[發明專利]一種阻變存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 200910089612.1
• 申請日: 2009-07-24
• 公開（公告）號: CN101630719A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 鄺永變;黃如;唐昱;張麗杰
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/40
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明涉及一種非揮發性(Nonvolatile?memory)阻變存儲器(RRAM：Resistive?RandomAccess?Memory)及制造方法，屬于柔性電子學，聚合物和CMOS混合集成電路技術領域。

背景技術

21世紀是信息數字化的高科技時代，信息的爆炸式增長及電子器件持續微型化的發展對存儲技術提出了更高的要求，并迫切需要在存儲器材料和技術方面取得突破。研究和開發更高存儲密度、更低功耗、更快響應速度及可反復讀寫的存儲器已經成為電子領域的熱點。目前應用最廣泛、發展最成熟的非揮發性存儲器為閃存(flash?memory)，但其寫入速度慢、功耗大等缺點已經成為阻礙其繼續發展和等比例縮小的限制性因素。因此，半導體產業界正在探索更高存儲密度、更快響應速度、更低操作電壓的非揮發性存儲器。阻變存儲器由于具備上述特性引起了廣泛關注，目前已經成為存儲器研究的前沿領域，具有取代現有主流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點，已經成為未來新一代存儲器的一個發展方向。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用。文獻報道的有機阻變存儲器的制備一般采用旋涂工藝(spin-coating)和硬掩膜板(hard?mask)技術，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后殘留污染問題以及與其他模塊的兼容問題。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，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。

本發明的技術方案是：

一種阻變存儲器，為MIM結構，該MIM結構的底層和頂層分別為金屬電極，其特征在于，該MIM結構的中間層結構為，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MoO₃，厚度為6-20nm。

所述頂層電極為Al、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1nm/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。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發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。

本發明聚對二甲苯的制備方法是無副產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標準光刻技術工藝制備該阻變存儲器，可提高存儲器的存儲密度。

附圖說明

圖1為本發明實施例阻變存儲器的工藝流程圖；

圖2為本發明阻變存儲器的阻變特性測試結果.

1-高阻態在掃描電壓的激勵下向低阻態躍變過程??2-低阻態的保持過程

3-低阻態在-3V脈沖電壓的激勵下向高阻態轉變后，用小電壓讀取高阻態的過程??4-高阻態在+3V脈沖電壓的激勵下向低阻態轉變后，用小電壓讀取低阻態的過程。

具體實施方式