[發明專利]一種低溫下具有閾值電阻轉變功能的材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710903676.5
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107749441B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 黃仕華;陳達
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

本發明公開了一種低溫下具有閾值電阻轉變功能的材料及制備方法，具有多層堆疊的三維結構，自下而上分別為鋁質背電極層、p型重摻雜硅片層、氮化硅層、金屬上電極層。本發明采用硅基材料，與傳統CMOS集成電路工藝相兼容；將SiN材料組裝成器件Ag/SiN/p?Si/Al，器件Ag/SiN/p?Si/Al在210K的溫度下，具有典型的閾值電阻轉變特征。

技術領域

本發明屬于超大規模集成電路技術領域，特別是涉及一種低溫下具有閾值電阻轉變功能的材料及其制備方法。

背景技術

電阻轉變效應可以分為記憶電阻轉變和閾值電阻轉變兩種。在記憶電阻轉變效應中，器件的高阻態和低阻態在零偏壓下均可以在保持穩定狀態，因此這種效應可以應用于非揮發性存儲器件。然而，對于低溫下的閾值電阻轉變效應，只有高阻態在零偏壓下能保持穩定，只能應用于揮發性存儲器（如動態隨機存儲器）。本領域內，低溫一般是指室溫至液氮的溫度，通常在300k-77k。

閾值電阻轉變是基于材料在外加電場的作用下發生高阻態與低阻態的相互轉變，而非基于電荷的存儲，機理的不同使得基于閾值電阻轉變的材料可不受特征尺寸減小的不利影響，反而可以提高器件的存儲密度。

基于閾值電阻轉變效應的存儲器，具有結構簡單、存儲密度高、讀寫速度快等特點，與阻變存儲器具有類似的優點，是下一代揮發性存儲器的候選者。

揮發性存儲器目前存在的主要問題為：隨著特征尺寸的的持續縮小，存在電荷泄露的風險，導致可靠性的降低；另外，對于已報道的具有閾值電阻轉變的材料，集中于過渡族金屬氧化物，氧化鎳、氧化鉭、氮化鋁、氧化錳，利用傳統CMOS集成電路工藝應用時需購買相應靶材，提高了制造成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種低溫下具有閾值電阻轉變功能的材料及其制備方法。

為實現第一個目的，本發明采用的技術方案是這樣的：一種低溫下具有閾值電阻轉變功能的材料，具有多層堆疊的三維結構，其特征在于：自下而上分別為鋁質背電極層、p型重摻雜硅片層、氮化硅層、金屬上電極層。

優選的方案是，金屬上電極層為銀電極，形狀為圓形，直徑小于500μm。

為實現第二個目的，本發明采用的技術方案是這樣的：一種低溫下具有閾值電阻轉變功能材料的制備方法，包括以下步驟：

1）選用電阻率低于0.001Ω?cm，厚度小于750μm的p型重摻雜硅片，進行標準RCA清洗；

2）在清洗后的硅片正面上利用物理氣相沉積法或化學氣相沉積法氮化硅層，沉積厚度10-100 nm；

3）利用光刻工藝或者金屬掩膜版定義上電極尺寸和形貌，利用物理氣相沉積法沉積上電極；

4）利用物理氣相沉積法在步驟1）的硅片背面沉積鋁電極，厚度為100-500 nm，快速熱退火，形成歐姆接觸。

本發明采用硅基材料，與傳統CMOS集成電路工藝相兼容；將SiN材料組裝成器件Ag/SiN/p-Si/Al，器件Ag/SiN/p-Si/Al在210K的溫度下，具有典型的閾值電阻轉變特征。

附圖說明

以下結合附圖和本發明的實施方式來作進一步詳細說明

圖1是實施例的產品截面圖；

圖2是實施例的方法框圖；

圖3是實施例的測試結果圖。

圖中標記為：鋁質背電極層1、p型重摻雜硅片層2、氮化硅層3、金屬上電極層4。

具體實施方式