一种忆阻器及其制作方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114242889A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202111518851.1(22)申请日2021.12.13(71)申请人中国科学院微电子研究所地址100029北京市朝阳区北土城西路3号中国科学院微电子研究所(72)发明人许晓欣赖锦茹孙文绚余杰董大年吕杭炳(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人林哲生(51)Int.Cl.H01L45/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种忆阻器及其制作方法(57)摘要本发明提供了一种忆阻器及其制作方法，包括：衬底；位于所述衬底上且材质为TiN的下电极，其中，所述下电极的N组分和Ti组分的比例为0.96‑1.1，包括端点值；位于所述下电极背离所述衬底一侧的阻变层；位于所述阻变层背离所述衬底一侧的上电极。由上述内容可知，本发明提供的技术方案，通过调节忆阻器的下电极中Ti和N的组分比例为0.96‑1.1，进而优化下电极的电阻率和热电导率，使忆阻器在编程过程中形成自加热效应。进而，采用热电耦合效应，通过下电极的热场辅助来降低阻变层的缺陷形成能，提高了缺陷形成概率，降低编程过程中所需的电场强度，达到降低编程电压的目的，由此提高了忆阻器的可靠性。CN114242889ACN114242889A权利要求书1/1页1.一种忆阻器，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上且材质为TiN的下电极，其中，所述下电极的N组分和Ti组分的比例为0.96‑1.1，包括端点值；位于所述下电极背离所述衬底一侧的阻变层；位于所述阻变层背离所述衬底一侧的上电极。2.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述下电极的电阻率为250‑350uΩ·cm，包括端点值；及，所述下电极的热导电率为55‑70W/m·℃。3.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述下电极的厚度范围为20‑500nm，包括端点值；及，所述上电极的厚度范围为20‑500nm，包括端点值。4.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述上电极的材质为Ir、Al、Ru、Pd、TiN或TaN。5.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述阻变层的材质为二元金属氧化物。6.根据权利要求5所述的忆阻器，其特征在于，所述二元金属氧化物为HfOx、Ta2O5、Al2O3、WOx、TiOx或CuO。7.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述忆阻器还包括位于所述阻变层和所述上电极之间的插层，所述插层为金属层或半导体层。8.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述忆阻器为阻变存储器。9.一种忆阻器的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底上形成材质为TiN的下电极，其中，所述下电极的N组分和Ti组分的比例为0.96‑1.1，包括端点值；在所述下电极背离所述衬底一侧形成阻变层；在所述阻变层背离所述衬底一侧形成上电极。10.根据权利要求9所述的忆阻器的制备方法，其特征在于，在所述衬底上形成材质为TiN的下电极，包括：在所述衬底上形成所述下电极时，通入N气体和Ar气体，其中，N气体和Ar气体的流量范围为8sccm：50scccm‑8sccm：35scccm，包括端点值。2CN114242889A说明书1/5页一种忆阻器及其制作方法技术领域[0001]本发明涉及半导体器件技术领域，更为具体地说，涉及一种忆阻器及其制作方法。背景技术[0002]阻变存储器是一种新型的不挥发存储器技术，具有简单金属‑绝缘层‑金属的三明治结构，与传统CMOS(ComplementaryMetal‑Oxide‑Semiconductor，互补金属氧化物半导体)后段工艺完全兼容，它具有较低的工作电压，良好的可靠性。在嵌入式存储，逻辑电路和神经形态计算中有重要的应用前景。[0003]在外加电场激励下，阻变存储器的介电层中会发生导电细丝的形成和断裂过程，其电阻值在高阻态和低阻态之间循环切换。阻变存储器中第一次导电细丝形成的过程称为forming过程，一般需要较高的电压Vforming。有些器件单独工作的Vforming可能达到3.5V甚至更高，在阵列中的Vforming可能达到4.5V。这与现阶段常用的CMOS工艺节点所能提供的最高电压不匹配，例如：28nm工艺下MOS管工作电压最高为1.8V，而更先进工艺下MOS管工作电压更低。因此在实际电路中需要提供多种电压以满足不同器件工作的需求，从而增加了电路复杂程度。换言之，阻变存储器的操作电压，尤其是电压Vforming过大会导致操作电压的兼容性、均一性出现问题，影响阻变存储器的实际应用，也不利于提高阻变存储器的可靠性。发明内容[0004]有鉴于此，本发明提供了一种忆阻器及其制作方法，有效解