄膜200；再如圖2中(b)所示，光刻膜圖形化后，如(c)所示，反應(yīng)離子刻蝕(rie)刻蝕所述氮化物薄膜200，具體可以采用沿<100>晶向刻蝕的方法；再如(d)所示，以所述氮化物薄膜200作保護層刻蝕所述第一襯底100，利用所述第一襯底100的各向異性刻蝕出類似倒金字塔結(jié)構(gòu)的孔洞101，并剝離所述氮化物薄膜200。

在本申請實施例中，所述第一襯底100可以為平整、潔凈的絕緣襯底si；所述的si襯底晶向為<100>；所述氮化物薄膜可以為sin；所述氮化物薄膜的厚度為50-100nm，所述刻蝕氣體為cf4與o2；所述的類金字塔開口的半徑最小處為20-30nm。

在本申請實施例中，所述的刻蝕為各向異性刻蝕，所述的各向異性刻蝕的溶液為30％-50％濃度的氫氧化鉀，刻蝕溫度為60-100℃，刻蝕時間為10-15min，所述氮化物薄膜200的剝離可以采用氫氟酸溶液。

然后，執(zhí)行步驟s102，如圖2中(e)所示，在所述表面上沉積第一金屬薄膜300，所述第一金屬薄膜300為活性金屬薄膜。

在本申請實施例中，所述第一金屬薄膜300的材質(zhì)為以下任一種或多種的組合：ag，cu，ni。

進一步所述沉積的方法為磁控濺射、離子束濺射或電子束蒸發(fā)，在此不作限制。所述第一金屬薄膜300厚度為100-200nm。

接下來，執(zhí)行步驟s103，如圖2中(f)所示，在所述第一金屬薄膜300上生長環(huán)氧層400和設(shè)置第二襯底500。

在本申請實施例中，所述在所述第一金屬薄膜300上生長環(huán)氧層400和設(shè)置第二襯底500，包括：

在所述第一金屬薄膜300上生長環(huán)氧層400；

進行熱處理；

在所述環(huán)氧層400上放置所述第二襯底500，所述第二襯底500為玻璃襯底。

進一步，所述環(huán)氧層400的熱處理溫度為150℃，處理時間為1h。

再下來，執(zhí)行步驟s104，如圖2中(g)所示，分離所述第一襯底100和所述第一金屬薄膜300，其中，所述第一金屬薄膜300上形成有與所述孔洞101對應(yīng)的錐狀結(jié)構(gòu)301。

具體來講，可以采用刀片將所述第一襯底100與所述第一金屬薄膜300分離。

再執(zhí)行步驟s105，如圖2中(h)所示，在所述第一金屬薄膜300上依次沉積氧化物阻變層材料600和第二金屬薄膜700，以所述第一金屬薄膜300作為所述存儲器的下電極，以所述第二金屬薄膜700作為所述存儲器的上電極。

具體來講，所述沉積氧化物阻變層材料600的方法為原子層沉積(ald)、磁控濺射或離子束濺射，在此不作限制；所述氧化物阻變層材料600的厚度一般為150-250nm。所述原子層沉積溫度為100-400℃；所述沉積氧化物阻變層材料600包括二元過渡金屬氧化物以及復(fù)雜的氧化物，所述二元過渡金屬氧化物種類包括taox、hfo2、tio2、nio或zro2中的任一種或多種的組合，所述復(fù)雜的氧化物包括srtio3。

進一步，所述沉積第二金屬薄膜700的方法為磁控濺射、離子束濺射或電子束蒸發(fā)，在此不作限制；所述第二金屬薄膜700的厚度為70-100nm；所述第二金屬薄膜的材質(zhì)為以下任一種或多種的組合：ti、cr，pt。

采用上述方法形成了金屬-氧化物-金屬的阻變存儲器，其中，所述阻變存儲器上的錐狀結(jié)構(gòu)301如圖3所示。由于在下電極加正壓時，錐狀電極處電場局部增強，從而錐狀結(jié)構(gòu)處的能量勢壘較其他位置低，下電極金屬對電子的束縛降低，使得活性金屬在錐狀結(jié)構(gòu)處更容易被離化并在電場下較容易遷移，從而有效地降低了阻變存儲器的操作電壓，從而降低功耗。

為了檢驗本申請?zhí)峁┑姆椒ㄖ圃斓淖枳兇鎯ζ鞯男阅埽谏想姌O與下電極上加偏壓進行掃描，所述掃描可以是恒定電壓掃描(cvs)、也可以是斜坡電壓掃描(rvs)，還可以是脈沖電壓掃描，在此不作限制。進一步，加偏壓時，所述上電極始終接地。

在本申請實施例中，所述的恒定電壓掃描是電壓恒定的掃描方式；所述的斜坡電壓掃描是電壓隨時間等間隔增長變化的掃描方式；所述的脈沖掃描是給定特定的脈寬(時間)和電壓(脈高)的掃描方式。

經(jīng)掃描所述存儲器錐狀結(jié)構(gòu)301處下電極的操作電壓較平面電極的明顯降低，因此，此種方法可以有效地降低阻變存儲器的操作電壓，從而降低功耗。

最后，列舉一具體實例來詳細(xì)說明本申請?zhí)峁┓椒捌湫Ч?/p>

在晶向<100>的si襯底上生長100nm的sin，旋涂正膠曝光剝離后，采用反應(yīng)離子刻蝕sin。采用各向異性刻蝕襯底si，刻蝕溶液為30％濃度的氫氧化鉀，刻蝕溫度為60℃，刻蝕時間為10min，形成帶有倒金字塔形的襯底si。采用氫氟酸溶液剝離氮化sin。在刻有倒金字塔結(jié)構(gòu)的si襯底上淀積190nm的ag活性金屬作為下電極。在ag活性金屬上生長環(huán)氧層并經(jīng)過150℃，1h的處理，最后放置一層玻璃襯底。采用刀片將襯底si與活性金屬電極ag分離，此時類金字塔的下電極形成。最后在下電極上分別淀積210nm的al2o3和70nm的pt上電極。形成阻變存儲器。

在下電極上施加偏壓操作，測試器件的電學(xué)性能。同時，在平面襯底si上分別淀積190nm的ag下電極、210nm的al2o3和70nm的pt上電極作對比樣品。兩者的電學(xué)性能的對比如圖4，圖4中(a)為本申請?zhí)峁┓椒ㄖ苽涞淖枳兇鎯ζ?，圖4中(b)為現(xiàn)有的平面結(jié)構(gòu)的阻變存儲器。經(jīng)檢測，本申請?zhí)峁┳枳兇鎯ζ鞯南码姌O的操作電壓較平面電極的明顯降低，因此，此種方法可以有效地降低阻變存儲器的操作電壓，從而減少功耗。

具體來講，利用本發(fā)明提供的方法大大降低了rram操作的電壓，有效地降低了器件的功耗，且工藝簡單，能夠與傳統(tǒng)的cmos工藝兼容，易于集成，非常有利于本發(fā)明的廣泛推廣和應(yīng)用。

基于同一方面構(gòu)思，本申請還提供了采用實施例一的方法制備的器件，詳見實施例二。

實施例二

在本實施例中提供了一種阻變存儲器，如圖3所示，包括：

第二襯底500，所述第二襯底500的第一表面上設(shè)置有錐狀結(jié)構(gòu)；

所述第一表面上，沿遠(yuǎn)離所述第一表面的方向，依次設(shè)置有環(huán)氧層400、第一金屬薄膜300、氧化物阻變層材料600和第二金屬薄膜700；所述第一金屬薄膜300為活性金屬薄膜；

其中，以所述第一金屬薄膜300作為所述存儲器的下電極，以所述第二金屬薄膜700作為所述存儲器的上電極。

在本申請實施例中，所述錐狀結(jié)構(gòu)為金字塔形結(jié)構(gòu)；所述金字塔形結(jié)構(gòu)的頂部半徑為20-30nm，具體來講，所述頂部是所述金字塔形結(jié)構(gòu)的最小半徑和最小尺寸端。

在本申請實施例中，所述第一金屬薄膜300的材質(zhì)為以下任一種或多種的組合：ag，cu，ni；所述第二金屬薄膜700的材質(zhì)為以下任一種或多種的組合：ti、cr，pt。

在本申請實施例中，所述第二襯底500為玻璃襯底。

由于本發(fā)明實施例二所介紹的器件，為實施本發(fā)明實施例一的方法的所制備的器件，故而基于本發(fā)明實施例一所介紹的方法，本領(lǐng)域所屬人員能夠了解該器件的具體結(jié)構(gòu)及變形，故而在此不再贅述。

上述本申請實施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點：

本申請實施例提供的阻變存儲器的制造方法和阻變存儲器，通過在第一襯底上刻蝕孔洞，在第一金屬薄膜表面形成了錐狀結(jié)構(gòu)，再分離第一襯底和第一金屬薄膜，并在第一金屬薄膜上沉積氧化物阻變層材料和第二金屬薄膜，形成了錐狀結(jié)構(gòu)的上電極和下電極，由于在下電極加正壓時，錐狀電極處電場局部增強，從而錐狀結(jié)構(gòu)處的能量勢壘較其他位置低，下電極金屬對電子的束縛降低，使得活性金屬在錐狀結(jié)構(gòu)處更容易被離化并在電場下較容易遷移，從而有效地降低了阻變存儲器的操作電壓，從而降低功耗。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。