技术摘要：
本发明公开了一种基于部分活性金属掺杂薄膜的阻变存储器件结构及其制备方法。所述阻变存储器由下至上依次包括基片、底电极、未掺杂的介质层、活性金属掺杂的介质层和顶电极。本发明把活性金属以掺杂的方法加入介质层，本质上是将掺杂的氧化物薄膜作为电极，未掺杂的氧 全部
背景技术：
存储器作为一种集数据存储和数据处理为一身的半导体器件，在半导体市场中一 直占据着举足轻重的地位。作为下一代的非易失性存储器的备选技术路线，结构为“电极- 介质层-电极”的阻变存储器由于具备高响应速度、高集成密度、高能量效率、与现有CMOS工 艺兼容性高等优点得到了广泛的关注。同时，相比于其他存储器体系，阻变存储器的材料来 源非常广泛，常见的无机、有机绝缘体以及半导体几乎都可以作为其存储介质。 从目前的研究现状来看，阻变存储器的发展方向仍然是高速、高密度、高能效。其 中，阻变存储器的工作电流是一个核心指标，通常地，工作电流越低，单个器件擦写所消耗 的能量就越低。因此，如何通过器件设计制备出低工作电流的阻变存储器是国内外学界和 工业界的研究热点。
技术实现要素：
针对现有背景，本发明的目的在于提供一种基于部分活性金属掺杂薄膜的阻变存 储器件结构及其制备方法，能够获得一种低工作电流且性能可靠的阻变存储器。 本发明提供的阻变存储器，由下至上依次包括基片、底电极、未掺杂的介质层、活 性金属掺杂的介质层和顶电极。 上述阻变存储器中，所述基片为商用Pt(～120nm)/Ti(～15nm)/SiO2/Si基片。 所述底电极和顶电极均选自惰性金属中的任意一种；具体选自Pt、Au和Pd中任意 一种。 所述未掺杂的介质层为氧化物薄膜；所述氧化物薄膜中，氧化物选自氧化钽、氧化 铪、氧化钛、氧化铝和氧化锌中至少一种； 所述活性金属掺杂的介质层为活性金属掺杂的氧化物薄膜；所述活性金属掺杂的 氧化物薄膜中，氧化物选自氧化钽、氧化铪和氧化锌中至少一种；活性金属选自Ag、Cu、Al、 Ta和Ru中至少一种； 所述活性金属的掺杂浓度为5-20％；具体为15％；所述活性金属的掺杂浓度是指 活性金属与氧化物中金属元素的摩尔比，如15％指活性金属与氧化物中金属元素的摩尔比 为15:100。 所述衬底的厚度为200-800μm； 所述底电极的厚度为5-100nm；具体为10nm； 所述未掺杂的介质层的厚度为5-30nm；具体为20nm； 所述活性金属掺杂的介质层的厚度为5-30nm；具体为20nm； 3 CN 111725400 A 说 明 书 2/4 页 所述顶电极的厚度为5-100nm；具体为50nm。 更具体的，所述阻变存储器为如下结构的阻变存储器a或阻变存储器b： 所述阻变存储器a的结构为：Pt/TaOx:Ag/TaOx/Pt； 所述阻变存储器b的结构为：Pd/ZnO:Al/ZnO/Pd。 本发明提供的制备所述阻变存储器的方法，包括： 在所述基片上制得圆点阵列后，光刻，再依次沉积所述底电极、未掺杂的介质层、 活性金属掺杂的介质层和顶电极，得到所述阻变存储器。 上述方法中，所述圆点阵列的制备方法为紫外曝光或电子束曝光； 所述光刻为常规方法，具体为经过表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、曝光、 后烘、显影、硬烘； 制备所述底电极和顶电极的方法为直流磁控溅射； 所述直流磁控溅射的具体条件如下：本底真空度优于10-4Pa，使用纯金属的靶材 (Pt、Au或Pd)；工作氛围为纯氩气气氛；溅射气压为0.35Pa；溅射功率为5-50W；具体为30W； 制备所述未掺杂的介质层的方法为射频磁控溅射或反应磁控溅射； 具体的，所述未掺杂的介质层为TaOx(x＝1.96)时，采用射频磁控溅射氧化钽陶瓷 靶进行沉积； 更具体的，所述射频磁控溅射的具体条件如下：本底真空度大于10-4Pa，使用氧化 物陶瓷靶材Ta2O5；工作氛围为纯氩气气氛；溅射气压为0.35Pa；溅射功率为50-200W；具体为 90W； 所述未掺杂的介质层为ZnO时，用金属锌靶采用反应磁控溅射方法进行沉积； 更具体的，所述反应磁控溅射的具体条件如下：本底真空度大于10-4Pa，使用纯金 属的靶材Zn；工作氛围为氩气与氧气混合气氛，氩气和氧气的体积比为2:1；溅射气压为 0.35Pa；溅射功率为50-200W；具体为140W； 制备所述活性金属掺杂的介质层的方法为共溅射或反应溅射。 具体的，掺杂Ag的TaOx薄膜采用银靶和氧化钽陶瓷靶共溅射的方法进行沉积。 所述共溅射的具体条件如下：本底真空度大于10-4Pa，使用氧化物陶瓷靶材Ta2O5 与金属靶材Ag进行共溅射；工作氛围为纯氩气气氛；溅射气压为0.35Pa；溅射功率为10- 200W；具体为Ta2O5靶材90W，Ag靶材10W； 掺杂Al的ZnO采用在金属锌靶上放置金属铝条的方式进行反应溅射沉积。 所述反应溅射的具体条件如下：本底真空度大于10-4Pa，使用掺杂有所述活性金属 Al的金属靶材(Zn)；工作氛围为氩气和氧气组成的混合气氛；其中氩气和氧气的体积比为 2:1；溅射气压为0.35Pa；溅射功率为50-200W；具体为140W； 所述方法还包括：在所述光刻之前在所述基片上涂覆光刻胶，并在所述沉积所述 顶电极后剥离所述光刻胶的步骤。 具体的，所述光刻胶为本领域常用的光刻胶； 所述剥离是将沉积完顶电极后的基片放入丙酮，去除所述光刻胶完成剥离。 另外，上述本发明提供的阻变存储器在存储中的应用及在制备存储器中的应用， 也属于本发明的保护范围。 与现有技术相比，本发明的优点在于：传统的基于活性金属导电细丝的阻变存储 4 CN 111725400 A 说 明 书 3/4 页 器都是利用活性金属作为电极，通过外加电场控制活性金属扩散进入介质层中形成导电细 丝的通断来实现阻变效应，所形成的导电细丝往往尺寸较大且难以控制；本发明把活性金 属以掺杂的方法加入介质层，本质上是将掺杂的氧化物薄膜作为电极，未掺杂的氧化物薄 膜作为介质层，有利于在介质层中形成以活性金属纳米团簇构成的电子隧穿型的导电细 丝，能够有效地降低阻变存储器的工作电流，进而实现低功耗的目标。 附图说明 图1为本发明的基于部分活性金属掺杂薄膜的阻变存储器件的结构示意图，其中， 1-基片，2-底电极，3-未掺杂的介质层，4-活性金属掺杂的介质层，5-顶电极。 图2为实施例1制备的阻变存储器的I－V特性曲线。
本发明公开了一种基于部分活性金属掺杂薄膜的阻变存储器件结构及其制备方法。所述阻变存储器由下至上依次包括基片、底电极、未掺杂的介质层、活性金属掺杂的介质层和顶电极。本发明把活性金属以掺杂的方法加入介质层，本质上是将掺杂的氧化物薄膜作为电极，未掺杂的氧 全部
背景技术：
存储器作为一种集数据存储和数据处理为一身的半导体器件，在半导体市场中一 直占据着举足轻重的地位。作为下一代的非易失性存储器的备选技术路线，结构为“电极- 介质层-电极”的阻变存储器由于具备高响应速度、高集成密度、高能量效率、与现有CMOS工 艺兼容性高等优点得到了广泛的关注。同时，相比于其他存储器体系，阻变存储器的材料来 源非常广泛，常见的无机、有机绝缘体以及半导体几乎都可以作为其存储介质。 从目前的研究现状来看，阻变存储器的发展方向仍然是高速、高密度、高能效。其 中，阻变存储器的工作电流是一个核心指标，通常地，工作电流越低，单个器件擦写所消耗 的能量就越低。因此，如何通过器件设计制备出低工作电流的阻变存储器是国内外学界和 工业界的研究热点。
技术实现要素：
针对现有背景，本发明的目的在于提供一种基于部分活性金属掺杂薄膜的阻变存 储器件结构及其制备方法，能够获得一种低工作电流且性能可靠的阻变存储器。 本发明提供的阻变存储器，由下至上依次包括基片、底电极、未掺杂的介质层、活 性金属掺杂的介质层和顶电极。 上述阻变存储器中，所述基片为商用Pt(～120nm)/Ti(～15nm)/SiO2/Si基片。 所述底电极和顶电极均选自惰性金属中的任意一种；具体选自Pt、Au和Pd中任意 一种。 所述未掺杂的介质层为氧化物薄膜；所述氧化物薄膜中，氧化物选自氧化钽、氧化 铪、氧化钛、氧化铝和氧化锌中至少一种； 所述活性金属掺杂的介质层为活性金属掺杂的氧化物薄膜；所述活性金属掺杂的 氧化物薄膜中，氧化物选自氧化钽、氧化铪和氧化锌中至少一种；活性金属选自Ag、Cu、Al、 Ta和Ru中至少一种； 所述活性金属的掺杂浓度为5-20％；具体为15％；所述活性金属的掺杂浓度是指 活性金属与氧化物中金属元素的摩尔比，如15％指活性金属与氧化物中金属元素的摩尔比 为15:100。 所述衬底的厚度为200-800μm； 所述底电极的厚度为5-100nm；具体为10nm； 所述未掺杂的介质层的厚度为5-30nm；具体为20nm； 所述活性金属掺杂的介质层的厚度为5-30nm；具体为20nm； 3 CN 111725400 A 说 明 书 2/4 页 所述顶电极的厚度为5-100nm；具体为50nm。 更具体的，所述阻变存储器为如下结构的阻变存储器a或阻变存储器b： 所述阻变存储器a的结构为：Pt/TaOx:Ag/TaOx/Pt； 所述阻变存储器b的结构为：Pd/ZnO:Al/ZnO/Pd。 本发明提供的制备所述阻变存储器的方法，包括： 在所述基片上制得圆点阵列后，光刻，再依次沉积所述底电极、未掺杂的介质层、 活性金属掺杂的介质层和顶电极，得到所述阻变存储器。 上述方法中，所述圆点阵列的制备方法为紫外曝光或电子束曝光； 所述光刻为常规方法，具体为经过表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、曝光、 后烘、显影、硬烘； 制备所述底电极和顶电极的方法为直流磁控溅射； 所述直流磁控溅射的具体条件如下：本底真空度优于10-4Pa，使用纯金属的靶材 (Pt、Au或Pd)；工作氛围为纯氩气气氛；溅射气压为0.35Pa；溅射功率为5-50W；具体为30W； 制备所述未掺杂的介质层的方法为射频磁控溅射或反应磁控溅射； 具体的，所述未掺杂的介质层为TaOx(x＝1.96)时，采用射频磁控溅射氧化钽陶瓷 靶进行沉积； 更具体的，所述射频磁控溅射的具体条件如下：本底真空度大于10-4Pa，使用氧化 物陶瓷靶材Ta2O5；工作氛围为纯氩气气氛；溅射气压为0.35Pa；溅射功率为50-200W；具体为 90W； 所述未掺杂的介质层为ZnO时，用金属锌靶采用反应磁控溅射方法进行沉积； 更具体的，所述反应磁控溅射的具体条件如下：本底真空度大于10-4Pa，使用纯金 属的靶材Zn；工作氛围为氩气与氧气混合气氛，氩气和氧气的体积比为2:1；溅射气压为 0.35Pa；溅射功率为50-200W；具体为140W； 制备所述活性金属掺杂的介质层的方法为共溅射或反应溅射。 具体的，掺杂Ag的TaOx薄膜采用银靶和氧化钽陶瓷靶共溅射的方法进行沉积。 所述共溅射的具体条件如下：本底真空度大于10-4Pa，使用氧化物陶瓷靶材Ta2O5 与金属靶材Ag进行共溅射；工作氛围为纯氩气气氛；溅射气压为0.35Pa；溅射功率为10- 200W；具体为Ta2O5靶材90W，Ag靶材10W； 掺杂Al的ZnO采用在金属锌靶上放置金属铝条的方式进行反应溅射沉积。 所述反应溅射的具体条件如下：本底真空度大于10-4Pa，使用掺杂有所述活性金属 Al的金属靶材(Zn)；工作氛围为氩气和氧气组成的混合气氛；其中氩气和氧气的体积比为 2:1；溅射气压为0.35Pa；溅射功率为50-200W；具体为140W； 所述方法还包括：在所述光刻之前在所述基片上涂覆光刻胶，并在所述沉积所述 顶电极后剥离所述光刻胶的步骤。 具体的，所述光刻胶为本领域常用的光刻胶； 所述剥离是将沉积完顶电极后的基片放入丙酮，去除所述光刻胶完成剥离。 另外，上述本发明提供的阻变存储器在存储中的应用及在制备存储器中的应用， 也属于本发明的保护范围。 与现有技术相比，本发明的优点在于：传统的基于活性金属导电细丝的阻变存储 4 CN 111725400 A 说 明 书 3/4 页 器都是利用活性金属作为电极，通过外加电场控制活性金属扩散进入介质层中形成导电细 丝的通断来实现阻变效应，所形成的导电细丝往往尺寸较大且难以控制；本发明把活性金 属以掺杂的方法加入介质层，本质上是将掺杂的氧化物薄膜作为电极，未掺杂的氧化物薄 膜作为介质层，有利于在介质层中形成以活性金属纳米团簇构成的电子隧穿型的导电细 丝，能够有效地降低阻变存储器的工作电流，进而实现低功耗的目标。 附图说明 图1为本发明的基于部分活性金属掺杂薄膜的阻变存储器件的结构示意图，其中， 1-基片，2-底电极，3-未掺杂的介质层，4-活性金属掺杂的介质层，5-顶电极。 图2为实施例1制备的阻变存储器的I－V特性曲线。
