一種基于柔性襯底的具有crs行為的阻變存儲器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導體器件存儲【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于柔性襯底的具有CRS行為的阻變存儲器及其制備方法。本發(fā)明依托于原有的阻變存儲器三明治結(jié)構(gòu)，即底部電極/阻變功能層/頂部電極結(jié)構(gòu)，利用柔性襯底作為基底，采用低溫原子層淀積以及物理氣相淀積技術(shù)方面的獲得堆棧功能層結(jié)構(gòu)。具體制備步驟為：先采用低溫原子層淀積技術(shù)在柔性襯底上淀積介質(zhì)層，再利用物理氣相淀積活性金屬作為頂部電極，再在其上淀積Al電極避免頂部電極被氧化。本發(fā)明制備氧組分不同的缺氧/富氧型堆棧功能層，實現(xiàn)RRAM器件的CRS行為?？梢杂行У乜朔徊纥c陣集成結(jié)構(gòu)中漏電流引起的串擾問題，為未來柔性電子器件提供了一種切實可靠的方案。
【專利說明】—種基于柔性襯底的具有CRS行為的阻變存儲器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體器件存儲【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有CRS行為的柔性阻變存儲器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路的發(fā)展，人們對于半導體器件的需求不僅僅局限于性能的增加，而是擴展到更多的方面。比如柔性器件，可以折疊卷曲。這種特性使得復雜環(huán)境下的應(yīng)用變得可能。
[0003]目前柔性電子器件發(fā)展遇到的難題之一就是柔性有機襯底不能耐受高溫，所以器件制造過程中所必須的熱預(yù)算必須降低。所以隧穿層，電荷陷阱層，阻止層必須采用合適的較低溫度生長。雖然全部采用有機材料可以解決部分問題，但是有機材料性能不穩(wěn)定，容易受到環(huán)境的影響。這樣器件的性能必然受到嚴重影響。
[0004]阻變存儲器的應(yīng)用主要面向高集成密度和嵌入式兩大方向。在面向高集成密度應(yīng)用的無源交叉點陣集成結(jié)構(gòu)中，RRAM常常會遇到由于串擾(cross talk)造成的錯誤讀取。為了克服這一弊端，當前業(yè)界研究者采用了諸如外接選通晶體管，選用具備自整流的功能層等。2010年,德國亞琢工業(yè)大學的Eike Linn在nature上發(fā)表了關(guān)于利用互補的阻變器件結(jié)構(gòu)(CRS)，其在不犧牲集成密度的前提下，有效了解決漏電流問題。當前實現(xiàn)RRAM的CRS行為的方法多是在硅基等硬襯底上增加中間電極，采用對稱堆棧金屬氧化物功能層，采用無定型碳作功能層等來實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于低溫原子層淀積技術(shù)在柔性襯底上簡單實現(xiàn)具備CRS行為的阻變存儲器的方法。
[0006]本發(fā)明提供的基于柔性襯底的具有CRS行為的阻變存儲器，包括:
由柔性材料組成的襯底；
位于上述襯底之上的底部電極層；
位于底部電極層之上的阻變功能層；
位于阻變功能層之上的頂部電極層。
[0007]本發(fā)明還提供上述基于柔性襯底實現(xiàn)CRS行為的阻變存儲器的制備方法，具體步驟為:
(1)在柔性襯底上懸涂一層底部電極；
(2)采用低溫原子層淀積方法在低反應(yīng)溫度下，生長介質(zhì)層；
(3)在上述步驟形成的結(jié)構(gòu)上，采用物理氣相淀積方法制備活躍的頂部電極，自然構(gòu)造堆棧功能層；
(4)然后用物理氣相淀積方法生長惰性頂部電極。[0008]本發(fā)明中，所述的襯底由聚乙烯對苯二酸脂(PET)、聚酰亞胺、硅橡膠、聚對苯二甲酸乙二醇脂、硅樹脂等有機聚合物材料或者金屬陶瓷材料形成。所述的頂部活躍電極由Ni或Ti等金屬材料形成,頂部惰性電極由Pt, Al, Au或者Pd等金屬材料形成。
[0009]本發(fā)明中，步驟(2)所述介質(zhì)層的生長采用低溫原子層淀積方法，其步驟包括多個循環(huán)生長周期，對于每個生長周期，交替脈沖式地通入金屬有機源和另一種氣體或者液體源，并進行兩次吹洗以保證自限制生長，通過控制生長不同的循環(huán)周期數(shù)，最終獲得所需厚度薄膜。
[0010]本發(fā)明中，步驟(2)所述介質(zhì)層材料，由A1203、HfO2> ZrO2或TiO2等二元或三元金屬氧化物材料形成。
[0011]本發(fā)明中，步驟(3)所述堆棧功能層，由Al203_x/Ni0x，Hf02_x/Ni0x, Zr02_x/Ni0x，或TiO2VNiOx等二元或三元金屬氧化物堆棧形成。
[0012]本發(fā)明所提出的基于低溫原子層淀積技術(shù)在柔性襯底上簡單實現(xiàn)具備CRS行為的阻變存儲器的技術(shù)優(yōu)點為:
1、活躍的頂電極會與功能層相互作用自然地形成缺氧/富氧型的堆棧阻變功能層結(jié)構(gòu)。這有利于形成比較大的存儲窗口。
[0013]2、采用低溫原子層淀積工藝生長的薄膜作為阻變功能層。原子層淀積技術(shù)具有薄膜均勻性好，針孔少等優(yōu)點，能降低熱預(yù)算的同時，保證了器件性能，使得存儲在電荷陷阱層的電荷信息不會嚴重泄漏。
[0014]3、缺氧/富氧型的堆棧阻變功能層結(jié)構(gòu)使得柔性襯底上的阻變存儲器件具有CRS行為，可以有效地克服交叉點陣集成結(jié)構(gòu)(crοssbar array )中漏電流引起的串擾問題,為未來柔性電子器件提供了 一種切實可靠的方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為一種基于柔性襯底實現(xiàn)具有CRS行為的阻變存儲器單元實例的剖面圖。
[0016]圖2?圖5是基于圖1的存儲器的制備工藝流程示意圖。
[0017]圖中標號:101為柔性襯底，102為底部ITO電極，103為阻變層，104為活躍電極，105為惰性電極。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個示例性實施方式作詳細說明。在圖中，為了方便說明，放大或縮小了層與區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。參考圖中的表示是示意性的，但這不應(yīng)該被認為是限制了本發(fā)明的范圍。同時在下面的描述中，所使用的術(shù)語襯底可以理解為包括正在加工中的襯底，可能包括在其上所制備的其他薄膜層。
[0019]一種基于柔性襯底實現(xiàn)具有CRS行為的阻變存儲器單元實例的剖面圖如圖1。制備流程如圖2-圖5所示，低溫原子層淀積形成的阻變功能層203、頂部活性電極204，頂部惰性電極205，位于柔性襯底201、底部電極202之上。襯底201優(yōu)選為聚乙烯對苯二酸脂(PET)0阻變功能層203選擇Al2O3，頂部活性電極204選擇Ni。
[0020]本發(fā)明所公開的一種基于柔性襯底實現(xiàn)具有CRS行為的阻變存儲器可以通過很多方法制造。以下所敘述的是本發(fā)明公開的圖1所示的一個實施例。[0021]盡管這些圖并不能完全準確的反映出器件的實際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成之間的相互位置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。
[0022]首先，室溫下旋涂IOOnm的ITO底部電極202。
[0023]采用低溫原子層淀積(LT-ALD)生長的氧化鋁層所需金屬源為三甲基鋁(TMA)，氣液源包括CH3COOH' H2O或者H2O2, TMA的LT-ALD脈沖時間為10-15 s’吹洗時間為2-10 s ；氣液體源脈沖時間為10-15 S，吹洗時間為0.5-5.0 S，載氣流量300-400 sccm，反應(yīng)腔體的溫度為100?150 0C,反應(yīng)腔體的工作壓強為I?4 Torr0 203阻變功能層Al2O3約為5 nm。
[0024]最后，采用物理氣相沉積方法淀積80 nm金屬Ni作為活性電極204，淀積20 nm金屬Al作為惰性電極205。
[0025]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了說明，但是這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動都是本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于柔性襯底的具有CRS行為的阻變存儲器，其特征在于，包括: 由柔性材料組成的襯底； 位于上述襯底之上的底部電極層； 位于底部電極層之上的阻變功能層； 位于阻變功能層之上的頂部電極層。
2.一種如權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底的具有CRS行為的阻變存儲器的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)在柔性襯底上懸涂一層底部電極； (2)采用低溫原子層淀積方法在低反應(yīng)溫度下，生長介質(zhì)層； (3)在上述步驟形成的結(jié)構(gòu)上，采用物理氣相淀積方法制備活躍的頂部電極，自然構(gòu)造堆棧功能層； (4)然后用物理氣相淀積方法生長惰性頂部電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的襯底材料為聚乙烯對苯二酸月旨、聚酰亞胺、硅橡膠、聚對苯二甲酸乙二醇脂或硅樹脂有機聚合物材料，或者金屬陶瓷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的頂部活躍電極材料為Ni或Ti，頂部惰性電極材料為Pt、Al、Au或者Pd。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述介質(zhì)層的生長采用低溫原子層淀積方法，其步驟包括多個循環(huán)生長周期，對于每個生長周期，交替脈沖式地通入金屬有機源和另一種氣體或者液體源，并進行兩次吹洗以保證自限制生長，通過控制生長不同的循環(huán)周期數(shù)，最終獲得所需厚度薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述介質(zhì)層材料為A1203、HfO2、ZrO2或TiO2金屬氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述堆棧功能層材料為Al203_x/Ni0x，Hf02_x/Ni0x, Zr02_x/Ni0x，或 Ti02_x/Ni0x。
【文檔編號】H01L45/00GK103474572SQ201310460043
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】孫清清, 戴亞偉, 王鵬飛, 張衛(wèi), 周鵬 申請人:復旦大學