CN102332430A - 一种基于全低温工艺的柔性透明1t1r的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于低温原子层淀积技术领域，具体为一种柔性透明1T1R存储单元的制造方法。本发明通过全低温工艺在柔性衬底上生长全透明的1T1R存储单元，包括透明的氧化层介质、透明电极和透明衬底，这些透明层通过低温工艺淀积到一起，实现了一个全透明的器件，其同样能够实现非透明器件的功能。本发明可在未来柔性低温存储单元制造中得到应用，并且改变目前器件的封装和存在方式，使得可折叠和可弯曲式便携式存储单元成为可能。

Description

一种基于全低温工艺的柔性透明1T1R的制造方法
技术领域
本发明属于低温原子层淀积（ALD）技术领域，涉及一种阻变存储器（RRAM）及薄膜晶体管(TFT)的制造方法，尤其涉及一种在柔性衬底上的透明阻变存储器及透明薄膜晶体管的低温制造方法。
背景技术
对于传统的1T1R (一个电晶体搭配一个磁阻)结构，使用的是可见的物质，而且是以硅等硬基底为衬底材料的，在3D存储器件以及非易失性存储器件中的应用也是相当广泛的，因此该结构所含的原理与技术已经相当的成熟，并且已经得到应用。
柔性存储器件可以用于未来的非挥发性存储设备的制造中，由于其非常高的性价比，有望在未来替代目前以硅为基底的硬性存储器件，并且降低市场上移动存储设备的价格。而且由于柔性的存储器更易于折叠和弯曲，使得携带更加方便，存在的方式更为广泛，甚至在任何柔软物体的表面都可以制造存储设备，例如可以在塑料食品罐或者塑料食品包装表面等。
由于大多数柔性存储器使用的衬底是柔性的塑料，而一般塑料的耐热均在100℃以下，即使对于一些特殊的塑料，最高也不能超过400℃，因此在实现柔性存储器的过程中，必须要执行全低温工艺。要实现这一过程，电极、氧化层与某些介质层必须使用物理气相沉积(PVD)的方法、低温原子层淀积的方法或者旋涂的方法生长。为适应器件的小型化趋势，电极的厚度须在20纳米左右，而氧化层的厚度须在10纳米左右。
传统的TFT工艺技术已经相当成熟了，大部分是以氢化非晶硅作为主要基板材料，所以大多数TFT不是透明的，但是其在显示领域得到了比较广泛的应用。TFT的制造工艺比较简单，通过反复的在基板上淀积不同的薄膜就可以实现，因此可以进行批量生产，并把器件做的很小。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于柔性衬底和TFT工艺的1T1R结构的制造方法，以改变目前器件的封装和存在方式，使得可折叠和可弯曲式便携式存储单元成为可能。
本发明提出的柔性透明1T1R存储单元的制造方法，具体步骤包括：
提供一个柔性衬底；
在所述柔性衬底上形成栅电极；
覆盖所述栅电极形成栅氧化层；
在所述栅氧化层上形成透明氧化物沟道；
在所述氧化物沟道两侧形成源、漏电极；
在所述漏电极上形成氧化物阻变存储层；
在所述氧化物阻变存储层上形成顶电极。
进一步地，所述的柔性衬底由聚乙烯对苯二酸脂（PET）、聚酰亚胺（PI）等有机聚合物材料或者金属及陶瓷材料形成。所述的栅氧化层由二氧化硅、氮化硅或者其它高介电常数材料形成。所述的透明氧化物沟道由ZnO或ZnInSnO等材料形成。所述的氧化物阻变存储层由TiO2、ZrO2、SrTiO3或Al2O3等材料形成。
更进一步地，所述的栅电极由锡掺杂的氧化铟(ITO)形成。所述的源、漏电极以及顶电极由ITO、或者掺杂Al、In的ZnO等材料形成。
本发明通过全低温工艺在柔性衬底上生长全透明的1T1R存储单元，包括透明的氧化层介质、透明电极和透明衬底，这些透明层通过低温工艺淀积到一起，实现了一个全透明的器件，其同样能够实现非透明器件的功能。
本发明所提出的柔性透明1T1R存储单元的制造方法具有以下优点：
1、使用柔性衬底制造全透明的1T1R存储单元，既环保又节省制造的成本，可适应未来的绿色环保的器件，而且由于器件是全透明的，可以通过透明的封装工艺将其制作在透明的物品上，真正的实现便携化的存储。
2、采用全低温工艺生产，不需要过多的加热和散热过程，不但降低了能耗，还节省了全制造过程中的时间。
3、 使用TFT取代场效应晶体管（FET）作为存储单元中的一部分，可以适应器件的小型化趋势，并且，由于TFT的制作工艺比较简单，因此又可以节省成本。
4、本发明有望在未来柔性低温存储单元制造中得到应用，并且改变目前器件的封装和存在方式，使得可折叠和可弯曲式便携式存储单元成为可能。
附图说明
图1为本发明所提供的一种全透明1T1R存储单元的实施例的截面图。
图2至图8为本发明提供的如图1所示1T1R存储单元的一个制造方法的实施例工艺流程图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的一个示例性实施方式作详细说明。在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。参考图中的表示是示意性的，但这不应该被认为是限制本发明的范围。同时在下面的描述中，所使用的术语衬底可以理解为包括正在工艺加工中的半导体衬底，可能包括在其上所制备的其它薄膜层。
图1为本发明所提供的一种全透明1T1R存储单元的实施例的截面图，如图1所示，该1T1R存储单元10形成于柔性衬底101之上，包括TFT部分11和RRAM部分12。TFT部分包括栅电极102、栅氧化层103、氧化物沟道层104、以及位于氧化物沟道层103两侧的源电极105和漏电极106。RRAM部分以TFT 11的漏电极106为底电极并包括在底电极106上形成的氧化物阻变存储层107和顶电极108。
本发明所公开的如图1所示的全透明1T1R存储单元可以通过很多方法制造，以下所叙述的是本发明所公开的如图1所示的全透明1T1R存储单元的制造方法的一个实施例。
尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。
首先，取NaOH和水，以1:20的比例配成溶液，加热至80℃后，泡洗聚酰亚胺（PI）衬底表面20分钟。然后将PI衬底泡于异丙醇溶液中，超声清洗10分钟。最后将PI衬底放入去离子水中，超声清洗10分钟，并用N2将PI衬底表面吹干。
接下来，采用低温物理气相沉积（PVD）的方法，在处理好的PI衬底201的表面生长一层20纳米厚的ITO层202，接着淀积一层光刻胶203，如图2所示。接下来，将基片在90℃热板上软烘30秒，然后使用UV光源曝光，再在100℃热板上进行后烘2分钟，然后显影形成图形，最后刻蚀ITO层202形成栅电极，如图3所示。
剥除光刻胶203后，继续使用PVD方法，将硅靶在氧气氛围下，在基片表面生长一层二氧化硅，厚度约为10纳米，平坦化后形成栅氧化层204，如图4所示。
接下来，采用低温原子层淀积（ALD）的方法，在室温、10mbar的气压条件下，使用二乙基锌（DEZn）和水作为反应前驱体在准备好的基片表面上生长一层约20纳米厚且与PI衬底201同宽的ZnO薄膜205，如图5所示。接下来，采用旋涂的方法形成一层光刻胶206，并再次经光刻工艺形成图形，然后刻蚀ZnO薄膜205形成导电沟道，如图6所示。
剥除光刻胶206后，采用PVD溅射做好沟道的表面，并淀积一层100纳米厚的ZnO透明导电层，然后经旋涂光刻胶、光刻形成图形、刻蚀、平坦化等工艺后形成源电极207、漏电极208，如图7所示。
最后，将hardmask固定在基片表面上，使用低温ALD方法，在温度为100℃、气压为3mbar的条件下，在漏电极208的表面生长一层厚度约为10纳米的Al2O3薄膜作为阻变存储层209，之后再次使用PVD方法,使用铝靶和锌靶，在氧气氛围中溅射生长一层20-30纳米厚的AZO（掺杂Al的ZnO）作为顶电极210，生长完成后取下hardmask，如图8所示，这样全透明1T1R存储单元就制作完成了。
如上所述，在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实例。

Claims (8)

1.一种柔性透明1T1R存储单元的制造方法，其特征在于具体步骤包括：
提供一个柔性衬底；
在所述柔性衬底上形成栅电极；
覆盖所述栅电极形成栅氧化层；
在所述栅氧化层上形成透明氧化物沟道；
在所述氧化物沟道两侧形成源、漏电极；
在所述漏电极上形成氧化物阻变存储层；
在所述氧化物阻变存储层上形成顶电极。
2.根据权利要求1所述的柔性透明1T1R存储单元的制造方法，其特征在于，所述的柔性衬底由聚乙烯对苯二酸脂、聚酰亚胺或者金属及陶瓷材料形成。
3.根据权利要求1所述的柔性透明1T1R存储单元的制造方法，其特征在于，所述的栅电极由锡掺杂的氧化铟形成。
4.根据权利要求1所述的柔性透明1T1R存储单元的制造方法，其特征在于，所述的栅氧化层由二氧化硅、氮化硅或者其它高介电常数材料形成。
5.根据权利要求1所述的柔性透明1T1R存储单元的制造方法，其特征在于，所述的透明氧化物沟道由ZnO或ZnInSnO材料形成。
6.根据权利要求1所述的柔性透明1T1R存储单元的制造方法，其特征在于，所述的源、漏电极由ITO，或者掺杂Al、In的ZnO材料形成。
7.根据权利要求1所述的柔性透明1T1R存储单元的制造方法，其特征在于，所述的氧化物阻变存储层由TiO2、ZrO2、SrTiO3或Al2O3材料形成。
8.根据权利要求1所述的柔性透明1T1R存储单元的制造方法，其特征在于，所述的顶电极由ITO，或者掺杂Al、In的ZnO材料构成。
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