[發明專利]基于SiNx的光讀取神經突觸器件結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201710817596.8
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107634140B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 李偉;侯偉;茍*豪;孟文林;陳奕丞;鐘豪;李東陽;蔣亞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;B82Y30/00
• 代理公司: 51232 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 敖歡;葛啟函<國際申請>=<國際公布>=

1.一種基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構，其特征在于：包括“金屬/SiN_x/金屬”表面等離子波導和嵌入其中的“上電極/雙阻變層/下電極”憶阻器；

所述的表面等離子波導從上至下具有“第二金屬層/介質層/第一金屬層”垂直三層結構；

所述憶阻器從上至下具有“上電極/第二阻變層/第一阻變層/下電極”垂直四層結構，

所述憶阻器嵌入在表面等離子波導之中，憶阻器第一阻變層、第二阻變層作為光信號傳播通道與表面等離子波導的介質層水平相連；

所述基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)準備硅單晶片，并進行清洗和干燥處理；

(2)采用物理氣相沉積方法并結合標準CMOS工藝，形成第一金屬層；

(3)首先，在第一金屬層所在的表面旋涂一層光刻膠，利用掩膜版和光刻、顯影步驟，實現憶阻器窗口；其次，采用等離子增強化學氣相沉積方法，在已涂膠并圖形化的第一金屬層上，沉積SiN_x薄膜作為波導介質層；第三，使用剝離工藝，獲得位于第一金屬層上方的波導介質層，并在其中預留憶阻器窗口；

(4)首先，利用光刻工藝在憶阻器區域之外形成光刻膠圖案，其次，依次沉積憶阻器下電極、第一阻變層、第二阻變層以及上電極，其中，下電極采用直流濺射方法獲得；第一阻變層為非晶態SiN_x薄膜，x＝0.9～1.1，采用反應磁控濺射方法獲得；第二阻變層為含金屬納米顆粒的非晶態SiN_x薄膜，x＝0.9～1.1，上電極采用直流濺射方法獲得；第三，采用剝離工藝去除上述4層薄膜，獲得位于表面等離子波導中的憶阻器；

(5)在步驟(4)的基礎上，采用金屬剝離工藝，形成表面等離子波導的第二金屬層；

(6)采用普通反應離子刻蝕RIE工藝，去除殘余光刻膠，完成清洗、干燥后續工序。

2.根據權利要求1所述的一種基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構，其特征在于：所述的金屬納米顆粒選自銀、銅或鋁。

3.根據權利要求1所述的一種基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構，其特征在于：所述的上電極、下電極同為惰性電極。

4.根據權利要求1所述的一種基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構，其特征在于：所述的第二阻變層是通過共濺射方法結合標準CMOS工藝獲得的含銀、銅、鋁其中一種金屬的納米顆粒的SiN_x薄膜，x＝0.9～1.1，厚度為10nm～30nm，金屬納米顆粒含量為薄膜質量的30％～45％。

5.根據權利要求1所述的一種基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構，其特征在于：所述的第一阻變層是通過磁控濺射方法結合標準CMOS工藝獲得的本征SiN_x薄膜，x＝0.9～1.1，厚度為30nm～50nm。

6.根據權利要求1所述的一種基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構，其特征在于：所述第一金屬層和第二金屬層為Ag。

7.根據權利要求1所述的一種基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構，其特征在于：所述上電極的頂部位于第二金屬層內部。

8.根據權利要求1所述的一種基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構，其特征在于：所述的憶阻器上電極、下電極為采用物理氣相沉積方法結合標準CMOS工藝獲得的惰性金屬鉑電極，厚度為10nm～20nm，而其寬度與表面等離子波導幾何寬度相同。

9.權利要求1至8任意一項所述的基于SiN_x的光讀取神經突觸器件結構的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)準備硅單晶片，并進行清洗和干燥處理；

(2)采用物理氣相沉積方法并結合標準CMOS工藝，形成第一金屬層；

(3)首先，在第一金屬層所在的表面旋涂一層光刻膠，利用掩膜版和光刻、顯影步驟，實現憶阻器窗口；其次，采用等離子增強化學氣相沉積方法，在已涂膠并圖形化的第一金屬層上，沉積SiN_x薄膜作為波導介質層；第三，使用剝離工藝，獲得位于第一金屬層上方的波導介質層，并在其中預留憶阻器窗口；

(4)首先，利用光刻工藝在憶阻器區域之外形成光刻膠圖案，其次，依次沉積憶阻器下電極、第一阻變層、第二阻變層以及上電極，其中，下電極采用直流濺射方法獲得；第一阻變層為非晶態SiN_x薄膜，x＝0.9～1.1，采用反應磁控濺射方法獲得；第二阻變層為含金屬納米顆粒的非晶態SiN_x薄膜，x＝0.9～1.1，上電極采用直流濺射方法獲得；第三，采用剝離工藝去除上述4層薄膜，獲得位于表面等離子波導中的憶阻器；

(5)在步驟(4)的基礎上，采用金屬剝離工藝，形成表面等離子波導的第二金屬層；

(6)采用普通反應離子刻蝕RIE工藝，去除殘余光刻膠，完成清洗、干燥后續工序。