專利名稱：一種阻變存儲器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非揮發(fā)性(Nonvolatile memory)阻變存儲器(RRAM: Resistive Random Access Memory)及制造方法，屬于柔性電子學，聚合物和CMOS混合集成電路技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
21世紀是信息數(shù)字化的高科技時代，信息的爆炸式增長及電子器件持續(xù)微型化的發(fā)展 對存儲技術(shù)提出了更高的要求，并迫切需要在存儲器材料和技術(shù)方面取得突破。研究和開 發(fā)更高存儲密度、更低功耗、更快響應(yīng)速度及可反復(fù)讀寫的存儲器己經(jīng)成為電子領(lǐng)域的熱 點。目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最成熟的非揮發(fā)性存儲器為閃存(flash memory)，但其寫入 速度慢、功耗大等缺點已經(jīng)成為阻礙其繼續(xù)發(fā)展和等比例縮小的限制性因素。因此，半導 體產(chǎn)業(yè)界正在探索更高存儲密度、更快響應(yīng)速度、更低操作電壓的非揮發(fā)性存儲器。阻變 存儲器由于具備上述特性引起了廣泛關(guān)注，目前已經(jīng)成為存儲器研究的前沿領(lǐng)域，具有取 代現(xiàn)有主流Flash存儲器成為下一代新型存儲器的潛力。
在眾多阻變存儲器材料中，基于有機材料的阻變存儲器憑借其制備成本低廉、制備工 藝簡單、柔韌性高和材料多樣性等優(yōu)點，已經(jīng)成為未來新一代存儲器的一個發(fā)展方向。不 過，有機阻變存儲器的研究還處在起步階段，很多有機材料在電壓和電流的激勵下發(fā)生電 阻的改變，包括有機小分子材料及聚合物材料和金屬納米顆粒的混合材料。但目前報道的 有機RRAM材料大多數(shù)不能防御光刻工藝過程中所用到的溶劑，所以不能小型化和高密度應(yīng) 用。文獻報道的有機阻變存儲器的制備一般釆用旋涂工藝(spin-coating)和硬掩膜板 (hard mask)技術(shù)，器件單元尺寸一般比較大(平方毫米量級)，限制了其存儲密度。 而且旋涂工藝容易存在溶劑揮發(fā)后殘留污染問題以及與其他模塊的兼容問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種基于聚對二甲苯和納米金屬薄層的阻變 存儲器及其制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種阻變存儲器，為MIM結(jié)構(gòu)，該MIM結(jié)構(gòu)的底層和頂層分別為金屬電極，其特征在于，該MIM結(jié)構(gòu)的中間層結(jié)構(gòu)為，依次疊加的第一層聚對二甲苯聚合物膜、金屬或金 屬氧化物納米層和第二層聚對二甲苯聚合物膜。
所述第一層聚對二甲苯聚合物膜和第二層聚對二甲苯聚合物膜的厚度為50-150nm。
金屬或金屬氧化物納米層材料為Au、 Al或Mo03，厚度為6-20nm。
所述頂層電極為A1、 Cu、 Ag或Ti， 200nm和500nm之間。
所述底層電極為W或Pt，厚度在100nm和250nm之間。
所述聚對二甲苯聚合物為聚對二甲苯C型、聚對二甲苯N型或聚對二甲苯D型。 一種阻變存儲器的制備方法，其步驟包括
1) 在硅襯底上濺射一金屬層，作為底層電極；
2) 淀積第一層聚對二甲苯聚合物膜；
3) 濺射或電子束蒸發(fā)一金屬或金屬氧化物納米層；
4) 淀積第二層聚對二甲苯聚合物膜；
5) 濺射一金屬層，光刻、剝離定義頂層電極。
所述步驟2)和步驟4)具體為采用Polymer CVD淀積聚對二甲苯聚合物膜，為真空淀 積，淀積速度在lnm/min和10nm/min之間。
所述步驟3)之后，通過光刻，濕法腐蝕金屬或金屬氧化物納米層、RIE刻蝕第一層 聚對二甲苯聚合物膜，定義出底電極的引出孔，隨后在步驟4)之后，通過光刻、RIE刻 蝕引出孔上的第二層聚對二甲苯聚合物膜，定義出底電極的引出通孔，通過填充頂層電極 金屬材料引出底層電極。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明采用依次疊加的聚對二甲苯聚合物膜、金屬或金屬氧化物納米層和聚對二甲苯 聚合物膜作為阻變存儲器的阻變材料，可制備出有較好的阻變特性和工藝兼容性的阻變存 儲器。
本發(fā)明聚對二甲苯的制備方法是無副產(chǎn)品和無溶劑污染的室溫汽相化學淀積工藝，與 CMOS其他模塊兼容，且聚對二甲苯耐標準光刻工藝中使用的溶液和溶劑，可以使用CMOS 標準光刻技術(shù)工藝制備該阻變存儲器，可提高存儲器的存儲密度。


圖1為本發(fā)明實施例阻變存儲器的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明阻變存儲器的阻變特性測試結(jié)果.
l一高阻態(tài)在掃描電壓的激勵下向低阻態(tài)躍變過程2—低阻態(tài)的保持過程 3—低阻態(tài)在-3V脈沖電壓的激勵下向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變后，用小電壓讀取高阻態(tài)的過程4 一高阻態(tài)在+3V脈沖電壓的激勵下向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變后，用小電壓讀取低阻態(tài)的過程。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述 參考圖1，本發(fā)明阻變存儲器的制備具體為
1) 在硅襯底1上用常規(guī)CMOS工藝中的鉤金屬作為下電極2;下電極采用物理氣相淀
積(PVD)方法，并可以通過標準光刻和濕法腐蝕技術(shù)使鎢電極圖形化，如圖1 (a);
2) 利用聚合物化學汽相淀積(Polymer CVD)技術(shù)淀積聚對二甲苯C型(Parylene-C 薄膜3，厚度為50—150nm，如圖1 (b);淀積采用聚對二甲苯Polymer CVD設(shè)備，工藝 選用設(shè)備的標準參數(shù)，淀積速度在lnm/min和10nm/min之間；
3) 利用物理氣相淀積方法淀積6-20nm的金納米層4，如圖1 (c);
4) 通過光刻，濕法腐蝕金納米層、RIE刻蝕第一層聚對二甲苯聚合物膜定義出底電極 的大引出孔(約100平方微米)，如圖l (d);
5) 利用聚合物化學汽相淀積(Polymer CVD)技術(shù)淀積第二層聚對二甲苯C型 (Parylene-C薄膜5，厚度為50—150nm，如圖1 (e);淀積采用聚對二甲苯Polymer CVD
設(shè)備，工藝選用設(shè)備的標準參數(shù)，淀積速度在lnm/min和10nm/min之間；
6) 通過光刻和RIE刻蝕第二層聚對二甲苯聚合物膜定義出底電極的小引出孔(約10 平方微米)，避免了中間金納米層與通孔金屬的短路連接，第二層聚對二甲苯聚合物膜同 時起到了鈍化隔離的作用，如圖l (f);
7) 利用物理氣相淀積方法淀積Al電極作為上電極6，通過常規(guī)工藝的光刻剝離定義 Al電極，同時引出底層電極。如圖l (g)。
測試實施例1制得的阻變存儲器的阻變特性測試結(jié)果如圖2所示。 由圖2可知，隨著上電極的電壓激勵的改變(下電極接地)，位于兩電極之間的功能 層的阻值會發(fā)生高阻和低阻之間的轉(zhuǎn)變，即存儲器"0"， 'T'兩個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。
雖然本說明書通過具體的實施例詳細描述了本發(fā)明的有機阻變存儲器的材料，結(jié)構(gòu)及 其制備方法，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的實現(xiàn)方式不限于實施例的描述范圍，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)和精神范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明進行各種修改和替換，可以對本發(fā) 明進行各種修改和替換，例如聚對二甲苯C型(Parylene-C)可以換成聚對二甲苯N型 (Parylene-N)或聚二氯對二甲苯D型(Parylene-D)。功能層中的金納米層也可以換成其 他金屬薄層如Al或金屬氧化物納米薄層如Mo03等。另外，下電極材料也可以換成惰性金 屬如Pt，上電極材料可以換成Cu或Ti。
以上通過詳細實施例描述了本發(fā)明所提供的阻變存儲器，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理 解，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明做一定的變形或修改；其制備方法也不 限于實施例中所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種阻變存儲器，為MIM結(jié)構(gòu)，該MIM結(jié)構(gòu)的底層和頂層分別為金屬電極，其特征在于，該MIM結(jié)構(gòu)的中間層結(jié)構(gòu)為，依次疊加的第一層聚對二甲苯聚合物膜、金屬或金屬氧化物納米層和第二層聚對二甲苯聚合物膜。
2、 如權(quán)利要求1所述的阻變存儲器，其特征在于，所述第一層聚對二甲苯聚合物膜和 第二層的聚對二甲苯聚合物膜厚度分別為50-150nm。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的阻變存儲器，其特征在于，金屬或金屬氧化物納米層材 料為Au、 Al或Mo03，厚度為6-20nm。
4、 如權(quán)利要求3所述的阻變存儲器，其特征在于，所述頂層電極為Al、 Cu、 Ag或 Ti，其厚度為200nm和500nm之間。
5、 如權(quán)利要求4所述的阻變存儲器，其特征在于，所述底層電極為W或Pt，其厚度 在100nm和250nm之間。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的阻變存儲器，其特征在于，所述聚對二甲苯聚合物為聚對 二甲苯C型、聚對二甲苯N型或聚對二甲苯D型。
7、 一種阻變存儲器的制備方法，其步驟包括1) 在硅襯底上濺射一金屬層，作為底層電極；2) 淀積第一層聚對二甲苯聚合物膜；3) 濺射或電子束蒸發(fā)一金屬或金屬氧化物納米層；4) 淀積第二層聚對二甲苯聚合物膜；5) 濺射一金屬層，光刻、剝離定義頂層電極。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟2)和步驟4)具體為采用Polymer CVD方法淀積聚對二甲苯聚合物膜，為真空淀積，淀積速度在lnm/min和10nm/min之間。
9、 如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步驟3)之后，通過光刻，濕法 腐蝕金屬或金屬氧化物納米層、RIE刻蝕第一層聚對二甲苯聚合物膜，定義出底電極的引 出孔，隨后在步驟4)之后，通過光刻、RIE刻蝕引出孔上的第二層聚對二甲苯聚合物膜， 定義出底電極的引出通孔，通過填充頂層電極金屬材料引出底層電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種阻變存儲器及其制造方法，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。該阻變存儲器，為MIM結(jié)構(gòu)，該MIM結(jié)構(gòu)的底層和頂層分別為金屬電極，該MIM結(jié)構(gòu)的中間層為，依次疊加的第一層聚對二甲苯聚合物膜、金屬或金屬氧化物納米層和第二層聚對二甲苯聚合物膜。本發(fā)明利用聚對二甲苯聚合物和金屬/金屬氧化物的組合作為阻變材料，可制備出有較好的阻變特性和工藝兼容性的阻變存儲器。聚對二甲苯聚合物的制備方法采用無副產(chǎn)品和無溶劑污染的室溫汽相化學淀積工藝，與CMOS其他模塊兼容。且聚對二甲苯耐標準光刻工藝中使用的溶液和溶劑，可以使用CMOS標準光刻技術(shù)工藝制備該阻變存儲器，從而提高了存儲器的存儲密度。
文檔編號H01L51/05GK101630719SQ20091008961
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者昱 唐, 張麗杰, 鄺永變, 如 黃 申請人:北京大學