一種多值阻變存儲器及其制備方法技術

本發明專利技術實施例公開了一種多值阻變存儲器及其制備方法。一種多值阻變存儲器，包括位于襯底上的下電極，位于所述下電極上的中間層，以及位于所述中間層上的上電極，其中，所述中間層包括至少兩層阻變層，相鄰兩阻變層之間通過中間電極層隔離，所述至少兩層阻變層可在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態。本發明專利技術實施例中的多值RRAM通過設置多層阻變層，并使這多層阻變層在外加電壓作用下可以依次由低阻態轉變為高阻態，實現了該RRAM的多阻值存儲，而且，由于各阻變層在不同的阻態之間的轉變比較好控制，某一阻變層由低阻態轉變為高阻態時也不會影響其他阻變層的阻態，多值RRAM的穩定性更高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體
，特別是涉及。
技術介紹
阻變存儲器(RRAM，RESISTANCE RANDOM ACCESS MEMORY)是在上下兩個金屬電極中間夾一層阻變材料的平板電容結構，由于其結構簡單和性能優異，成為下一代存儲器應用的最有潛力競爭者，因此受到人們的廣泛關注和研究。RRAM主要是靠阻變材料內部氧空位的移動或者是柵極金屬離子的移動而形成導電通道使高阻態的電阻材料變為低阻。傳統的RRAM的工作狀態如下:初始狀態下，阻變材料呈高阻態，此時的阻值為RH;當兩電極之間的電壓增大到一定電壓時，兩電極之間的電流急劇增大，阻變材料變為低阻，此時的阻值為RL，電壓為Vset ;當所加電壓為某一值后，兩電極之間的電流又急劇變小，此時的阻值又變為RH，電壓為Vreset。為了實現更高集成度的RRAM，必須實現多值存儲，即每一個RRAM可以在不同的條件下實現穩定的超過兩個值的阻值。現有技術中，實現多值存儲的方式是在傳統RRAM結構的基礎上，通過控制施加在兩電極間的電壓或電流來調節阻變材料內形成的導電通道的尺寸或導電性，從而達到實現多個阻值的目的。然而，由于導電通道的形成和調控包含了一定的隨機性，基于傳統RRAM結構的多值存儲穩定性很差。
技術實現思路
本專利技術實施例中提供了，能夠提高RRAM器件多值存儲的穩定性。為了解決上述技術問題，本專利技術實施例公開了如下技術方案:一種多值阻變存儲器，包括位于襯底上的下電極，位于所述下電極上的中間層，以及位于所述中間層上的上電極，其中，所述中間層包括至少兩層阻變層，相鄰兩阻變層之間通過中間電極層隔離，所述至少兩層阻變層可在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態。進一步，所述至少兩層阻變層在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態時，相鄰兩阻值之間的比值大于閾值。進一步，所述閾值為10。進一步，所述中間層包括三層阻變層。 進一步，所述下電極包括在所述襯底表面上平行排列的多條下電極條，所述上電極包括在所述阻變層表面上平行排列的多條上電極條。進一步，所述上電極條與所述下電極條呈十字交叉。一種多值阻變存儲器制備方法，包括:在襯底上形成下電極；在所述下電極上形成中間層，所述中間層包括至少兩層阻變層，相鄰兩阻變層之間通過中間電極層隔離，所述至少兩層阻變層可在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態；在所述中間層上形成上電極。進一步，所述至少兩層阻變層在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態時，相鄰兩阻值之間的比值大于閾值。進一步，所述在所述下電極上形成中間層，包括:在所述下電極上形成第一阻變層；在所述第一阻變層上形成第一中間電極；在所述第一中間電極上形成第二阻變層；在所述第二阻變層上形成第二中間電極；在所述第二中間電極上形成第三阻變層。進一步，所述在襯底上形成下電極，包括:在所述襯底表面上形成平行排列的多條下電極條。進一步，所述在所述中間層上形成上電極，包括:在所述中間層表面上形成平行排列的多條上電極條，且所述上電極條的延伸方向與所述下電極條的延伸方向交叉。進一步，所述上電極條與所述下電極條呈十字交叉。本專利技術實施例中的多值RRAM通過設置多層阻變層，并使這多層阻變層在外加電壓作用下可以依次由低阻態轉變為高阻態，實現了該RRAM的多阻值存儲，而且，由于各阻變層在不同的阻態之間的轉變比較好控制，某一阻變層由低阻態轉變為高阻態時也不會影響其他阻變層的阻態，相比較現有技術中通過控制導電通道實現多值存儲的多值RRAM，本專利技術實施例的多值RRAM的穩定性更高。附圖說明通過附圖所示，本專利技術的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本專利技術的主旨。圖1為本專利技術實施例一種多值RRAM的結構示意圖；圖2為本專利技術實施例另一種多值RRAM的結構示意圖；圖3為本專利技術實施例一種多值RRAM的制備方法流程圖；圖4為本專利技術實施例另一種多值RRAM的制備方法流程圖；圖5 圖11為圖4所示實施例中多值RRAM在制備過程中的結構示意圖。具體實施例方式為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本專利技術，但是本專利技術還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本專利技術不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本專利技術結合示意圖進行詳細描述，在詳述本專利技術實施例時，為便于說明，表示裝置結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本專利技術保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。下面結合附圖和實施例，對本專利技術的技術方案進行描述。參見圖1，為本專利技術實施例一種多值RRAM的結構示意圖。該多值RRAM可以包括位于襯底11上的下電極12,位于下電極12上的中間層13,以及位于中間層13上的上電極14。其中，該襯底11可以是硅或絕緣體上硅或其他半導體器件，此處不做限定。下電極12的材料可以是Pt、Au等惰性金屬，也可以是其他金屬材料，該下電極12的厚度可以是lOOnm，上電極14的材料和厚度可以與下電極12相同，也可以不同。中間層13可以包括至少兩層阻變層，相鄰兩阻變層之間通過中間電極層隔離。若中間層13包括兩層阻變層，則該中間層13的結構為第一阻變層、中間電極層、第二阻變層，位于第一阻變層下方的是下電極12，位于第二阻變層上方的是上電極14。若中間層13包括多層阻變層，則在每形成一阻變層后均在其上方再形成一中間電極層，直至最后一層阻變層，然后在最后一層阻變層上方形成上電極14，以此類推。其中，中間層13中的多層阻變層可以在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態，也即每層阻變層之間的Vset和Vreset均不相同。而每層阻變層具有一個低阻值和一個高阻值，在上下電極之間施加電壓時，由于多層阻變層阻態的依次變化，可以依次獲得多個阻值，從而實現該RRAM的多阻值存儲。而且由于每層阻變層的Vset和Vreset均不同，所以各阻變層在不同的阻態之間的轉變比較好控制，多層阻變層由于Vreset不同，某一層由低阻態轉變為高阻態時也不會影響其他層的阻態，從而可以實現穩定的多值存儲。相比較現有技術中通過控制導電通道實現多值存儲的多值RRAM，本專利技術實施例的多值RRAM的穩定性較高。在本專利技術實施例中，兩層阻變層可以產生3個不同的阻值，三層阻變層可以產生4個不同的阻值，具有4個阻值的RRAM可以存儲2比特信息。若要存儲η個比特的信息，則需要RRAM具有2η個不同的阻值，理論上可以通過增加中間層中的阻變層的數量來實現。具體的RRAM中間層包含的阻變層的數目可以根據所需存儲的信息量來確定，也可以根據生產工藝等條件來確定。在本專利技術的另一實施例中，該多值RRAM中的至少兩層阻變層在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態時，相鄰兩阻值之間的比值大于閾值，也即該多值RRAM具有的多個阻值之間，相鄰阻值之間的比值大于閾值，該閾值可以是10。上述中間層13中，阻變層的材料可以是不同的過渡金屬氧化物，每層阻變層的厚度可以是20nm，每層中間電極層的材料可以是與上下電極相同的電極材料，也可以是其他金屬材料，每層中間電極層的厚度可以是30nm。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多值阻變存儲器，其特征在于，包括位于襯底上的下電極，位于所述下電極上的中間層，以及位于所述中間層上的上電極，其中，所述中間層包括至少兩層阻變層，相鄰兩阻變層之間通過中間電極層隔離，所述至少兩層阻變層可在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態。

【技術特征摘要】
1.一種多值阻變存儲器，其特征在于，包括位于襯底上的下電極，位于所述下電極上的中間層，以及位于所述中間層上的上電極，其中，所述中間層包括至少兩層阻變層，相鄰兩阻變層之間通過中間電極層隔離，所述至少兩層阻變層可在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態。2.根據權利要求1所述的多值阻變存儲器，其特征在于，所述至少兩層阻變層在外加電壓作用下依次由低阻態轉變為高阻態時，相鄰兩阻值之間的比值大于閾值。3.根據權利要求2所述的多值阻變存儲器，其特征在于，所述閾值為10。4.根據權利要求2所述的多值阻變存儲器，其特征在于，所述中間層包括三層阻變層。5.根據權利要求1至4中任意一項所述的多值阻變存儲器，其特征在于，所述下電極包括在所述襯底表面上平行排列的多條下電極條，所述上電極包括在所述阻變層表面上平行排列的多條上電極條。6.根據權利要求5所述的多值阻變存儲器，其特征在于，所述上電極條與所述下電極條呈十字交叉。7.一種多值阻變存儲器制備方法，其特征在于，包括: 在襯底上形成下電極； 在所述下電極上形成中間層，所述中間層包括至少兩層阻變層，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃如，陳誠，蔡一茂，張耀凱，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：