DE60308726T2

DE60308726T2 - Phasenwechselspeicher und dessen herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60308726T2
Application number: DE60308726T
Authority: DE
Inventors: H. Charles San Jose DENNISON
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: TWI236730B; KR100520926B1; US6744088B1; CN1506973A; US20040113136A1; KR20040053769A; DE10339061A1; WO2004055916A3; AU2003239249A8; ATE341101T1; EP1570532A2; EP1570532B1; SG133402A1; DE60308726D1; TW200410367A; CN100401546C; WO2004055916A2; AU2003239249A1

Description

Phasenwechsel-Speicherbauelemente verwenden Phasenwechselmaterialien, das heißt Materialien, die elektrisch zwischen einem grundsätzlich amorphen Zustand und einem grundsätzlich kristallinen Zustand umgeschaltet werden können, für elektronische Speicheranwendungen. Eine Art des Speicherelements benutzt ein Phasenwechselmaterial, das bei einer Anwendung elektrisch zwischen einem Strukturzustand einer grundsätzlich amorphen lokalen Ordnung und einem Strukturzustand einer grundsätzlich kristallinen lokalen Ordnung oder zwischen verschiedenen erfaßbaren Zuständen lokaler Ordnung über das gesamte Spektrum zwischen dem vollständig amorphen und dem vollständig kristallinen Zustand umgeschaltet werden kann.
Typische Materialien, die für solche Anwendungen geeignet sind, umfassen solche, die verschiedene Chalkogenid-Elemente benutzen. Der Zustand des Phasenwechselmaterials ist darüber hinaus nicht flüchtig in dem Sinne, daß dann, wenn er entweder in einen kristallinen, halbkristallinen, amorphen oder halbamorphen Zustand, der einen Widerstandswert repräsentiert, gesetzt ist, diesen Wert beibehält, bis er zurückgesetzt wird, da dieser Wert eine Phase oder einen physikalischen Zustand des Materials (zum Beispiel kristallin oder amorph) repräsentiert.
Eine Phasenwechsel-Speicherzelle weist ein Phasenwechselmaterial auf, das auf einem dielektrischen Materialangeordnet ist. Jedoch lassen sich einige dielektrische Materialien und Phasenwechselmaterialien nur schwer miteinander chemisch verbinden. Im Ergebnis kann der Fall eintreten, daß sich die Schicht des Phasenwechselmaterials während nachfolgender Herstellungsschritte des Phasenwechselbauelements ab schält, was wiederum die Ausbeute oder Zuverlässigkeit des Bauelements beeinflußt.
US 2002/808647 A1 offenbart eine Phasenwechsel-Speichereinrichtung mit einer Elektrode, einer Haftschicht, die oberhalb einer oberen Oberfläche der Elektrode angeordnet ist, und einem Phasenwechselmaterial, das auf der Haftschicht angeordnet ist. Das Phasenwechselmaterial ist von der oberen Oberfläche der Elektrode durch die Haftschicht getrennt.
US 2002/179896 A1 beschreibt ein Speicherelement, bei welchem eine Elektrode und ein Phasenwechselmaterial unmittelbar in Kontakt miteinander stehen, ohne daß dazwischen ein Material angeordnet ist.
US 2002/175322 A1 offenbart ein Phasenwechsel-Halbleiterspeicherbauelement, das eine Elektrode aufweist, mit einer oberen Oberfläche, auf welcher unmittelbar ein Phasenwechselmaterial ausgebildet ist, ohne daß dazwischen ein Material angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Anordnung eines Phasenwechselmaterials auf einem Träger zu verbessern, derart, daß ein Ablösen des Phasenwechselmaterials von seinem Träger verhindert werden kann.
Kurzbeschreibung der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung löst die vorgenannte Aufgabe durch Bereitstellen einer Vorrichtung bzw. Bauelementstruktur, eines Verfahrens und eines Systems, gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Der Gegenstand der Erfindung wird besonders herausgestellt und ist im Einzelnen beansprucht im Anhang an die Beschreibung. Die vorliegende Erfindung wird jedoch sowohl hinsichtlich der Organisation und der Ausführungsweise samt Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen am besten anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung verstanden, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Speicherelements während der Herstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 1 bei einer späteren Stufe der Herstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 2 bei einer späteren Stufe der Herstellung;
4 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 3 bei einer späteren Stufe der Herstellung;
5 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 4 bei einer späteren Stufe der Herstellung;
6 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 5 bei einer späteren Stufe der Herstellung;
7 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 6 bei einer späteren Stufe der Herstellung;
8 eine schematische Draufsicht auf die Struktur gemäß 7 bei der Herstellungsstufe, die in 7 veranschaulicht ist;
9 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 7 bei einer späteren Stufe der Herstellung;
10 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 5 bei einer späteren Stufe der Herstellung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 10 bei einer späteren Stufe der Herstellung;
12 eine schematische Schnittansicht der Struktur gemäß 11 bei einer späteren Stufe der Herstellung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
13 eine Blockdarstellung, die einen Teil eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Es ist klar, daß aus Gründen der Vereinfachung und der Klarheit die in den Figuren gezeigten Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind. Ferner sei angemerkt, daß dort, wo es als geeignet angesehen worden ist, die Bezugszeichen über die Figuren hinweg wiederholt worden sind, um damit entsprechende oder analoge Elemente zu kennzeichnen.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details angegeben, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Für Fachleute ist es jedoch klar, daß die vorliegende Erfindung auch ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. An anderen Stellen werden gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben, um die Erfindung nicht unnötigerweise zu verdecken.
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Ansprüchen werden die Begriffe "gekoppelt" und "verbunden" sowie deren Ableitungen verwendet. Es ist klar, daß diese Begriffe keine Synonyme sein sollen. Der Begriff "verbunden" wird verwendet, um anzuzeigen, daß zwei oder mehr Elemente in direktem physikalischen oder elektrischen Kontakt zueinander stehen. Der Begriff "gekoppelt" kann bedeuten, daß zwei oder mehr Elemente sich in direktem physikalischen oder elektrischen Kontakt zueinander befinden. Jedoch kann der Begriff "gekoppelt" auch bedeuten, daß sich die beiden oder mehreren Elemente nicht in direktem Kontakt zueinander befinden, aber noch kooperieren oder miteinander in Interaktion treten.
Die 1 bis 9 werden verwendet, um eine Ausführungsform der Herstellung eines Speicherelements 100 zu veranschaulichen, und die 10 und 11 werden verwendet, um ein anderes Ausführungsbeispiel der Herstellung des Speicherelements 100 zu veranschaulichen. In 1 ist ein Substrat 110 gezeigt, wie beispielsweise ein Halbleitersubstrat (zum Beispiel ein Siliziumsubstrat). Andere geeignete Substrate können keramische Materialien, organische Materialien oder Glasmaterialien enthalten.
Ein Übergangsmaterial (reducer material) 120 aus einem höchstschmelzenden (refractory) Metallsilizid, wie beispielsweise einem Kobaltsilizid (CoSi₂), ist über einem Teil des Substrats 110 ausgebildet. Das Übergangsmaterial 120 kann auf der Oberseite einer entweder p⁺- oder n⁺-dotierten Sperrschicht, die entweder Teil einer Diode oder eines Source/Drain-Gebiets eines MOS-Transistors sein kann, ausgebildet sein.
Bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Übergangsmaterial 120 über einem p⁺-Gebiet 101 ausgebildet, welches über einem n-Gebiet 102 ausgebildet ist. Die Gebiete 101 und 102 bilden eine pn-Diode.
Das p⁺-Gebiet 101 kann gebildet werden, indem ein p-Dotant, wie beispielsweise Bor, in das Substrat 110 eingebracht wird. Bei einem Beispiel liegt eine geeignete Konzentration des p-Dotanten in der Größenordnung oberhalb etwa 5 × 10¹⁸ bis etwa 1 × 10²⁰ Atomen pro Kubikzentimeter, was als p⁺ dargestellt werden kann. Das n-Gebiet 102 kann eine CMOS-n-Wanne auf einem p-Substrat-Wafer, eine n-Wanne eines n-Substrat-Wafers oder eine vergrabene n-Wanne/Wortleitung (zum Beispiel BWL (buried word live) in einem Diodenmatrixarray)) sein.
Das Übergangsmaterial 120 dient in einem Aspekt als Material relativ geringen Widerstands bei der Herstellung einer peripheren Schaltung, zum Beispiel Adressierschaltung (nicht in 1 gezeigt). Das Übergangsmaterial 120 ist bezüglich der Ausbildung eines Speicherelements, wie es beschrieben wird, nicht erforderlich, jedoch kann das Übergangsmaterial 120 in dem Speicherelement 100 zwischen einem (in 1 nicht gezeigten) Phasenwechselmaterial und einem Trenn- oder Entkopplungsbauelement oder Schaltbauelement, wie beispielsweise einer Diode oder einem Transistor (die nicht in 1 gezeigt sind) enthalten sein. Das Übergangsmaterial 120 kann gebildet werden, indem ein höchstschmelzendes Metall (zum Beispiel Kobalt) in einen Teil des Substrats 110 eingebracht wird.
Das Speicherelement 100 kann darüber hinaus flache Grabenisolations(STI, Shallow Trench Isolation)-Strukturen 125 enthalten. Die STI-Strukturen 125 dienen zur gegenseitigen Isolation einzelner Speicherelemente sowie gegenüber zugehörigen Schaltungselementen (zum Beispiel Transistorbauelementen), die in und auf dem Substrat ausgebildet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die STI-Struktur 125 ein Oxid oder Siliziumdioxid enthalten.
Ein leitfähiger Stempel oder Pfosten (plug) 130 ist über dem Übergangsmaterial 120 ausgebildet. Der leitfähige Stempel 130 dient als Pfad relativ geringen Widerstands, um einen Strom einem programmierbaren Material, wie beispielsweise einem Phasenwechselmaterial (das in 1 nicht gezeigt ist), zur Verfügung zu stellen. Der leitfähige Stempel 130 kann ein äußeres U-förmiges Barrierenmaterial 135 und ein inneres leitfähiges Material 136 einschließen. Das Barrierenmaterial 135 ist ein leitfähiges Material. Das Barrierenmaterial 135 kann Titannitrid (TiN) oder Tantalnitrid (TaN) sein. Das leitfähige Material 136 kann Wolfram (W) oder Kupfer (Cu) sein.
Auf dem Substrat 110 kann eine Schicht eines isolierenden Materials 129 ausgebildet sein. Eine (in 1 nicht gezeigte) Öffnung ist in dem isolierenden Material 129 ausgebildet, und der leitfähige Stempel 130 ist in dieser Öffnung ausgebildet, wobei das isolierende Material 129 den leitfähigen Stempel 130 umgibt. Beispiele des isolierenden Materials 129 schließen ein Oxid, Nitrid oder ein dielektrisches Material mit geringem K ein.
Über dem isolierenden Material 129 und einem Teil des leitfähigen Stempels 130 ist eine Schicht eines isolierenden Materials 140 ausgebildet. Das isolierende Material 140 ist ein elektrisch isolierendes Material. Das isolierende Material 140 kann auch ein thermisch isolierendes Material sein. Beispiele des isolierenden Materials 140 umfassen ein Oxid, ein Nitrid oder ein dielektrisches Material mit einem geringen K. Das isolierende Material 140 kann eine Dicke zwischen etwa 500 Angström (Å) und etwa 3000 Angström haben.
Wenden wir uns 2 zu; ein Loch oder eine Öffnung 150 mit Seitenwandungen 155 ist durch Ätzen des isolierenden Materials 140 gebildet. Die Öffnung 150 kann ein Via oder ein Graben (Trench) sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Öffnung 150 unter Verwendung von photolithographischen und Ätztechniken ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Öffnung 150 gebildet werden, indem eine Schicht eines (nicht gezeigten) Photoresist-Materials auf dem isolierenden Material 140 aufgebracht und dieses Photoresist-Material belichtet wird. Eine (nicht gezeigte) Maske kann verwendet werden, um ausgewählte Flächen des Photoresist-Materials zu belichten, welche die zu beseitigenden, das heißt zu ätzenden, Flächen definieren. Das Ätzen kann ein chemisches Ätzen sein, welches als Naßätzen bezeichnet wird. Das Ätzen kann auch ein elektrolytisches oder Plasma(Ionenbeschuß)-Ätzen sein, welches auch als Trockenätzen bezeichnet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Ätzen ein anisotropes Ätzen unter Verwendung eines Trockenplasmaätzens sein. Wenn die Öffnung 150 unter Verwendung photolithographischer Techniken gebildet wird, entspricht der Durchmesser oder die Breite der Öffnung 150 wenigstens einer Strukturbreite oder Strukturgröße (feature size).
Die Strukturgröße einer Struktur bezieht sich auf die minimale unter Verwendung der Photolithographie erreichbare Abmessung. Beispielsweise bezieht sich die Strukturgröße auf die Breite eines Materials oder eines Abstands zwischen Materialien in einer Struktur. Es ist klar, daß sich der Begriff der Photolithographie auf einen Prozeß des Übertragens eines Musters oder Bildes von einem Medium auf ein anderes, beispielsweise von einer Maske auf einen Wafer, unter Verwendung ultravioletten (UV-)Lichtes bezieht. Die minimale Strukturgröße des übertragenen Musters ist durch die Einschränkungen des UV-Lichts begrenzt. Abstände, Größen oder Dimensionen, die geringer als die Strukturgröße sind, werden als sublithographische Abstände, Größen oder Dimensionen bezeichnet. Beispielsweise können einige Strukturen eine Strukturgröße von etwa 2500 Angström haben. Bei diesem Beispiel bezieht sich eine sublithographische Distanz auf ein Merkmal, das eine Breite von weniger als etwa 2500 Angström hat.
Es können verschiedene Techniken verwendet werden, um sublithographische Dimensionen zu erreichen. Beispielsweise können Phasenverschiebungsmasken, Elektronenstrahllithographie oder Röntgenlithographie verwendet werden, um sublithographische Dimensionen zu erreichen. Elektronenstrahllithographie bezieht sich auf eine Direktschreiblithographietechnik, die einen Elektronenstrahl verwendet, um einen Resist auf einen Wafer zu belichten. Röntgenlithographie bezieht sich auf einen lithographischen Prozeß zum Übertragen von Mustern auf einen Siliziumwafer, bei welchem die verwendeten elektromagnetischen Strahlen Röntgenstrahlen anstelle von sichtbaren Strahlen sind. Die kürzere Wellenlänge für Röntgenstrahlen (zum Beispiel etwa 10-50 Angström gegenüber etwa 2000-3000 Angström für UV-Strahlung) kann die Beugung reduzieren und verwendet werden, um Strukturgrößen von etwa 1000 Angström zu erreichen. Außerdem können Seitenwand-Abstandshalter (Spacer) verwendet werden, um sublithographische Dimensionen zu erreichen. Anhand von 2 wird die Verwendung von Seitenwand-Spacern 160 veranschaulicht, um sublithographische Dimensionen zu erreichen.
2 zeigt die Struktur gemäß 1 in derselben Schnittansicht nach dem Bilden optionaler Seitenwand-Spacer 160. Die Seitenwand-Spacer 160 können entlang der Seitenwände 175 eines Festmaskenmaterials 170 gebildet werden. Der Abstand zwischen den Seitenwänden 175 kann einer Strukturbreite entsprechen und unter Verwendung photolithographischer und Ätztechniken gebildet sein. Die Seitenwand-Spacer 160 können durch Abscheiden einer Materialschicht in dem Raum zwischen den Seitenwänden 175 und Strukturieren dieses Materials unter Verwendung eines Trockenätzens, beispielsweise eines anisotropen Ätzens, gebildet werden.
Der Abstand zwischen Seitenwand-Spacern 160 kann sublithographisch sein. Nachdem die Seitenwand-Spacer 160 gebildet sind, kann ein weiteres anisotropes Ätzen verwendet werden, um eine Öffnung 150 mit einem sublithographischen Durchmesser zu bilden. Beispielsweise kann das Isoliermaterial 140 unter Verwendung eines Ätzmittels anisotrop geätzt werden, das derart selektiv ist, daß das Ätzmittel an dem leitfähigen Stempel (plug) 130 stoppt und diesen bewahrt. Wie es in 2 gezeigt ist, legt die Ätzoperation einen Teil des leitfähigen Stempels 130 durch die Öffnung 150 frei. Bei einem Aspekt dienen die Seitenwand-Spacer 160 zum Reduzieren der Menge des in der Öffnung 150 aufgebrachten Elektrodenmaterials (180, in 3 gezeigt). Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Durchmesser der Öffnung 150 weniger als etwa 1000 Angström sein.
Das Festmaskenmaterial 170 kann beispielsweise polykristallines Silizium, amorphes Silizium oder Siliziumnitrid sein. Das Festmaskenmaterial 170 kann eine Dicke zwischen etwa 1000 Angström und etwa 3000 Angström haben. Die Seitenwand-Spacer 160 können aus vielen Materialien gebildet sein, wie beispielsweise Polysilizium oder amorphes Silizium, Siliziumnitridoxid oder Siliziumoxynitrid.
Es sei angemerkt, daß die Verwendung der Seitenwand-Spacer 160 zum Bilden der Öffnung 150 nur eine Möglichkeit darstellt. Andere sublithographische Verfahren, wie sie oben erwähnt worden sind, können verwendet werden, um die Öffnung 150 zu bilden, welche einen sublithographischen Durchmesser aufweist. Bei alternativen Ausführungsbeispielen könnte die Öffnung 150 unter Verwendung photolithographischer Techniken gebildet sein und folglich einen Durchmesser haben, der größer oder gleich einer Strukturbreite ist.
3 veranschaulicht das Speicherelement 100 nach der konformen Abscheidung eines Elektrodenmaterials 180 über dem isolierenden Material 140 und in der Öffnung 150 (2). 3 wurde dadurch vereinfacht, daß das Speicherelement 100 ohne Seitenwand-Spacer 160 und Festmaskenmaterial 170 bzw. nach der Beseitigung der Materialien 160 und 170 dargestellt worden ist. Die Spacer 160 oder das Festmaskenmaterial 170 können selektiv unter Verwendung beispielsweise eines Ätzens oder eines chemisch-mechanischen Polierens (CMP) beseitigt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Elektrodenmaterial 180 eine Schicht aus Kohlenstoff oder einem Halbmetall, wie beispielsweise einem Übergangsmetall, sein, beispielsweise Titan, Wolfram, Titannitrid (TiN), Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Titansiliziumnitrid (TiSiN). Das Elektrodenmaterial 180 kann beispielsweise mit Hilfe eines CVD-Prozesses hergestellt sein.
Nach der Einbringung des Elektrodenmaterials 180 wird die in 3 gezeigte Struktur einer Planarisierung unterzogen, die einen Teil des Elektrodenmaterials 180 und gegebenenfalls einen Teil der Isolierschicht 140 entfernt. Geeignete Planarisierungstechniken können chemische oder chemisch-mechanische-Poliertechniken (CMP) einschließen.
4 veranschaulicht die in 3 gezeigte Struktur nach dem Beseitigen eines Teils des Elektrodenmaterials 180. Ein Teil des Elektrodenmaterials 180 kann durch Strukturieren oder Segmentieren des Materials 180 beseitigt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Teil des Materials 180 unter Verwendung eines CMP-Prozesses entfernt. Es ist klar, daß alternative Prozesse verwendet werden können, um einen Teil des Elektrodenmaterials 180 zu entfernen. Beispielsweise könnte ein ganzflächiges Ätzen verwendet werden, um Teile des Elektrodenmaterials 180 zu entfernen.
5 veranschaulicht das Speicherelement 100 nach dem Entfernen von Teilen des Isoliermaterials 140. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Isoliermaterial 140 zurückgesetzt oder zurückgeätzt, um einen Teil der Seitenwandungen des Elektrodenmaterials 180 freizulegen. Beispielsweise werden etwa 1000 bis etwa 3000 Angström des Isoliermaterials 140 unter Verwendung eines nassen oder selektiven Zurückätzens beseitigt, beispielsweise durch ein selektives Oxidät zen mit Fluorwasserstoffsäure (HF). Alternativ kann ein Trockenätzen verwendet werden. Das Elektrodenmaterial 180 wird in dieser Stufe der Verarbeitung als Lanzenstruktur oder Pfeilerstruktur bezeichnet und kann als untere Elektrode des Speicherelements 100 dienen.
6 veranschaulicht die Struktur gemäß 5 bei einer späteren Stufe der Herstellung. 6 veranschaulicht das Speicherelement 100 nach dem konformen Ausbilden eines isolierenden Materials 210 auf einer Oberfläche des isolierenden Materials 140 zusammen mit den Seitenwandungen des Elektrodenmaterials 180 und der Oberseite des Elektrodenmaterials 180. Mit anderen Worten, das Isoliermaterial 210 wird so aufgebracht, daß es einen oberen Teil des Elektrodenmaterials 180 konform umgibt und kontaktiert.
Das Isoliermaterial 210 kann ein elektrisch und/oder thermisch isolierendes Material sein, wie beispielsweise ein Oxid, ein Nitrid, ein dielektrisches Material mit einem geringen K oder irgendein anderes relativ wenig thermisch leitfähiges Material oder irgendein anderes relativ wenig elektrisch leitfähiges Material. Das Isoliermaterial 210 wird verwendet, um eine elektrische und/oder thermische Isolation für das Speicherelement 100 zur Verfügung zu stellen. Die Verwendung eines isolierenden Materials, das die Elektrode 180 umgibt, kann die Effizienz des Speicherelements 100 während der Programmierung erhöhen. Darüber hinaus kann die Verwendung eines isolierenden Materials, das relativ gute thermische Isolationseigenschaften aufweist, die Aufheizungseffizienz erhöhen (zum Beispiel den Wärmeverlust reduzieren) und den Betrag des elektrischen Stroms reduzieren, der während des Programmierens des Speicherelements 100 verwendet werden muß.
Die Dicke und die zum Ausbilden der isolierenden Schicht 210 verwendete Technik können in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des Speicherelements 100 gewählt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Isoliermaterial 210 eine Dicke zwischen etwa 500 Angström und etwa 2500 Angström haben. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das isolierende Material 210 unter Verwendung einer chemischen Niederdruckabscheidung aus der Gasphase (LPCVD) oder einer plasma-gestützten chemischen Abscheidung aus der Gasphase (PECVD) hergestellt werden.
Eine Schicht eines Materials 220 wird über der isolierenden Schicht 210 gebildet. Das Material 220 kann ein elektrisch leitfähiges oder thermisch leitfähiges Material sein. Das Material 220 dient als Haftmittelmaterial, das für ein Anhaften eines Phasenwechselmaterials (beispielsweise des Phasenwechselmaterials 300 in 9) geeignet ist und kann bei derartigen Anwendungen als Haftmaterial, Haftschicht oder Klebeschicht bezeichnet werden. Bei diesem Beispiel, wo das Material 220 als Haftschicht dient, wird die Art des verwendeten Materials in Abhängigkeit von dem Phasenwechselmaterial, das bei dem Speicherelement 100 verwendet wird, ausgewählt. Die Verwendung eines geeigneten Haftmaterials zum Verbinden mit dem Phasenwechselmaterial reduziert die Probleme des Abschälens. Bei Fehlen des Materials 220 könnte das Phasenwechselmaterial direkt das isolierende Material 210 kontaktieren und sich nicht ausreichend mit dem isolierenden Material 210 verbinden.
Das Material 220 dient darüber hinaus als thermische Masseebene zum Reduzieren thermischer Störprobleme zwischen benachbarten Speicherelementen. Thermische Störprobleme können auftreten, wenn ein Zielspeicherelement oder ausgewähltes Speicherelement wiederholt während des Programmierens aufgeheizt wird, um das Phasenwechselmaterial des Speicher elements beispielsweise in einen amorphen Zustand zu bringen. Infolge einer Skalierung der Speicherbauelemente, bei der der Abstand zwischen den Speicherelementen reduziert wird, können sich während des Aufheizens des Zielspeicherelements nicht ausgewählte Speicherelemente, die dem Zielspeicherelement benachbart sind, ebenfalls aufheizen. Über der Zeit kann diese unerwünschte Aufheizung benachbarter nicht ausgewählter Speicherelemente bewirken, daß die nicht ausgewählten Speicherelemente ihre Zustände fehlerhaft ändern. Wie oben erwähnt, können thermische Störprobleme reduziert werden, indem ein Material 220 bei einer geeigneten Dicke zur Verfügung gestellt wird, so daß es als thermische Masseebene dient. Eine Erhöhung der Dicke des Materials 220 kann die Wärmeableitung verbessern, wodurch sich die thermische Isolation zwischen benachbarten Speicherelementen verbessert.
Beispiele für das Material 220 umfassen Materialien, die Polysilizium oder Titan enthalten. Die Dicke des Materials 220 und die zum Ausbilden des Materials verwendete Technik können in Abhängigkeit von dem gewünschten Charakteristika des Speicherelements 100 ausgewählt werden. Bei einer Ausführungsform hat das Material 220 eine Dicke zwischen etwa 200 Angström und etwa 2500 Angström und wird unter Verwendung einer physikalischen Dampfabscheidungs(PVD-), eines LPCVD- oder eines PECVD-Prozesses hergestellt.
7 veranschaulicht die Struktur gemäß 6 nach der Beseitigung von Teilen der Materialien 180, 210 und 220. Ein Teil des Materials 120, ein Teil des Isoliermaterials 210 und ein Teil des Elektrodenmaterials 180 bilden eine im wesentlichen planare Oberfläche 250. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Struktur, die in 6 gezeigt ist, einem Planarisierungsprozeß unterworfen werden, wie beispielsweise einem CMP-Prozeß, der Teile des Elektrodenmaterials 180, des Isoliermaterials 210 und des Materials 220 beseitigt.
Wie es in 7 zu sehen ist, werden Teile der Materialien 180, 210 und 220 derart entfernt, daß ein Teil des Elektrodenmaterials 180 freigelegt wird. Wenden wir uns kurz 8 zu, in der eine Draufsicht auf das Speicherelement 100 in der in 7 veranschaulichten Stufe der Herstellung gezeigt ist. Das Material 220 umgibt einen oberen Teil des Elektrodenmaterials 180 und ist von dem Elektrodenmaterial 180 durch das Isoliermaterial 210 getrennt. Darüber hinaus umgibt das Isoliermaterial 210 einen oberen Abschnitt der Seitenwandungen des Elektrodenmaterials 180 und steht mit diesem in Kontakt.
9 veranschaulicht die in 7 gezeigte Struktur nach dem Ausbilden eines programmierbaren Materials, wie beispielsweise eines Phasenwechselmaterials 300, auf der Planaren Oberfläche 250. Wie es in 9 veranschaulicht ist, kann das Phasenwechselmaterial 300 auf einem Teil des Materials 220, einem Teil des Isoliermaterials 210 und einem Teil des Elektrodenmaterials 180 aufliegen und mit diesen Materialien in Kontakt treten.
Beispiele des Phasenwechselmaterials 300 umfassen Zusammensetzungen mit Chalkogenid-Elementen der Klasse von Tellur-Germanium-Antimon(Te_xGe_ySb_z)-Materialien bzw. GeSbTe-Legierungen. Alternativ kann ein anderes Phasenwechselmaterial verwendet werden, dessen elektrische Eigenschaften (zum Beispiel Widerstand) durch Anlegen von Energie, beispielsweise Licht, Wärme oder elektrischem Strom, geändert werden können. Bei einem Ausführungsbeispiel hat das Phasenwechselmaterial 300 eine Dicke zwischen etwa 150 Angström und etwa 1500 Angström. Das Phasenwechselmaterial 300 kann beispielsweise durch einen PVD-Prozeß aufgebracht werden.
Nach dem Bilden des Phasenwechselmaterials 300 kann ein Barrierenmaterial 310 über dem Phasenwechselmaterial 300 und ein leitfähiges Material 320 über dem Barrierenmaterial 310 aufgebracht werden. Das Barrierenmaterial 310 kann bei einem Aspekt dazu dienen, irgendwelche chemischen Reaktionen zwischen dem Phasenwechselmaterial 300 und dem leitfähigen Material 320 zu verhindern. Das Barrierenmaterial 310 kann beispielsweise Titan, Titannitrid oder Kohlenstoff und das leitfähige Material 320 beispielsweise Aluminium sein. Das Barrierenmaterial 310 ist eine optionale Schicht. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann das leitfähige Material 320 direkt über dem Phasenwechselmaterial 300 aufgebracht sein.
Das leitfähige Material 320 kann als Adreßleitung zum Adressieren und Programmieren des Phasenwechselmaterials 300 des Speicherelements 100 dienen. Das leitfähige Material 320 kann als Bitleitung oder Spaltenleitung bezeichnet werden. Das Übergangsmaterial 120 kann ebenfalls als Adreßleitung zum Programmieren des Phasenwechselmaterials 300 dienen und als Wortleitung oder Zeilenleitung bezeichnet werden. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann das Elektrodenmaterial 180 über das Übergangsmaterial 120 mit einem Zugriffsbauelement, beispielsweise einer Diode oder einem Transistor, gekoppelt sein. Das Zugriffsbauelement kann auch als Trenn- oder Entkopplungsbauelement, Auswahlbauelement oder Schaltbauelement bezeichnet werden.
Das Programmieren des Phasenwechselmaterials 300 zum Ändern des Zustands oder der Phase des Materials kann ausgeführt werden, indem Spannungspotentiale an das leitfähige Material 320 bzw. das Übergangsmaterial 120 angelegt werden. Ein an das Übergangsmaterial 120 angelegtes Spannungspotential wird zu dem Elektrodenmaterial 180 über einen leitfähigen Stempel (plug) 130 übertragen. Beispielsweise kann eine Potentialdifferenz von etwa fünf Volt über dem Phasenwechselmaterial 300 und einem unteren Teil der Elektrode 180 anliegen, in dem etwa fünf Volt an das leitfähige Material 320 und etwa null Volt an den unteren Abschnitt des Elektrodenmaterials 180 angelegt werden. In Erwiderung des Anlegens des Spannungspotentials kommt es zu einem Stromfluß durch das Phasenwechselmaterial 300 und die Elektrode 180, was zu einem Aufheizen des Phasenwechselmaterials 300 führen kann. Dieses Aufheizen und nachfolgende Abkühlen können den Speicherzustand oder die Phase des Phasenwechselmaterials 300 ändern.
Während der Programmierung können die isolierenden Materialien 140 und 210 eine elektrische und thermische Isolation zur Verfügung stellen und das Material 220 kann als thermische Masseebene dienen, wie es oben erörtert worden ist.
Das in 9 gezeigte Speicherelement 100 kann als vertikale Phasenwechsel-Speicherstruktur bezeichnet werden, da der Strom vertikal durch das Phasenwechselmaterial 300 zwischen einer oberen und einer unteren Elektrode fließt. Es sei angemerkt, daß das Speicherelement 100 auch als Speicherzelle bezeichnet werden kann und in einem Phasenwechsel-Speicherarray mit einer Vielzahl von Speicherelementen 100 zum Speichern von Informationen verwendet werden kann.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Speicherelement 100 abweichend angeordnet sein und zusätzliche Schichten und Strukturen einschließen. Beispielsweise kann es erwünscht sein, Isolationsstrukturen, periphere Schaltungen (zum Beispiel Adressierschaltungen) usw., auszubilden.
Das Ausführungsbeispiel des Speicherelements 100, das in 9 veranschaulicht ist, schafft eine sich selbst ausrichtende Haftschicht, die von einer erhobenen unteren Elektrode durch einen isolierenden Abstandshalter beabstandet ist.
10 veranschaulicht die Struktur der 5 bei einer späteren Stufe der Herstellung in Obereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der Herstellung des Speicherelements 100. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das isolierende Material 210, beispielsweise unter Verwendung von Ätztechniken, so strukturiert, daß Abstandshalter (Spacer) 210A entlang der Seitenwandungen des Elektrodenmaterials 180 gebildet werden. Nach dem Ausbilden der Abstandshalter 210A wird ein Material 220 über dem Isoliermaterial 140, den Abstandshaltern 210A und der oberen Fläche des Elektrodenmaterials 180 ausgebildet.
11 veranschaulicht die Struktur gemäß 10 nach dem Beseitigen eines Teils der Materialien 180, 210A und 220. Ein Teil des Materials 220, ein Teil der Abstandshalter 210A und ein Teil des Elektrodenmaterials 180 bilden eine planare Oberfläche 250. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die in 10 gezeigte Struktur einem Planarisierungsprozeß unterworfen werden, wie beispielsweise einem CMP-Prozeß, der Teile des Elektrodenmaterials 180, der Abstandshalter 210A und des Materials 220 beseitigt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Ätzprozeß verwendet werden, um die planare Oberfläche 250 zu bilden. Nach dem Bilden der planaren Oberfläche 250 wird ein Phasenwechselmaterial auf der planaren Oberfläche 250 abgeschieden.
12 veranschaulicht die in 11 gezeigte Struktur nach dem Ausbilden eines programmierbaren Materials, wie beispielsweise eines Phasenwechselmaterials 300 auf der planaren Oberfläche 250. Wie es in 12 veranschaulicht ist, liegt das Phasenwechselmaterial 300 über einem Teil des Materials 220, einem Teil der Abstandshalter 210A und einem Teil des Elektrodenmaterials 180 und steht mit diesen in Kontakt. Nach dem Bilden des Phasenwechselmaterials 300 kann ein Barrierenmaterial 310 über dem Phasenwechselmaterial 300 und ein leitfähiges Material 320 über dem Barrierenmaterial 310 aufgebracht werden.
Wenden wir uns 13 zu, in der ein Teil eines Systems 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Das System 500 kann in Wireless-Geräten verwendet werden, beispielsweise in persönlichen digitalen Assistenten (PDA), Laptops oder transportablen Computern mit Drahtlos-Übertragungsfähigkeiten, in Web-Tabletts, schnurlosen Telefonen und Mobiltelefonen, Pagern, Instant Messaging Devices, digitalen Musikwiedergabegeräten, Digitalkameras oder anderen Geräten, die an das Senden und/oder Empfangen von Informationen auf drahtlose Weise angepaßt sind. Das System 500 kann in irgendeinem der nachfolgenden Systeme eingesetzt werden: in einem System eines drahtlosen lokalen Netzwerks (WLAN), einem System eines drahtlosen Personalbereichsnetzwerks (WPAN) oder einem zellularen Netzwerk.
Das System 500 kann einen Controller 510, eine Eingabe/Ausgabe(I/O)-Einrichtung 520 (zum Beispiel ein Tastenfeld und ein Display), einen Speicher 530 und eine Drahtlos-Schnittstelle 540 enthalten, die miteinander über einen Bus 550 gekoppelt sind. Weitere, nicht dargestellte, Komponenten sind selbstverständlich möglich.
Der Controller 510 kann beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, Mikrocontroller oder dergleichen enthalten. Der Speicher 530 kann verwendet werden, um an das System 500 oder durch das System 500 übermittelte Nachrichten zu speichern. Der Speicher 530 kann darüber hinaus optional verwendet werden, um Befehle zu speichern, die von dem Controller 510 während des Betriebs des Systems 500 ausgeführt werden, und er kann verwendet werden, um Benutzerdaten zu speichern. Der Speicher 530 kann durch einen oder mehrere verschiedene Arten von Speicher bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Speicher 530 einen flüchtigen Speicher (irgendeine Art eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff), einen nicht-flüchtigen Speicher, wie beispielsweise eine Flash-Speicher und/oder einen Phasenwechselspeicher, der ein Speicherelement, wie beispielsweise das in den 9 oder 12 veranschaulichte Speicherelement 100, enthält, umfassen.
Die I/O-Einrichtung 520 kann von einem Benutzer verwendet werden, um eine Nachricht zu erzeugen. Das System 500 kann die Drahtlos-Schnittstelle 540 verwenden, um Nachrichten zu und aus einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk mit einem hochfrequenten (HF) Signal zu senden und zu empfangen. Beispiele der Drahtlos-Schnittstelle 540 schließen eine Antenne oder einen Drahtlos-Sendeempfänger ein.
Obwohl der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist, kann das System 500 beispielsweise eines der folgenden Kommunikationsschnittstellenprotokolle verwenden, um Nachrichten zu senden und zu empfangen: Code Division Multiple Access (CDMA), zellulare Funktelefonkommunikationssysteme, zellulare Funktelefonsysteme des globalen Systems für mobile Kommunikationen (GSM), zellulare Mobiltelefonsysteme des North American Digital Cellular (NADC), Time Division Mul tiple Access(TDMA)-Systeme, zellulare Funktelefonsysteme des Extended-TDMA (E-TDMA), Systeme der dritten Generation (3G) wie Breitband-CDMA (WCDMA), CDMA-2000 oder dergleichen.
Während bestimmte Merkmale der Erfindung dargestellt und hier beschrieben wurden, ergeben sich viele Modifikationen, Ergänzungen, Änderungen und Äquivalente für den Fachmann. Es versteht sich daher, daß die beigefügten Ansprüche all diese Modifikationen und Änderungen mit umfassen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Elektrode (180); ein Haftmaterial (220); ein dielektrisches Material (210); und ein Phasenwechselmaterial (300); gekennzeichnet durch: das dielektrische Material (210) zwischen der Elektrode (180) und dem Haftmaterial (220), wobei ein Teil des Haftmaterials (220), ein Teil des dielektrischen Materials (210) und ein Teil der Elektrode (180) eine im wesentlichen planare Oberfläche (250) bilden; und das Phasenwechselmaterial (300) auf der im wesentlichen planaren Oberfläche (250), wobei das Phasenwechselmaterial (300) mit der Elektrode (180), dem Haftmaterial (220) und dem dielektrischen Material (210) in Kontakt tritt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das dielektrische Material (210) einen Teil einer Seitenwand der Elektrode (180) kontaktiert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher das Haftmaterial (220) einen Teil der Elektrode (180) umgibt und von der Elektrode (180) durch das dielektrische Material (210) getrennt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Haftmaterial (20) Polysilicium oder Titan aufweist; bei welcher die Elektrode (180) Titan, Wolfram, Titannitrid (TiN), Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Titansiliciumnitrid (TiSiN) aufweist; und bei welcher das dielektrische Material (210) ein Oxid, ein Nitrid oder ein dielektrisches Material mit niedrigem k-Wert aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Phasenwechselmaterial (300) ein Chalkogenid-Material aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Elektrode (180) mit einer Adreßleitung (120, 320) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, zusätzlich umfassend ein leitfähiges Material (320) über dem Phasenwechselmaterial (300).
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher das leitfähige Material (320) Aluminium aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Haftmaterial (220) als eine thermische Grundebene dient.
Verfahren, umfassend: Bilden eines Haftmaterials, das einen Teil einer Elektrode umgibt; Entfernen eines Teils des Haftmaterials und eines Teils der Elektrode, um einen Teil der Elektrode freizulegen; und Bilden eines Phasenwechselmaterials über dem Haftmaterial und der Elektrode.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Bilden eines Isolationsmaterials zwischen dem Haftmaterial und der Elektrode, und wobei das Bilden eines Phasenwechselmaterials das Bilden des Phasenwechselmaterials über dem Isolationsmaterial umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Entfernen ferner das Entfernen eines Teils des Isolationsmaterials umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das Entfernen das Verwenden eines chemisch-mechanischen Polierens (CMP) umfaßt, um Teile des Haftmaterials, des Isolationsmaterials, und der Elektrode zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Ätzen des Isolationsmaterials, um einen Abstandshalter zu bilden, bevor ein Teil des Isolationsmaterials entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Entfernen ein Entfernen von Teilen des Haftmaterials, der Elektrode und des Isolationsmaterials umfaßt, um eine im wesentlichen planare Oberfläche zu bilden, und bei welchem das Bilden eines Phasenwechselmaterials ein Bilden des Phasenwechselmaterials auf der im wesentlichen planaren Oberfläche umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Bilden einer Öffnung in einem dielektrischen Material; Bilden der Elektrode in der Öffnung; und Entfernen eines Teils des dielektrischen Materials, derart, daß eine obere Oberfläche auf der Elektrode über einer oberen Oberfläche des dielektrischen Materials liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Bilden des Isolationsmaterials zusätzlich ein Bilden des Isolationsmaterials über einer oberen Oberfläche der Elektrode und an einem Bereich einer Seitenwand der Elektrode umfaßt, und bei welchem das Bilden eines Haftmaterials ein Bilden des Haftmaterials über dem Isolationsmaterial umfaßt, wobei das Haftmaterial von der Elektrode durch das Isolationsmaterial getrennt ist.
System, umfassend: einen Prozessor (510); eine Drahtlos-Schnittstelle (340), die mit dem Prozessor (510) gekoppelt ist; und einen Speicher (530), der mit dem Prozessor (510) gekoppelt ist, wobei der Speicher eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9 aufweist.