CN100442390C - 形成相变存储器 - Google Patents
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Abstract
在一些情况下，通过形成平结构的相变材料层(14)，相变存储器(10)可呈现出改善的性能和低成本。可以将加热器(16)设在相变材料层(44)下方以合适地加热该材料(14)以引起相位变化。加热器(16)可以与合适的导体相耦合。
Description
背景技术
本发明通常涉及电子存储器，且特别是涉及使用相变材料的电子存储器
相变材料可以显示至少两种不同状态。这些状态可以称为非晶或结晶状态。可以选择性地启动这些状态之间的转变。可以区分这些状态，因为非晶状态通常显示出比结晶状态更高的电阻率。非晶状态包括一个较无序的原子结构。通常可以采用任何相变材料。然而，在些实施例中，薄膜硫族化物合金材料可能特别合适。
相变是可逆的。因此，响应于温度的变化，存储器可以从非晶变成结晶状态并且可以再回到非晶状态，反之亦然。实际上，可以将各存储器单元视为可编程电阻器，它可以在较高和较低的电阻状态之间进行可逆的变化。
现有的相变存储器可能有各种缺点。因此，需要更好的方式来形成相变存储器。
附图简要说明
图1为本发明的一个实施例的放大局部剖视图；
图2为图1所示实施例在加工过程中的放大局部剖视图；
图3为对应于图2的下一阶段的放大局部剖视图；
图4为下一阶段的放大局部剖视图；
图5为本发明的另一实施例在早期加工阶段的放大局部剖视图；
图6为根据本发明的一个实施例在后续加工阶段的放大局部剖视图；
图7为根据本发明的一个实施例在加工阶段的放大局部剖视图；
图8为图7所示的根据本发明的一个实施例在后续加工阶段的放大局部剖视图；
图9为本发明的另一实施例在加工阶段的放大局部剖视图；
图10为图9所示的根据本发明的一个实施例在早期加工阶段的放大局部剖视图；
图11为图10所示的根据本发明的一个实施例在后续加工阶段的放大局部剖视图；
图12为根据本发明的另一实施例在后续加工阶段的放大局部剖视图；
图13为根据本发明的另一实施例的另一加工阶段的放大局部剖视图；
图14为根据本发明的另一实施例的再下一加工阶段的放大局部剖视图；
图15为根据本发明的另一实施例的再下一加工阶段的放大局部剖视图；
图16为在根据另一用于形成根据本发明的一个实施例的图9中所示的结构的技术在加工早期的放大局部剖视图；
图17为根据本发明的一个实施例在后续加式阶段图16中所示的实施例的放大局部剖视图；
图18为根据本发明的另一实施例的放大局部剖视图；
图19为在早期加工阶段图18中所示的实施例的放大局部剖视图；
图20为根据本发明的一个实施例在后续加工阶段的放大局部剖视图；
图21为根据本发明的一个实施例图20中所示的实施例在后续加工阶段的放大局部剖视图；
图22为根据本发明的一个实施例在后续阶段的放大局部剖视图；
图23为根据本发明的一个实施例在后续阶段的放大局部剖视图；
图24为根据本发明的一个实施例在后续阶段的放大局部剖视图；
图25为根据本发明的另一实施例的放大局部剖视图；
图26为本发明的一个实施例中的系统的示意描述。
详细说明
参见图1，相变存储器10可包括一个在相变材料层顶部的上电极。在本发明的一个实施例中，层14包括硫族化物材料。相变存储器材料的例子包括，但不限于，碲-锗-锑(TexGeySbz)材料或GeSbTe合金类的硫族化物元素成分，虽然本发明的范围不仅限于这些。另选地，可以使用另一相变材料，该材料的电性能(例如：电阻、电容等)可以通过应用诸如光、热或电流之类的能量来改变。在本发明的一个实施例中，层14基本是平的。
可以在层14下基本上形成加热器18。加热器18可以由氮化钛硅，氮化钽或其它电阻加热材料形成。该加热器可包括产生电阻加热的电阻材料。
所述加热器可以是杯形加热器。
导体20通过电绝缘体16延伸以接触加热器18并为加热器18供电。可以使用任何电绝缘材料。绝缘体16可以位于半导体基片11上，使层14与该基片11平行并与导体20垂直。
在一些实施例中，相变材料栈的平坦的属性可以改善台阶覆盖，改善界面清洁，增加更好热绝缘的选择，并产生更多可再现的设备性能。
参见图2，根据用于形成图1中所示的结构的一个处理过程，开始时，胶层24可以沉积在基片11上的绝缘体16顶部。胶层24可以提高层14与绝缘体16的粘合度。胶层的一个例子是多晶硅层。可以在层24上形成光刻胶22。
根据本发明的一个实施例，可以将电子束图形化技术用于在光刻胶22中形成图形26。使用电子束图形化可以使将更小的临界尺寸传递给光刻胶22。可以利用图形26和光刻胶22形成延伸通过光刻胶22的孔28并最终用作图3所示的蚀刻通过胶层24和绝缘体16的蚀刻掩模。
在其它实施例中，可以使用包括移相掩模、无铬移相掩模或具有隔离片的传统平版印刷术在内的其它技术来形成开口。
参见图4，孔28的下部可以用诸如钨、铝或铜之类的导电材料30填充。然后可以浸或深蚀刻(湿或干)导电材料30，以减少导电材料30的高度。因此，可以沉积另一导电材料32。该导电材料32可以，例如，是任何前述包括氮化钛硅的加热材料，或导电材料32可以是氮化钛铝或氮化钽。此后，可以用化学机械抛光(CMP)步骤整平该结构的上表面。
再参见图5，通过在合适的基片上(未示出)的绝缘体16中形成一个合适大小的小孔36，开始形成图1所示结构的另一技术。在此例中，可以利用传统的平版印刷术。可以通过胶层24和绝缘体16形成合适的图形，以蚀刻一个合适的小孔36。然后，可以采用包括氧化物和氮化物的任何适合材料的侧壁衬料34覆盖小孔36。该侧壁衬料34可以减少开口36的尺寸并补偿平版印刷术的局限性。
然后可以用钨之类的导电材料38填充小孔36，正如图6所示。然后可以浸渍或深蚀刻(湿或干)导电材料38，以生成图7所示的凹陷40。然后可以用诸如氮化钛硅之类的第二导电材料42填充所浸渍或蚀刻的凹陷40，正如图8中所示。加热器18(图1)可以由在包括材料38的导体20上的材料42所组成。
参见图9，根据本发明的另一实施例，相变存储器10a可包括在也是平结构的相变材料层14上的上电极12。加热器46设在相变材料层14下方。加热器46可以确定在绝缘体44中。加热器46与绝缘体16中所确定的导体48相耦合。
参见图10，根据一个用于形成图9中所示的结构的实施例，最初用传统技术将导电材料48确定在绝缘体16的小孔内。然后可以用附着促进层或胶层52和绝缘体50覆盖绝缘体16。
然后，可以用任何适合的平版印刷术图形化绝缘体50，以形成图11所示的开口。在提供了利用传统平版印刷术的实施例时，可以用电子束平版印刷术或移相掩模法(作为两个附加的例子)来形成开口54。用电子束平版印刷术或移相掩模法，在某些情形下可以不需要侧壁衬料。
参见图12，根据采用传统平版印刷术的一个实施例，可以用侧壁衬料56覆盖开口54。如图13所示可以用各向异性蚀刻技术来形成侧壁隔离物58。
如图14所示，将侧壁隔离物58用作掩模可以蚀刻胶层52至导电材料48。然后，如图15所示，可以在余下的开口60中沉积加热材料46。
再参见图16，根据用于形成存储器10a的另一技术、一对层62和64可以具有通到那些层的孔60。在一个实施例中，可以使用电子束平版印刷技术来转移小孔60。孔60与绝缘体16中形成的导电材料层48相通。此后，如图17所示，可以在孔60中形成加热材料62，以与导电材料48电耦合。合适的相变材料层可以建立在加热器62上并且可以按前面描述的那样添加一个上电极。
见图18，相变存储器10b可包括一个在相变材料层14上的上电极12。环形加热器78可位于层14的下方。加热器78可以与绝缘体16中确定的杯形导电材料70相连接。
根据用于形成图18所示的结构的一个实施例，开始时，可以如前所述在合适的半导体基片上的绝缘体16中的孔68中形成绝缘侧壁隔离物66，如图19所示。
见图20，可以用导电材料70覆盖图19中所示的开口68。然后，如图21所示，可以用诸如绝缘体之类的充填材料72填充导电材料70。
可以整平如图21所示的结构以形成图22所示的结构。接着，可以将导电材料70浸(dip)或深蚀刻，以制造图23所示的环形凹陷76。然后可以用图24中所示的加热材料填充该凹陷76，以制成与杯形导电材料70相耦合的环形加热器66。
见图25，相变存储器10c可包括一个在相变材料层14上的上电极12。可以将加热器18定位在层14下方的胶层79和隔热层80中。层80可以在绝缘体82的上方，该绝缘体具有一个如前所述的确定导电材料20的小孔。
隔热层80提供比诸如氧化物之类的其它隔热材料更好的隔热效果。在一个实施例中，层80可以具有比氧化物低四倍或低更多倍的热传导性。例如：层80可以是干凝胶和有机聚合体。
干凝胶是将液体从其开孔中去除的凝胶体。干凝胶由超临界干燥处理获得。因此，干凝胶是在接近室温的温度和大气压下干燥的凝胶体。凝胶体是温和干燥以避免与固体网格的低渗透性关联的龟裂。凝胶体可以具有比氧化物低10倍或10倍以上的热传导性。
在一些实施例中，本文所述的结构减少了处理步骤和传统处理流程所需的临界掩模层。在一些实施例中这些流程可以使能在正确的地方使用最佳材料，以获得最佳热效率。因此，本发明的一些实施例可以显示一个或多个以下特性：通过更少掩模处理获得的低成本和通过减少热耦合中浪费的热量获得的更好的性能。
图26中所示的基于处理器的系统84可以包括例如或是数字信号处理器或是通用处理器的处理器86。处理器86可以通过总线与无线实施例中的无线接口90和可以是例如上述实施例中的任何一个的相变存储器10相耦合。然而，本发明不仅仅限于无线应用。
虽然参照有限几个实施例来描述本发明，但本技术领域的技术人员会理解对其的各种修改和变形。旨在只要在本发明的精神和范围内的各种修改和变形都由所附的权利要求所覆盖。
Claims (44)
1.一种制造相变存储器的方法，其特征在于，包括：
形成平的相变材料层；
形成与所述平的相变材料层热接触的相变材料加热器；
在通道中形成侧壁隔离物；和
将所述加热器与导体相耦合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括形成在半导体基片上并基本与之平行的相变材料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在绝缘体上形成所述相变材料层。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，包括形成通过所述绝缘体的通道。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，包括在所述通道中形成所述加热器。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括在所述通道中形成所述加热器下的所述导体。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，使用电子束平版印刷术形成所述通道。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，包括用材料在所述通道中形成所述导体。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括去除所述材料的一部分以形成空间。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括在所述空间内形成所述加热器。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括形成基本上与所述加热器相同宽度的导体。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括形成比所述加热器宽的导体。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，包括形成所述导体，用绝缘体覆盖所述导体并在所述绝缘体中形成一个孔。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括在所述孔中形成所述加热器。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，包括使用电子束平版印刷术形成所述孔。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，包括在所述孔中形成一个侧壁隔离物。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括形成一个杯形加热器。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，包括形成一个环形加热器。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，包括形成一个第一绝缘体，在所述第一绝缘体中形成一个开口并在所述开口的壁上形成一个第二绝缘体。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，包括用导电材料覆盖所述第二绝缘体以形成所述具有中心通道的导体。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，包括用绝缘体填充所述通道。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，包括去除所述导电材料以形成一个环形空间。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，包括用一材料填充所述空间以形成所述加热器。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在具有至少比氧化物低四倍的热传导性的绝缘体上形成所述相变材料层。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，包括在干凝胶上形成所述相变材料层。
26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在所述加热器和所述相变材料层之间形成一平层以通过提供一电压降来加热所述相变材料层。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，包括形成包括碳的材料的所述平层。
28.一种相变存储器，其特征在于，包括：
平的相变材料；
在所述相变材料下的加热器；
与所述加热器相耦合的导体；
一半导体基片，所述相变材料排在所述基片上并平行于所述基片延伸；
在所述基片和所述材料之间的绝缘体；和
延伸通过所述绝缘体的通道；
其中所述加热器在所述通道中。
29.如权利要求28的存储器，其特征在于，所述通道在所述加热器下方且与所述加热器电耦合。
30.如权利要求29所述的存储器，其特征在于，所述通道包括一侧壁隔离物。
31.如权利要求28所述的存储器，其特征在于，所述导体的宽度基本上与所述加热器相等。
32.如权利要求28所述的存储器，其特征在于，所述导体为具有中心开口的杯形。
33.如权利要求32所述的存储器，其特征在于，包括一个在所述开口中的绝缘体。
34.如权利要求33所述的存储器，其特征在于，所述加热器是环形的。
35.如权利要求28所述的存储器，其特征在于，在具有比氧化物小四倍的热传导性的绝缘层中形成所述加热器。
36.如权利要求35所述的存储器，其特征在于，所述绝缘层包括干凝胶。
37.如权利要求28所述的存储器，其特征在于，所述导体比所述加热器宽。
38.如权利要求28所述的存储器，其特征在于，包括在所述相变材料和所述加热器之间的含碳层。
39.一种相变存储器，其特征在于，包括：
基片；
在所述基片上的绝缘体；
通过所述绝缘体的通道；
在所述绝缘体上与所述基片平行的平的相变材料层；
在所述通道中的加热器；
在所述基片和所述加热器之间的所述通道中的导体；和
在所述通道中的侧壁隔离物。
40.如权利要求39所述的存储器，其特征在于，所述导体是拉长的。
41.如权利要求39所述的存储器，其特征在于，所述导体是杯形的。
42.如权利要求41所述的存储器，其特征在于，所述加热器是环形的。
43.如权利要求39所述的存储器，其特征在于，还包括干凝胶。
44.如权利要求39所述的存储器，其特征在于，所述导体比所述加热器宽。
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