專利名稱：有機存儲器件、陣列及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體存儲器件及制造技術，更具體地說，涉及一種有機存儲器件、陣列及其制造方法。
背景技術：
隨著信息技術的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品已經(jīng)和人們生活工作的每個環(huán)節(jié)息息相關，不同電子產(chǎn)品對集成電路提出了不同的要求，因此，對集成電路中的核心單元，存儲器器件的研究也日益多元化。傳統(tǒng)的半導體存儲器件是通過無機的半導體材料形成的，但制造成本相對較高。近年來，對有機材料如有機晶體管和有機存儲器等器件進行積極的研究開發(fā)，使用有機材料的器件具有成本低、柔性好以及重量輕等優(yōu)點而被看好。通常地，有機存儲器件包括下電極、下電極上的有機材料和有機材料上的上電極，利用有機材料的轉變特性來進行數(shù)據(jù)的存儲。然而，問題在于，有機材料的轉變特性不明顯，只是通過有機材料的特性并不能完全滿足存儲器的性能，有時還會限制有機存儲器的的性能，例如速度不夠快、存儲時間不夠
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發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供一種有機存儲器件、陣列及其制造方法，提高了有機材料的轉變特性，從而提高有機存儲器件的性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了如下技術方案—種有機存儲器件，包括襯底；襯底上的下電極；下電極上的第一有機薄膜、第一有機薄膜上的不連續(xù)的金屬薄膜以及不連續(xù)的金屬薄膜上的第二有機薄膜，其中，不連續(xù)的金屬薄膜由島狀金屬顆粒形成；第二有機薄膜上的上電極?？蛇x地，所述島狀金屬顆粒的厚度為l-10nm。可選地，所述第一有機薄膜或第二有機薄膜從包括以下材料的組中選擇形成TiOPc、Alq3、AIDCN、pentacene 或 polyfluorene?？蛇x地，所述金屬薄膜從包括以下材料的組中選擇形成Au、Al、Cr、Cu、Mg或Ag。此外，本發(fā)明還提供了由上述有機存儲器件組成的存儲陣列，包括M*N個上述的任一有機存儲器件，其中，每M個所述有機存儲器件排成一行，每N個所述有機存儲器件排成一列，第n行所述有機存儲器件的下電極首尾相連，第m列所述有機存儲器件的上電極首尾相連，其中，M，N > 0，1彡m彡M，1彡n彡N。此外，本發(fā)明還提供了形成上述有機存儲器件的方法，包括
提供襯底；在所述襯底上形成下電極；在所述下電極上自下之上依次形成第一有機薄膜、不連續(xù)的金屬薄膜以及第二有機薄膜，其中，不連續(xù)的金屬薄膜由島狀金屬顆粒形成；在所述第二有機薄膜上形成上電極?？蛇x地，利用鏤空的掩膜板在所述第二有機薄膜上形成上電極?？蛇x地，所述島狀金屬顆粒的厚度為l-10nm?？蛇x地，所述第一有機薄膜或第二有機薄膜從包括以下材料的組中選擇形成TiOPc、Alq3、AIDCN、pentacene 或 polyfluorene?？蛇x地，根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述金屬薄膜從包括以下材料的組中選擇形成Au、Al、Cr、Cu、Mg或Ag。與現(xiàn)有技術相比，上述技術方案具有以下優(yōu)點本發(fā)明實施例的有機存儲器件、陣列及其制造方法，通過在下電極上依次形成第一有機薄膜、不連續(xù)的金屬薄膜以及第二有機薄膜，在兩層有機薄膜中間形成了不連續(xù)的金屬薄膜，由于該金屬薄膜由島狀金屬顆粒形成，通過這些島狀金屬顆粒來增強有機薄膜的電荷捕獲能力，從而使不具備轉變特性或轉變特性不好的有機材料具有好的轉變特性，從而提高存儲器件的存儲及數(shù)據(jù)保持功能。


通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖I為本發(fā)明實施例的有機存儲器件的結構示意圖；圖2為為根據(jù)本發(fā)明實施例的有機存儲器件的陣列的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的有機存儲器件的制造方法流程圖；圖4-圖12為根據(jù)本發(fā)明實施例的有機存儲器件各個制造階段的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發(fā)明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。正如背景技術的描述，有機存儲器件中的有機材料的轉變特性決定存儲器件的性能，為此本發(fā)明提出了一種有機存儲器件，通過在有機材料中形成一層不連續(xù)的金屬薄膜來增強有機薄膜的電荷俘獲能力，從而提高器件的性能。參考圖1，圖I所述有機存儲器300、包括襯底200 ；襯底200上的下電極208 ；下電極208上的第一有機薄 膜210、第一有機薄膜210上的不連續(xù)的金屬薄膜212以及不連續(xù)的金屬薄膜212上的第二有機薄膜214，其中，不連續(xù)的金屬薄膜214由島狀金屬顆粒形成；第二有機薄膜214上的上電極216。在本發(fā)明實施例中，襯底200可以包括Si襯底。在其他實施例中，所述襯底還可以包括但不限于其他元素半導體或化合物半導體，如鍺、硅鍺、碳化硅、砷化鎵、砷化銦或磷化銦。根據(jù)現(xiàn)有技術公知的設計要求(例如P型襯底或者n型襯底)，襯底200可以包括各種摻雜配置，所述襯底200還可以為疊層半導體結構，例如Si/SiGe、絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上硅鍺(SGOI)。此外，襯底中還可以包括其他器件。在本發(fā)明實施例中，所述下電極208可以為包括Cr和Au的雙層材料結構，在其他實施例中，所述下電極208還可以為包括其他金屬材料或其他適用于電極的材料的單層或
多層結構。在本發(fā)明實施例中，所述上電極216為Al電極，在其他實施例中，所述上電極還可以為包括其他金屬材料或其他適用于電極的材料的單層或多層結構。在本發(fā)明實施例中，所述第一有機薄膜210和第二有機薄膜214可以為有機材料TiOPc (酞菁氧鈦，oxotitanium phthalocyanine),在其他實施例中，所述第一有機薄膜210或第二有機薄膜214可以采用相同或不同的有機材料，所述有機材料本身可以不具備開關轉變特性，例如還可以為Alq3(八輕基喹啉招,8-hydroquinolinealuminum)、AIDCN (2-amino-4，5-imidazoledicarbonitri le)、pentacene (并五苯)或polyfluorene (聚荷)等。在本發(fā)明實施例中，所述不連續(xù)的金屬薄膜212可以為島狀的Au金屬顆粒形成的不連續(xù)金屬薄膜，在其他實施例中，所述不連續(xù)的金屬薄膜212的島狀金屬顆粒還可以為Al、Cr、Cu、Mg或Ag等,所述島狀金屬顆粒的厚度可以為l-10nm。通過第一和第二薄膜之間的島狀金屬顆粒形成的不連續(xù)金屬薄膜來增強有機薄膜的電荷捕獲能力，從而使不具備轉變特性或轉變特性不好的有機材料具有好的轉變特性，從而提高存儲器件的存儲及數(shù)據(jù)保持功能。此外，本發(fā)明還提供了由上述有機存儲器件組成的有機存儲器件的陣列，參考圖2，上述圖I為圖2中AA’的示意圖，在M*N的有機存儲器件陣列中，所述陣列包括:M*N個上述的有機存儲器件，其中，每M個所述有機存儲器件300排成一行，每N個所述有機存儲器件300排成一列，第n行所述有機存儲器件300的下電極208首尾相連，第m列所述有機存儲器件300的上電極216首尾相連，其中，M，N > 0，I彡m彡M，I彡n彡N。以上對本發(fā)明的有機存儲器件及陣列進行了詳細的描述，為了更好的理解本發(fā)明，以下將結合有機存儲器件的制造方法流程圖及各個制造階段的示意圖對本發(fā)明有機存儲器件實施例的制造方法進行詳細的說明。如圖3所示，圖3為本發(fā)明的有機存儲器件的制造方法流程圖。在步驟SI，提供襯底200，參考圖4。
在本發(fā)明實施例中，襯底200可以包括Si襯底。在其他實施例中，所述襯底還可以包括但不限于其他元素半導體或化合物半導體，如鍺、硅鍺、碳化硅、砷化鎵、砷化銦或磷化銦。根據(jù)現(xiàn)有技術公知的設計要求(例如P型襯底或者n型襯底)，襯底200可以包括各種摻雜配置，所述襯底200還可以為疊層半導體結構，例如Si/SiGe、絕緣體上硅(SOI)或絕緣體上硅鍺(SGOI)。此外，襯底中還可以包括其他器件。在步驟S2，在所述襯底200上形成下電極208，參考圖7。在本實施例中，具體地，通過以下步驟形成下電極208
·
首先，通過在襯底200表面旋涂光刻膠，并用熱板或烘箱進行前烘，形成光刻膠層202，如圖4所示。而后，可以通過曝光和顯影后，獲得光刻膠圖案層204，如圖5所示。而后，可以通過電子束蒸發(fā)的方法，在上述結構上形成下電極金屬層206，在此實施例中，通過兩次蒸發(fā)形成包括Cr和Au的雙層下電極金屬層206，如圖6所示。在其他實施例中，還可以為包括其他金屬材料或其他用于電極的材料的單層或多層結構的下電極金屬層，還可以通過其他合適的方法來形成該金屬層。而后，可以通過剝離工藝，例如在丙酮、乙醇和去離子水中通過超聲剝離光刻膠圖案層204上的下電極金屬層206，并去除光刻膠圖案層204，從而形成圖案化的下電極208，如圖7所示。此處形成下電極208的方法僅為示例，本發(fā)明還可以采用其他任何合適的方法來形成下電極208，本發(fā)明對此不做限制。在步驟S3和步驟S4，在所述下電極208上自下之上依次形成第一有機薄膜210、不連續(xù)的金屬薄膜212以及第二有機薄膜214，其中，不連續(xù)的金屬薄膜212由島狀金屬顆粒形成，以及在所述第二有機薄膜214上形成上電極216，參考圖12。在本實施例中，通過如下步驟來形成第一有機薄膜210、不連續(xù)的金屬薄膜212以及第二有機薄膜214，以及上電極216 首先，可以采用真空蒸發(fā)的方法，在上述結構上淀積有機分子材料酞菁氧鈦(TiOPc)，以形成第一有機薄膜210，如圖8所示。而后，可以通過電子束蒸發(fā)的方法在第一有機薄膜210上形成島狀的Au金屬顆粒，該金屬顆粒形成不連續(xù)的金屬薄膜212，如圖9所示。而后，可以采用真空蒸發(fā)的方法，在上述結構上淀積有機分子材料酞菁氧鈦(TiOPc)，以形成第二有機薄膜214，如圖10所示，所述島狀金屬顆粒的厚度可以為1-lOnm，從而形成了有機材料中間夾有金屬顆粒形成的不連續(xù)的金屬薄膜212的結構，通過該金屬薄膜來增強第一和第二有機薄膜的電荷捕獲能力，從而使不具備轉變特性或轉變特性不好的有機材料具有好的轉變特性，從而提高存儲器件的存儲及數(shù)據(jù)保持功能。在其他實施例中，所述第一有機薄膜210或第二有機薄膜214可以采用相同或不同的有機材料，所述有機材料本身可以不具備開關轉變特性，例如還可以為Alq3、AIDCN、pentacene或polyf luorene等，所述不連續(xù)的金屬薄膜212還可以為Al、Cr、Cu、Mg或Ag等，不連續(xù)的金屬薄膜212由島狀金屬顆粒形成,其厚度可以為I-IOnm而后，可以利用鏤空的掩膜板，在所述第二有機薄膜214上制備上電極216，如圖11所示，所述鏤空的掩膜板為具有圖案的掩膜板，通過該掩膜板可以直接形成圖案化的上電極216，從而可以避免傳統(tǒng)工藝中通過淀積及刻蝕形成圖案化的過程中，光刻膠對有機分子材料造成的損傷，可以進一步提聞器件的性能。最后，可以通過干法刻蝕圖案化第一有機薄膜210、不連續(xù)的金屬薄膜212以及第二有機薄膜214，從而形成有機存儲器件300，如圖12所示。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單 修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種有機存儲器件，其特征在于，包括 襯底； 襯底上的下電極； 下電極上的第一有機薄膜、第一有機薄膜上的不連續(xù)的金屬薄膜以及不連續(xù)的金屬薄膜上的第二有機薄膜，其中，不連續(xù)的金屬薄膜由島狀金屬顆粒形成； 第二有機薄膜上的上電極。
2.根據(jù)權利要求I所述的存儲器件，其特征在于，所述島狀金屬顆粒的厚度為l-10nm。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的存儲器件，其特征在于，所述第一有機薄膜或第二有機薄膜從包括以下材料的組中選擇形成TiOPc、Alq3、AIDCN、pentacene或polyfluorene。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的存儲器件，其特征在于，所述金屬薄膜從包括以下材料的組中選擇形成Au、Al、Cr、Cu、Mg或Ag。
5.一種有機存儲器件的存儲陣列，包括M*N個如權利要求1-4中任一項所述的有機存儲器件，其中，每M個所述有機存儲器件排成一行，每N個所述有機存儲器件排成一列，第n行所述有機存儲器件的下電極首尾相連，第m列所述有機存儲器件的上電極首尾相連，其中，M，N > 0，I彡m彡M，I彡n彡N。
6.一種有機存儲器件的制造方法，其特征在于，包括 提供襯底； 在所述襯底上形成下電極； 在所述下電極上自下之上依次形成第一有機薄膜、不連續(xù)的金屬薄膜以及第二有機薄膜，其中，不連續(xù)的金屬薄膜由島狀金屬顆粒形成； 在所述第二有機薄膜上形成上電極。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，利用鏤空的掩膜板在所述第二有機薄膜上形成上電極。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述島狀金屬顆粒的厚度為l-10nm。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第一有機薄膜或第二有機薄膜從包括以下材料的組中選擇形成TiOPc、Alq3、AIDCN、pentacene或polyf luorene。
10.根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述金屬薄膜從包括以下材料的組中選擇形成Au、Al、Cr、Cu、Mg或Ag。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種有機存儲器件，包括襯底；襯底上的下電極；下電極上的第一有機薄膜、第一有機薄膜上的不連續(xù)的金屬薄膜以及不連續(xù)的金屬薄膜上的第二有機薄膜，其中，不連續(xù)的金屬薄膜由島狀金屬顆粒形成；第二有機薄膜上的上電極。通過在兩層有機薄膜中間形成了不連續(xù)的金屬薄膜，由于該金屬薄膜由島狀金屬顆粒形成，通過這些島狀金屬顆粒來增強有機薄膜的電荷捕獲能力，從而使不具備轉變特性或轉變特性不好的有機材料具有好的轉變特性，從而提高存儲器件的存儲及數(shù)據(jù)保持功能。
文檔編號H01L51/05GK102790173SQ20111013103
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權日2011年5月19日
發(fā)明者劉明, 劉欣, 商立偉, 姬濯宇, 李冬梅, 王宏, 謝常青, 陳映平, 韓買興 申請人:中國科學院微電子研究所