專利名稱：一種基于氧化鉍薄膜的電阻式隨機(jī)讀取存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于非揮發(fā)性隨機(jī)讀取存儲器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于二氧化錫薄膜的電阻式隨機(jī)讀取存儲器。
背景技術(shù)：
近年來，日漸增長的便攜設(shè)備消費(fèi)量使得非揮發(fā)性存儲器市場得到了迅速擴(kuò)大。閃存作為主流的非揮發(fā)性存儲器，其單元結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)演變而來，具有成熟的制造工藝，占據(jù)非揮發(fā)性存儲器90%以上的市場份額，已廣泛地應(yīng)用于便攜設(shè)備的信息存儲。據(jù)統(tǒng)計，全球非揮發(fā)性閃存的容量在過去的十年間以每年翻一翻的速度增長，市場規(guī)模越來越大。但是，閃存利用電荷存儲信息的方式將在22nm及以下的CMOS工藝中遇到極大的挑戰(zhàn)。因此，鐵電存儲器、磁阻存儲器、相變存儲器、電阻存儲器等以非電荷方式存儲信息的新型非揮發(fā)性存儲器受到了極大的關(guān)注。其中，電阻式隨機(jī)讀取儲器具有高速、低功耗、結(jié)構(gòu)簡單、可高密度集成等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為有望成為下一代通用的非揮發(fā)性存儲器。電阻存儲器的結(jié)構(gòu)十分簡單，是基于MIM的三明治結(jié)構(gòu),其中M—般為金屬電極,I為絕緣層或半導(dǎo)體薄膜，其中包括二元金屬氧化物薄膜(BMOs)、鈣鈦礦氧化物、硫系化合物和有機(jī)物等。在這些材料之中，二元金屬氧化物薄膜由于材料組分簡單，制備方法簡單，與硅集成電路工藝相兼容等特點(diǎn)被認(rèn)為是一類有望應(yīng)用于電阻存儲器的材料，也是目前研究最多的一類材料。如 Nb2O5'Al2O3' Ta2O5' TiO2' Ni。、ZrxO, CuxO 及 ZnO 等等，其中，NiO 和TiO2是受到關(guān)注最多的材料。氧化鉍(Bi2O3)是一種重要的氧化物半導(dǎo)體材料，顯現(xiàn)出很多吸引人的特性，越來越多的被人們所關(guān)注。近年來，氧化鉍薄膜材料在應(yīng)用方面吸引了人們極大地興趣，分別已被應(yīng)用在電子功能材料、電解質(zhì)材料、光電材料、醫(yī)用復(fù)合材料、高溫超導(dǎo)材料、催化劑等方面。然而，關(guān)于氧化鉍在電阻存儲器的應(yīng)用方面的研究卻未見報道。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于氧化鉍薄膜的電阻式隨機(jī)讀取存儲器及其制備方法。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種基于氧化鉍薄膜的電阻式隨機(jī)讀取存儲器，該存儲器由重?fù)焦枰r底、氧化鉍薄膜、金屬薄膜電極構(gòu)成，氧化鉍薄膜位于重?fù)焦枰r底、金屬薄膜電極之間，重?fù)焦枰r底作為電阻式隨機(jī)讀取存儲器的下電極，金屬薄膜電極作為電阻式隨機(jī)讀取存儲器的上電極。所述的重?fù)焦枰r底的電阻率小于0. I Q cm。所述的氧化鉍薄膜的厚度范圍為30 200nm。所述的金屬薄膜電極為在溫度100°C下呈固體的金屬材料。金屬材料優(yōu)選金、鉬、銅、招、鈦或鎳。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型通過采用新型的氧化鉍薄膜作為電阻式隨機(jī)讀取存儲器中的阻變層，可以獲得良好的電阻轉(zhuǎn)變特性。這種新型的電阻式隨機(jī)讀取存儲器在直流電壓連續(xù)掃描激勵下表現(xiàn)出高、低阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)變和記憶特性，器件性能穩(wěn)定，并能很好地與硅集成電路工藝相兼容。這些特性表明本實(shí)用新型在非揮發(fā)性存儲器件領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。

圖I是本實(shí)用新型存儲器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例I所制備的存儲器的I-V特性圖；圖3是實(shí)施例2所制備的存儲器的I-V特性圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種電阻式隨機(jī)讀取存儲器的存儲單元， 包括金屬薄膜電極/氧化鉍薄膜/重?fù)焦枰r底結(jié)構(gòu)的電阻存儲器。該存儲器由重?fù)焦枰r底I、氧化鉍薄膜2、金屬薄膜上電極3構(gòu)成。其中，作為存儲單元上電極的金屬，可以為金、鉬、銅、招、鈦、或鎳。氧化秘薄膜作為存儲單元的工作層，起電阻轉(zhuǎn)變作用。重?fù)酵拮鳛榇鎯卧南码姌O及襯底。本實(shí)用新型采用磁控濺射法制備氧化鉍薄膜。所采用的重?fù)焦枰r底的電阻率為10_2 10_3 Q -Cm0將重?fù)焦枰r底通過半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝清洗干凈，放入磁控濺射儀，當(dāng)腔體本底真空抽至8X 10_5Pa時，通入一定比例的氬氣和氧氣使腔體達(dá)到0. 5Pa的工作壓強(qiáng)，通過改變氬氣和氧氣的流量來控制混合氣氛中氬氣和氧氣的比例，氬氣與氧氣流量比例為20 7。采用高純金屬鉍靶在不同沉積溫度下制備氧化鉍薄膜，襯底溫度為25°C 300°C。在濺射過程中，濺射功率為30W，通過改變?yōu)R射時間來獲得不同厚度的氧化鉍薄膜，濺射時間范圍為5 30min,薄膜厚度為30 200nm。直徑為IOOmm的圓形金屬電極在電子束蒸發(fā)鍍膜儀中通過不銹鋼掩模板沉積在氧化鉍薄膜上。這樣所獲得的器件制備工藝簡單、性能可靠。所述氧化鉍薄膜可以本領(lǐng)域常規(guī)用于物理沉積法制備氧化鉍薄膜得到，本實(shí)用新型所述沉積工藝參數(shù)如下III氣和氧氣比20 7灘射時間5 30min薄膜厚度30 200nm襯底溫度25°C 300°C更為優(yōu)選的，所述工藝參數(shù)如下Il氣和氧氣比20 10派射時間10 25min薄膜厚度70 180nm襯底溫度100°C 300°C更為優(yōu)選的，所述工藝參數(shù)如下氬氣和氧氣比18 15派射時間10 15min[0029]薄膜厚度70 IOOnm襯底溫度200°C 250°C下面根據(jù)具體實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的目的和效果將變得更加明顯。實(shí)施例I利用磁控濺射法在潔凈的重?fù)焦枰r底上沉積氧化鉍薄膜，當(dāng)腔體本底真空抽為8X10_5Pa時，通入氬氣和氧氣使腔體達(dá)到0. 5Pa的工作壓強(qiáng)，其中氬氣流量45sCCm，氧氣流量為3 sccm，氬氣與氧氣的比例為15。在濺射過程中，濺射功率為30W，濺射時間為15min，薄膜的厚度為lOOnm，襯底溫度為250°C。再利用電子束蒸發(fā)通過掩模法在氧化鉍薄膜上制備金屬薄膜電極，電極為直徑IOOiim的圓形金電極。存儲單元的結(jié)構(gòu)如圖I所示。該存儲單元的電流-電壓特性測試結(jié)果如圖2。當(dāng)掃描電壓為4. 9V時，器件處于置位狀態(tài)， 存儲單元從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持低阻態(tài)；當(dāng)掃描電壓為3. 5V時，器件處于復(fù)位狀態(tài)，存儲單元從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持高阻態(tài)。實(shí)施例2利用磁控濺射法在潔凈的重?fù)焦枰r底上沉積氧化鉍薄膜，當(dāng)腔體本底真空抽為8X10_5Pa時，通入氬氣和氧氣使腔體達(dá)到0. 5Pa的工作壓強(qiáng)，其中氬氣流量54sCCm，氧氣流量為3 sccm，氬氣與氧氣的比例為18。在濺射過程中，濺射功率為30W，濺射時間為IOmin,薄膜的厚度為70nm，襯底溫度為250°C。再利用電子束蒸發(fā)通過掩模法在氧化鉍薄膜上制備金屬薄膜電極，電極為直徑lOOym的圓形銅電極。存儲單元的結(jié)構(gòu)如圖I所示。該存儲單元的電流-電壓特性測試結(jié)果如圖3。當(dāng)掃描電壓為2. 8V時，器件處于置位狀態(tài)，存儲單元從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持低阻態(tài)；當(dāng)掃描電壓為I. 6V時，器件處于復(fù)位狀態(tài)，存儲單元從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持高阻態(tài)。上述實(shí)施例只是本實(shí)用新型的舉例，盡管為說明目的公開了本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本實(shí)用新型及所附的權(quán)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，本實(shí)用新型不應(yīng)局限于最佳實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求1.一種基于氧化鉍薄膜的電阻式隨機(jī)讀取存儲器，其特征在于該存儲器由重?fù)焦枰r底、氧化鉍薄膜、金屬薄膜電極構(gòu)成，氧化鉍薄膜位于重?fù)焦枰r底、金屬薄膜電極之間，重?fù)焦枰r底作為電阻式隨機(jī)讀取存儲器的下電極，金屬薄膜電極作為電阻式隨機(jī)讀取存儲器的上電極。
2.如權(quán)利要求I所述的電阻式隨機(jī)讀取存儲器，其特征在于重?fù)焦枰r底的電阻率小于 0. I Q cm。
3.如權(quán)利要求I所述的電阻式隨機(jī)讀取存儲器，其特征在于氧化鉍薄膜的厚度范圍為 30 200nm。
4.如權(quán)利要求I所述的電阻式隨機(jī)讀取存儲器，其特征在于金屬薄膜電極為在溫度100°C下呈固體的金屬材料。
5.如權(quán)利要求4所述的電阻式隨機(jī)讀取存儲器，其特征在于所述的金屬材料選用金、鉬、銅、招、鈦或鎳。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于氧化鉍薄膜的電阻式隨機(jī)讀取存儲器。現(xiàn)有的電阻式存儲器的讀寫壽命以及穩(wěn)定性較差。本實(shí)用新型存儲器由重?fù)焦枰r底、氧化鉍薄膜、金屬薄膜電極構(gòu)成，氧化鉍薄膜位于重?fù)焦枰r底、金屬薄膜電極之間，重?fù)焦枰r底作為電阻式隨機(jī)讀取存儲器的下電極，金屬薄膜電極作為電阻式隨機(jī)讀取存儲器的上電極。本實(shí)用新型可簡化存儲器的制作工藝，并能很好地與硅集成電路工藝相兼容。
文檔編號H01L45/00GK202523771SQ20122013911
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者季振國, 席俊華, 李紅霞 申請人:杭州電子科技大學(xué)