專利名稱：用于相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的低熱耗小接觸面積復(fù)合電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種復(fù)合電極，其具有低熱耗和與相變介質(zhì)的小接觸面積。本發(fā)明尤其涉及一種相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置，其中，復(fù)合電極包括與相變介質(zhì)接觸的露出部分。露出部分在復(fù)合電極的整個(gè)面積中占的百分比小，使得在露出部分和相變介質(zhì)之間具有小面積接觸印跡，該小面積接觸印跡減少了從相變介質(zhì)到復(fù)合電極的傳熱。
背景技術(shù)：
基于相變材料來(lái)存儲(chǔ)信息的記憶存儲(chǔ)裝置被認(rèn)為是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，諸如硬盤和閃存(僅舉幾例)的替代品。在基于相變材料的存儲(chǔ)裝置中，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相變材料的兩種物理狀態(tài)中的一種。
例如，在非晶狀態(tài)下，相變材料可以表示二進(jìn)制零“0”，可以通過(guò)在與相變材料接觸的兩個(gè)電極中通過(guò)電流和感測(cè)相變材料上的電壓降來(lái)確定相變材料的狀態(tài)。如果在非晶狀態(tài)下，相變材料就有高電阻，那么，電壓降就高。
相反，可以使電極通過(guò)足夠幅度的電流而使相變材料的狀態(tài)變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)，表示二進(jìn)制一“1”，使得相變材料受到焦耳加熱。加熱使相變材料從非晶狀態(tài)變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)。如上所述，相變材料上的電壓降可以用于感測(cè)相變材料的狀態(tài)。因而，如果在結(jié)晶狀態(tài)下，相變材料有低電阻，那么，電壓降就低。
表達(dá)相變材料的狀態(tài)的另一方法是，在非晶狀態(tài)下，相變材料有低電導(dǎo)率，在結(jié)晶狀態(tài)下，相變材料有高電導(dǎo)率。
理論上，在非晶狀態(tài)的高電阻和結(jié)晶狀態(tài)的低電阻之間應(yīng)當(dāng)有足夠大的差，以允許精確地感測(cè)相變材料的狀態(tài)。此外，在基于相變材料存儲(chǔ)單元的陣列的存儲(chǔ)裝置中，一些存儲(chǔ)單元是非晶狀態(tài)而另一些是結(jié)晶狀態(tài)。希望在非晶狀態(tài)下的存儲(chǔ)單元之間高電阻的變化最小，在結(jié)晶狀態(tài)下的存儲(chǔ)單元之間低電阻的變化最小。如果其中任何一個(gè)變化太大的話，就難以或不可能精確地感測(cè)相變材料的狀態(tài)。
圖1中，現(xiàn)有相變存儲(chǔ)單元100包括第一電極103、第二電極105、電介質(zhì)107以及位于電介質(zhì)107中并與第一和第二電極(103，105)電氣連通的相變材料101。通常，電介質(zhì)107形成圍繞相變材料101的室。為了將相變材料101的狀態(tài)從非晶狀態(tài)a(用垂直虛線來(lái)表示)變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)c(見圖2中的虛線)，在第一和第二電極(103，105)中通過(guò)電流I。流過(guò)相變材料101的電流I使相變材料101因焦耳加熱J而發(fā)熱。
圖2中，因?yàn)榈谝缓偷诙姌O(103，105)是用例如象導(dǎo)電金屬那樣具有高導(dǎo)熱性的材料制成的，所以電流I產(chǎn)生的熱H主要通過(guò)第一和第二電極(103，105)來(lái)散熱。在較小程度上，因?yàn)殡娊橘|(zhì)107的導(dǎo)熱性比第一和第二電極(103，105)低，所以熱h’是通過(guò)電介質(zhì)107散熱的。例如，電介質(zhì)107可以是一層氧化硅(SiO2)。
隨著熱H流過(guò)相變材料101，相變材料101的一部分進(jìn)行結(jié)晶化到結(jié)晶狀態(tài)c(用水平虛線來(lái)表示)，而相變材料101的另一部分保持非晶狀態(tài)a。
現(xiàn)有相變存儲(chǔ)單元100的一個(gè)缺點(diǎn)是不是在焦耳加熱J中包含的所有能量都用于將相變材料101的狀態(tài)從非晶狀態(tài)a變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)c。而是，焦耳加熱J的主要部分因第一和第二電極(103，105)將熱從相變材料101傳遞走而浪費(fèi)掉了。結(jié)果，要求更大的電流I以產(chǎn)生附加的焦耳加熱J，克服經(jīng)第一和第二電極(103，105)的熱損耗。
因下述原因而不想增大電流I。第一，增大電流I導(dǎo)致功耗增大，而希望的是減小電子電路中的功耗。第二，增大電流I要求更大的驅(qū)動(dòng)電路以供應(yīng)電流I，更大的電路耗用了先前的電路芯片區(qū)。通常，總是希望保留電路芯片區(qū)，以便可以在電子電路中包括更多的線路。最后，在電池操作的裝置中，增大電流I導(dǎo)致電池壽命縮短。隨著便攜式電子器件的消費(fèi)者越來(lái)越多，希望減小以電池為電源的電子產(chǎn)品的耗用電流，以便可以延長(zhǎng)電池的壽命。
圖3中，多個(gè)現(xiàn)有相變存儲(chǔ)單元100配置成一個(gè)陣列以形成現(xiàn)有相變存儲(chǔ)裝置111。每個(gè)存儲(chǔ)單元100定位在第一和第二電極(103，105)的交叉點(diǎn)上，多個(gè)第一和第二電極(103，105)布置成以第二電極105為行，以第一電極103為列。
圖3和4中，現(xiàn)有相變存儲(chǔ)裝置111的一個(gè)缺點(diǎn)是，在對(duì)用100’指示的所選相變存儲(chǔ)單元的寫入操作期間，電流I產(chǎn)生的熱H的主要部分通過(guò)第一和第二電極(103，105)散熱并散入相鄰的相變存儲(chǔ)單元100。結(jié)果，在相鄰存儲(chǔ)單元100之間有熱串?dāng)_。熱串?dāng)_可以使相變存儲(chǔ)裝置111的切換速度減慢，并可導(dǎo)致在存儲(chǔ)單元100之間的上述電阻變化。
現(xiàn)有相變存儲(chǔ)裝置111的另一缺點(diǎn)是相變材料101的表面有與第一和第二電極(103，105)(只顯示了第二電極105)的大接觸區(qū)域CA，大接觸區(qū)域CA促進(jìn)將熱從相變材料101傳遞到第一和第二電極(103，105)。
圖3和圖4中，大接觸區(qū)域CA是與第一和第二電極(103，105)接觸的相變材料101的表面面積的大部分產(chǎn)生的，使得熱H易于從相變材料101散熱到電極中。大接觸區(qū)域CA還與上述熱串?dāng)_有關(guān)。此外，來(lái)自任何給定存儲(chǔ)單元100的熱損耗、來(lái)自相鄰存儲(chǔ)單元100的熱串?dāng)_和接觸區(qū)域CA單獨(dú)或共同起作用，可以造成存儲(chǔ)單元100之間電阻的大變化。例如，如果一個(gè)存儲(chǔ)單元100有因熱串?dāng)_而預(yù)熱的相變材料101而另一存儲(chǔ)單元100沒有預(yù)熱的相變材料101，那么，當(dāng)這兩個(gè)單元的相變材料101經(jīng)受焦耳加熱J時(shí)，預(yù)熱單元100的相變材料101結(jié)晶的百分比就會(huì)比未預(yù)熱單元100的大。結(jié)果，可在預(yù)熱和未預(yù)熱單元之間有電阻變化。如上所述，不希望有電阻變化。
結(jié)果，需要一種用于相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它減小從相變介質(zhì)的焦耳熱傳遞并減小改變相變介質(zhì)狀態(tài)所需的電流量。需要一種導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它減小陣列中的相變存儲(chǔ)單元之間的電阻變化。還需要一種導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它減小熱串?dāng)_并減小導(dǎo)體和相變介質(zhì)之間接觸的表面面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)解決了上述缺點(diǎn)和限制。通過(guò)復(fù)合電極來(lái)解決因向電極傳熱而與熱損耗有關(guān)的缺點(diǎn)，它包括與相變介質(zhì)接觸的露出部分。露出部分只是復(fù)合電極的整個(gè)表面面積的一小部分，所以露出部分和相變介質(zhì)之間的接觸印跡相對(duì)于相變介質(zhì)的表面面積是小的。結(jié)果，只是小面積的相變介質(zhì)與復(fù)合電極的露出部分接觸，減少了因焦耳加熱而向復(fù)合電極的熱傳遞。
與用增大電流來(lái)補(bǔ)償通過(guò)電極的熱損耗有關(guān)的缺點(diǎn)也可用本發(fā)明的復(fù)合電極來(lái)解決，因?yàn)槠渎冻霾糠痔峁┫嘧兘橘|(zhì)中產(chǎn)生的熱的低導(dǎo)熱性路徑。
因?yàn)閷?duì)復(fù)合電極的熱傳遞最小使得熱串?dāng)_低，本發(fā)明的復(fù)合電極減小了陣列中相變介質(zhì)的電阻變化。
另外，與現(xiàn)有相變材料及其電極之間的大接觸表面面積有關(guān)的缺點(diǎn)是用本發(fā)明的復(fù)合發(fā)射器的露出部分與相變介質(zhì)之間的接觸印跡來(lái)解決的。
從下文的詳細(xì)描述，結(jié)合附圖，用實(shí)例方式說(shuō)明本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將更明顯。


圖1是現(xiàn)有相變存儲(chǔ)單元的截面圖。
圖2是描繪通過(guò)一對(duì)電極的焦耳熱損耗的現(xiàn)有相變介質(zhì)的截面圖。
圖3是現(xiàn)有相變存儲(chǔ)裝置的頂視平面圖。
圖4是寫入操作期間通過(guò)現(xiàn)有相變存儲(chǔ)單元的熱損耗的截面圖。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明用于相變介質(zhì)裝置的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖5B和5C是根據(jù)本發(fā)明分別為圓錐形和金字塔形的復(fù)合電極的頂視平面圖。
圖5D是根據(jù)本發(fā)明相變介質(zhì)裝置的寫入操作的截面圖。
圖5E是根據(jù)本發(fā)明沿描繪接觸印跡的圖5D的線AA取的截面圖。
圖5F是根據(jù)本發(fā)明從相變介質(zhì)到復(fù)合電極的熱傳遞的截面圖。
圖5G是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合發(fā)射器的整個(gè)表面面積與其露出部分的表面面積之間關(guān)系的頂視平面圖。
圖6和7是根據(jù)本發(fā)明用于相變介質(zhì)裝置的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖8A到8R描繪了根據(jù)本發(fā)明制造用于相變介質(zhì)裝置的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)的方法。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的相變介質(zhì)存儲(chǔ)器的頂視平面圖。
圖10A、10B、11A和11B是根據(jù)本發(fā)明用于復(fù)合電極的可能形狀的輪廓圖。
具體實(shí)施例方式
在下文的詳細(xì)描述和附圖的幾幅圖中，相似的元件用相似的參考數(shù)字表示。
為了說(shuō)明，如圖所示，本發(fā)明是以用于相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)它的方法實(shí)現(xiàn)的。
用于相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)包括基底和復(fù)合電極，復(fù)合電極包括介電芯棒，它與基底連接且具有以終止在頂點(diǎn)的錐形形狀。導(dǎo)電材料均勻地覆蓋在介電芯棒上并在尖端終止。第一介電層覆蓋除了靠近尖端的復(fù)合電極的露出部分之外的全部復(fù)合電極。相變介質(zhì)與第一介電層和復(fù)合電極的露出部分連接。第二介電層與第一介電層和相變介質(zhì)接觸。電極與相變介質(zhì)接觸。
露出部分只占復(fù)合電極的整個(gè)表面面積的一小部分，所以露出部分和相變介質(zhì)之間的接觸印跡相對(duì)于相變介質(zhì)的表面面積是小的。在電極和復(fù)合電極之間通過(guò)電流，相變介質(zhì)在露出部分和相變介質(zhì)之間的接觸印跡附近的區(qū)域中進(jìn)行焦耳加熱。因?yàn)閺?fù)合電極和相變介質(zhì)只在小部分相互接觸，所以減少了從相變介質(zhì)到復(fù)合電極的熱傳遞。
復(fù)合電極和相變介質(zhì)之間減小了的接觸面積解決了上述現(xiàn)有電極結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。第一，只有一小部分的復(fù)合電極與相變介質(zhì)接觸。因而，減小了熱損耗和熱串?dāng)_。第二，因?yàn)闇p小了熱損耗，所以也可以減小使相變介質(zhì)結(jié)晶所需寫入電流的幅度。第四，露出部分和相變介質(zhì)之間的接觸印跡解決了與現(xiàn)有電極接觸的現(xiàn)有相變材料的大表面面積有關(guān)的問題。最后，減小了的熱損耗和熱串?dāng)_使電阻變化最小。
圖5A中，用于相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置10的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)包括基底11、復(fù)合電極12，復(fù)合電極12包括與基底11接觸的介電芯棒13。介電芯棒13有在頂點(diǎn)V終止的錐形形狀。即，介電芯棒13在底B寬，在頂點(diǎn)V很細(xì)(見圖8F)。復(fù)合電極12還包括導(dǎo)電材料15，它均勻地覆蓋介電芯棒13并在尖端T終止。因?yàn)閷?dǎo)電材料15均勻地覆蓋介電芯棒13，所以導(dǎo)電材料15有與介電芯棒13的形狀相配的形狀。因而，復(fù)合電極12在基底11處寬，在尖端T處細(xì)。
第一介電層17完全覆蓋復(fù)合電極12，除了與尖端T相鄰的露出部分E。因而，導(dǎo)電材料15的表面面積的主要部分由第一介電層17覆蓋，導(dǎo)電材料15的小部分(即，露出部分E)不被第一介電層17覆蓋。例如，如果導(dǎo)電材料15厚度約2000，那么露出部分E就可伸出第一介電層17約200的距離。相變介質(zhì)19與第一介電層17和露出部分E接觸。第二介電層21與第一介電層17和相變介質(zhì)19接觸。電極23與相變介質(zhì)19接觸。
或者，電極23可以與相變介質(zhì)19和第二介電層21接觸。圖6中，第二介電層21可以在其中包括通孔26，它伸到第一介電層17。相變介質(zhì)19可以定位在通孔26中，電極23也定位在通孔26中并與相變介質(zhì)19和第二介電層21接觸。圖7中，包括第三介電層25的互連結(jié)構(gòu)中包括通孔28，通孔28伸到第二介電層21。電極23定位在通孔28中并與相變介質(zhì)19接觸。
電極23和復(fù)合電極12可操作用來(lái)形成通過(guò)相變介質(zhì)19的導(dǎo)電路徑。電極(12，23)可以與電流源(未示出)電氣連通。在電極(12，23)中通過(guò)電流在相變介質(zhì)19內(nèi)產(chǎn)生焦耳加熱，相變介質(zhì)19的一部分從非晶狀態(tài)變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)，如下所述。
如上所述，介電芯棒13的錐形形狀在基底11是寬的B，錐化到頂點(diǎn)V。復(fù)合電極12的形狀與介電芯棒13的形狀是相配的。圖5B和10A中，復(fù)合電極12分開描繪以更好地說(shuō)明其形狀。復(fù)合電極12可以是包括錐形但不限于錐形的形狀。圖5B和10A中，復(fù)合電極12從寬的基底B到尖端T錐化，使得導(dǎo)電材料15有傾斜表面S。圖5B的頂視平面圖和圖10A的輪廓圖中，導(dǎo)電材料15的整個(gè)表面面積遠(yuǎn)大于露出部分E的面積。
類似地，圖5C和圖10B中，復(fù)合電極12可包括金字塔形但不限于金字塔形的形狀。復(fù)合電極12從寬的基底B向尖端T錐化，導(dǎo)電材料15有傾斜表面S。在圖5C的頂視平面圖中，金字塔的每個(gè)側(cè)面(顯示了4個(gè))向上向尖端T傾斜。如上所述，圖5C和10B中，導(dǎo)電材料15的整個(gè)表面面積遠(yuǎn)大于露出部分E的面積。
圖5B，5C，10A和10B的金字塔和圓錐形不須終止在尖銳的尖端T，復(fù)合電極12可包括圖11A中描繪的截頭圓錐的形狀，但不限于此，其中復(fù)合電極12向截頭尖端TF錐化。另一方面，復(fù)合電極12可以包括圖11B所描繪的截頭金字塔形，但不限于此，其中，復(fù)合電極12向截頭尖端TF錐化。圖5B，5C，10A，10B，11A和11B中，露出部分E是復(fù)合電極12的導(dǎo)電材料15的整個(gè)表面面積的一小部分。
導(dǎo)電材料15和電極23可以用包括下面的表1所述材料的材料來(lái)制成，但不限于此。此外，下面的表1所述材料的合金也可用于導(dǎo)電材料15和電極23。

表1第二介電層21和第三介電層25可以用下面的表2所述的材料制成，但不限于此。

表2第一介電層17可以用包括下面的表3所述的材料制成，但不限于此。

表3介電芯棒13可以是與基底11連接的介電層(見圖8A中的參考數(shù)字13a)。例如，介電層13a可以用諸如淀積、生長(zhǎng)或?yàn)R射的方法與基底11連接。例如，介電層13a可以是淀積在基底11上的一層二氧化硅(SiO2)?；?1可以是例如硅(Si)的半導(dǎo)體基底。作為另一實(shí)例，基底11可以是硅基底，可以通過(guò)氧化硅基底的表面以形成一層二氧化硅(SiO2)來(lái)形成介電層13a?；蛘?，介電層13a可以是淀積在基底11上的一層玻璃，諸如PYREXTM。
圖5D中，流經(jīng)電極(12，23)和相變介質(zhì)19的寫入電流IW在相變介質(zhì)19內(nèi)產(chǎn)生焦耳加熱。隨著相變介質(zhì)19因焦耳加熱而發(fā)熱，相變介質(zhì)19的一部分從非晶狀態(tài)變到結(jié)晶狀態(tài)19’。圖5D中，非晶狀態(tài)指示為19，結(jié)晶狀態(tài)指示為19’。相變介質(zhì)19的焦耳加熱發(fā)生在露出部分E附近的區(qū)域中。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只將圍繞露出部分E的相變介質(zhì)19體積的一部分變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)19’。處于結(jié)晶狀態(tài)19’的相變介質(zhì)19部分用于電極(12，23)兩端測(cè)得的相變介質(zhì)的電阻上的一致性。結(jié)果，因?yàn)樾×肯嘧兘橘|(zhì)19可以由給定幅度的寫入電流IW結(jié)晶化，所以電阻變化最小。只結(jié)晶小量相變介質(zhì)19的另一優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)椴豁氃趯懭氩僮髌陂g使整個(gè)相變介質(zhì)19結(jié)晶，可以減小寫入電流IW的幅度、寫入電流IW的持續(xù)時(shí)間或者電流IW的幅度和寫入電流IW的持續(xù)時(shí)間，所以減小了功耗。
圖5E中，沿圖5D的虛線AA的截面圖說(shuō)明了導(dǎo)電材料15的露出部分E和相變介質(zhì)19之間的接觸印跡的面積AC。相變介質(zhì)19有總的截面面積AM(以虛線顯示)。如圖5E描繪的那樣，AC<<AM，即，接觸印跡面積AC比截面面積AM小得多。類似地，相變介質(zhì)19的相變到結(jié)晶狀態(tài)19’的部分有也小于總截面面積AM的面積AP。因?yàn)?，焦耳熱?duì)相變介質(zhì)19的主要效果是只加熱圍繞接觸印跡區(qū)AC的相對(duì)小體積的相變介質(zhì)19。
圖5F中，電流IW(未示出)產(chǎn)生的焦耳熱主要熱傳遞到相變介質(zhì)19，如深色的箭頭JH。因?yàn)樯鲜鼋佑|印跡區(qū)AC，只將一小部分焦耳熱傳遞到復(fù)合電極12的導(dǎo)電材料15或電極23，如淺色虛線箭頭jh所示。也可以將一些焦耳熱傳遞到第一和第二介電層(17，21)，如虛線箭頭j’h所示。
圖5G中，熱傳遞到復(fù)合電極12的導(dǎo)電材料15的一小部分焦耳熱jh歸因于具有露出區(qū)AE的露出部分E，露出區(qū)AE與相變介質(zhì)19接觸；而具有面積為AN的導(dǎo)電材料15的更大部分N不與相變介質(zhì)19直接接觸。因此，可用做用于相變介質(zhì)19的直接熱傳導(dǎo)路徑的復(fù)合電極12的表面面積限于露出區(qū)AE。
圖9，用于本發(fā)明的相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置10的多個(gè)低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)可以布置成陣列50，其中，存儲(chǔ)裝置10沿陣列50的行和列定位。圖9中，復(fù)合電極12的導(dǎo)電材料15布置成行導(dǎo)體，電極23布置成列導(dǎo)體。
另一方面，復(fù)合電極12的導(dǎo)電材料15可以是列導(dǎo)體，電極23可以是行導(dǎo)體。存儲(chǔ)裝置10定位在電極(15，23)的交叉點(diǎn)上，每個(gè)存儲(chǔ)單元10的相變介質(zhì)19描繪為虛線輪廓。在跨過(guò)該單元10的電極(15，23)通過(guò)電流iW以選擇一個(gè)存儲(chǔ)單元10的相變介質(zhì)19’，用于進(jìn)行寫入操作。
用于本發(fā)明的相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置10的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)是相變介質(zhì)19’在寫入操作期間進(jìn)行焦耳加熱，傳遞到復(fù)合電極12和電極23的熱減少減少了陣列50中的相鄰存儲(chǔ)單元10之間的熱串?dāng)_。
圖8A到8Q中，說(shuō)明了用于制造用于相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置10的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)的方法。
圖8A中，介電層13a由基底11承載。在介電芯棒13上淀積掩模層，光刻法圖形化，然后腐蝕它以形成芯棒掩模31。介電層13a和基底11可以用上述材料制成。掩模層31可以是例如一層光致抗蝕劑材料。
圖8B中，用腐蝕氣體干腐蝕介電層13a和芯棒掩模31，腐蝕氣體包括用于腐蝕介電層13a的第一腐蝕氣體和用于腐蝕芯棒掩模31的第二腐蝕氣體?？梢杂玫入x子腐蝕氣體來(lái)執(zhí)行干腐蝕，第一腐蝕氣體可以引入到等離子腐蝕系統(tǒng)中以腐蝕介電層13a，第二腐蝕氣體可以引入到等離子腐蝕系統(tǒng)中以腐蝕芯棒掩模31。例如，第一腐蝕氣體包括基于氟化碳(CFx)的氣體，第二腐蝕氣體可以包括氧氣(O2)以灰化芯棒掩模31的光致抗蝕劑。
圖8C到8F中，持續(xù)干腐蝕直到芯棒掩模31完全溶解(即，腐蝕掉)，直到介電層13a包括介電芯棒13，介電芯棒13具有在頂點(diǎn)V終止的錐形。介電芯棒13有寬的基底B、傾斜表面S并錐化到頂點(diǎn)V。
圖8G中，導(dǎo)電材料15均勻地淀積在介電芯棒13上以形成復(fù)合電極12。可以使用諸如化學(xué)汽相淀積(CVD)的過(guò)程來(lái)均勻淀積導(dǎo)電材料15。如上所述，復(fù)合電極12的形狀是與介電芯棒13補(bǔ)充的并在尖端T終止。導(dǎo)電材料15可以由包括表1所述材料的材料制成，但不限于此。例如，均勻淀積之后，導(dǎo)電材料15可以進(jìn)行圖形化，然后腐蝕它以定義行導(dǎo)體或列導(dǎo)體(見以導(dǎo)電材料15為行導(dǎo)體的圖9)，在陣列50的行或列中電連接所有復(fù)合電極12。
圖8H中，第一介電層17淀積在復(fù)合電極12上直到第一介電層17覆蓋包括尖端T的整個(gè)復(fù)合電極12。第一介電層17可以由包括上述表3所述的材料的材料制成，但不限于此?？梢允褂美鏑VD的過(guò)程來(lái)淀積第一介電層17。
圖8I中，平面化第一介電層17以形成大致平的面。可以使用諸如化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)的過(guò)程來(lái)平面化第一介電層17?；蛘?，可以使用回流方法在第一介電層17上形成大致平的面。對(duì)于回流過(guò)程，第一介電層17可以包括含上述表3所述內(nèi)容的硅玻璃。第一介電層17加熱到玻璃的回流溫度以上(例如，500℃以上)，以將玻璃回流為平滑而大致平的面?？梢杂闷渌矫婊^(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)第一介電層17的平面化，本發(fā)明不限于上述平面化過(guò)程。例如，可以用抗蝕劑內(nèi)腐蝕平面化過(guò)程來(lái)使第一介電層17平面化。
圖8J中，干腐蝕第一介電層17直到第一介電層17從復(fù)合電極12的尖端T退到預(yù)定距離以下，使得第一介電層17不覆蓋與尖端T相鄰的露出部分E。可以用等離子腐蝕過(guò)程來(lái)干腐蝕第一介電層17，該過(guò)程可定時(shí)為去除足夠量的第一介電層17，使得露出部分E伸出第一介電層17之外，如圖8J所述。與尖端T的預(yù)定距離取決于應(yīng)用。例如，預(yù)定距離可以是從尖端T到第一介電層17約200的距離?；蛘?，可以在第一介電層17中腐蝕通孔(未示出)以露出尖端T。
圖8K中，在第一介電層17和復(fù)合電極12的露出部分E上淀積一層相變介質(zhì)29。例如，可以用諸如CVD、濺射或蒸發(fā)等方法來(lái)淀積這層相變介質(zhì)29。用于這層相變介質(zhì)29的典型材料包括鍺-銻-碲材料，諸如Ge2Sb2Te5。
圖8L和8M中，這層相變介質(zhì)29圖形化為33，然后腐蝕它以形成相變介質(zhì)19的島，它定位在復(fù)合電極12上并與露出部分E接觸。
圖8N中，第二介電層21淀積在第一介電層17和相變介質(zhì)19的島上。第二介電層21可以是包括表2所述材料的材料，但不限于此。
圖8O和8P中，用諸如CMP的過(guò)程來(lái)平面化第二介電層21。下面，第二介電層21圖形化為37，然后腐蝕它以形成通孔39，通孔39伸到相變介質(zhì)19的島。最好用諸如等離子腐蝕的干腐蝕過(guò)程來(lái)腐蝕第二介電層21。
圖8Q中，在第二介電層21和通孔39上淀積導(dǎo)電材料43，使得導(dǎo)電材料43與相變介質(zhì)19的島接觸。可以用諸如CVD或?yàn)R射的過(guò)程來(lái)淀積導(dǎo)電材料43。
圖8P中，圖形化導(dǎo)電材料43，然后腐蝕它以形成電極23。電極23可以與相變介質(zhì)19和第二介電層21接觸，如圖8P所示，所如上參考圖7所述，電極23可以與相變介質(zhì)19接觸。如參考圖9所述，可以圖形化電極23，然后腐蝕它以形成行導(dǎo)體或列導(dǎo)體(見以電極23為列導(dǎo)體的圖9)，在陣列50的行或列中電連接所有電極23。
淀積掩模層31之前，如圖8A所述，可以在基底11上形成介電層13a。介電層13a可以淀積在基底11上。例如，如果基底11是硅(Si)基底，介電層13a可以是淀積在基底11上的一層氧化硅(SiO2)。
相反，可以通過(guò)氧化基底11而在基底11上生長(zhǎng)介電層13a。例如，如果基底11是硅(Si)基底，那么可以通過(guò)氧化過(guò)程在基底11的表面上生長(zhǎng)一層氧化硅(SiO2)以形成介電層13a。
可以用互連結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)與電極23或復(fù)合電極12的導(dǎo)電材料15的電連接，這是微電子處理技術(shù)中所周知的，包括圖形化和腐蝕通孔(未示出)然后淀積導(dǎo)電層，通孔伸到電極23或復(fù)合電極12的導(dǎo)電材料15，導(dǎo)電層充滿通孔并與電極23或?qū)щ姴牧?5接觸。
雖然已經(jīng)公開和說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于所描述和說(shuō)明的具體形式或部件布置。本發(fā)明僅由權(quán)利要求書來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種用于相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置(10)的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，包括基底(11)；復(fù)合電極(12)，其包括介電芯棒(13)和導(dǎo)電材料(15)，介電芯棒(13)與基底(11)連接且具有在頂點(diǎn)(V)終止的錐形形狀，導(dǎo)電材料(15)均勻地覆蓋介電芯棒(13)并在尖端(T)終止；第一介電層(17)，其覆蓋除了與尖端(T)相鄰的復(fù)合電極(12)的露出部分(E)的所有部分；相變介質(zhì)(19)，其與第一介電層(17)和露出部分(E)連接；第二介電層(21)，其與第一介電層(17)和相變介質(zhì)(19)連接；和電極(23)，其與相變介質(zhì)(19)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，其中，電極(23)與相變介質(zhì)(19)和第二介電層(21)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，其中，復(fù)合電極(12)具有從由金字塔形、截頭金字塔形、圓錐形和截頭圓錐形組成的組中選擇的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，其中，復(fù)合電極(12)和電極(23)是從分別是行導(dǎo)體和列導(dǎo)體以及分別是列導(dǎo)體和行導(dǎo)體的組中選擇的導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，其中，介電芯棒(13)包括與基底連接的介電層(13a)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，其中，介電層(13a)是從由玻璃、包含一層設(shè)于其上的氧化硅的硅基底和有氧化表面的硅基底組成的組中選擇的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，其中，第一介電層(17)是從由氧化硅、原硅酸四乙脂、硼硅酸鹽玻璃、磷硅酸鹽玻璃和硼磷硅酸鹽玻璃組成的組中選擇的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，其中，第二介電層(21)是從由氧化硅和氮化硅組成的組中選擇的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，其中，導(dǎo)電材料(15)是從由金屬、鋁、鎢、鉬、鈦和銅組成的組中選擇的材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)，其中，電極(23)是從由金屬、鋁、鎢、鉬、鈦和銅組成的組中選擇的導(dǎo)電材料。
11.一種制造用于相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置10的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)的方法，包括在介電層(13a)上淀積掩模層；圖形化掩模層，然后腐蝕掩模層以形成芯棒掩模(31)；用腐蝕氣體干腐蝕介電層(13a)和芯棒掩模(31)，腐蝕氣體包括用于腐蝕介電層(13a)的第一腐蝕氣體和用于腐蝕芯棒掩模(31)的第二腐蝕氣體；持續(xù)干腐蝕直到芯棒掩模(31)完全溶解，并且直到介電層(13a)包括具有在頂點(diǎn)(V)終止的錐形形狀的介電芯棒(13)；在介電芯棒(13)上均勻淀積導(dǎo)電材料(15)以形成復(fù)合電極(12)，復(fù)合電極(12)包括與介電芯棒(13)相配的形狀并在尖端(T)終止；在復(fù)合電極(12)上淀積第一介電層(17)直到第一介電層(17)完全覆蓋包括尖端(T)的全部復(fù)合電極(12)；平面化第一介電層(17)；干腐蝕第一介電層(17)直到第一介電層(17)降低到復(fù)合電極(12)的尖端(T)之下預(yù)定距離，使得與尖端(T)相鄰的復(fù)合電極(12)露出部分(E)不被第一介電層(17)覆蓋；在第一介電層(17)和露出部分(E)上淀積一相變介質(zhì)層(29)；圖形化相變介質(zhì)層(29)，然后腐蝕該相變介質(zhì)層(29)以形成島(19)；在第一介電層(17)和島(19)上淀積第二介電層(21)；平面化第二介電層(21)；圖形化第二介電層(21)，然后腐蝕第二介電層(21)以形成延伸到島(19)的通孔(39)；在第二介電層(21)上和通孔(39)中淀積導(dǎo)電材料(43)，使得導(dǎo)電材料(43)與島(19)接觸；和圖形化導(dǎo)電材料(43)，然后腐蝕導(dǎo)電材料(43)以形成電極(23)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，第一腐蝕氣體包括碳氟化合物，第二腐蝕氣體包括氧氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，介電層(13a)是從由玻璃、在硅基底上淀積的一層氧化硅和硅基底的氧化表面組成的組中選擇的材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，第一介電材料(17)是從由氧化硅、原硅酸四乙脂、硼硅酸鹽玻璃、磷硅酸鹽玻璃和硼磷硅酸鹽玻璃組成的組中選擇的材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，第二介電材料(21)是從由氧化硅和氮化硅組成的組中選擇的材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，導(dǎo)電材料(43)是從由金屬、鋁、鎢、鉬、鈦和銅組成的組中選擇的材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，電極(23)是從由金屬、鋁、鎢、鉬、鈦和銅組成的組中選擇的導(dǎo)電材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在淀積掩模層之前，在基底(11)上形成介電層(13a)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述形成步驟包括在基底(11)上淀積介電層(13a)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，基底(11)是硅，介電層(13a)是氧化硅。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述形成步驟包括通過(guò)氧化基底(11)在基底(11)上生長(zhǎng)介電層(13a)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，基底(11)是硅，介電層(13a)是氧化硅。
23.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，平面化第一介電層17包括從化學(xué)機(jī)械平面化過(guò)程和回流方法中選擇的一種方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于相變介質(zhì)存儲(chǔ)裝置(10)的低熱耗小接觸面積電極結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)裝置包括復(fù)合電極(12)，其包括介電芯棒(13)，介電芯棒與基底(11)連接并具有在頂點(diǎn)(V)終止的錐形形狀。導(dǎo)電材料(15)均勻地覆蓋介電芯棒并終止于尖端(T)。第一介電層(17)覆蓋除了與尖端(T)相鄰的復(fù)合電極的露出部分(E)之外的所有復(fù)合電極。相變介質(zhì)(19)與露出部分(E)接觸。露出部分只是復(fù)合電極的整個(gè)表面面積的一小部分，使得露出部分和相變介質(zhì)(19)之間的接觸印跡(A
文檔編號(hào)H01L27/10GK1449062SQ0311020
公開日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月4日
發(fā)明者H·李, D·M·拉扎洛夫 申請(qǐng)人:惠普公司