阻变存储器的制备方法及阻变存储器

摘要

本发明公开了一种阻变存储器的制备方法及阻变存储器，所述方法包括以下步骤：A：通过丝网印刷机将配置好的金属浆料氯铂酸印刷到衬底上，再经热处理得到金属字线；B：采用溶胶凝胶法制备金属氧化物浆料；C：采用丝网印刷机将配置好的金属氧化物浆料印刷到衬底和金属字线上，再经热处理得到阻变层；D：采用丝网印刷机将配置好的金属浆料氯铂酸印刷到阻变层上，经热处理得到金属位线。本发明中的制备方法采用溶胶凝胶与丝网印刷相结合的方法制造阻变存储器阵列，不需使用传统半导体制造工艺，因而降低了成本，其对工艺条件要求低，设备简单，工艺过程为低温过程，可与各种衬底材料和工艺兼容，且通过该方法制备的阻变存储器的特性和可靠性较好。

权利要求

1.一种阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A：通过丝网印刷机将配置好的金属浆料氯铂酸印刷到衬底上，再经热处理得到金属字线；

B：采用溶胶凝胶法制备金属氧化物浆料；

C：采用丝网印刷机将配置好的金属氧化物浆料印刷到衬底和金属字线上，再经热处理得到阻变层；

D：采用丝网印刷机将配置好的金属浆料氯铂酸印刷到阻变层上，经热处理得到金属位线；

其中，所述步骤B进一步包括以下步骤：

B1：在强烈搅拌下，将配制好的50mL三乙胺溶液加入0.1mol/L乙酸锌溶液中；

B2：不断搅拌直至形成稳定的溶胶；

B3：滤除大颗粒的金属氧化物，再将溶胶放入高速冷冻离心机中离心，得到金属氧化物沉淀；

B4：用去离子水和纯酒精清洗金属氧化物沉淀；

B5：在高真空中旋转蒸发除水后研磨得到金属氧化物浆料。

2.如权利要求1所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤B1进一步包括：使用滴液漏斗将三乙胺溶液缓慢地加入到乙酸锌溶液中。

3.如权利要求1所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物包括：氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化钽中的至少一种。

4.一种利用权利要求1-3中任一项所述方法制备的阻变存储器，其特征在于，由下到上依次包括：衬底层（101）、金属字线层（102）、阻变层（103）和金属位线层（104），所述金属字线层（102）中的字线与所述金属位线层（104）中的位线相交叉，所述字线与位线的交叉点对应的阻变层形成阻变单元（105）。

5.如权利要求4所述的阻变存储器，其特征在于，所述金属字线层（102）或金属位线层（104）的材质包括：铂、钛、铜、铝、氮化钛、镍、钨或掺杂硅。

6.如权利要求4所述的阻变存储器，其特征在于，所述衬底层（101）的材质包括玻璃、硅或塑料。

7.如权利要求4所述的阻变存储器，其特征在于，所述阻变层（103）的材质包括：氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化钽中的至少一种。

说明书

阻变存储器的制备方法及阻变存储器

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体集成电路及其制造技术领域，尤其涉及一种阻变存储器的制备方法及阻变存储器。

背景技术

[0002] 目前，一种基于电阻变化存储原理的新型非挥发性存储器，因其具有高速度(＜5ns)、低操作电压(＜1V)，高存储密度，易于集成等优点，成为了下一代半导体存储器的强有力竞争者。这种被称为“阻变存储器(RRAM)”的器件一般具有金属-绝缘体-金属的结构，即在两层金属电极之间加入一层具有阻变特性的介质薄膜材料，这些阻变材料一般是金属氧化物，常见的有NiO、TiO2、HfO2、ZrO2、WO3和Ta2O5等等。阻变存储器的工作方式包括单极和双极两种，前者在器件两端施加单一极性的电压，利用外加电压大小的不同控制阻变材料的电阻值在高低电阻态之间进行转换，以实现数据的写入和擦除；而后者是利用施加不同极性的电压控制阻变材料电阻值的转换。习惯上称阻变材料由高阻态到低阻态的转变为program或者SET，由低阻态到高阻态的转变为erase或者RESET。

[0003] 阻变存储器是两端器件结构，因此易于制造交叉阵列结构来实现高密度存储器，但由于传统的半导体工艺使用硅片作衬底，需要使用溅射、光刻和刻蚀等工艺，成本很高、限制了阻变存储的应用范围。尤其是使用交叉阵列阻变存储器实现三维结构的存储器时，会使用多次光刻大大增加制造成本。

发明内容

[0004] (一)要解决的技术问题

[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种阻变存储器的制备方法及阻变存储器，其不需使用传统的半导体制造工艺，因而大大降低了成本。

[0006] (二)技术方案

[0007] 为解决上述问题，本发明提供了一种阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：

[0008] A：通过丝网印刷机将配置好的金属浆料氯铂酸印刷到衬底上，再经热处理得到金属字线；

[0009] B：采用溶胶凝胶法制备金属氧化物浆料；

[0010] C：采用丝网印刷机将配置好的金属氧化物浆料印刷到衬底和金属字线上，再经热处理得到阻变层；

[0011] D：采用丝网印刷机将配置好的金属浆料氯铂酸印刷到阻变层上，经热处理得到金属位线。

[0012] 前述的阻变存储器的制备方法中，所述步骤B进一步包括以下步骤：

[0013] B1：在强烈搅拌下，将配制好的50mL三乙胺溶液加入0.1mol/L乙酸锌溶液中；

[0014] B2：不断搅拌直至形成稳定的溶胶；

[0015] B3：滤除大颗粒的金属氧化物，再将溶胶放入高速冷冻离心机中离心，得到金属氧化物沉淀；

[0016] B4：用去离子水和纯酒精清洗金属氧化物沉淀；

[0017] B5：在高真空中旋转蒸发除水后研磨得到金属氧化物浆料。

[0018] 前述的阻变存储器的制备方法中，所述步骤B1进一步包括：使用滴液漏斗将三乙胺溶液缓慢地加入到乙酸锌溶液中的在步骤。本步骤可使金属氧化物颗粒均匀，防止其颗粒快速团聚。

[0019] 前述的阻变存储器的制备方法中，所述金属氧化物包括：氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化钽中的至少一种。

[0020] 一种利用前述方法制备的阻变存储器，其由下到上依次包括：衬底层、金属字线层、阻变层和金属位线层，所述金属字线层中的字线与所述金属位线层中的位线相交叉，所述字线与位线的交叉点对应的阻变层形成阻变单元。

[0021] 前述的阻变存储器中，所述金属字线层或金属位线层的材质包括：铂、钛、铜、铝、氮化钛、镍、钨或掺杂硅。

[0022] 前述的阻变存储器中，所述衬底的材质包括玻璃、硅或塑料。

[0023] 前述的阻变存储器中，所述阻变层的材质包括：氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化钽中的至少一种。

[0024] (三)有益效果

[0025] 本发明中的制备方法采用溶胶凝胶与丝网印刷相结合的方法制造阻变存储器阵列，不需使用传统的半导体制造工艺，因而大大降低了成本，其对工艺条件要求低，设备简单，工艺过程为低温过程，不用使用高的温度，可与各种衬底材料和工艺兼容，且通过该方法制备的阻变存储器的特性和可靠性较好。

附图说明

[0026] 图1为本发明实施方式中所述阻变存储器的制备方法的流程图；

[0027] 图2为本发明实施方式中所述阻变存储器的制备方法中步骤A的示意图；

[0028] 图3为本发明实施方式中所述阻变存储器的制备方法中步骤C的示意图；

[0029] 图4为本发明实施方式中所述阻变存储器的制备方法中步骤D的示意图；

[0030] 图5为本发明实施方式中所述阻变存储器的结构示意图。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0032] 阻变存储器的交叉阵列结构已经被广泛研究，但使用丝网印刷结合溶胶凝胶法制造三维结构阻变存储器的方法还未被提出过。

[0033] 其中，丝网印刷的基本原理是：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图形部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷。印刷时在丝网一端倒入浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定的压力，同时朝丝网另一端移动。浆料在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤到承印物上。

[0034] 溶胶凝胶法(sol-gel)是指使用一些化合物(前驱物)，经溶胶、凝胶而固化成型，再经热处理转化为金属、氧化物或其他化合物固体材料的方法。溶胶经丝网印刷工艺并凝胶后可以在各种衬底上形成图形。

[0035] 如图1-4所示，阻变存储器的制备方法包括以下步骤：

[0036] A：参照图2，使用丝网印刷机将配置好的金属浆料氯铂酸印刷到衬底1上，并进行烘烤或退火等热处理(温度20-1500℃)得到如图所示的金属字线2。

[0037] B：使用溶胶凝胶法制备金属氧化物浆料；所述金属氧化物包括：氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化钽中的至少一种。例如制备ZnO浆料，步骤如下：首先配制一定量浓度的三乙胺溶液50mL和0.1mol/L乙酸锌溶液250mL。在强烈搅拌下，将三乙胺溶液加入到乙酸锌溶液中；为了使ZnO颗粒均匀，防止颗粒快速团聚，使用滴液漏斗将三乙胺溶液缓慢地加入到乙酸锌溶液中。随着三乙胺溶液的加入，有白色絮状物生成。然后不断搅拌，经过15h左右，形成稳定的溶胶。而后滤除大颗粒的ZnO，再将溶胶放入高速冷冻离心机中离心，得到白色的ZnO沉淀，用去离子水和纯酒精清洗白色沉淀若干次。最后在高真空中旋转蒸发除水。研磨后，即为所需要的纳米ZnO浆料。

[0038] C：参照图3，使用丝网印刷机将配置好的ZnO浆料印刷到衬底1和字线2上，并进行烘烤或退火等热处理(温度20-900℃)得到如图所示的阻变层3。

[0039] D：参照图4，使用丝网印刷机，把配置好的金属浆料(氯铂酸)印刷到阻变层3上，并进行烘烤或退火等热处理(温度20-1500℃)得到如图所示的金属位线4。

[0040] 如图5所示，一种利用权利前述方法制备的阻变存储器，其由下到上依次包括：衬底层101、金属字线层102、阻变层103和金属位线层104，所述金属字线层102中的字线与所述金属位线层104中的位线相交叉，所述字线与位线的交叉点对应的阻变层形成阻变单元105。所述金属字线层102或金属位线层104的材质包括：铂、钛、铜、铝、氮化钛、镍、钨或掺杂硅。所述衬底层101的材质包括玻璃、硅或塑料。所述阻变层103的材质包括：氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化钨、氧化钽中的至少一种。厚度可以为1nm-1000nm。

[0041] 金属氧化物的阻变现象，是由其内部存在的细丝形导电通道的连通和断开导致的。导电通道是由氧缺陷排列而成。在外界电压的作用下，氧化物内部生成新的氧缺陷，从而导致了器件从高阻态到低阻态的转变。而在反向电压作用下，氧离子会从电极逸出并到达导电通道处和其中的氧空位复合使导电通道断裂，从而导致了器件从低阻态到高阻态的转变。

[0042] 在实际生产过程中通常使用传统的半导体工艺(溅射、光刻、刻蚀)，因而成本较高。而准备阻变存储器阵列需要的金属线和氧化物薄膜都可以通过溶胶凝胶和丝网印刷结合的方式得到，因而可以大大降低成本。

[0043] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。