存储器在半导体市场中占有重要的地位,随着便携式电子设备的不断普及,不挥发存储器在整个存储器市场中的份额也越来越大。目前,Flash占据了不挥发存储器市场90%的份额,但随着半导体工艺节点的不断推进,Flash遇到了越来越多的瓶颈问题,比如浮栅厚度不能随器件尺寸的减小而无限制减薄,有报道预测Flash技术的极限在32nm左右,此外,Flash的其他技术缺点也限制了它的应用,如写入速度慢,操作电压高等。这就迫使人们寻找性能更为优越的下一代不挥发存储器。最近电阻存储器因其高密度、低成本等特点受到了高度关注,所使用的材料有相变材料、掺杂的SrZrO₃、铁电材料PbZrTiO₃、铁磁材料Pr_1-xCa_xMnO₃、二元金属氧化物材料、有机材料等,受电或热等能量的作用下,在高阻和低阻态之间转换。以相变材料为存储介质的阻性存储器亦被称作为相变存储器（Phase Change Memroy,简称PCM）,在读写速度、读写次数、数据保持时间、单元面积、多值实现等诸多方面都具有极大的优越性,成为未来不挥发存储技术市场主流产品最有力的竞争者之一。目前应用最广泛的是GeSbTe（简称GST）合金材料,在电的作用下使其在晶态和非晶态之间转换,对应为器件的低阻态和高阻态。当前,在相变存储器研究领域中,写操作电流（RESET电流）过大是阻碍其商业化的一个关键问题,降低RESET电流主要从两方面考虑,对常用的GST材料进行掺杂改性或者开发新型相变材料;另一方面,减小器件尺寸和相变薄膜厚度,减小相变区域,从而降低发生转变时需要的能量,然而,传统器件的尺寸依赖于光刻技术。本论文第一部分主要围绕3D相变存储器器件设计展开,利用边墙定位技术,构建3D纳米相变存储器,其电极横截面积取决于电极材料的厚度和台阶高度,使器件尺寸完全突破光刻限制,不需要先进的光刻技术,极大的降低了生产成本,在大尺寸工艺下,依然可以获得纳米级器件尺寸。在5μm实验室工艺条件下成功获得了100nm以下纳米相变存储器阵列。以金属氧化物为介质的电阻型存储器通常被称为阻性存储器（ResistiveRandom Access Memory,简称RRAM）。其中,二元金属氧化物（如Nb₂O₅,Al₂O₃,Ta₂O₅,TixO,NixO,Cu_xO等）,因为其器件结构简单、成分精确可控而受到格外关注。Cu_xO（x＜2）作为两元金属氧化物中的一种,其优势更为明显,因为Cu在现在的半导体后端互联工艺中广泛应用,以Cu_xO为基的阻性存储器件可与互联工艺完美兼容而不需要引入新元素。本论文第二部分主要围绕Cu_xO基阻性存储器展开,用反应离子（RIE）氧化进行Cu_xO制备,对器件的forming电压、疲劳特性、保持特性进行了研究,提出了上电极界面处的局部导电通道的形成与关断的电阻转换模型,基于双大马士革工艺,提出相应的与铜互连后端工艺集成的解决方案,为生产低成本、高密度、高可靠性的Cu_xO电阻存储器奠定了基础。