电阻式随机存取存储元件、存储器件及其制备方法与流程

本发明属于半导体集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种电阻式随机存取存储元件、存储器件及其制备方法。

背景技术：

1、电阻式随机存取存储器(resistive random-access memory,reram)属于一种非挥发性存储器(non-volatile memory,nvm)，具有更小的尺寸、读写快速、数据保存时间长、低耗能、可靠度佳以及与半导体制作工艺相容等特性，因此逐渐受到本领域的关注。电阻式随机存取存储器的基本结构为上、下电极之间夹着一层可变电阻层，通过外加电压使得可变电阻材料在高电阻状态(high resistance state,hrs)和低电阻状态(low resistancestate,lrs)之间转换，然后将不同的电阻状态编译成1或0来达到存储和辨别数据的目的。

2、目前的电阻式随机存取存储器(reram)主要分为导电桥式随机存取存储器(conductive-bridge random access memory,cbram)和氧化物随机存取存储器(oxygen-vacancy random access memory,oxram)，其结构主要包括顶电极(te)、阻变层(sl)和底电极(be)三个部分。在氧化物随机存取存储器中，阻变层(sl)中的氧离子会在电场作用下发生迁移，最终形成由氧空位组成的导电通道(filament)。在导电桥式随机存取存储器中，一侧电极中的金属会在电场作用下电离并进入阻变层(sl)中，并最终形成由金属粒子组成的导电通道。现有的电阻式随机存取存储器件往往面临着可靠性上的种种问题，例如其循环特性与保持能力均受到了材料带来的一定限制。

3、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电阻式随机存取存储元件、存储器件及其制备方法，用于解决现有技术中电阻式随机存取存储器存在可靠性不足的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电阻式随机存取存储元件，所述电阻式随机存取存储元件包括：依次排布的第一电极、阻变存储层和第二电极；所述第二电极的材料为mnx，其中，m选自于ti、ta和al中的一种，0≤x≤1。

3、可选地，所述第二电极mnx包括n个第二子电极层，n≥2，n个所述第二子电极层中的n比例x自所述阻变存储层朝远离所述阻变存储层的方向逐层减小。

4、可选地，相邻两所述第二子电极层中的n比例x的差值大于或等于0.05。

5、可选地，n个所述第二子电极层中，n比例x最大的所述第二子电极层的厚度小于或等于5纳米。

6、可选地，n个所述第二子电极层中，所述第二子电极层的厚度随其n比例x的减小而增大。

7、可选地，所述第二电极mnx中的n比例x自所述阻变存储层朝远离所述阻变存储层的方向呈线性减小。

8、可选地，所述第二电极mnx中的n比例x大于或等于0.3，且小于或等于m和n的化学计量比。

9、可选地，所述阻变存储层的材料为moy，所述阻变存储层moy中的金属原子与所述第二电极mnx中的金属原子相同，其中，m选自于ti、ta和al中的一种，0≤y≤1。

10、可选地，所述电阻式随机存取存储元件的导电通道的金属原子为m，其与所述第二电极mnx、所述阻变存储层moy中的金属原子相同，其中，金属原子m迁移至所述第二电极和所述阻变存储层中形成由金属原子m组成的导电通道，以使所述阻变存储层转变为低阻态，或/及所述阻变存储层中的o发生迁移在所述阻变存储层中形成由氧空穴形成的导电通道，以使所述阻变存储层转变为低阻态。

11、可选地，所述第一电极的材料为惰性金属或金属氮化物，所述惰性金属包括w和pt中的一种，所述金属氮化物包括tin和tan中的一种。

12、可选地，所述第一电极、阻变存储层和第二电极的侧壁还形成有侧墙结构。

13、可选地，所述电阻式随机存取存储元件还包括：设置于所述第二电极上的层间介质层；所述层间介质层中形成有显露所述第二电极的电极孔结构，所述电极孔结构包括大马士革结构；所述电极孔结构中填充有金属电极，所述金属电极中的金属原子为m与所述第二电极mnx中的金属原子相同。

14、本发明还提供一种电阻式随机存取存储器件，所述电阻式随机存取存储器件包括由多个如上任意一项方案所述的电阻式随机存取存储元件所组成的阵列。

15、本发明还提供一种电阻式随机存取存储元件的制备方法，所述制备方法包括步骤：形成依次排布的第一电极、阻变存储层和第二电极，所述第二电极的材料为mnx，其中，m选自于ti、ta和al中的一种，0≤x≤1。

16、可选地，形成所述第二电极包括：通过沉积方法在所述阻变存储层上逐层生长n层第二子电极层，并通过控制每层所述第二子电极层中的n的比例，使得n个所述第二子电极层中的n比例x自所述阻变存储层朝远离所述阻变存储层的方向逐层减小。

17、可选地，形成所述第二电极包括：通过沉积方法在所述阻变存储层上逐层生长n层第二子电极层，通过控制每层所述第二子电极层中的n的比例，使得n个所述第二子电极层中的n比例x自所述阻变存储层朝远离所述阻变存储层的方向逐层减小；通过在n气氛下进行退火工艺，使所述第二子电极层中的n扩散，使得所述第二电极mnx中的n比例x自所述阻变存储层朝远离所述阻变存储层的方向呈线性减小。

18、可选地，通过控制沉积过程中的环境气氛、功率及偏压来调节各所述第二子电极层中n的比例。

19、可选地，所述制备方法还包括步骤：在所述第一电极、阻变存储层和第二电极侧壁形成侧墙结构。

20、可选地，所述制备方法还包括步骤：在所述第二电极上形成层间介质层；在所述层间介质层中形成显露所述第二电极的电极孔结构，所述电极孔结构包括大马士革结构；在所述电极孔结构中形成金属电极，所述金属电极中的金属原子为m与所述第二电极mnx、所述阻变存储层moy中的金属原子相同。

21、可选地，形成所述阻变存储层包括：通过沉积方法逐层生长多层moy材料层，并通过控制沉积过程中的环境气氛、功率、偏压来调节各层moy材料层中的o的比例。

22、如上所述，本发明的电阻式随机存取存储元件及其制备方法，具有以下有益效果：

23、本发明将第二电极的材料设置为mnx，阻变存储层的材料设置为moy，将第二电极的金属原子和阻变存储层的金属原子设置为相同的金属元子，同时和构成的导电通道具有相同的金属原子，可以有效避免参与构成导电通道的m金属原子过于富集，从而提高器件的寿命和耐久度，并提高器件的保持能力，进而获得更好的器件性能。

24、本发明通过对第二电极mnx中的n比例进行控制，可以实现第二电极具备导电性的同时，金属离子向阻变存储层中的迁移和扩散具有更高的可控性。

25、本发明的制备工艺可针对不同的需求对对第二电极mnx中的n比例进行控制，便于对器件性能进行调整，且工艺具有更强的可控性。