專利名稱：形成相變存儲器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明通常涉及電子存儲器，且特別是涉及使用相變材料的電子存儲器相變材料可以顯示至少兩種不同狀態(tài)。這些狀態(tài)可以稱為非晶或結(jié)晶狀態(tài)。可以選擇性地啟動這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。可以區(qū)分這些狀態(tài)，因為非晶狀態(tài)通常顯示出比結(jié)晶狀態(tài)更高的電阻率。非晶狀態(tài)包括一個較無序的原子結(jié)構(gòu)。通常可以采用任何相變材料。然而，在些實施例中，薄膜硫族化物合金材料可能特別合適。
相變是可逆的。因此，響應(yīng)于溫度的變化，存儲器可以從非晶變成結(jié)晶狀態(tài)并且可以再回到非晶狀態(tài)，反之亦然。實際上，可以將各存儲器單元視為可編程電阻器，它可以在較高和較低的電阻狀態(tài)之間進(jìn)行可逆的變化。
現(xiàn)有的相變存儲器可能有各種缺點。因此，需要更好的方式來形成相變存儲器。
附圖簡要說明

圖1為本發(fā)明的一個實施例的放大局部剖視圖；圖2為圖1所示實施例在加工過程中的放大局部剖視圖；圖3為對應(yīng)于圖2的下一階段的放大局部剖視圖；圖4為下一階段的放大局部剖視圖；圖5為本發(fā)明的另一實施例在早期加工階段的放大局部剖視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在后續(xù)加工階段的放大局部剖視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在加工階段的放大局部剖視圖；圖8為圖7所示的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在后續(xù)加工階段的放大局部剖視圖；圖9為本發(fā)明的另一實施例在加工階段的放大局部剖視圖；圖10為圖9所示的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在早期加工階段的放大局部剖視圖；圖11為圖10所示的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在后續(xù)加工階段的放大局部剖視圖；
圖12為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例在后續(xù)加工階段的放大局部剖視圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的另一加工階段的放大局部剖視圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的再下一加工階段的放大局部剖視圖；圖15為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的再下一加工階段的放大局部剖視圖；圖16為在根據(jù)另一用于形成根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖9中所示的結(jié)構(gòu)的技術(shù)在加工早期的放大局部剖視圖；圖17為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在后續(xù)加式階段圖16中所示的實施例的放大局部剖視圖；圖18為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的放大局部剖視圖；圖19為在早期加工階段圖18中所示的實施例的放大局部剖視圖；圖20為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在后續(xù)加工階段的放大局部剖視圖；圖21為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例圖20中所示的實施例在后續(xù)加工階段的放大局部剖視圖；圖22為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在后續(xù)階段的放大局部剖視圖；圖23為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在后續(xù)階段的放大局部剖視圖；圖24為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在后續(xù)階段的放大局部剖視圖；圖25為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的放大局部剖視圖；圖26為本發(fā)明的一個實施例中的系統(tǒng)的示意描述。
詳細(xì)說明參見圖1，相變存儲器10可包括一個在相變材料層頂部的上電極。在本發(fā)明的一個實施例中，層14包括硫族化物材料。相變存儲器材料的例子包括，但不限于，碲-鍺-銻(TexGeySbz)材料或GeSbTe合金類的硫族化物元素成分，雖然本發(fā)明的范圍不僅限于這些。另選地，可以使用另一相變材料，該材料的電性能(例如電阻、電容等)可以通過應(yīng)用諸如光、熱或電流之類的能量來改變。在本發(fā)明的一個實施例中，層14基本是平的。
可以在層14下基本上形成加熱器18。加熱器18可以由氮化鈦硅，氮化鉭或其它電阻加熱材料形成。該加熱器可包括產(chǎn)生電阻加熱的電阻材料。
導(dǎo)體20通過電絕緣體16延伸以接觸加熱器18并為加熱器18供電。可以使用任何電絕緣材料。絕緣體16可以位于半導(dǎo)體基片11上，使層14與該基片11平行并與導(dǎo)體20垂直。
在一些實施例中，相變材料棧的平坦的屬性可以改善臺階覆蓋，改善界面清潔，增加更好熱絕緣的選擇，并產(chǎn)生更多可再現(xiàn)的設(shè)備性能。
參見圖2，根據(jù)用于形成圖1中所示的結(jié)構(gòu)的一個處理過程，開始時，膠層24可以沉積在基片11上的絕緣體16頂部。膠層24可以提高層14與絕緣體16的粘合度。膠層的一個例子是多晶硅層?？梢栽趯?4上形成光刻膠22。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以將電子束圖形化技術(shù)用于在光刻膠22中形成圖形26。使用電子束圖形化可以使將更小的臨界尺寸傳遞給光刻膠22。可以利用圖形26和光刻膠22形成延伸通過光刻膠22的孔28并最終用作圖3所示的蝕刻通過膠層24和絕緣體16的蝕刻掩模。
在其它實施例中，可以使用包括移相掩模、無鉻移相掩?；蚓哂懈綦x片的傳統(tǒng)平版印刷術(shù)在內(nèi)的其它技術(shù)來形成開口。
參見圖4，孔28的下部可以用諸如鎢、鋁或銅之類的導(dǎo)電材料30填充。然后可以浸或深蝕刻(濕或干)導(dǎo)電材料30，以減少導(dǎo)電材料30的高度。因此，可以沉積另一導(dǎo)電材料32。該導(dǎo)電材料32可以，例如，是任何前述包括氮化鈦硅的加熱材料，或?qū)щ姴牧?2可以是氮化鈦鋁或氮化鉭。此后，可以用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)步驟整平該結(jié)構(gòu)的上表面。
再參見圖5，通過在合適的基片上(未示出)的絕緣體16中形成一個合適大小的小孔36，開始形成圖1所示結(jié)構(gòu)的另一技術(shù)。在此例中，可以利用傳統(tǒng)的平版印刷術(shù)。可以通過膠層24和絕緣體16形成合適的圖形，以蝕刻一個合適的小孔36。然后，可以采用包括氧化物和氮化物的任何適合材料的側(cè)壁襯料34覆蓋小孔36。該側(cè)壁襯料34可以減少開口36的尺寸并補(bǔ)償平版印刷術(shù)的局限性。
然后可以用鎢之類的導(dǎo)電材料38填充小孔36，正如圖6所示。然后可以浸漬或深蝕刻(濕或干)導(dǎo)電材料38，以生成圖7所示的凹陷40。然后可以用諸如氮化鈦硅之類的第二導(dǎo)電材料42填充所浸漬或蝕刻的凹陷40，正如圖8中所示。加熱器18(圖1)可以由在包括材料38的導(dǎo)體20上的材料42所組成。
參見圖9，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，相變存儲器10a可包括在也是平結(jié)構(gòu)的相變材料層14上的上電極12。加熱器46設(shè)在相變材料層14下方。加熱器46可以確定在絕緣體44中。加熱器46與絕緣體16中所確定的導(dǎo)體48相耦合。
參見圖10，根據(jù)一個用于形成圖9中所示的結(jié)構(gòu)的實施例，最初用傳統(tǒng)技術(shù)將導(dǎo)電材料48確定在絕緣體16的小孔內(nèi)。然后可以用附著促進(jìn)層或膠層52和絕緣體50覆蓋絕緣體16。
然后，可以用任何適合的平版印刷術(shù)圖形化絕緣體50，以形成圖11所示的開口。在提供了利用傳統(tǒng)平版印刷術(shù)的實施例時，可以用電子束平版印刷術(shù)或移相掩模法(作為兩個附加的例子)來形成開口54。用電子束平版印刷術(shù)或移相掩模法，在某些情形下可以不需要側(cè)壁襯料。
參見圖12，根據(jù)采用傳統(tǒng)平版印刷術(shù)的一個實施例，可以用側(cè)壁襯料56覆蓋開口54。如圖13所示可以用各向異性蝕刻技術(shù)來形成側(cè)壁隔離物58。
如圖14所示，將側(cè)壁隔離物58用作掩?？梢晕g刻膠層52至導(dǎo)電材料48。然后，如圖15所示，可以在余下的開口60中沉積加熱材料46。
再參見圖16，根據(jù)用于形成存儲器10a的另一技術(shù)、一對層62和64可以具有通到那些層的孔60。在一個實施例中，可以使用電子束平版印刷技術(shù)來轉(zhuǎn)移小孔60?？?0與絕緣體16中形成的導(dǎo)電材料層48相通。此后，如圖17所示，可以在孔60中形成加熱材料62，以與導(dǎo)電材料48電耦合。合適的相變材料層可以建立在加熱器62上并且可以按前面描述的那樣添加一個上電極。
見圖18，相變存儲器10b可包括一個在相變材料層14上的上電極12。環(huán)形加熱器78可位于層14的下方。加熱器78可以與絕緣體16中確定的杯形導(dǎo)電材料70相連接。
根據(jù)用于形成圖18所示的結(jié)構(gòu)的一個實施例，開始時，可以如前所述在合適的半導(dǎo)體基片上的絕緣體16中的孔68中形成絕緣側(cè)壁隔離物66，如圖19所示。
見圖20，可以用導(dǎo)電材料70覆蓋圖19中所示的開口68。然后，如圖21所示，可以用諸如絕緣體之類的充填材料72填充導(dǎo)電材料70。
可以整平如圖21所示的結(jié)構(gòu)以形成圖22所示的結(jié)構(gòu)。接著，可以將導(dǎo)電材料70浸(dip)或深蝕刻，以制造圖23所示的環(huán)形凹陷76。然后可以用圖24中所示的加熱材料填充該凹陷76，以制成與杯形導(dǎo)電材料70相耦合的環(huán)形加熱器66。
見圖25，相變存儲器10c可包括一個在相變材料層14上的上電極12。可以將加熱器18定位在層14下方的膠層79和隔熱層80中。層80可以在絕緣體82的上方，該絕緣體具有一個如前所述的確定導(dǎo)電材料20的小孔。
隔熱層80提供比諸如氧化物之類的其它隔熱材料更好的隔熱效果。在一個實施例中，層80可以具有比氧化物低四倍或低更多倍的熱傳導(dǎo)性。例如層80可以是干凝膠和有機(jī)聚合體。
干凝膠是將液體從其開孔中去除的凝膠體。干凝膠由超臨界干燥處理獲得。因此，干凝膠是在接近室溫的溫度和大氣壓下干燥的凝膠體。凝膠體是溫和干燥以避免與固體網(wǎng)格的低滲透性關(guān)聯(lián)的龜裂。凝膠體可以具有比氧化物低10倍或10倍以上的熱傳導(dǎo)性。
在一些實施例中，本文所述的結(jié)構(gòu)減少了處理步驟和傳統(tǒng)處理流程所需的臨界掩模層。在一些實施例中這些流程可以使能在正確的地方使用最佳材料，以獲得最佳熱效率。因此，本發(fā)明的一些實施例可以顯示一個或多個以下特性通過更少掩模處理獲得的低成本和通過減少熱耦合中浪費的熱量獲得的更好的性能。
圖26中所示的基于處理器的系統(tǒng)84可以包括例如或是數(shù)字信號處理器或是通用處理器的處理器86。處理器86可以通過總線與無線實施例中的無線接口90和可以是例如上述實施例中的任何一個的相變存儲器10相耦合。然而，本發(fā)明不僅僅限于無線應(yīng)用。
雖然參照有限幾個實施例來描述本發(fā)明，但本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解對其的各種修改和變形。旨在只要在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種修改和變形都由所附的權(quán)利要求所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種方法，其特征在于，包括形成平的相變材料層；形成與所述平的相變材料層熱接觸的相變材料加熱器；和將所述加熱器與導(dǎo)體相耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括形成在半導(dǎo)體基片上并基本與之平行的相變材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括在絕緣體上形成所述相變材料層。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，包括形成通過所述絕緣體的通道。
5.如權(quán)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熱器。
6.如權(quán)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熱器下的所述導(dǎo)體。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，使用電子束平版印刷術(shù)形成所述通道。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，包括在所述通道中形成側(cè)壁隔離物。
9.如權(quán)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導(dǎo)體。
10.如權(quán)利要求9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間。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，包括在所述空間內(nèi)形成所述加熱器。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括形成基本上與所述加熱器相同寬度的導(dǎo)體。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括形成比所述加熱器寬的導(dǎo)體。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，包括形成所述導(dǎo)體，用絕緣體覆蓋所述導(dǎo)體并在所述絕緣體中形成一個孔。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，包括在所述孔中形成所述加熱器。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括使用電子束平版印刷術(shù)形成所述孔。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括在所述孔中形成一個側(cè)壁隔離物。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括形成一個杯形加熱器。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，包括形成一個環(huán)形加熱器。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，包括形成一個第一絕緣體，在所述第一絕緣體中形成一個開口并在所述開口的壁上形成一個第二絕緣體。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，包括用導(dǎo)電材料覆蓋所述第二絕緣體以形成所述具有中心通道的導(dǎo)體。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，包括用絕緣體填充所述通道。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，包括去除所述導(dǎo)電材料以形成一個環(huán)形空間。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，包括用一材料填充所述空間以形成所述加熱器。
25.如權(quán)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熱傳導(dǎo)性的絕緣體上形成所述相變材料層。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，包括在干凝膠上形成所述相變材料層。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括在所述加熱器和所述相變材料層之間形成一平層以通過提供一電壓降來加熱所述相變材料層。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，包括形成包括碳的材料的所述平層。
29.一種相變存儲器，其特征在于，包括平的相變材料；在所述相變材料下的加熱器；和與所述加熱器相耦合的導(dǎo)體。
30.如權(quán)利要求29所述的存儲器，其特征在于，包括一半導(dǎo)體基片，所述相變材料排在所述基片上并平行于所述基片延伸。
31.如權(quán)利要求30所述的存儲器，其特征在于，包括在所述基片和所述材料之間的絕緣體。
32.如權(quán)利要求31所述的存儲器，其特征在于，包括延伸通過所述絕緣體的通道。
33.如權(quán)利要求32所述的存儲器，其特征在于，所述加熱器在所述通道中。
34.如權(quán)利要求33的存儲器，其特征在于，所述通道在所述加熱器下方且與所述加熱器電耦合。
35.如權(quán)利要求34所述的存儲器，其特征在于，所述通道包括一側(cè)壁隔離物。
36.如權(quán)利要求29所述的存儲器，其特征在于，所述導(dǎo)體的寬度基本上與所述加熱器相等。
37.如權(quán)利要求29所述的存儲器，其特征在于，所述導(dǎo)體為具有中心開口的杯形。
38.如權(quán)利要求37所述的存儲器，其特征在于，包括一個在所述開口中的絕緣體。
39.如權(quán)利要求38所述的存儲器，其特征在于，所述加熱器是環(huán)形的。
40.如權(quán)利要求29所述的存儲器，其特征在于，在具有比氧化物小四倍的熱傳導(dǎo)性的絕緣層中形成所述加熱器。
41.如權(quán)利要求40所述的存儲器，其特征在于，所述絕緣層包括干凝膠。
42.如權(quán)利要求29所述的存儲器，其特征在于，所述導(dǎo)體比所述加熱器寬。
43.如權(quán)利要求29所述的存儲器，其特征在于，包括在所述相變材料和所述加熱器之間的含碳層。
44.一種相變存儲器，其特征在于，包括基片；在所述基片上的絕緣體；通過所述絕緣體的通道；在所述絕緣體上與所述基片平行的平的相變材料層；在所述通道中的加熱器；和在所述基片和所述加熱器之間的所述通道中的導(dǎo)體。
45.如權(quán)利要求44所述的存儲器，其特征在于，所述導(dǎo)體是拉長的。
46.如權(quán)利要求44所述的存儲器，其特征在于，所述導(dǎo)體是杯形的。
47.如權(quán)利要求46所述的存儲器，其特征在于，所述加熱器是環(huán)形的。
48.如權(quán)利要求44所述的存儲器，其特征在于，還包括干凝膠。
49.如權(quán)利要求44所述的存儲器，其特征在于，還包括在所述通道中的側(cè)壁隔離物。
50.如權(quán)利要求44所述的存儲器，其特征在于，所述導(dǎo)體比所述加熱器寬。
全文摘要
在一些情況下，通過形成平結(jié)構(gòu)的相變材料層(14)，相變存儲器(10)可呈現(xiàn)出改善的性能和低成本?？梢詫⒓訜崞?16)設(shè)在相變材料層(44)下方以合適地加熱該材料(14)以引起相位變化。加熱器(16)可以與合適的導(dǎo)體相耦合。
文檔編號H01L45/00GK1714405SQ03825593
公開日2005年12月28日 申請日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者C·基昂, C·H·丹尼森, T·A·勞里 申請人:奧沃尼克斯股份有限公司