一种存储单元，可以是存储器单元，和包括存储器单元阵列的集成电路芯片（ＩＣ），以及形成所述ＩＣ的方法。每个存储单元在顶部和底部电极之间形成。每个单元包括可以是硫族化物的相变层，尤其是锗（Ｇｅ），锑（Ｓｂ），碲（Ｔｅ）或ＧＳＴ层。所述单元还包括触针，其中触针的顶点接触ＧＳＴ层。所述顶点可以穿透所述ＧＳＴ层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固态存储器，尤其涉及具有相变材料存储元件的固态存储单元。
技术介绍
至少具有锗(Ge)、砷(As)、硅(Si)和锑(Sb)之一的硫属(VI族元素，比如硫(S)、硒(Se)和碲(Te))合金形成的固态相变材料通称为硫族化物，且众所周知。硫族化物存在于至少两种不同分类的固态或相中。最极端的两种相可以简单地划分为非晶态和晶态，其中在这两态之间是不容易辨别的其他形态。非晶态具有不规则的原子结构，晶态通常是多晶的。每种相具有非常不同的电性能。在非晶态，所述材料表现为绝缘体，即，断路；在晶态，所述材料表现为电阻。这些材料的电阻在非晶态和晶态之间的变化达6个数量级。尤其是，当向某些相变硫族化物施加热量时，这些材料从一种状态(例如，非晶相)转变成第二种状态(例如，晶相)。这些状态之间的转变利用热量可以选择性地逆转，即，所述相变材料可以凝固/重新凝固。如同具有两种或更多可辨别和可选择状态的任何东西一样，所述两种稳定形态的任一个都可以指定为逻辑1，另一个为逻辑0。因此，发现了相变材料在存储器件中的用途，尤其是用于非易失性存储器，例如，用作存储器单元的存储介质。另外，已经使用在非晶相和晶相之间电阻变化的固有中间状态，制成了多位存储元件。通常，受控的热量必须精确地提供给所述相变存储介质，以实现非晶态和晶态之间的可逆转变。通常，这种热量使用电阻热来提供。遗憾的是，需要向每个存储元件提供较大的电流来加热相变材料。尤其，重新凝固所述相变材料可能需要将所述晶体材料加热到其熔点，通常高于600℃。因此，一方面，难以提供足够的局部热量使所述晶体相变材料升高到其熔点，另一方面，难以避免不经意地将其他临近单元加热到所述相变凝固点，从而无意中使临近单元凝固。一种现有的相变转换中局部加热的方法是使相变材料的接触面积最小。遗憾的是，减小接触面积通常增加成本，成本与触点的尺寸成反比。尤其是，对于特定的技术来说，获得低于最小的平版照相图像尺寸的触点尺寸，使工艺明显复杂，相应地增加了成本。而且，通常，减小触点尺寸，降低了传热能力，增加了到所述相变材料的电阻/减小了传输到所述相变材料的电流；所有这些都会干扰材料的凝固/重新凝固，而不会增强。因此，需要对存储单元中的相变材料实现改进的、且非常局部化或集中的热量输送。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是改进对存储器单元中相变材料的热量输送；本专利技术的另一目的是集中向单个存储器单元中的相变材料输送的热量；本专利技术的另一目的是减小为凝固和重新凝固单个存储单元中的相变材料而输送足够的热量所需的功率。本专利技术涉及一种存储单元，可以是存储器单元，和包括所述存储器单元阵列的集成电路(IC)芯片，以及形成所述IC的方法。每个存储单元在顶部和底部电极之间形成。每个单元包括相变层，可以是硫族化物，尤其是锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)或GST层。所述单元还包括触针，所述触针的顶点接触所述GST层。所述顶点可以穿透所述GST层。附图说明从下面参照附图对本专利技术优选实施例的详细描述中，将更好理解上述及其他目的、方面和优点，其中 图1示出了形成非易失性存储器件的交叉点阵列优选实施例的方法示例的流程图。图2示出了层状晶片三维(3D)剖面的平面图；图3A-B示出了底部电极的形成示例；图4A-B示出了存储器叠层的形成示例；图5A-B示出了形成单元的步骤；图6A-F示出了形成单元的场尖端的第一示例；图7A-C示出了顶部电极的形成；图8A-B示出了完成的单元剖面；图8C示出了适于作为优选实施例的交叉点单元的相变存储材料的典型硫族化物的电流-电压(I-V)特性的示例；图8D示出了优选实施例的交叉点单元的典型硫族化物存储器的设计温度演变曲线；图9A示出了在所述单元场尖端的焦耳加热的二维(2D)剖面；图9B示出了硫族化物存储材料的示例，尤其是GST，随温度变化且以相为特征的电阻范围；图10示出了利用更明显渐变的下沉模具形成触针形场尖端的另一优选方法；图11A-E示出了根据图10的优选方法形成触针的示例；图12示出了通过顺序地淀积更薄的层，而使间隔层的厚度沿轴向减小而形成的优选触针另一示例的剖面。优选实施例的描述现在参照附图，尤其是图1示出了形成本专利技术的非易失性存储器件、例如在交叉点存储阵列中的优选实施例的方法100的示例流程图。尤其是，优选实施例的器件具有硫族化物相变存储介质，开关二极管，利用集中的热场来增强促进相变转化的焦耳加热功率输送。可取的是，焦耳热的输送是通过在所述相变材料处的触针尖端或顶点输送热量，使热量类似于亚微米的钎焊笔集中而增强。尤其是在写入过程中，最热的触针区域与触针的大部间隔开，位于顶点，且因此整个地包含在相变材料内。单元的形成是使用层状晶片从步骤102开始的。尤其是，所述层状晶片可以是部分图案化的集成电路，具有标准的绝缘栅场效应晶体管(FET)技术的电路器件，通称为CMOS。如下文所述，在称为顶部和底部电极层的2导体层之间形成存储器单元。而且，电路器件，N型FET(NFET)和P型FET(PFET)可以通过引线连接在一起，所述引线可以部分地位于2导体层之一或两者上。因此，在步骤104中，底部电极在层状晶片表面的导体层上形成。然后，在步骤106中，在底部电极上层叠地形成多层。在步骤108中，所述叠层图案化而形成单元，在将要形成单元的位置上留出叠层形成的柱。淀积保护性填料，且在步骤110中，在每个单元位置上，形成场尖端或触针。优选的触针或场尖端向下进入晶片内，朝向底部电极。然后，在步骤112中，当在所述单元上方形成顶部电极时，所述阵列完成。通过使所述底部电极沿一个方向定向，而使所述顶部电极沿另一个方向定向，每个单元都可以由一个顶部电极和一个底部电极的交叉点唯一识别。最后，在步骤114中，使用标准的半导体制造线路后端(BEOL)的步骤，完成存储器(微芯片等)。应当指出的是，迄今为止，使用硬掩模和湿法刻蚀已经形成了触针形场尖端，从而形成直立的类似石笋、站立在所述晶片上且指向上的尖端。相反，优选实施例的触针形场尖端是从这些石笋形状的触针颠倒形成的，即实际上站在所述触针的顶点上。而且，尽管在此针对存储单元描述，但这些优选实施例的触针具有超出存储单元的应用。例如这种触针具有在微机电结构(MEMS)和原子显微镜(AFM)中的应用。而且，这种触针具有提供迄今在集成电路的电流局部化中不可达到的精度的应用。图2示出了在步骤102中形成的层状晶片120的三维(3D)剖面图。该示例中的层状晶片120包括覆盖有层内电介质124的层间电介质122。可取的是，层间电介质层122包括形成于标准CMOS电路晶片上的2个子层。尤其是，层间电介质层122是覆盖有50nm厚的刻蚀/抛光阻挡层(例如氮化硅或碳化硅)的500nm厚的二氧化硅。层间电介质层122可以例如使用等离子增强的化学气相淀积(PECVD)淀积PECVD氧化物和氮化硅或碳化硅刻蚀/抛光阻挡层而形成。层内电介质层124基本上与层间电介质层122相同，除了它可能更薄之外，例如，层内电介质层124可以是覆盖有50nm厚的刻蚀/抛光阻挡层的300nm厚的二氧化硅。图3A-B示出了图1中的底部电极形成步骤114的示例。图3A示出了形成于层内电介质层124上的所述底部电极图案。掩模层(未示出)在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种存储器件，包含第一电极；位于所述第一电极上的相变层；位于所述相变层上方的触针，所述触针的尖端接触所述相变层；以及接触所述触针的第二电极。
【技术特征摘要】
US 2003-12-10 10/732,5821.一种存储器件，包含第一电极；位于所述第一电极上的相变层；位于所述相变层上方的触针，所述触针的尖端接触所述相变层；以及接触所述触针的第二电极。2.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于所述触针在所述尖端穿透所述相变层。3.如权利要求2所述的存储器件，其特征在于所述触针穿透所述相变层约十五至二十纳米(15-20nm)。4.如权利要求5所述的存储器件，其特征在于所述相变材料层的最大厚度约50nm。5.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于所述触针是半导体。6.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于所述相变材料层是硫族化物层。7.如权利要求6所述的存储器件，其特征在于所述硫族化物层是锗(Ge)、锑(Sb)，碲(Te)基(GST基)材料。8.如权利要求7所述的存储器件，其特征在于所述GST层是最大厚度约50nm的Ge2Sb2Te5层。9.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于还包含位于所述第一电极和所述相变层之间的导电阻挡层。10.如权利要求9所述的存储器件，其特征在于所述导电阻挡层是接触所述第一电极和所述相变层中每一个、且厚度为5至50nm的氮化钛(TiN)层。11.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于还包含在所述相变层和所述第二电极之间的模具层，所述触针位于所述模具层中。12.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于所述存储器件是存储器单元。13.如权利要求12所述的存储器单元，其特征在于所述存储器单元是相同存储器单元的阵列中的一个单元，所述第一电极是第一组所述相同存储器单元共用的所述第一电极，所述第二电极是第二组所述相同存储器单元共用的所述第二电极。14.一种包括存储器阵列的集成电路(IC)，每个所述存储器阵列包含沿第一方向定位的多个引线形成的第一引线层；沿第二方向定位的多个引线形成的第二引线层；位于所述第一引线层和所述第二引线层之间的存储器单元阵列，每个所述存储器单元包含在第一电极上的导电阻挡层，所述第一电极是所述第一引线层中的所述多个引线之一，位于所述导电阻挡层上的相变层，以及位于所述相变层上方的触针，所述触针的顶点穿透所述相变层，所述触针的另一端接触第二电极，所述第二电极是所述第二引线层中的所述多个引线之一。15.如权利要求14所述的IC，其特征在于所述相变材料层的最大厚度约50nm，所述触针穿透所述相变层约15-20nm。16.如权利要求14所述的IC，其特征在于所述触针是n型半导体，所述相变材料层是硫族化物层。17.如权利要求16所述的IC，其特征在于所述硫族化物是锗(Ge)、锑(Sb)，碲(Te)基(GST基)材料。1...
【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬S弗凯，戴维霍拉克，仲H兰姆，黄汉森，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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