本发明专利技术公开了一种阻变型随机存储单元、存储器及制备方法。本发明专利技术阻变型随机存储单元中，在导电电极表面制备具有圆锥形状的控制电极层，这种突出结构具有增强功能层中的局域电场强度的作用，这种局域集中的强电场效应有利于导电细丝的形成和生长，从而达到控制导电细丝形成的过程，通过控制导电细丝的形成过程可以改善电阻转变型存储器的相关电学特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子行业存储器
，尤其涉及一种能够形成金属性导电通道的阻变型随机存储单元和存储器。
技术介绍
存储器是一类重要的半导体器件，随着便携式电子设备的不断发展，非易失性存储器在整个存储器市场中所占的份额越来越大，其中90%以上的份额被闪存(Flash)占据。但是，传统Flash存储器是基于多晶硅薄膜浮栅结构的硅基非挥发性存储器，而这种结构正面临着如何持续缩小的挑战，有报道预测Flash技术的极限在32nm左右，这使得基于电阻变化进行数据存储的电阻式非易失随机存取存储器件(Resistive Random AccessMemory,简称RRAM)受到广泛的关注。电阻转变存储技术是以薄膜材料的电阻在电压或电流的激励下可以在两个或多个状态之间实现可逆转换的现象作为其工作基础。目前，报道的具有电阻转变特性的薄膜材料有(1)有机材料，如聚酰亚胺(PD、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)以及铜的四氰基苯醌对二甲烷(CuTCNQ)等；(2)多元金属氧化物，如磁阻材料Pra7Caa3MnO3和Laa7Caa3MnO3等，掺杂的 SrTiO3 和 SrZrO3 等；(3) 二元过渡族金属氧化物，如 Ni O、Nb2O5、CuOx、ZrO2、HfO2、Ta2O5、TiO2等；(4)固态电解液材料，如CuS, AgS, AgGeSe等。将固态电解液薄膜淀积在惰性金属和易氧化金属之间构成金属-绝缘层-金属(M-I-M)的三明治结构，可以形成一类较为重要的电阻式非易失存储器件，通常被称为PMC(Programmable Metallization Cell Memory)或CBRAM(Conductive Bridging RandomAccess Memory)。这类存储器的电阻转变机理较为清晰,其原理是易氧化的阳极电极(如Cu、Ag等)在电脉冲的作用下生成大量的Cu+或Ag+，这些金属离子在电场的驱动下通过固态电解液材料向惰性金属(如Pt、W等)构成的阴极移动，金属离子在阴极附近得到电子形成金属原子，这些金属原子沉积在阴极电极上并向阳极生长，最终形成连接阴极和阳极的金属性导电细丝，使得材料的电阻发生突变。在一次编程操作中，也可能会在固态电解液中形成多根导电细丝。最近，有文献报道Zr02，HfO2, ZnO, TaOx, SiO2, WOx等二元氧化物也具有固态电解液的类似性质，因此，也可由电化学反应来形成金属性的导电通道，从而发生电阻转变现象。上述能够形成金属性导电通道的阻变存储器具有低功耗、高速、多值存储等优势，因此受到广泛的关注。图I为本专利技术现有技术基于固态电解液材料体系的阻变型随机存储器中导电细丝形成的示意图。由图I可知，由于导电细丝形成过程是一个随机的过程，因此在重复转变过程中，导电细丝很难沿着相同的路径进行生长和破灭，造成了器件的编程 电压具有很大的离散性(Y. C. Yang, F. Pan, Q. Liu, M. Liu, and F. Zeng, Nano Lett. 9,1636,2009)。因此，如何对导电细丝的形成过程进行控制是提高器件均匀性和稳定性的关键。在实现本专利技术的过程中，专利技术人意识到现有技术能够形成金属性导电通道的阻变型随机存储方式存在如下缺陷缺乏对导电细丝的控制，造成器件的编程电压具有很大的离散性。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题为解决上述缺陷，本专利技术提供了一种，以提高其对导电细丝的控制，减小器件编程电压的离散性。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种阻变型随机存储单元。该存储单元自下至上包括下导电电极、能够形成金属性导电通道的阻变存储层、上导电电极和控制电极。其中该控制电极，为导电材料形成的锥形凸起，形成于下导电电极与阻变存储层之间，与下导电电极一体成型或紧密结合。 优选地，本专利技术阻变型随机存储单元中，控制电极为圆锥形。优选地，本专利技术阻变型随机存储单元中，控制电极采用光学曝光和湿法刻蚀的工艺制备。优选地，本专利技术阻变型随机存储单元中，控制电极的厚度为5nm-100nm，其材料为以下材料中的一种或多种Ti、W、Cu、Ni或Ru。优选地，本专利技术阻变型随机存储单元中，控制电极为20nm的Ti材料薄膜层。优选地，本专利技术阻变型随机存储单元中，下导电电极为5nm 500nm的惰性的金属材料或导电金属化合物；上导电电极为Inm 500nm的易氧化金属材料。优选地，本专利技术阻变型随机存储单元中，惰性的金属材料为以下材料中的一种或多种W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta ;惰性的导电金属化合物为以下材料中的一种或多种TiN, TaN, ΙΤ0, IZO ;易氧化金属材料为以下材料中的一种或多种Cu、Ag。优选地，本专利技术阻变型随机存储单元中阻变存储层为基于固态电解液材料的薄膜层或基于二元过渡族金属氧化物的薄膜层。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种阻变型随机存储器。该存储器包括电阻读写单元、地址选择单元和上文中的阻变型随机存储单元；其中地址选择单元，与若干阻变型随机存储单元相连，用于选择进行操作的阻变型随机存储单元；电阻读写单元，与地址选择单元和若干阻变型随机存储单元相连，用于对所选择的阻变型随机存储单元进行置位、复位或编程操作。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种阻变型随机存储器的制备方法。该方法包括以下步骤在绝缘衬底上淀积下导电电极；在下导电电极上形成锥形控制电极，该锥形控制电极和下导电电极紧密结合；在下导电电极和锥形控制电极上形成能够形成金属性导电通道的阻变存储层；以及在阻变存储层上形成上导电电极。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果I、本专利技术中，在导电电极表面制备具有圆锥形状的控制电极层，这种突出结构具有增强功能层中的局域电场强度的作用，这种局域集中的强电场效应有利于导电细丝的形成和生长，从而达到控制导电细丝形成的过程，通过控制导电细丝的形成过程可以改善电阻转变型存储器的相关电学特性；2、本专利技术的器件加工工艺与传统CMOS工艺兼容，有利于推广和应用。附图说明图1为本专利技术现有技术基于固态电解液材料体系的阻变型随机存储器中导电细丝形成的示意图；图2为本实施例提供的阻变型随机存储单元中导电细丝形成过程的示意图；图3为本专利技术实施例具有圆锥形控制电极结构的阻变型随机存储单元的结构示意图；图4为本专利技术实施例阻变型随机存储器的制备方法的流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种阻变型随机存储单元。该存储单元自下至上包括下导电电极、能够形成金属性导电通道的阻变存储层、上导电电极和控制电极。该控制电极为导电材料形成的锥形凸起，形成于阳极所在的下导电电极或上导电电极与阻变存储层之间，与阳极所在的下导电电极或上导电电极一体成型或紧密结合。为了描述方便，在下文中，以阳极位于下导电电极为例，而阳极位于上导电电极与此类似，不再另行说明，但仍包括在本专利技术的保护范围之内。本实施例中，控制电极与下导电电极一体成型或分别成型。当控制电极与下导电电极一体成型时，控制电极有两种形成方法1)在形成下导电电极时，通过控制沉积条件，在下导电电极上形成锥状凸起本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘琦，刘明，龙世兵，吕杭炳，张森，李颖涛，王艳，连文泰，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：
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