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一种叠层氧化物忆阻器的制备方法

创作时间:
2025-04-01 02:43:33
作者:
@小白创作中心

一种叠层氧化物忆阻器的制备方法

引用
1
来源
1.
https://www.xjishu.com/zhuanli/61/202410939692.html

随着传统CMOS技术面临物理极限的挑战,新型存储器件如阻变存储器(RRAM)因其结构简单、可缩小能力强等优势而受到广泛关注。本文介绍了一种创新的叠层氧化物忆阻器制备方法,通过激光局域热退火技术有效缓解介质层界面损伤,提升器件性能。

本发明属于半导体(semiconductor)和cmos混合集成电路,具体涉及一种兼容现有cmos工艺的氧化物忆阻器制备技术。

背景技术

近年来,随着摩尔定律和唐纳德缩放定律的逐渐延缓,传统的基于互补金属氧化物半导体(cmos)技术的存储器件在操作电压、功耗、可靠性、集成工艺、电路设计等方面都遇到了瓶颈,同时cmos器件的可缩小能力也逐渐接近物理极限,难以满足日益增长的存储和计算需求。为了应对这些问题,新型半导体器件如阻变存储器(rram)、相变存储器(pcram)、磁阻存储器(mram)和铁电存储器(feram)受到了业界和学术界广泛的研究和关注。

在这些新型半导体器件中,rram器件结构简单,是“三明治”结构,因此可缩小能力强,制备工艺简单,且与cmos兼容。同时,非易失型rram响应时间短,保持时间长,是极具潜力的新型存储器件,可用于神经网络中相关参数如权重的存储。并且,根据经典的基尔霍夫定律,基于rram器件的十字交叉阵列能够以存内计算的方式,高度并行地实现电压和电导的矩阵向量乘的操作。尤其是叠层结构的rram器件,由于界面调制效应,具有优异的连续阻变特性,因此得到了广泛的研究。然而,在制备过程中,叠层结构的rram器件的上下两个介质层是连续生长的,因此上介质层生长过程中会不可避免地损伤到下介质层的表面,引起一致性等特性的退化。传统的热退火方式虽然可以缓解制备过程中的界面损伤,但是较高的全局温度也会引起介质层材料本身的性能变化,不利于大规模高性能忆阻器件的制备。

技术实现思路

为了在不影响介质层材料特性的情况下优化界面性能,本发明提出了一种新型的叠层氧化物忆阻器的制备方法,可以有效缓解介质层界面损伤,提升忆阻器性能。

一种叠层氧化物忆阻器的制备方法,其特征在于,具体步骤包括:

  1. 利用物理气相淀积或者电镀工艺在衬底上制备底电极层;
  2. 利用物理气相淀积、化学气相淀积或者原子层淀积的方式生长介质层a;
  3. 利用物理气相淀积、化学气相淀积或者原子层淀积的方式生长介质层b,介质层b的禁带宽度小于介质层a的禁带宽度;
  4. 在纯氮气氛围下,采用10nm-800nm波长范围的激光扫描介质层b的表面,激光穿过介质层b,在介质层a和介质层b之间的界面产热,通过局域热退火缓解界面损伤;
  5. 利用物理气相淀积或者电镀工艺制备顶电极层。

优选的,在底层上利用物理气相淀积或者电镀工艺制备粘附层,随后通过化学机械抛光研磨为平整表面;所述粘附层材料选择具有优良导电特性的材料,如ti、al、tin、cu、w、tan等,厚度为5-50nm。

优选的,所述底电极层和顶电极层的材料是金属或是导电性强的化合物,如al/al、hf/tin、hf/tan、tin/tan、tan/tan等,厚度为5-50nm。

优选的,所述介质层a和介质层b为带有优良阻变特性的过渡金属氧化物,如hfox、niox、srtiox、taox、alox、wox、zno等,厚度为5-50nm;且介质层b的禁带宽度小于介质层a,使得激光能穿透介质层b,抵达两种介质层的界面处。

本发明的有益效果如下:本发明在纯氮气氛围下,利用激光对介质层界面进行局域热退火,在界面处精细产热,可以有效缓解界面损伤问题,进而提升器件性能。

技术特征

  1. 一种叠层氧化物忆阻器的制备方法,其特征在于,具体步骤包括:
  2. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中首先在衬底上利用物理气相淀积或者电镀工艺制备粘附层,随后在粘附层上制备底电极层。
  3. 如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,通过化学机械抛光研磨,使粘附层表面平整。
  4. 如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,粘附层材料选自ti、al、tin、cu、w或tan中的一种,厚度为5-50nm。
  5. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述底电极层和顶电极层的材料选自al/al、hf/tin、hf/tan、tin/tan或tan/tan中的一种,厚度为5-50nm。
  6. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述介质层a和介质层b选自hfox、niox、srtiox、taox、alox、wox或zno中的一种,厚度为5-50nm。

技术总结

本发明公开了一种叠层氧化物忆阻器的制备方法,属于半导体(semiconductor)和CMOS混合集成电路技术领域。本发明叠层氧化物忆阻器包括底电极层、介质层A、介质层B和顶电极层,在制备完氧化物忆阻器的两层介质层后,在氮气氛围下,采用激光扫描的方式对介质层表面进行退火处理。采用本发明可以有效缓解介质层界面损伤,提升忆阻器性能。

技术研发人员:蔡一茂,吴林东,王宗巍,王源,黄如
受保护的技术使用者:北京大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/4

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