專利名稱：阻變存儲(chǔ)器的制備方法及阻變存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路及其制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種阻變存儲(chǔ)器的制備方法及阻變存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
目前，一種基于電阻變化存儲(chǔ)原理的新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，因其具有高速度(< 5ns)、低操作電壓(く IV)，高存儲(chǔ)密度，易于集成等優(yōu)點(diǎn)，成為了下一代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者。這種被稱為“阻變存儲(chǔ)器(RRAM) ”的器件一般具有金屬-絕緣體-金屬的結(jié)構(gòu)，即在兩層金屬電極之間加入ー層具有阻變特性的介質(zhì)薄膜材料，這些阻變材料一般是金屬氧化物，常見的有Ni0、Ti02、Hf02、Zr02、W03和Ta2O5等等。阻變存儲(chǔ)器的工作方式包括單極和雙極兩種，前者在器件兩端施加單ー極性的電壓，利用外加電壓大小的不同控制阻變材料的電阻值在高低電阻態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入和擦除；而后者是利用施加不同極性的電壓控制阻變材料電阻值的轉(zhuǎn)換。習(xí)慣上稱阻變材料由高阻態(tài)到低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變?yōu)閜rogram或者SET，由低阻態(tài)到高阻態(tài)的轉(zhuǎn)變?yōu)閑rase或者RESET。阻變存儲(chǔ)器是兩端器件結(jié)構(gòu)，因此易于制造交叉陣列結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)器，但由于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體エ藝使用硅片作襯底，需要使用濺射、光刻和刻蝕等エ藝，成本很高、限制了阻變存儲(chǔ)的應(yīng)用范圍。尤其是使用交叉陣列阻變存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器吋，會(huì)使用多次光刻大大增加制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種阻變存儲(chǔ)器的制備方法及阻變存儲(chǔ)器，其不需使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造エ藝，因而大大降低了成本。( ニ )技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種阻變存儲(chǔ)器的制備方法，包括以下步驟A:通過絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬漿料氯鉬酸印刷到襯底上，再經(jīng)熱處理得到金
屬字線；B :采用溶膠凝膠法制備金屬氧化物漿料；C :采用絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬氧化物漿料印刷到襯底和金屬字線上，再經(jīng)熱處理得到阻變層；D :采用絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬漿料氯鉬酸印刷到阻變層上，經(jīng)熱處理得到金屬位線。前述的阻變存儲(chǔ)器的制備方法中，所述步驟B進(jìn)ー步包括以下步驟BI :在強(qiáng)烈攪拌下，將配制好的50mL三こ胺溶液加入0. lmol/Lこ酸鋅溶液中；B2 :不斷攪拌直至形成穩(wěn)定的溶膠；B3 :濾除大顆粒的金屬氧化物，再將溶膠放入高速冷凍離心機(jī)中離心，得到金屬氧化物沉淀；B4 :用去離子水和純酒精清洗金屬氧化物沉淀；B5 :在高真空中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除水后研磨得到金屬氧化物漿料。前述的阻變存儲(chǔ)器的制備方法中，所述步驟BI進(jìn)ー步包括使用滴液漏斗將三こ胺溶液緩慢地加入到こ酸鋅溶液中的在步驟。本步驟可使金屬氧化物顆粒均勻，防止其顆粒快速團(tuán)聚。前述的阻變存儲(chǔ)器的制備方法中，所述金屬氧化物包括氧化鉿、氧化鈦、氧化鋯、 氧化鋅、氧化鶴、氧化鉭中的至少ー種。ー種利用前述方法制備的阻變存儲(chǔ)器，其由下到上依次包括襯底層、金屬字線層、阻變層和金屬位線層，所述金屬字線層中的字線與所述金屬位線層中的位線相交叉，所述字線與位線的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的阻變層形成阻變單元。前述的阻變存儲(chǔ)器中，所述金屬字線層或金屬位線層的材質(zhì)包括鉬、鈦、銅、鋁、氮化鈦、鎳、鎢或摻雜硅。前述的阻變存儲(chǔ)器中，所述襯底的材質(zhì)包括玻璃、硅或塑料。前述的阻變存儲(chǔ)器中，所述阻變層的材質(zhì)包括氧化鉿、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、氧化鎢、氧化鉭中的至少ー種。(三)有益效果本發(fā)明中的制備方法采用溶膠凝膠與絲網(wǎng)印刷相結(jié)合的方法制造阻變存儲(chǔ)器陣列，不需使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造エ藝，因而大大降低了成本，其對(duì)エ藝條件要求低，設(shè)備簡(jiǎn)単，エ藝過程為低溫過程，不用使用高的溫度，可與各種襯底材料和エ藝兼容，且通過該方法制備的阻變存儲(chǔ)器的特性和可靠性較好。


圖I為本發(fā)明實(shí)施方式中所述阻變存儲(chǔ)器的制備方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施方式中所述阻變存儲(chǔ)器的制備方法中步驟A的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施方式中所述阻變存儲(chǔ)器的制備方法中步驟C的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施方式中所述阻變存儲(chǔ)器的制備方法中步驟D的示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施方式中所述阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。阻變存儲(chǔ)器的交叉陣列結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛研究，但使用絲網(wǎng)印刷結(jié)合溶膠凝膠法制造三維結(jié)構(gòu)阻變存儲(chǔ)器的方法還未被提出過。其中，絲網(wǎng)印刷的基本原理是利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透漿料，非圖形部分網(wǎng)孔不透漿料的基本原理進(jìn)行印刷。印刷時(shí)在絲網(wǎng)一端倒入漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定的壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)另一端移動(dòng)。漿料在移動(dòng)中被刮板從圖形部分的網(wǎng)孔中擠到承印物上。溶膠凝膠法(sol-gel)是指使用ー些化合物(前驅(qū)物)，經(jīng)溶膠、凝膠而固化成型，再經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化為金屬、氧化物或其他化合物固體材料的方法。溶膠經(jīng)絲網(wǎng)印刷工藝并凝膠后可以在各種襯底上形成圖形。如圖1-4所示，阻變存儲(chǔ)器的制備方法包括以下步驟A :參照?qǐng)D2，使用絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬漿料氯鉬酸印刷到襯底I上，并進(jìn)行烘烤或退火等熱處理(溫度20-1500°C )得到如圖所示的金屬字線2。B :使用溶膠凝膠法制備金屬氧化物漿料；所述金屬氧化物包括氧化鉿、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、氧化鎢、氧化鉭中的至少ー種。例如制備ZnO漿料，步驟如下首先配制一定量濃度的三こ胺溶液50mL和0. lmol/Lこ酸鋅溶液250mL。在強(qiáng)烈攪拌下，將三こ胺溶液加入到こ酸鋅溶液中；為了使ZnO顆粒均勻，防止顆?？焖賵F(tuán)聚，使用滴液漏斗將三こ胺溶液緩慢地加入到こ酸鋅溶液中。隨著三こ胺溶液的加入，有白色絮狀物生成。然后不斷攪拌，經(jīng)過15h左右，形成穩(wěn)定的溶膠。而后濾除大顆粒的ZnO，再將溶膠放入高速冷凍離心機(jī) 中離心，得到白色的ZnO沉淀，用去離子水和純酒精清洗白色沉淀若干次。最后在高真空中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除水。研磨后，即為所需要的納米ZnO漿料。C :參照?qǐng)D3，使用絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的ZnO漿料印刷到襯底I和字線2上，并進(jìn)行烘烤或退火等熱處理(溫度20-900°C )得到如圖所示的阻變層3。D :參照?qǐng)D4，使用絲網(wǎng)印刷機(jī)，把配置好的金屬漿料(氯鉬酸)印刷到阻變層3上，并進(jìn)行烘烤或退火等熱處理(溫度20-1500°C )得到如圖所示的金屬位線4。如圖5所示，ー種利用權(quán)利前述方法制備的阻變存儲(chǔ)器，其由下到上依次包括襯底層101、金屬字線層102、阻變層103和金屬位線層104，所述金屬字線層102中的字線與所述金屬位線層104中的位線相交叉，所述字線與位線的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的阻變層形成阻變單元105。所述金屬字線層102或金屬位線層104的材質(zhì)包括鉬、鈦、銅、鋁、氮化鈦、鎳、鎢或摻雜硅。所述襯底層101的材質(zhì)包括玻璃、硅或塑料。所述阻變層103的材質(zhì)包括氧化鉿、氧化鈦、氧化錯(cuò)、氧化鋅、氧化鶴、氧化鉭中的至少ー種。厚度可以為lnm-1000nm。金屬氧化物的阻變現(xiàn)象，是由其內(nèi)部存在的細(xì)絲形導(dǎo)電通道的連通和斷開導(dǎo)致的。導(dǎo)電通道是由氧缺陷排列而成。在外界電壓的作用下，氧化物內(nèi)部生成新的氧缺陷，從而導(dǎo)致了器件從高阻態(tài)到低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變。而在反向電壓作用下，氧離子會(huì)從電極逸出并到達(dá)導(dǎo)電通道處和其中的氧空位復(fù)合使導(dǎo)電通道斷裂，從而導(dǎo)致了器件從低阻態(tài)到高阻態(tài)的轉(zhuǎn)變。在實(shí)際生產(chǎn)過程中通常使用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體エ藝(濺射、光刻、刻蝕)，因而成本較高。而準(zhǔn)備阻變存儲(chǔ)器陣列需要的金屬線和氧化物薄膜都可以通過溶膠凝膠和絲網(wǎng)印刷結(jié)合的方式得到，因而可以大大降低成本。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 A :通過絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬漿料氯鉬酸印刷到襯底上，再經(jīng)熱處理得到金屬字線； B :采用溶膠凝膠法制備金屬氧化物漿料； C :采用絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬氧化物漿料印刷到襯底和金屬字線上，再經(jīng)熱處理得到阻變層； D :采用絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬漿料氯鉬酸印刷到阻變層上，經(jīng)熱處理得到金屬位線。
2.如權(quán)利要求I所述的阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于，所述步驟B進(jìn)ー步包括以下步驟 BI :在強(qiáng)烈攪拌下，將配制好的50mL三こ胺溶液加入0. lmol/Lこ酸鋅溶液中； B2 :不斷攪拌直至形成穩(wěn)定的溶膠； B3 :濾除大顆粒的金屬氧化物，再將溶膠放入高速冷凍離心機(jī)中離心，得到金屬氧化物沉淀； B4 :用去離子水和純酒精清洗金屬氧化物沉淀； B5 :在高真空中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除水后研磨得到金屬氧化物漿料。
3.如權(quán)利要求2所述的阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于，所述步驟BI進(jìn)ー步包括使用滴液漏斗將三こ胺溶液緩慢地加入到こ酸鋅溶液中。
4.如權(quán)利要求I所述的阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于，所述金屬氧化物包括氧化鉿、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、氧化鎢、氧化鉭中的至少ー種。
5.ー種利用權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述方法制備的阻變存儲(chǔ)器，其特征在干，由下到上依次包括襯底層(101)、金屬字線層(102)、阻變層(103)和金屬位線層(104)，所述金屬字線層(102)中的字線與所述金屬位線層(104)中的位線相交叉，所述字線與位線的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的阻變層形成阻變單(105)。
6.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述金屬字線層(102)或金屬位線層(104)的材質(zhì)包括怕、欽、銅、招、氣化欽、鎮(zhèn)、鶴或慘雜娃。
7.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述襯底層(101)的材質(zhì)包括玻璃、硅或塑料。
8.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述阻變層(103)的材質(zhì)包括氧化鉿、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、氧化鎢、氧化鉭中的至少ー種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種阻變存儲(chǔ)器的制備方法及阻變存儲(chǔ)器，所述方法包括以下步驟A通過絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬漿料氯鉑酸印刷到襯底上，再經(jīng)熱處理得到金屬字線；B采用溶膠凝膠法制備金屬氧化物漿料；C采用絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬氧化物漿料印刷到襯底和金屬字線上，再經(jīng)熱處理得到阻變層；D采用絲網(wǎng)印刷機(jī)將配置好的金屬漿料氯鉑酸印刷到阻變層上，經(jīng)熱處理得到金屬位線。本發(fā)明中的制備方法采用溶膠凝膠與絲網(wǎng)印刷相結(jié)合的方法制造阻變存儲(chǔ)器陣列，不需使用傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造工藝，因而降低了成本，其對(duì)工藝條件要求低，設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝過程為低溫過程，可與各種襯底材料和工藝兼容，且通過該方法制備的阻變存儲(chǔ)器的特性和可靠性較好。
文檔編號(hào)H01L27/24GK102655211SQ20121008439
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者于迪, 傅亦晗, 劉力鋒, 劉曉彥, 康晉鋒, 張興, 王漪, 王琰, 陳冰, 韓德棟 申請(qǐng)人:北京大學(xué)