專利名稱：一種柔性有機(jī)阻變存儲器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于柔性電子學(xué)(flexible electronics)，聚合物和CMOS混合集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柔性有機(jī)阻變存儲器(flexible organic resistive random access memory)及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前市場上的非揮發(fā)性存儲器主要以閃存(flash memory)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)更高存儲密度、更快響應(yīng)速度、更低成本及簡單工藝的存儲技術(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，以阻變存儲器為代表的新一代存儲技術(shù)已成為倍受關(guān)注的研究熱點(diǎn)。阻變存儲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。同硅基存儲器相比，阻變存儲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)，另外有機(jī)材料一般可降解，有利于環(huán)境保護(hù)和避免電子污染。有機(jī)阻變存儲器可廣泛應(yīng)用在低成本的RF電子標(biāo)簽、電子書 (e-paper)等柔性電子系統(tǒng)中。然而，目前有關(guān)柔性有機(jī)阻變存儲器報(bào)道比較少，這主要是因?yàn)橛袡C(jī)阻變存儲器會因柔性襯底的粘附性、界面反應(yīng)或其他因素導(dǎo)致器件性能下降，甚至無存儲器特性。另外，有機(jī)功能層材料和柔性襯底一般不能與CMOS標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝相兼容，故器件一般制備在非柔性襯底上，如硅片、玻璃等襯底上，不能達(dá)到柔韌可彎曲的效果；或?qū)⑷嵝源鎯ζ鞯墓δ軐佑脽o機(jī)材料&10、Τ 02, AgGeSe等來實(shí)現(xiàn)柔性無機(jī)存儲器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種與CMOS標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝相兼容的基于有機(jī)襯底和有機(jī)功能膜均為聚對二甲苯聚合物的柔性有機(jī)阻變存儲器及其制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種柔性有機(jī)阻變存儲器，其特征在于，采用聚對二甲苯聚合物膜為襯底，襯底上為MIM結(jié)構(gòu)的阻變存儲器，該器件結(jié)構(gòu)的底層和頂層分別為金屬電極，該器件的中間功能層為聚對二甲苯聚合物膜。所述柔性襯底聚對二甲苯聚合物膜的厚度為2-500 μ m。所述中間層聚對二甲苯聚合物膜的厚度為20-50nm。所述頂層電極為Al、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IOOnm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。一種柔性有機(jī)阻變存儲器的制備方法，其步驟包括1)在基板上生長一聚對二甲苯厚膜作為柔性襯底；
2)用惰性等離子對上述聚對二甲苯聚合物膜進(jìn)行預(yù)處理，提高襯底與器件的粘附性；3)濺射一金屬層，光刻、定義底層電極；4)淀積一聚對二甲苯聚合物膜，作為中間功能層；5)用活性等離子對聚對二甲苯功能膜進(jìn)行轟擊，增加薄膜表面活性；6)濺射一金屬層，光刻、剝離定義頂層電極；7)分離柔性襯底與基板。所示步驟1)具體為采用polymer CVD方法淀積聚對二甲苯聚合物厚膜，為真空淀積，淀積速度在20nm/min和200nm/min之間。采用氬等離子對聚對二甲苯聚合物膜進(jìn)行預(yù)處理，提高襯底的粘附性，具體工藝參數(shù)電壓為10-200V，功率為20-300W，時(shí)間為 0. l_50mino所述步驟4)具體為采用Polymer CVD方法淀積聚對二甲苯聚合物膜，為真空淀積，淀積速度在lnm/min和lOnm/min之間。采用氧離子對該聚對二甲苯功能膜進(jìn)行轟擊， 氧離子濃度在l_100cm7min之間。所述步驟4)之后，光刻、RIE刻蝕聚對二甲苯聚合物膜，定義出底電極引出通孔， 通過填充頂層電極金屬材料弓I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)明采用一種聚合物材料聚對二甲苯同時(shí)作為有機(jī)阻變存儲器的柔性襯底和功能層，可制備出柔韌可彎曲的有機(jī)阻變存儲器。本發(fā)明采用同種材料制備柔性襯底和功能層，二者的結(jié)合性好，避免不同材料之間結(jié)合性不好的問題；并且僅采用一種有機(jī)材料制備柔性存儲器可以降低設(shè)備成本和工藝成本，從而降低器件的制備成本。本發(fā)明所制備出的柔性有機(jī)阻變存儲器的關(guān)態(tài)電流比較小，開關(guān)態(tài)的電流比率高達(dá)108，比基于Si02/Si襯底的聚對二甲苯阻變存儲器的開關(guān)比率高出3-4個(gè)數(shù)量級，特性更優(yōu)異。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例柔性有機(jī)阻變存儲器的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明柔性有機(jī)存儲器的阻變特性測試結(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
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明制備阻變存儲器的工藝如圖1所示，1)利用Polymer CVD技術(shù)在硅或玻璃基板1上生長聚對二甲苯C型(Parylene-C) 厚膜2，厚度在2 μ m和500 μ m之間，如圖1(a)；2)利用常規(guī)濺射設(shè)備，用高速氬等離子撞擊聚對二甲苯C型(Parylene-C)厚膜2，即用等離子方法清洗襯底表面并提高襯底的粘附性，具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)為濺射電壓為 10-200V，功率為 20-300W,時(shí)間為 0. l_50min ；3)以常規(guī)CMOS工藝中的鎢作為底層電極3，該底層電極采用物理氣相淀積(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)；4)利用Polymer CVD技術(shù)生長聚對二甲苯C型(Parylene-C)薄膜4，如圖1 (C)。 淀積采用聚對二甲苯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20-50nm， 淀積速度在lnm/min和10nm/min之間；5)通過光刻，RIE刻蝕定義底層電極引出通孔5，如圖1(d)；6)利用氧等離子轟擊Parylene-C薄膜4增加薄膜表面活性，氧等離子濃度在1和 IOOcmVmin 之間。7)采用PVD工藝濺射金屬Al，厚度在IOOnm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1(e)；8)分離柔性襯底與基板，如圖1 (f)，制得柔性有機(jī)阻變存儲器，如圖1 (g)。本發(fā)明采用聚對二甲苯材料作為阻變存儲器的柔性襯底材料，其優(yōu)勢在于，采用 Ar等離子提高器件與襯底的結(jié)合力、中間功能層采用更薄的聚對二甲苯薄膜O0-50nm)并用氧等離子增加薄膜表面活性，實(shí)現(xiàn)了柔韌可彎曲的有機(jī)阻變存儲器。本實(shí)施例制得的柔性有機(jī)阻變存儲器的阻變特性的測試結(jié)果如圖2所示。圖2中 1-器件在正向電壓的激勵下由高阻態(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下由低阻態(tài)向高阻態(tài)的躍變過程；4-高阻態(tài)保持過程。如圖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發(fā)生高阻和低阻之間的轉(zhuǎn)變，即存儲器“0”，“1”兩個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。開態(tài)和關(guān)態(tài)在小讀取電壓(如0. IV)的電流比高達(dá)108，體現(xiàn)了較大的阻變窗口，比基于Si02/Si襯底或Si襯底的聚對二甲苯阻變存儲器的開關(guān)電流比率高出3-4個(gè)數(shù)量級。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)，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和替換，例如中間層和襯底聚對二甲苯C型(Parylene-C)可以換成聚對二甲苯N型(Parylene-N)或聚對二甲苯 D型(Parylene-D)。另外，也可用其他其他惰性離子如氦、氖等離子代替氬離子進(jìn)行粘附性處理；也可用氯離子等替代氧等離子增加功能薄膜的活性。以上通過詳細(xì)實(shí)施例描述了本發(fā)明所提供的柔性阻變存儲器，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)，可以對本發(fā)明做一定的變換或修改；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
1.一種柔性有機(jī)阻變存儲器，其特征在于，采用聚對二甲苯聚合物膜為襯底，襯底上為 MIM結(jié)構(gòu)的阻變存儲器，阻變存儲器的底層和頂層分別為金屬電極，阻變存儲器的中間功能層為聚對二甲苯聚合物膜。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性有機(jī)阻變存儲器，其特征在于，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。
3.如權(quán)利要求1或2所述的柔性有機(jī)阻變存儲器，其特征在于，所述聚對二甲苯聚合物襯底的厚度為2-500 μ m。
4.如權(quán)利要求3所述的柔性有機(jī)阻變存儲器，其特征在于，所述聚對二甲苯聚合物中間功能層的厚度為20-50nm。
5.一種柔性有機(jī)阻變存儲器的制備方法，其步驟包括1)在基板上淀積一聚對二甲苯聚合物膜作為柔性襯底；2)用惰性等離子對上述聚對二甲苯聚合物膜進(jìn)行預(yù)處理；3)濺射一金屬層，光刻、定義底層電極；4)淀積一聚對二甲苯聚合物膜，作為中間功能層；5)用活性等離子對步驟4)淀積的聚對二甲苯功能膜進(jìn)行轟擊；6)濺射一金屬層，光刻、剝離定義頂層電極；7)分離柔性襯底與基板。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所示步驟1)具體為采用polymerCVD方法淀積聚對二甲苯聚合物膜，為真空淀積，淀積速度在20-200nm/min之間。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所示步驟2)具體為采用氬等離子對聚對二甲苯聚合物膜進(jìn)行預(yù)處理，具體工藝參數(shù)為電壓為10-200V，功率為20-300W，時(shí)間為 0. l_50mino
8.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述步驟4)具體為采用PolymerCVD 方法淀積聚對二甲苯聚合物膜，為真空淀積，淀積速度在1-lOnm/min之間。
9.如權(quán)利要求5或7所述的方法，其特征在于，所述步驟5)具體為采用氧離子對聚對二甲苯功能膜進(jìn)行轟擊，氧離子濃度在I-IOOcm3Aiin之間。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟4)之后，光刻、RIE刻蝕聚對二甲苯聚合物膜，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)明提供了一種柔性有機(jī)阻變存儲器及其制備方法，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。該器件采用聚對二甲苯聚合物膜為襯底，襯底上為MIM結(jié)構(gòu)的阻變存儲器，阻變存儲器的底層和頂層分別為金屬電極，阻變存儲器的中間功能層為聚對二甲苯聚合物膜。由于用聚對二甲苯聚合物膜同時(shí)作為有機(jī)阻變存儲器的襯底和功能層，可制備出柔韌、可彎曲的有機(jī)阻變存儲器。本發(fā)明柔性有機(jī)阻變存儲器的關(guān)態(tài)電流小，性能優(yōu)異，且工藝成本低。開關(guān)態(tài)的電流比率高達(dá)108，比基于SiO2/Si襯底的聚對二甲苯阻變存儲器的開關(guān)比率高出3-4個(gè)數(shù)量級。
文檔編號G11B7/26GK102222512SQ20101014640
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者于哲, 唐昱, 唐迫人, 張麗杰, 鄺永變, 高德金, 黃如 申請人:北京大學(xué)