有机存储器件、阵列及其制造方法

专利名称：有机存储器件、阵列及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体存储器件及制造技术，更具体地说，涉及一种有机存储器件、阵列及其制造方法。
背景技术：
随着信息技术的飞速发展，电子产品已经和人们生活工作的每个环节息息相关，不同电子产品对集成电路提出了不同的要求，因此，对集成电路中的核心单元，存储器器件的研究也日益多元化。传统的半导体存储器件是通过无机的半导体材料形成的，但制造成本相对较高。近年来，对有机材料如有机晶体管和有机存储器等器件进行积极的研究开发，使用有机材料的器件具有成本低、柔性好以及重量轻等优点而被看好。通常地，有机存储器件包括下电极、下电极上的有机材料和有机材料上的上电极，利用有机材料的转变特性来进行数据的存储。然而，问题在于，有机材料的转变特性不明显，只是通过有机材料的特性并不能完全满足存储器的性能，有时还会限制有机存储器的的性能，例如速度不够快、存储时间不够
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发明内容
本发明实施例提供一种有机存储器件、阵列及其制造方法，提高了有机材料的转变特性，从而提高有机存储器件的性能。为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案—种有机存储器件，包括衬底；衬底上的下电极；下电极上的第一有机薄膜、第一有机薄膜上的不连续的金属薄膜以及不连续的金属薄膜上的第二有机薄膜，其中，不连续的金属薄膜由岛状金属颗粒形成；第二有机薄膜上的上电极。可选地，所述岛状金属颗粒的厚度为l-10nm。可选地，所述第一有机薄膜或第二有机薄膜从包括以下材料的组中选择形成TiOPc、Alq3、AIDCN、pentacene 或 polyfluorene。可选地，所述金属薄膜从包括以下材料的组中选择形成Au、Al、Cr、Cu、Mg或Ag。此外，本发明还提供了由上述有机存储器件组成的存储阵列，包括M*N个上述的任一有机存储器件，其中，每M个所述有机存储器件排成一行，每N个所述有机存储器件排成一列，第n行所述有机存储器件的下电极首尾相连，第m列所述有机存储器件的上电极首尾相连，其中，M，N > 0，1彡m彡M，1彡n彡N。此外，本发明还提供了形成上述有机存储器件的方法，包括
提供衬底；在所述衬底上形成下电极；在所述下电极上自下之上依次形成第一有机薄膜、不连续的金属薄膜以及第二有机薄膜，其中，不连续的金属薄膜由岛状金属颗粒形成；在所述第二有机薄膜上形成上电极。可选地，利用镂空的掩膜板在所述第二有机薄膜上形成上电极。可选地，所述岛状金属颗粒的厚度为l-10nm。可选地，所述第一有机薄膜或第二有机薄膜从包括以下材料的组中选择形成TiOPc、Alq3、AIDCN、pentacene 或 polyfluorene。可选地，根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述金属薄膜从包括以下材料的组中选择形成Au、Al、Cr、Cu、Mg或Ag。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点本发明实施例的有机存储器件、阵列及其制造方法，通过在下电极上依次形成第一有机薄膜、不连续的金属薄膜以及第二有机薄膜，在两层有机薄膜中间形成了不连续的金属薄膜，由于该金属薄膜由岛状金属颗粒形成，通过这些岛状金属颗粒来增强有机薄膜的电荷捕获能力，从而使不具备转变特性或转变特性不好的有机材料具有好的转变特性，从而提高存储器件的存储及数据保持功能。


通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图I为本发明实施例的有机存储器件的结构示意图；图2为为根据本发明实施例的有机存储器件的阵列的示意图；图3为根据本发明的有机存储器件的制造方法流程图；图4-图12为根据本发明实施例的有机存储器件各个制造阶段的示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的 具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如背景技术的描述，有机存储器件中的有机材料的转变特性决定存储器件的性能，为此本发明提出了一种有机存储器件，通过在有机材料中形成一层不连续的金属薄膜来增强有机薄膜的电荷俘获能力，从而提高器件的性能。参考图1，图I所述有机存储器300、包括衬底200 ；衬底200上的下电极208 ；下电极208上的第一有机薄 膜210、第一有机薄膜210上的不连续的金属薄膜212以及不连续的金属薄膜212上的第二有机薄膜214，其中，不连续的金属薄膜214由岛状金属颗粒形成；第二有机薄膜214上的上电极216。在本发明实施例中，衬底200可以包括Si衬底。在其他实施例中，所述衬底还可以包括但不限于其他元素半导体或化合物半导体，如锗、硅锗、碳化硅、砷化镓、砷化铟或磷化铟。根据现有技术公知的设计要求(例如P型衬底或者n型衬底)，衬底200可以包括各种掺杂配置，所述衬底200还可以为叠层半导体结构，例如Si/SiGe、绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上硅锗(SGOI)。此外，衬底中还可以包括其他器件。在本发明实施例中，所述下电极208可以为包括Cr和Au的双层材料结构，在其他实施例中，所述下电极208还可以为包括其他金属材料或其他适用于电极的材料的单层或
多层结构。在本发明实施例中，所述上电极216为Al电极，在其他实施例中，所述上电极还可以为包括其他金属材料或其他适用于电极的材料的单层或多层结构。在本发明实施例中，所述第一有机薄膜210和第二有机薄膜214可以为有机材料TiOPc (酞菁氧钛，oxotitanium phthalocyanine),在其他实施例中，所述第一有机薄膜210或第二有机薄膜214可以采用相同或不同的有机材料，所述有机材料本身可以不具备开关转变特性，例如还可以为Alq3(八轻基喹啉招,8-hydroquinolinealuminum)、AIDCN (2-amino-4，5-imidazoledicarbonitri le)、pentacene (并五苯)或polyfluorene (聚荷)等。在本发明实施例中，所述不连续的金属薄膜212可以为岛状的Au金属颗粒形成的不连续金属薄膜，在其他实施例中，所述不连续的金属薄膜212的岛状金属颗粒还可以为Al、Cr、Cu、Mg或Ag等,所述岛状金属颗粒的厚度可以为l-10nm。通过第一和第二薄膜之间的岛状金属颗粒形成的不连续金属薄膜来增强有机薄膜的电荷捕获能力，从而使不具备转变特性或转变特性不好的有机材料具有好的转变特性，从而提高存储器件的存储及数据保持功能。此外，本发明还提供了由上述有机存储器件组成的有机存储器件的阵列，参考图2，上述图I为图2中AA’的示意图，在M*N的有机存储器件阵列中，所述阵列包括:M*N个上述的有机存储器件，其中，每M个所述有机存储器件300排成一行，每N个所述有机存储器件300排成一列，第n行所述有机存储器件300的下电极208首尾相连，第m列所述有机存储器件300的上电极216首尾相连，其中，M，N > 0，I彡m彡M，I彡n彡N。以上对本发明的有机存储器件及阵列进行了详细的描述，为了更好的理解本发明，以下将结合有机存储器件的制造方法流程图及各个制造阶段的示意图对本发明有机存储器件实施例的制造方法进行详细的说明。如图3所示，图3为本发明的有机存储器件的制造方法流程图。在步骤SI，提供衬底200，参考图4。
在本发明实施例中，衬底200可以包括Si衬底。在其他实施例中，所述衬底还可以包括但不限于其他元素半导体或化合物半导体，如锗、硅锗、碳化硅、砷化镓、砷化铟或磷化铟。根据现有技术公知的设计要求(例如P型衬底或者n型衬底)，衬底200可以包括各种掺杂配置，所述衬底200还可以为叠层半导体结构，例如Si/SiGe、绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上硅锗(SGOI)。此外，衬底中还可以包括其他器件。在步骤S2，在所述衬底200上形成下电极208，参考图7。在本实施例中，具体地，通过以下步骤形成下电极208
·
首先，通过在衬底200表面旋涂光刻胶，并用热板或烘箱进行前烘，形成光刻胶层202，如图4所示。而后，可以通过曝光和显影后，获得光刻胶图案层204，如图5所示。而后，可以通过电子束蒸发的方法，在上述结构上形成下电极金属层206，在此实施例中，通过两次蒸发形成包括Cr和Au的双层下电极金属层206，如图6所示。在其他实施例中，还可以为包括其他金属材料或其他用于电极的材料的单层或多层结构的下电极金属层，还可以通过其他合适的方法来形成该金属层。而后，可以通过剥离工艺，例如在丙酮、乙醇和去离子水中通过超声剥离光刻胶图案层204上的下电极金属层206，并去除光刻胶图案层204，从而形成图案化的下电极208，如图7所示。此处形成下电极208的方法仅为示例，本发明还可以采用其他任何合适的方法来形成下电极208，本发明对此不做限制。在步骤S3和步骤S4，在所述下电极208上自下之上依次形成第一有机薄膜210、不连续的金属薄膜212以及第二有机薄膜214，其中，不连续的金属薄膜212由岛状金属颗粒形成，以及在所述第二有机薄膜214上形成上电极216，参考图12。在本实施例中，通过如下步骤来形成第一有机薄膜210、不连续的金属薄膜212以及第二有机薄膜214，以及上电极216 首先，可以采用真空蒸发的方法，在上述结构上淀积有机分子材料酞菁氧钛(TiOPc)，以形成第一有机薄膜210，如图8所示。而后，可以通过电子束蒸发的方法在第一有机薄膜210上形成岛状的Au金属颗粒，该金属颗粒形成不连续的金属薄膜212，如图9所示。而后，可以采用真空蒸发的方法，在上述结构上淀积有机分子材料酞菁氧钛(TiOPc)，以形成第二有机薄膜214，如图10所示，所述岛状金属颗粒的厚度可以为1-lOnm，从而形成了有机材料中间夹有金属颗粒形成的不连续的金属薄膜212的结构，通过该金属薄膜来增强第一和第二有机薄膜的电荷捕获能力，从而使不具备转变特性或转变特性不好的有机材料具有好的转变特性，从而提高存储器件的存储及数据保持功能。在其他实施例中，所述第一有机薄膜210或第二有机薄膜214可以采用相同或不同的有机材料，所述有机材料本身可以不具备开关转变特性，例如还可以为Alq3、AIDCN、pentacene或polyf luorene等，所述不连续的金属薄膜212还可以为Al、Cr、Cu、Mg或Ag等，不连续的金属薄膜212由岛状金属颗粒形成,其厚度可以为I-IOnm而后，可以利用镂空的掩膜板，在所述第二有机薄膜214上制备上电极216，如图11所示，所述镂空的掩膜板为具有图案的掩膜板，通过该掩膜板可以直接形成图案化的上电极216，从而可以避免传统工艺中通过淀积及刻蚀形成图案化的过程中，光刻胶对有机分子材料造成的损伤，可以进一步提闻器件的性能。最后，可以通过干法刻蚀图案化第一有机薄膜210、不连续的金属薄膜212以及第二有机薄膜214，从而形成有机存储器件300，如图12所示。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单 修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种有机存储器件，其特征在于，包括 衬底； 衬底上的下电极； 下电极上的第一有机薄膜、第一有机薄膜上的不连续的金属薄膜以及不连续的金属薄膜上的第二有机薄膜，其中，不连续的金属薄膜由岛状金属颗粒形成； 第二有机薄膜上的上电极。
2.根据权利要求I所述的存储器件，其特征在于，所述岛状金属颗粒的厚度为l-10nm。
3.根据权利要求I或2所述的存储器件，其特征在于，所述第一有机薄膜或第二有机薄膜从包括以下材料的组中选择形成TiOPc、Alq3、AIDCN、pentacene或polyfluorene。
4.根据权利要求I或2所述的存储器件，其特征在于，所述金属薄膜从包括以下材料的组中选择形成Au、Al、Cr、Cu、Mg或Ag。
5.一种有机存储器件的存储阵列，包括M*N个如权利要求1-4中任一项所述的有机存储器件，其中，每M个所述有机存储器件排成一行，每N个所述有机存储器件排成一列，第n行所述有机存储器件的下电极首尾相连，第m列所述有机存储器件的上电极首尾相连，其中，M，N > 0，I彡m彡M，I彡n彡N。
6.一种有机存储器件的制造方法，其特征在于，包括 提供衬底； 在所述衬底上形成下电极； 在所述下电极上自下之上依次形成第一有机薄膜、不连续的金属薄膜以及第二有机薄膜，其中，不连续的金属薄膜由岛状金属颗粒形成； 在所述第二有机薄膜上形成上电极。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用镂空的掩膜板在所述第二有机薄膜上形成上电极。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述岛状金属颗粒的厚度为l-10nm。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第一有机薄膜或第二有机薄膜从包括以下材料的组中选择形成TiOPc、Alq3、AIDCN、pentacene或polyf luorene。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述金属薄膜从包括以下材料的组中选择形成Au、Al、Cr、Cu、Mg或Ag。
全文摘要
本发明实施例公开了一种有机存储器件，包括衬底；衬底上的下电极；下电极上的第一有机薄膜、第一有机薄膜上的不连续的金属薄膜以及不连续的金属薄膜上的第二有机薄膜，其中，不连续的金属薄膜由岛状金属颗粒形成；第二有机薄膜上的上电极。通过在两层有机薄膜中间形成了不连续的金属薄膜，由于该金属薄膜由岛状金属颗粒形成，通过这些岛状金属颗粒来增强有机薄膜的电荷捕获能力，从而使不具备转变特性或转变特性不好的有机材料具有好的转变特性，从而提高存储器件的存储及数据保持功能。
文档编号H01L51/05GK102790173SQ20111013103
公开日2012年11月21日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者刘明, 刘欣, 商立伟, 姬濯宇, 李冬梅, 王宏, 谢常青, 陈映平, 韩买兴 申请人:中国科学院微电子研究所