專(zhuān)利名稱(chēng)：用于相變存儲(chǔ)器的含碳分界表面層的制作方法
背景本發(fā)明一般涉及使用相變材料的存儲(chǔ)器。
相變材料可呈現(xiàn)至少兩個(gè)不同的狀態(tài)?？煞Q(chēng)這些狀態(tài)為非結(jié)晶的和結(jié)晶的狀態(tài)?？捎羞x擇性地啟動(dòng)這些狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。該狀態(tài)是可以區(qū)別的，因?yàn)樵摲墙Y(jié)晶狀態(tài)一般比結(jié)晶狀態(tài)呈現(xiàn)更高的阻率。非結(jié)晶狀態(tài)包括更多無(wú)序的原子結(jié)構(gòu)，而結(jié)晶狀態(tài)包括更多有序的原子結(jié)構(gòu)，一般地可使用任何相變材料；但是，在某些實(shí)施例中，薄膜硫族化物合金材料是特別適宜的。
可以可逆地感生該相變。因此，該存儲(chǔ)器可以從非結(jié)晶狀態(tài)改變到該晶體狀態(tài)和之后可以返回到該非結(jié)晶狀態(tài)或者反過(guò)來(lái)也一樣。實(shí)際上，每個(gè)儲(chǔ)存器單元可想像成一個(gè)可編程的電阻器，其在較多的和較低的電阻狀態(tài)之間可逆地改變。
在某些情況中，該單元具有大量的狀態(tài)。即，由于每個(gè)狀態(tài)可以由其電阻區(qū)分，所以確定狀態(tài)的大量電阻有可能允許在一個(gè)單元中儲(chǔ)存多個(gè)位。
人們知道多種相變合金。一般地，硫族化物合金包括周期表VI列的一個(gè)或多個(gè)元素。一個(gè)特別合適的合金組是GeSbTe合金。
一種相變材料可以在通過(guò)一種介質(zhì)材料限定的通道或細(xì)孔中形成。該相變材料可以連接到該通道的兩個(gè)端點(diǎn)之一個(gè)上的觸點(diǎn)。
通過(guò)加熱該相變材料可感生該相變。在某些相變存儲(chǔ)器的實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)下層電極施加一個(gè)電流以加熱該相變材料并感生該適當(dāng)?shù)南嘧?，該下層電極具有充分的電阻率或其他的特性。在某些實(shí)施例中，該下層電極可以產(chǎn)生600℃量級(jí)的溫度。
現(xiàn)存電極配置的一個(gè)問(wèn)題是該較高的溫度該材料電阻率較低。這樣，如果該下層電極加熱以感生該相變，它有可能變成較低電阻性的，由此將降低產(chǎn)生的熱量。
這樣，存在需要一種可控的方法提供接近相變材料的足夠的電阻，甚至在溫度提高的情況下。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是按本發(fā)明一實(shí)施例的高度放大的截面圖；圖2是按本發(fā)明一實(shí)施例的圖1中所示的該器件的制造的早期階段的高度放大的截面圖；圖3是在按本發(fā)明的一實(shí)施例的一后續(xù)制造階段的圖2中所示的該實(shí)施例的高度放大的截面圖；圖4是在按本發(fā)明一實(shí)施例的一后續(xù)制造階段的圖3中所示的該實(shí)施例的高度放大的截面圖；圖5是在按本發(fā)明一實(shí)施例的一后續(xù)制造階段的圖4的實(shí)施例的高度放大的截面圖；圖6是按本發(fā)明一實(shí)施例的一后續(xù)制造階段的高度放大的截面圖；圖7還是按本發(fā)明一實(shí)施例的一后續(xù)制造階段的高度放大的截面圖；以及圖8是按本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)系統(tǒng)的示意圖。
詳細(xì)說(shuō)明參照?qǐng)D1，一個(gè)存儲(chǔ)器單元10可包括一個(gè)相變材料層24。該相變材料層24可以?shī)A在上層電極26和下層電極14之間。在一個(gè)實(shí)施例中，該下電極14可以是硅化鈷(Cobalt Silicide)。但是該下層電極14可以是任何導(dǎo)電材料。同樣地，該上層電極26可以是任何導(dǎo)電材料。
該下層電極14可以限定在一個(gè)半導(dǎo)體基片12上。在該下層電極14之上，在包括該相變材料層24的區(qū)域之外可以是一種絕緣材料16，例如，作為兩個(gè)例子的二氧化硅或氮化硅。在該基片12中埋置的字線(未示)可以通過(guò)該下層電極14將信號(hào)和電流施加到相變材料24。
含碳分界表面層20可以放置在該相變材料層24和該絕緣層16之間。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)圓柱形側(cè)壁隔離層22可以限定在一個(gè)管狀細(xì)孔中，該管狀細(xì)孔由含碳分界表面層20和相變材料層24包裹。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該含碳分界表面層20可以由碳化硅形成的。碳化硅，按其單一的結(jié)晶形式，是具有硅和碳原子的交錯(cuò)的六邊形平面的一種寬帶間隙半導(dǎo)體(wide band gap semiconductor)。碳化硅工作時(shí)可加熱到600℃和可以具有不明顯地隨溫度增加而下降的電阻率。因此，碳化硅對(duì)加熱該相變材料層24是非常有效的。再者，希望加熱該相變材料層24，以感生該相變材料層24在非結(jié)晶態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間變化。
隨著溫度增加，分界表面層20和其他可利用的材料如硅化鈷那樣不相同的程度增加其導(dǎo)電率。在降低溫度時(shí)電阻率的降低使普通材料不如加熱用作該相變材料層24的電極那樣理想。在相當(dāng)高的溫度，例如600℃，其他材料的電阻率下降，而作為一個(gè)加熱器感生相變的該分界表面層20的有效性并不減弱。
特別地，在較高的溫度情況下碳化硅是比較不易于損失其電阻率的，因?yàn)樗且环N寬帶間隙材料。另外一些寬帶間隙材料包括氮化鎵(galium-nitride)和氮化鋁。在本發(fā)明實(shí)施例中可以用作該分界表面層20的其他含碳材料可以包括濺射的碳和金剛石。
例如，該分界表面層20在碳化硅情況下可以通過(guò)化學(xué)蒸發(fā)淀積而淀積和在金剛石或碳的情況下通過(guò)濺射淀積。也可使用其他的層形成技術(shù)。
在某些實(shí)施例中，希望攙雜該分界表面層20以增加其導(dǎo)電率。在某些實(shí)施例中，例如，不攙雜的碳化硅可具有特別高的電阻率，由此導(dǎo)致過(guò)高的溫度和在電極14和26兩端過(guò)高的電壓降。這樣，可使用例如離子注入以便攙雜具有P-型或N-型雜質(zhì)的該層20，從而改進(jìn)退火之后的電導(dǎo)率。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，可以提供改善該相變材料層24和該含碳分界表面層20之間的附著力的一層(未示)。作為幾個(gè)例子，合適的附著力促進(jìn)層可包括任何導(dǎo)電材料，它們包括鈦，氮化鈦和鎢。
參照?qǐng)D2，在一個(gè)實(shí)施例中可用下層電極14復(fù)蓋半導(dǎo)體基片12。然后該電極14由絕緣體復(fù)蓋，和通過(guò)該絕緣體16形成合適的細(xì)孔18。
作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)，例如可以是使用化學(xué)蒸發(fā)淀積方法而淀積的表層，如圖3所示的具有含碳分界表面層20。之后，在某些實(shí)施例中，如圖4中所示的，該含碳分界表面層20可經(jīng)受離子注入，以便在退火后增加其電導(dǎo)率和降低其電阻率。
如圖5所示，可以在層20上淀積一種隔離層材料22。在一個(gè)實(shí)施例中，該隔離層材料可以是一種化學(xué)蒸發(fā)淀積的氧化物。之后該氧化物材料22可經(jīng)受一種各向異性的蝕刻，以便在細(xì)孔18中形成在圖6中所示的圓柱形的側(cè)壁隔離層22。
轉(zhuǎn)到圖7，在一個(gè)實(shí)施例中，該相變材料層24可以進(jìn)入到該細(xì)孔18中形成，和特別地可進(jìn)入到由該側(cè)壁隔離層22限定的區(qū)域從而與層20相接觸?？稍谠撓嘧儾牧?4上淀積一個(gè)上層電極26。從而可以圖案裝飾電極26和相變材料24并進(jìn)行蝕刻以形成圖1中所示的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)使用含碳分界表面層20，可以在本質(zhì)上增加該相變材料加熱器的電阻率，同時(shí)改進(jìn)了在高溫該加熱器的發(fā)熱性能。該加熱器有效地包括該下層電極14和該含碳分界表面層20的串聯(lián)組合。但是由具有較高電阻的元件支配一個(gè)串聯(lián)電阻性的組合，在某些實(shí)施例中該較高電阻的元件可以是含碳分界表面層20。作為結(jié)果，可以由該分界表面層20的電阻支配層20和14的該串聯(lián)組合的電阻。
參照?qǐng)D8，可重復(fù)表示在圖1中的該存儲(chǔ)器單元，以形成包括大量單元的一個(gè)存儲(chǔ)器陣列。該存儲(chǔ)器可使用作為例如圖8中所示的系統(tǒng)40的基于處理器的系統(tǒng)的多種多樣的存儲(chǔ)器。例如，該存儲(chǔ)器可使用作為該系統(tǒng)的存儲(chǔ)器或在多種多樣個(gè)人計(jì)算機(jī)產(chǎn)品中的其他的存儲(chǔ)器，例如膝上型產(chǎn)品或桌式產(chǎn)品或服務(wù)器。類(lèi)似地，該存儲(chǔ)器可使用在各種各樣的基于處理器的設(shè)備中，同樣，它也可使用作為基于處理器的電話中的存儲(chǔ)器，例如蜂窩電話。
一般地，由于較低成本和/或較好性能在大量實(shí)施例中使用該相變存儲(chǔ)器可以是有利的。參照?qǐng)D8，按照在此描述的原理形成的存儲(chǔ)器48可以起到一個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)器的作用。例如，該存儲(chǔ)器48可連接到一個(gè)接口44，按序該接口44連接在一個(gè)處理器42，一個(gè)顯示器46和一條總線50之間。在該實(shí)施例中該總線50連接到接口52，該接口52按序連接到另一總線54。
總線54可連接到一個(gè)基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)存儲(chǔ)器62和一系列的輸入/輸出(I/O)設(shè)備56。該沒(méi)備56例如可連接到鼠標(biāo)58和鍵盤(pán)60。當(dāng)然，圖8中所示的體系結(jié)構(gòu)只是可包括使用該相變材料的存儲(chǔ)器48的可能的體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
雖然已針對(duì)有限實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員將理解由此可進(jìn)行許多修改和變化。這意指附加的權(quán)利要求復(fù)蓋下落在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這樣的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種方法包括在一個(gè)半導(dǎo)體上形成含碳分界表面層；以及在所說(shuō)含碳分界表面層上形成相變材料。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，在一半導(dǎo)體上形成含碳分界表面層包括在半導(dǎo)體上形成的一導(dǎo)電層上形成所說(shuō)分界表面層。
3.權(quán)利要求1的方法，其中形成含碳分界表面層包括形成包括寬帶間隙半導(dǎo)體材料的層。
4.權(quán)利要求3的方法，其中形成含碳分界表面層包括形成碳化硅層。
5.權(quán)利要求4的方法進(jìn)一步包括攙雜所說(shuō)碳化硅層。
6.權(quán)利要求5的方法進(jìn)一步包括使用離子注入攙雜所說(shuō)碳化硅層。
7.權(quán)利要求1的方法包括通過(guò)絕緣體形成一個(gè)細(xì)孔，在所說(shuō)半導(dǎo)體上和在所說(shuō)細(xì)孔中淀積所說(shuō)含碳分界表面層。
8.權(quán)利要求7的方法包括在所說(shuō)細(xì)孔中的該含碳分界表面層上淀積該相變材料。
9.權(quán)利要求8的方法包括在所說(shuō)分界表面層和所說(shuō)相變材料之間形成一個(gè)側(cè)壁隔離層。
10.權(quán)利要求1的方法，其中形成相變材料包括在所說(shuō)分界表面層上淀積硫族化物。
11.一種存儲(chǔ)器包括一個(gè)表面；在所說(shuō)表面上的含碳分界表面層；以及在所說(shuō)含碳分界表面層上的相變材料。
12.權(quán)利要求11的存儲(chǔ)器，其中所述表面包括在一半導(dǎo)體基片上的導(dǎo)電層。
13.權(quán)利要求11的存儲(chǔ)器，其中所述含碳分界表面層包括一種寬帶間隙半導(dǎo)體材料。
14.權(quán)利要求13的存儲(chǔ)器，其中所述含碳分界表面層包括碳化硅。
15.權(quán)利要求14的存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)碳化硅層是用導(dǎo)電型確定雜質(zhì)攙雜的。
16.權(quán)利要求15的存儲(chǔ)器包括放置在所說(shuō)表面上的絕緣體，通過(guò)所說(shuō)絕緣體形成細(xì)孔，所說(shuō)含碳分界材料形成在所說(shuō)表面上的所說(shuō)細(xì)孔中。
17.權(quán)利要求16的存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)相變材料形成在所說(shuō)含碳分界表面層上和所說(shuō)細(xì)孔中。
18.權(quán)利要求17的存儲(chǔ)器包括一個(gè)側(cè)壁隔離層于所說(shuō)細(xì)孔中。
19.權(quán)利要求18的存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)側(cè)壁隔離層放置在所說(shuō)分界表面層和所說(shuō)絕緣層之間。
20.權(quán)利要求11的存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)相變材料包括硫族化物材料。
21.一個(gè)電子器件包括一個(gè)表面，在所說(shuō)表面上的含碳分界表面層；以及在所說(shuō)含碳分界表面上層的相變材料。
22.權(quán)利要求21的器件，其中所說(shuō)電子器件是一個(gè)儲(chǔ)存器件。
23.權(quán)利要求22的器件，其中所說(shuō)存儲(chǔ)器件是一個(gè)計(jì)算機(jī)的一部分。
24.權(quán)利要求23的器件包括一個(gè)處理器，一個(gè)接口和連接到所說(shuō)儲(chǔ)存器的一條總線。
25.一個(gè)存儲(chǔ)器包括一個(gè)半導(dǎo)體基片；一個(gè)放置在所說(shuō)基片上的碳化硅層；以及在所說(shuō)碳化硅層上的相變材料。
26.權(quán)利要求25的存儲(chǔ)器包括在所說(shuō)半導(dǎo)體基片和所說(shuō)碳化硅層之間的導(dǎo)電層。
27.權(quán)利要求26的存儲(chǔ)器包括在所說(shuō)導(dǎo)電層上的絕緣體，所說(shuō)絕緣體具有限定在其中的一個(gè)細(xì)孔，和所說(shuō)相變材料和所說(shuō)碳化硅層形成在所說(shuō)細(xì)孔中。
28.權(quán)利要求25的存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)碳化硅是攙雜的。
29.權(quán)利要求28的存儲(chǔ)器，其中所說(shuō)相變材料包括硫族化物。
30.權(quán)利要求29的存儲(chǔ)器包括在所說(shuō)相變材料和所說(shuō)碳化硅層之間的一個(gè)側(cè)壁隔離層。
全文摘要
用一個(gè)含碳分界表面層(20)可形成一個(gè)相變存儲(chǔ)器單元(10)，該含碳分界表面層(20)加熱一種相變材料(24)，在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)形成該相變材料(24)與該含碳分界表面層(20)相接觸，在一個(gè)給定的電流和溫度的條件下，可施加到該相變材料(24)的熱量可以增加。在某些實(shí)施例中，在高溫該分界表面(20)的性質(zhì)可通過(guò)使用例如碳化硅這樣的寬帶間隙(wide band gap)半導(dǎo)體材料得到改進(jìn)。
文檔編號(hào)G11C16/02GK1610950SQ02820018
公開(kāi)日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2002年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月11日
發(fā)明者D·徐 申請(qǐng)人:英特爾公司