专利名称：一种阻变存储器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种非挥发性(Nonvolatile memory)阻变存储器(RRAM: Resistive Random Access Memory)及其制造方法，属于柔性电子学，聚合物和CMOS混合集成电路技术领 域。
背景技术：
目前市场上的非挥发性存储器主要以闪存(Flash)为主，随着集成电路的技术节点不 断向前推进和电子器件持续微型化的需求，研究和开发更高存储密度、更快响应速度、更 低成本及简单工艺的存储技术已成为当前信息领域的一个研究热点。闪存技术在达到其物 理极限而无法继续推进后，以阻变存储器(RRAM)为代表的新一代存储技术已成为倍受关注 的研究热点。
阻变存储器是一种全新的电子器件，它是以材料的电阻在外加电压或电流的激励下可 在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的。同硅基存储器相比，阻变存储器在性能上 具有以下突出的优点其速度快；操作电压低；工艺简单。基于有机材料制备的的有机阻 变存储器除具有上述特点外，还具备柔韧可弯曲的优点，另外还可以通过设计分子的结构 可以人为的改造优化其材料的性能。有机阻变存储器可广泛应用在RF电子标签、电子书 (e-paper)等柔性电子系统中。
有机聚合物阻变存储器的研究还处在起步阶段，很多有机材料在电压和电流的激励下 发生电阻的改变，包括有机小分子材料及聚合物材料和金属纳米颗粒的混合材料、单组分 聚合物等。如文献报道的基于P6FBEu聚合物阻变存储器和基于WPF-oxy-F聚合物的阻变 存储器。目前，现有的有机阻变存储器的制备一般采用旋涂工艺(spin-coating)和硬掩膜 板(hard mask)技术，不能与CMOS标准光刻工艺相兼容，器件单元尺寸一般在平方毫米 量级，限制了其存储密度，而且旋涂工艺容易存在溶剂挥发后残留污染问题以及与其他模 块的兼容问题。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种基于聚对二甲苯聚合物的阻变存储器及 其制备方法。本发明的技术方案是
一种阻变存储器，为MIM结构，该MIM结构的底层和顶层分别为金属电极，其特征 在于，该MIM结构的中间层为聚对二甲苯聚合物膜。 所述聚对二甲苯聚合物膜的厚度为50-150nm。 所述顶层电极为A1、 Cu、 Ag或Ti，厚度在200nm和500nm之间。 所述底层电极为W或Pt，厚度在100nm和250nm之间。
所述聚对二甲苯聚合物为聚对二甲苯C型、所述聚对二甲苯N型或所述聚对二甲苯D型。
一种阻变存储器的制备方法，其步骤包括
1) 在硅衬底上生长一绝缘层；
2) 溅射一金属层，作为底层电极；
3) 淀积一聚对二甲苯聚合物膜；
4) 溅射一金属层，光刻、剥离定义顶层电极。
所述步骤3)具体为采用Polymer CVD方法淀积聚对二甲苯聚合物膜，为真空淀积， 淀积速度在lnm/min禾卩10nm/min之间。
所述步骤3)之后，光亥j、 RIE刻蚀聚对二甲苯聚合物膜，定义出底电极引出通孔，通 过填充顶层电极金属材料引出底层电极。 与现有技术相比，本发明的有益效果是
本发明采用聚对二甲苯聚合物作为阻变存储器的阻变材料，可制备出有较好的阻变特 性和工艺兼容性的阻变存储器。
本发明聚对二甲苯的制备方法是无副产品和无溶剂污染的室温汽相化学淀积工艺，与 CMOS其他模块兼容,且聚对二甲苯耐标准光刻工艺中使用的溶液和溶剂，可以使用CMOS 标准光刻技术工艺制备该有机阻变存储器，可提高存储器的存储密度。
图1为本发明实施例阻变存储器的工艺流程图； 图2为本发明阻变存储器的阻变特性测试结果；
其中，l一器件在正向电压的激励下由高阻态向低阻态的跃变过程；2—低阻态保持过 程；3 —器件在反向电压的激励下由低阻态向高阻态的跃变过程；4一高阻态保持过程；图3为本发明阻变存储器的存储性能测试结果。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一歩详细描述 本发明制备阻变存储器的工艺如图1所示，
1) 利用干湿法氧化技术或CVD技术在硅衬底1上生长Si02绝缘层2，厚度在20nm 和500nm之间，如图1 (a);
2) 以常规CMOS工艺中的钨作为底层电极3，该底层电极釆用物理气相淀积(PVD) 方法或其它IC工艺中的成膜方法形成，厚度在200nm和500nm之间，并采用标准光刻技 术使下电极图形化，如图1 (b);
3) 利用Polymer CVD技术生长聚对二甲苯C型(Parylene-C)薄膜4，如图1 (c)。 淀积采用聚对二甲苯Polymer CVD设备，工艺选用设备的标准参数，薄膜厚度约50— 150nm,淀积速度在lnm/min和10nm/min之间；
4) 通过光刻，RIE刻蚀定义底层电极引出通孔5，如图l (d);
5) 采用PVD工艺溅射金属Al,厚度在100nm和250nm之间，通过常规工艺的光刻、 剥离定义顶层电极6，同时将底电极引出。如图l (e)。
本发明采用聚对二甲苯材料作为阻变存储器的阻变材料，其优势在于，无污染的常温 淀积技术、与CMOS标准光刻工艺的兼容性，使下电极和上电极完全采用了常规CMOS 工艺中的材料，故该聚合物存储器可以在CMOS电路顶层制作多叠层存储器实现三维集成 和高密度存储。
本实施例制得的阻变存储器的阻变特性的测试结果如图2和图3所示。
由图2可知，随着上电极的电压改变(下电极接地)，位于两电极之间的功能层的阻
值会发生高阻和低阻之间的转变，即存储器"0"， "l"两个状态之间的转变。
如图3可知，在0.1V的读取小电压下，器件的高阻态和低阻态保持不变；器件在空
气中放置一段时间后(5xl0、或2x1053)，高阻态和低阻态基本保持不变，显示了器件良
好的存储保持特性。
虽然本说明书通过具体的实施例详细描述了本发明的阻变存储器的材料，结构及其制 备方法，但是本领域的技术人员应该理解，本发明的实现方式不限于实施例的描述范围，在不脱离本发明实质和精神范围内，可以对本发明进行各种修改和替换，例如聚对二甲苯 C型(Parylene-C)可以换成聚对二甲苯N型(Parylene-N)或聚二氯对二甲苯D型 (Parylene-D)。另外，下电极材料也可以换成MOS工艺中常见的惰性金属如Pt，上电极 材料可以换成Cu或Ag或Ti。
以上通过详细实施例描述了本发明所提供的阻变存储器，本领域的技术人员应当理 解，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明做一定的变形或修改；其制备方法也不 限于实施例中所公开的内容。
权利要求
1、一种阻变存储器，为MIM结构，该MIM结构的底层和顶层分别为金属电极，其特征在于，该MIM结构的中间层为聚对二甲苯聚合物膜。
2、 如权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述聚对二甲苯聚合物膜的厚度为 50隱150腦。
3、 如权利要求1或2所述的阻变存储器，其特征在于，所述顶层电极为A1、 Cu、 Ag 或Ti。
4、 如权利要求3所述的阻变存储器，其特征在于，所述底层电极为W或Pt。
5、 如权利要求3所述的阻变存储器，其特征在于，所述顶层电极的厚度在200nm和 500nm之间。
6、 如权利要求4所述的阻变存储器，其特征在于，所述底电极的厚度在100nm和250nm之间。
7、 如权利要求1或2所述的阻变存储器，其特征在于，所述聚对二甲苯聚合物为聚对 二甲苯C型、聚对二甲苯N型或聚对二甲苯D型。
8、 一种阻变存储器的制备方法，其步骤包括1) 在硅衬底上生长一绝缘层；2) 溅射一金属层，作为底层电极；3) 淀积一聚对二甲苯聚合物膜；4) 溅射一金属层，光刻、剥离定义顶层电极。
9、 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤3)具体为采用聚对二甲苯Polymer CVD方法淀积聚对二甲苯聚合物膜，为真空淀积，淀积速度在lnm/min和10nm/miii之间。
10、 如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述步骤3)之后，光刻、RIE刻蚀 聚对二甲苯聚合物膜，定义出底电极引出通孔，通过填充顶层电极金属材料引出底层电极。
全文摘要
本发明公开了一种阻变存储器及其制备方法，属于集成电路技术领域。该阻变存储器，为MIM结构，该MIM结构的底层和顶层分别为金属电极，该MIM结构的中间层为聚对二甲苯聚合物膜。本发明采用聚对二甲苯聚合物作为阻变存储器的阻变材料，可制备出有较好的阻变特性和工艺兼容性的阻变存储器。聚对二甲苯聚合物的制备方法采用无副产品和无溶剂污染的室温汽相化学淀积工艺，与CMOS其他模块兼容。且聚对二甲苯耐标准光刻工艺中使用的溶液和溶剂，可以使用CMOS标准光刻技术工艺制备该阻变存储器，从而提高了存储器的存储密度。
文档编号H01L51/00GK101630718SQ20091008961
公开日2010年1月20日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者昱 唐, 邝永变, 如 黄 申请人:北京大学