專利名稱：一種基于金屬、氧化鋅和重摻硅結(jié)構(gòu)的電阻式存儲器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到非揮發(fā)性隨機存儲器領域，尤其涉及一種以金屬/氧化鋅/N型重摻 硅結(jié)構(gòu)的電阻式隨機存儲器。
背景技術：
為滿足當前社會信息存儲的需要，隨機存儲器將向著高速度、大容量和非揮發(fā)性 方向發(fā)展。與傳統(tǒng)的隨機存儲器相比，非揮發(fā)性隨機存儲器有很多優(yōu)點，例如普通隨機存儲 器的刷新頻率為10納秒數(shù)量級，停電后儲存的信息將很快失去，而非揮發(fā)性隨機存儲器的 信息可以保留多年，這樣不但可以加速電腦等電子設備的開機速度，而且在發(fā)生供電故障 時電子設備中的信息可以完整地得以保留。從節(jié)約能源的角度看，非揮發(fā)性隨機存儲器的 能耗也將大大低于傳統(tǒng)的隨機存儲器，因此非揮發(fā)性隨機存儲器越來越受到業(yè)界的重視。 電阻式隨機存儲器(resistance random access memory)是一種新型的非揮發(fā)性隨機存儲 器，具有存儲速度快、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、可高密度集成等優(yōu)點，有望成為下一代非揮發(fā)性存 儲器。電阻式隨機存儲器的基本存儲單元一般包括金屬_絕緣體-金屬結(jié)構(gòu)?？梢姡@ 種結(jié)構(gòu)與硅基集成電路的制作工藝是不兼容的。以前的電阻式隨機存儲器也有利用硅單 晶作為襯底的，但是硅單晶實際上只是作為一種支撐物，在器件制作的過程中，硅襯底與金 屬_絕緣體_金屬存儲結(jié)構(gòu)之間需要生長一層氧化硅絕緣層隔離電阻式隨機存儲器與硅 襯底之間的連接，以及一層金屬鈦或氮化鈦以提高氧化硅層與器件下金屬電極之間的粘附 性，保證電阻式隨機存儲器的穩(wěn)定性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于金屬、氧化鋅和重摻硅結(jié) 構(gòu)的電阻式存儲器。本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種基于金屬、氧化鋅和重摻硅結(jié)構(gòu)的電阻 式存儲器，由N型重摻硅襯底、氧化鋅薄膜和金屬薄膜電極依次粘附組成。進一步地，所述N型重摻硅襯底的電阻率小于0. 1 Ω · cm;所述氧化鋅薄膜的厚度 范圍為10-500nm;金屬薄膜電極為在常溫下呈固體的金屬材料，如金、鉬、銅、鋁、鈦、鉭或鎢等。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過采用金屬/氧化鋅/重摻硅結(jié)構(gòu)作為電阻式隨 機存儲器的存儲單元，可以獲得良好的電阻轉(zhuǎn)變及記憶特性。同時，與普通電阻式隨機存儲 器的存儲單元相比，進一步簡化了器件結(jié)構(gòu)，并能提高器件的熱穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明電阻式隨機存儲器的存儲單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明銅/氧化鋅/重摻硅結(jié)構(gòu)電阻式隨機存儲器的I-V特性圖3是本發(fā)明鉬/氧化鋅/重摻硅結(jié)構(gòu)電阻式隨機存儲器的I-V特性圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出了重摻硅直接作為電阻式存儲器的襯底及下電極，既可簡化電阻式隨 機存儲器的制作工藝，又可提高器件的抗氧化能力與熱穩(wěn)定性，并能很好地與硅集成電路 工藝相兼容。如圖1所示，本發(fā)明基于金屬、氧化鋅和重摻硅結(jié)構(gòu)的電阻式存儲器由重摻硅襯 底1、氧化鋅薄膜2、金屬薄膜電極3依次粘附而成。其中，金屬作為存儲單元的上電極，可 以為金、鉬、銅、鋁、鈦、鉭或鎢等。氧化鋅作為存儲單元的工作層，起電阻轉(zhuǎn)變作用。重摻硅 作為存儲單元的下電極及襯底。重摻硅襯底為N型重摻硅襯底，其電阻率小于0. 1 Ω ·_。 氧化鋅薄膜的厚度范圍為10-500nm。在一定的電壓脈沖作用下，該器件的電阻可以在高、低兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在不施 加電壓的情況下，該器件能夠長時間保持高阻值狀態(tài)或低阻值狀態(tài)的特性。 下面根據(jù)具體實施例詳細說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。實施例1利用磁控濺射法在潔凈的重摻硅片上沉積氧化鋅薄膜，薄膜的厚度為lOOnm。然 后，將氧化鋅薄膜在500°C下，大氣氣氛中退火3小時。再利用電子束蒸發(fā)法在氧化鋅薄膜 上制備鉬電極，電極為直徑200 μ m的圓形電極。存儲單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該存儲單元 的電流-電壓特性測試結(jié)果見圖3。當電壓為1.04V(開啟電壓)時，存儲單元從高阻態(tài)向 低阻態(tài)轉(zhuǎn)變，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持低阻態(tài)；當電壓為-0. 72V (恢復電壓)時， 存儲單元從低組態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持高阻態(tài)。存儲單元的 開啟電壓和恢復電壓都在_3 +3V之間，適用于計算機的低壓電路中。該存儲單元的高阻 態(tài)與低阻態(tài)間的阻值比高于10倍。實施例2利用磁控濺射法在潔凈的重摻硅片上沉積氧化鋅薄膜，薄膜的厚度為lOOnm。然 后，將氧化鋅薄膜在50(TC下，大氣氣氛中退火3小時。再利用熱蒸發(fā)法在氧化鋅薄膜上制 備銅電極，電極為直徑200 μ m的圓形電極。存儲單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該存儲單元的電 流-電壓特性測試結(jié)果見圖2。當電壓為1. 17V(開啟電壓)時，存儲單元從高阻態(tài)向低阻 態(tài)轉(zhuǎn)變，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持低阻態(tài)；當電壓為-0. 62V(恢復電壓)時，存儲 單元從低組態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持高阻態(tài)。存儲單元的開啟 電壓和恢復電壓都在-3 +3V之間，適用于計算機的低壓電路中。該存儲單元的高阻態(tài)與 低阻態(tài)間的阻值比高于10倍。上述實施例只是本發(fā)明的舉例，盡管為說明目的公開了本發(fā)明的最佳實施例和附 圖，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權利要求的精神和范圍內(nèi)， 各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于最佳實施例和附圖所公開的內(nèi)容。
權利要求
一種基于金屬、氧化鋅和重摻硅結(jié)構(gòu)的電阻式存儲器，其特征在于該電阻器由N型重摻硅襯底(1)、氧化鋅薄膜(2)和金屬薄膜電極(3)依次粘附組成。
2.如權利要求1所述的電阻式存儲器，其特征在于所述N型重摻硅襯底的電阻率小 于 0. 1 Q cm。
3.如權利要求1所述的電阻式存儲器，其特征在于所述氧化鋅薄膜的厚度范圍為 10-500nm。
4.如權利要求1所述的電阻式存儲器，其特征在于金屬薄膜電極為在常溫下呈固體 的金屬材料，如金、鉬、銅、鋁、鈦、鉭或鎢等。全文摘要
本發(fā)明涉及到一種基于金屬、氧化鋅和重摻硅結(jié)構(gòu)的電阻式存儲器，由N型重摻硅襯底、氧化鋅薄膜和金屬薄膜電極依次粘附組成，本發(fā)明通過采用金屬/氧化鋅/重摻硅結(jié)構(gòu)作為電阻式隨機存儲器的存儲單元，可以獲得良好的電阻轉(zhuǎn)變及記憶特性。同時，與普通電阻式隨機存儲器的存儲單元相比，進一步簡化了器件結(jié)構(gòu)，并能提高器件的熱穩(wěn)定性。
文檔編號H01L45/00GK101867016SQ20101018240
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權日2010年5月25日
發(fā)明者季振國, 柯偉青, 毛啟楠 申請人:杭州電子科技大學