專利名稱：一種阻變存儲(chǔ)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(chǔ)器(RRAM: Resistive Random Access Memory)及其制造方法，屬于柔性電子學(xué)，聚合物和CMOS混合集成電路技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
目前市場上的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器主要以閃存(Flash)為主，隨著集成電路的技術(shù)節(jié)點(diǎn)不 斷向前推進(jìn)和電子器件持續(xù)微型化的需求，研究和開發(fā)更高存儲(chǔ)密度、更快響應(yīng)速度、更 低成本及簡單工藝的存儲(chǔ)技術(shù)已成為當(dāng)前信息領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。閃存技術(shù)在達(dá)到其物 理極限而無法繼續(xù)推進(jìn)后，以阻變存儲(chǔ)器(RRAM)為代表的新一代存儲(chǔ)技術(shù)已成為倍受關(guān)注 的研究熱點(diǎn)。
阻變存儲(chǔ)器是一種全新的電子器件，它是以材料的電阻在外加電壓或電流的激勵(lì)下可 在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的。同硅基存儲(chǔ)器相比，阻變存儲(chǔ)器在性能上 具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)其速度快；操作電壓低；工藝簡單?；谟袡C(jī)材料制備的的有機(jī)阻 變存儲(chǔ)器除具有上述特點(diǎn)外，還具備柔韌可彎曲的優(yōu)點(diǎn)，另外還可以通過設(shè)計(jì)分子的結(jié)構(gòu) 可以人為的改造優(yōu)化其材料的性能。有機(jī)阻變存儲(chǔ)器可廣泛應(yīng)用在RF電子標(biāo)簽、電子書 (e-paper)等柔性電子系統(tǒng)中。
有機(jī)聚合物阻變存儲(chǔ)器的研究還處在起步階段，很多有機(jī)材料在電壓和電流的激勵(lì)下 發(fā)生電阻的改變，包括有機(jī)小分子材料及聚合物材料和金屬納米顆粒的混合材料、單組分 聚合物等。如文獻(xiàn)報(bào)道的基于P6FBEu聚合物阻變存儲(chǔ)器和基于WPF-oxy-F聚合物的阻變 存儲(chǔ)器。目前，現(xiàn)有的有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的制備一般采用旋涂工藝(spin-coating)和硬掩膜 板(hard mask)技術(shù)，不能與CMOS標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝相兼容，器件單元尺寸一般在平方毫米 量級(jí)，限制了其存儲(chǔ)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(duì)二甲苯聚合物的阻變存儲(chǔ)器及 其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種阻變存儲(chǔ)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)的中間層為聚對(duì)二甲苯聚合物膜。 所述聚對(duì)二甲苯聚合物膜的厚度為50-150nm。 所述頂層電極為A1、 Cu、 Ag或Ti，厚度在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(duì)二甲苯聚合物為聚對(duì)二甲苯C型、所述聚對(duì)二甲苯N型或所述聚對(duì)二甲苯D型。
一種阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其步驟包括
1) 在硅襯底上生長一絕緣層；
2) 濺射一金屬層，作為底層電極；
3) 淀積一聚對(duì)二甲苯聚合物膜；
4) 濺射一金屬層，光刻、剝離定義頂層電極。
所述步驟3)具體為采用Polymer CVD方法淀積聚對(duì)二甲苯聚合物膜，為真空淀積， 淀積速度在lnm/min禾卩10nm/min之間。
所述步驟3)之后，光亥j、 RIE刻蝕聚對(duì)二甲苯聚合物膜，定義出底電極引出通孔，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)明采用聚對(duì)二甲苯聚合物作為阻變存儲(chǔ)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(chǔ)器。
本發(fā)明聚對(duì)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(xué)淀積工藝，與 CMOS其他模塊兼容,且聚對(duì)二甲苯耐標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝中使用的溶液和溶劑，可以使用CMOS 標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)工藝制備該有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，可提高存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例阻變存儲(chǔ)器的工藝流程圖； 圖2為本發(fā)明阻變存儲(chǔ)器的阻變特性測試結(jié)果；
其中，l一器件在正向電壓的激勵(lì)下由高阻態(tài)向低阻態(tài)的躍變過程；2—低阻態(tài)保持過 程；3 —器件在反向電壓的激勵(lì)下由低阻態(tài)向高阻態(tài)的躍變過程；4一高阻態(tài)保持過程；圖3為本發(fā)明阻變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)性能測試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩詳細(xì)描述 本發(fā)明制備阻變存儲(chǔ)器的工藝如圖1所示，
1) 利用干濕法氧化技術(shù)或CVD技術(shù)在硅襯底1上生長Si02絕緣層2，厚度在20nm 和500nm之間，如圖1 (a);
2) 以常規(guī)CMOS工藝中的鎢作為底層電極3，該底層電極釆用物理氣相淀積(PVD) 方法或其它IC工藝中的成膜方法形成，厚度在200nm和500nm之間，并采用標(biāo)準(zhǔn)光刻技 術(shù)使下電極圖形化，如圖1 (b);
3) 利用Polymer CVD技術(shù)生長聚對(duì)二甲苯C型(Parylene-C)薄膜4，如圖1 (c)。 淀積采用聚對(duì)二甲苯Polymer CVD設(shè)備，工藝選用設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，薄膜厚度約50— 150nm,淀積速度在lnm/min和10nm/min之間；
4) 通過光刻，RIE刻蝕定義底層電極引出通孔5，如圖l (d);
5) 采用PVD工藝濺射金屬Al,厚度在100nm和250nm之間，通過常規(guī)工藝的光刻、 剝離定義頂層電極6，同時(shí)將底電極引出。如圖l (e)。
本發(fā)明采用聚對(duì)二甲苯材料作為阻變存儲(chǔ)器的阻變材料，其優(yōu)勢在于，無污染的常溫 淀積技術(shù)、與CMOS標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝的兼容性，使下電極和上電極完全采用了常規(guī)CMOS 工藝中的材料，故該聚合物存儲(chǔ)器可以在CMOS電路頂層制作多疊層存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)三維集成 和高密度存儲(chǔ)。
本實(shí)施例制得的阻變存儲(chǔ)器的阻變特性的測試結(jié)果如圖2和圖3所示。
由圖2可知，隨著上電極的電壓改變(下電極接地)，位于兩電極之間的功能層的阻
值會(huì)發(fā)生高阻和低阻之間的轉(zhuǎn)變，即存儲(chǔ)器"0"， "l"兩個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。
如圖3可知，在0.1V的讀取小電壓下，器件的高阻態(tài)和低阻態(tài)保持不變；器件在空
氣中放置一段時(shí)間后(5xl0、或2x1053)，高阻態(tài)和低阻態(tài)基本保持不變，顯示了器件良
好的存儲(chǔ)保持特性。
雖然本說明書通過具體的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明的阻變存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)方式不限于實(shí)施例的描述范圍，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和精神范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和替換，例如聚對(duì)二甲苯 C型(Parylene-C)可以換成聚對(duì)二甲苯N型(Parylene-N)或聚二氯對(duì)二甲苯D型 (Parylene-D)。另外，下電極材料也可以換成MOS工藝中常見的惰性金屬如Pt，上電極 材料可以換成Cu或Ag或Ti。
以上通過詳細(xì)實(shí)施例描述了本發(fā)明所提供的阻變存儲(chǔ)器，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明做一定的變形或修改；其制備方法也不 限于實(shí)施例中所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種阻變存儲(chǔ)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)的中間層為聚對(duì)二甲苯聚合物膜。
2、 如權(quán)利要求1所述的阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述聚對(duì)二甲苯聚合物膜的厚度為 50隱150腦。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述頂層電極為A1、 Cu、 Ag 或Ti。
4、 如權(quán)利要求3所述的阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述底層電極為W或Pt。
5、 如權(quán)利要求3所述的阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述頂層電極的厚度在200nm和 500nm之間。
6、 如權(quán)利要求4所述的阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述底電極的厚度在100nm和250nm之間。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述聚對(duì)二甲苯聚合物為聚對(duì) 二甲苯C型、聚對(duì)二甲苯N型或聚對(duì)二甲苯D型。
8、 一種阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其步驟包括1) 在硅襯底上生長一絕緣層；2) 濺射一金屬層，作為底層電極；3) 淀積一聚對(duì)二甲苯聚合物膜；4) 濺射一金屬層，光刻、剝離定義頂層電極。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟3)具體為采用聚對(duì)二甲苯Polymer CVD方法淀積聚對(duì)二甲苯聚合物膜，為真空淀積，淀積速度在lnm/min和10nm/miii之間。
10、 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述步驟3)之后，光刻、RIE刻蝕 聚對(duì)二甲苯聚合物膜，定義出底電極引出通孔，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(chǔ)器及其制備方法，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。該阻變存儲(chǔ)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)的中間層為聚對(duì)二甲苯聚合物膜。本發(fā)明采用聚對(duì)二甲苯聚合物作為阻變存儲(chǔ)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(chǔ)器。聚對(duì)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(xué)淀積工藝，與CMOS其他模塊兼容。且聚對(duì)二甲苯耐標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝中使用的溶液和溶劑，可以使用CMOS標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)工藝制備該阻變存儲(chǔ)器，從而提高了存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度。
文檔編號(hào)H01L51/00GK101630718SQ20091008961
公開日2010年1月20日 申請(qǐng)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, 鄺永變, 如 黃 申請(qǐng)人:北京大學(xué)