專利名稱：一次編程存儲器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種一次編程存儲器及其制造方法。
背景技術(shù)：
存儲器在微電子技術(shù)領(lǐng)域占有非常重要的作用。存儲器一般可以分為揮發(fā)性和非揮發(fā)性 存儲器。揮發(fā)性存儲器是指存儲器的信息必須在加電的時候才能保持，掉電時存儲的信息丟 失；而非揮發(fā)性存儲器，它的主要特點是在不加電的情況下也能夠長期保持存儲的信息，它 既有R0M的特點，又有很高的存取速度。隨著多媒體應用、移動通信等對大容量、低功耗存 儲的需要，非揮發(fā)性存儲器所占半導體器件的市場份額變得越來越大，也越來越成為一種相 當重要的存儲器類型。
一次編程存儲器是一種非常重要的非揮發(fā)性存儲器，由于其結(jié)構(gòu)簡單，功耗低的特點被 廣泛的應用于代碼存儲、校準表、設置參數(shù)等一旦編程后一般不需改變的領(lǐng)域。目前一次編 程存儲器一般都是基于晶體管的結(jié)構(gòu)，單元尺寸能夠做到和一個晶體管一樣大小。
一次編程存儲器的一個重要特點就是需要成本低廉，性能好。利用阻變材料制備的存儲 器單元能夠很好的滿足一次編程存儲器的這個應用特點。作為下一代非揮發(fā)存儲器的強有力 競爭者，阻變存儲器由于具備操作電壓低、結(jié)構(gòu)簡單、非破壞性讀取、操作速度快、記憶時 間長、器件面積小、耐久力好、能進行三維堆疊等特點受到廣泛深入的研究。如圖1所示， 在外加偏壓的作用下，器件的電阻會在高低阻態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)換從而實現(xiàn)"0"和"1"的存儲
交叉陣列結(jié)構(gòu)被認為有希望用于阻變存儲器的集成，但是目前遇到嚴重的讀串擾問題。 如圖2所示，相鄰的四個器件，若A1為高阻態(tài)而其他三個存儲單元為低阻態(tài)，在讀取A1的阻 態(tài)時，希望的電流通路如圖2中實線所示，但實際上的電流通路卻如圖2中虛線所示，使得讀 出來的電阻值不是A1的真實電阻值，即讀串擾現(xiàn)象。由此可見，采用具有如圖l所示電學特 性的基于1R結(jié)構(gòu)的集成方案具有嚴重的讀串擾問題，如果通過精心設計的外圍電路來避免讀 串擾，勢必會要增大設計的復雜度和成本，這會使得圖1所示的對稱轉(zhuǎn)變特性的1R結(jié)構(gòu)的集 成受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
4為了采用交叉整列結(jié)構(gòu)提高一次編程存儲器的密度，解決一次編程存儲器的讀串擾問題 ，本發(fā)明提供了一種一次編程存儲器，包括下電極、上電極以及位于所述上電極和下電極之 間的功能層薄膜；所述上電極或下電極與功能層薄膜之間接觸形成整流特性。
所述上電極或下電極采用Pt、 Ag、 Pd、 W、 Ti、 Al、 Cu、 TiN、 IT0、 IZ0、 YBC0、 LaA103 、SrRu03和多晶硅中的任一種材料。
所述功能層薄膜采用NiO、 TiOx、 CuOx、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 MoOx、 ZnO、 PCMO、 LCMO、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO和非晶硅中的任一種材料。
所述功能層薄膜采用NiO、 TiOx、 CuOx、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 MoOx、 ZnO、 PCMO、 LCMO、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO和非晶硅中的任一種材料經(jīng)過摻雜改性后形成的材料
所述功能層薄膜的厚度為IO nm至200 nm。 本發(fā)明還提供了一種一次編程存儲器的制造方法，包括
步驟l:形成作為下電極的襯底； 步驟2:在所述襯底上形成功能層薄膜；
步驟3:在所述功能層薄膜上進行光刻并淀積導電材料，剝離后形成上電極； 其中，所述上電極或下電極與功能層薄膜之間接觸形成整流特性。
所述上電極或下電極采用Pt、 Ag、 Pd、 W、 Ti、 Al、 Cu、 TiN、 ITO、 IZO、 YBCO、 LaA103 、SrRu03和多晶硅中的任一種材料。
所述功能層薄膜采用NiO、 TiOx、 CuOx、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 MoOx、 ZnO、 PCMO、 LCMO、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO和非晶硅中的任一種材料。
所述功能層薄膜采用NiO、 TiOx、 CuOx、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 MoOx、 ZnO、 PCMO、 LCMO、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO和非晶硅中的任一種材料經(jīng)過摻雜改性后形成的材料
所述功能層薄膜的厚度為IO nm至200 nm。
所述步驟l具體為通過化學氣相淀積工藝、濺射工藝、原子層淀積工藝、熱蒸發(fā)工藝 、脈沖激光淀積工藝或電子束蒸發(fā)工藝形成作為下電極的襯底。
所述步驟2具體為在所述襯底上通過濺射工藝、原子層淀積工藝、旋涂工藝、脈沖激
光淀積工藝、低壓/等離子體增強化學氣相淀積工藝或電子束蒸發(fā)工藝形成功能層薄膜。
所述步驟3具體包括
步驟31:在所述功能層薄膜上進行光刻；步驟32:在所述功能層薄膜上通過化學氣相淀積工藝、濺射工藝、原子層淀積工藝、熱
蒸發(fā)工藝、脈沖激光淀積工藝或電子束蒸發(fā)工藝淀積導電材料，剝離后形成上電極。
有益效果本發(fā)明的一次編程存儲器的制備方法簡單，降低了存儲器的制作成本，有利 于存儲器的集成和使用； 一次編程存儲器采用交叉陣列結(jié)構(gòu)集成，提高了存儲器的密度；本 發(fā)明的一次編程存儲器本身具有整流作用，不需要外加整流器件，這樣可以消除外加整流器 件對存儲器的影響；本發(fā)明利用一次編程存儲器本身的整流特性，能夠有效地抑制交叉陣列 結(jié)構(gòu)中的讀串擾現(xiàn)象，便于存儲器和外圍電路的集成，簡化了器件的制備工藝，降低了成本


圖l是現(xiàn)有技術(shù)低阻態(tài)時阻變存儲器件的電學特性曲線示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)電阻轉(zhuǎn)變存儲器器件讀串擾的電流通道示意圖3是本發(fā)明實施例1的？1/21<)2/11+ Si—次編程存儲器器件的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明實施例l的Pt/Zr02/ n+Si—次編程存儲器器件的電流電壓特性曲線示意圖
圖5是本發(fā)明實施例2提供的一次編程存儲器的制造方法流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于 限定本發(fā)明的范圍。 實施例l
參見圖3，本發(fā)明實施例提出了一種能夠采用交叉陣列結(jié)構(gòu)集成的本身具有整流作用的 一次編程存儲器器件，該一次編程存儲器包括
下電極301; 上電極303;以及
位于上電極303和下電極301之間的功能層薄膜302。
上電極303和下電極301采用Pt、 Ag、 Pd、 W、 Ti、 Al、 Cu、 TiN、 ITO、 IZO、 YBCO、 LaA103、 SrRu03和多晶Si中的任一種材料。本實施例中上電極303采用Pt，下電極301采用!1+ Si。
功能層薄膜302采用NiO、 TiOx、 CuOx、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 MoOx、 ZnO、 PCMO、LCM0、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO和非晶硅中的任一種材料。本實施例中功能層薄膜302采用 Zr02。另夕卜，功能層薄膜302還可以采用Ni0、 TiOx、 CuOx、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 Mo0x、 Zn0、 PCM0、 LCMO、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO和非晶硅任一種材料經(jīng)過摻雜改性后形成 的材料。功能層薄膜302的厚度可以為10nm至200 nm。
上電極303或下電極301與功能層薄膜302之間接觸形成整流特性。
在實際應用中，當本實施例提供的一次編程存儲器件處于低阻狀態(tài)時，該一次編程存儲 器件具有整流作用，通過對其施加一個編程電壓使其變成高阻狀態(tài)，然后該一次編程存儲器 件一直保持在高阻狀態(tài)；當該一次編程存儲器件處于高阻狀態(tài)時，通過對其施加一個編程電 壓使其變成低阻態(tài)后具有整流作用，并且之后該一次編程存儲器件一直保持在低阻狀態(tài)。
在具體生產(chǎn)實踐中，以重摻雜的n型硅襯底作為下電極，利用電子束蒸發(fā)工藝淀積20nm 厚的Zr02作為功能層薄膜，在功能層薄膜上進行光刻，并用電子束蒸發(fā)工藝淀積一層50nm厚 的Pt，剝離后得到該一次編程存儲器件的上電極。另外，上電極、下電極和功能層薄膜還可 以用濺射、原子層淀積、旋涂、脈沖激光淀積、低壓/等離子體增強化學氣相淀積等工藝來 形成。
在實際應用中，功能層薄膜采用目前常用的電阻轉(zhuǎn)變材料。
圖4是本實施例采用？1/21<)2/11+ Si材料制作的一次編程存儲器在直流掃描模式測試下得 到的電壓-電流的編程特性曲線示意圖。從圖4可以看到，該一次編程存儲器件開始處于高阻 狀態(tài)("0")，當外加偏壓達到-12.8 V時，該一次編程存儲器件從高阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變成低阻狀 態(tài)("1")，從而實現(xiàn)一次編程；此后，該一次編程存儲器件保持在低阻狀態(tài)。在使用0.8 V的讀取電壓時，該一次編程存儲器件的高低阻態(tài)比高達2. 3 05;在士0.8V的讀取電壓下 ，正向電流和負向電流比約為104，這樣可以有效地抑制交叉陣列結(jié)構(gòu)中的讀串擾，避免誤 讀發(fā)生。
實施例2
參見圖5，本發(fā)明實施例還提供了一種一次編程存儲器的制造方法，包括以下步驟 步驟501:形成作為下電極的襯底；
在具體生產(chǎn)實踐中，可以通過化學氣相淀積工藝、濺射工藝、原子層淀積工藝、熱蒸發(fā)
工藝、脈沖激光淀積工藝或電子束蒸發(fā)工藝形成作為下電極的襯底； 步驟502:在襯底上形成功能層薄膜；
在具體生產(chǎn)實踐中，可以在襯底上通過濺射工藝、原子層淀積工藝、旋涂工藝、脈沖激 光淀積工藝、低壓/等離子體增強化學氣相淀積工藝或電子束蒸發(fā)工藝形成功能層薄膜；
7步驟503:在功能層薄膜上進行光刻并淀積導電材料，剝離后形成上電極； 在具體生產(chǎn)實踐中，在功能層薄膜上進行光刻，并在功能層薄膜上通過化學氣相淀積工
藝、濺射工藝、原子層淀積工藝、熱蒸發(fā)工藝、脈沖激光淀積工藝或電子束蒸發(fā)工藝淀積導
電材料，剝離后形成上電極。
其中，上電極或下電極與功能層薄膜之間接觸形成整流特性。
在實際應用中，上電極或下電極可以采用Pt、 Ag、 Pd、 W、 Ti、 Al、 Cu、 TiN、 ITO、 IZO 、YBCO、 LaA103、 SrRu03和多晶硅中的任一種材料;功能層薄膜可以采用NiO、 TiOx、 CuOx、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 MoOx、 ZnO、 PCMO、 LCMO、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO和非晶硅 中的任一種材料；功能層薄膜還可以采用NiO、 TiOx、 CuOx、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 MoOx、 ZnO、 PCMO、 LCMO、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO和非晶硅中的任一種材料經(jīng)過摻雜改性后 形成的材料；功能層薄膜的厚度為IO nm至200 nm。
本發(fā)明實施例的一次編程存儲器的制備方法簡單，降低了存儲器的制作成本，有利于存 儲器的集成和使用； 一次編程存儲器采用交叉陣列結(jié)構(gòu)集成，提高了存儲器的密度；本發(fā)明 的一次編程存儲器本身具有整流作用，不需要外加整流器件，這樣可以消除外加整流器件對 存儲器的影響；本發(fā)明利用一次編程存儲器本身的整流特性，能夠有效地抑制交叉陣列結(jié)構(gòu) 中的讀串擾現(xiàn)象，便于存儲器和外圍電路的集成，簡化了器件的制備工藝，降低了成本。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之 內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一次編程存儲器，其特征在于，包括下電極、上電極以及位于所述上電極和下電極之間的功能層薄膜；所述上電極或下電極與功能層薄膜之間接觸形成整流特性。
2 如權(quán)利要求l所述的一次編程存儲器，其特征在于，所述上電極或下電極采用Pt、 Ag、 Pd、 W、 Ti、 Al、 Cu、 TiN、 IT0、 IZ0、 YBC0、 LaA103、 SrRu03禾口多晶桂中的任一禾中材料。
3 如權(quán)利要求l所述的一次編程存儲器，其特征在于，所述功能層薄膜采用NiO、 Ti0x、 Cu0x、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 MoOx、 ZnO、 PCMO、 LCMO、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO禾口 非晶硅中的任一種材料。
4 如權(quán)利要求l所述的一次編程存儲器，其特征在于，所述功能層薄膜采用NiO、 TiOx、 CuOx、 ZrOx、 TaOx、 A10x、 CoO、 HfOx、 MoOx、 ZnO、 PCMO、 LCMO、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO禾口 非晶硅中的任一種材料經(jīng)過摻雜改性后形成的材料。
5 如權(quán)利要求l所述的一次編程存儲器，其特征在于，所述功能層薄膜的厚度為IO nm至 200 nm。
6 一次編程存儲器的制造方法，其特征在于，所述方法包括 步驟l:形成作為下電極的襯底； 步驟2:在所述襯底上形成功能層薄膜；步驟3:在所述功能層薄膜上進行光刻并淀積導電材料，剝離后形成上電極； 其中，所述上電極或下電極與功能層薄膜之間接觸形成整流特性。權(quán)利要求7
7.如權(quán)利要求6所述的一次編程存儲器的制造方法，其特征在于，所述上電極或下電極采 用Pt、 Ag、 Pd、 W、 Ti、 Al、 Cu、 TiN、 IT0、 IZ0、 YBC0、 LaA103、 SrRu03禾口多晶硅中的任一 種材料。
8.如權(quán)利要求6所述的一次編程存儲器的制造方法，其特征在于，所述功能層薄膜采用 Ni0、 Ti0x、 Cu0x、 Zr0x、 Ta0x、 A10x、 Co0、 Hf0x、 Mo0x、 Zn0、 PCM0、 LCM0、 SrTi03、 BaTi03、 SrZrO和非晶硅中的任一種材料。
9.如權(quán)利要求6所述的一次編程存儲器的制造方法，其特征在于，所述功能層薄膜采用 Ni0、 Ti0x、 Cu0x、 Zr0x、 Ta0x、 A10x、 Co0、 Hf0x、 Mo0x、 Zn0、 PCM0、 LCM0、 SrTi03、 BaTi03、 SrZr0和非晶硅中的任一種材料經(jīng)過摻雜改性后形成的材料。
10.如權(quán)利要求6所述的一次編程存儲器的制造方法，其特征在于，所述功能層薄膜的厚度 為10 nm至200 nm。
11.如權(quán)利要求6所述的一次編程存儲器的制造方法，其特征在于，所述步驟l具體為通 過化學氣相淀積工藝、濺射工藝、原子層淀積工藝、熱蒸發(fā)工藝、脈沖激光淀積工藝或電子 束蒸發(fā)工藝形成作為下電極的襯底。
12.如權(quán)利要求6所述的一次編程存儲器的制造方法，其特征在于，所述步驟2具體為在 所述襯底上通過濺射工藝、原子層淀積工藝、旋涂工藝、脈沖激光淀積工藝、低壓/等離子 體增強化學氣相淀積工藝或電子束蒸發(fā)工藝形成功能層薄膜。
13.如權(quán)利要求6所述的一次編程存儲器的制造方法，其特征在于，所述步驟3具體包括 步驟31:在所述功能層薄膜上進行光刻；步驟32:在所述功能層薄膜上通過化學氣相淀積工藝、濺射工藝、原子層淀積工藝、熱蒸發(fā)工藝、脈沖激光淀積工藝或電子束蒸發(fā)工藝淀積導電材料，剝離后形成上電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一次編程存儲器及其制造方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。該一次編程存儲器包括下電極、上電極以及位于上電極和下電極之間的功能層薄膜；上電極或下電極與功能層薄膜之間接觸形成整流特性。該一次編程存儲器的制造方法包括形成作為下電極的襯底；在襯底上形成功能層薄膜；在功能層薄膜上進行光刻并淀積導電材料，剝離后形成上電極；上電極或下電極與功能層薄膜之間接觸形成整流特性。本發(fā)明降低了存儲器的制作成本，有利于存儲器的集成和使用；存儲器器件能夠采用交叉陣列結(jié)構(gòu)集成，提高了存儲器密度；存儲器本身具有整流作用，無需外加的整流器件，消除外加整流器件對存儲器的影響，抑制讀串擾。
文檔編號H01L45/00GK101577311SQ200910303069
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者明 劉, 左青云, 龍世兵 申請人:中國科學院微電子研究所