共享位線交叉點存儲器陣列的製作方法
2023-07-06 08:58:41 1
專利名稱：共享位線交叉點存儲器陣列的製作方法
技術領域：
本發明涉及非易失性存儲器，並且更具體地涉及一種交叉點存儲器結構。
背景技術：
具有鈣鈦礦結構的材料，其中超巨磁電阻材料(colossal magnetoresistance)(CMR)以及高溫超導材料(HTSC)都是具有電阻特性的材料，其電阻特性可以由外部影響而發生變化。
例如，具有鈣鈦礦結構材料的特性，特別是對於CMR以及HTSC材料，能夠通過將一個或多個短的電脈衝施加到一個薄膜或塊狀材料中而被改變。來自於一個或多個脈衝的電場強度或者電流密度足夠用於轉換材料的物理狀態，從而改變材料的特性。脈衝是足夠低能量的從而不會損壞或者顯著地破壞材料。多重脈衝可以被施加到材料從而在材料的特性上產生增加的變化。能夠被改變的特性之一是材料的阻抗。利用與引起初始變化的脈衝極性相反的脈衝，該變化至少是部分可逆的。
交叉點存儲器陣列以及與它們相伴的讀出電路能夠使用較大規模的晶片表面面積。降低晶片尺寸具有相應的經濟利益。
發明內容
因此，提供了一種存儲器結構，它降低了交叉點陣列以及相伴的讀出電路所需的面積。通過將每一位線與兩組字線共享，每一個交叉點的面積能夠容納兩位，而不是一位，並且由於每個位的位線數目的降低，讀出電路的數目也會降低。
這裡提供了一種共享位線交叉點存儲器陣列的結構，以及製造和使用的方法。存儲器結構包括一個底部字線以及覆蓋底部字線的頂部字線。在頂部字線與底部字線之間插入了一個位線，從而在底部字線與位線之間形成了第一交叉點以及在位線與頂部字線之間形成了第二交叉點。具有例如阻抗特性的材料，它能夠響應於輸入電壓而被改變，被提供在位線之上以及之下的每一個交叉點處。
每一個位能夠通過在位線與合適的字線之間提供一個電壓信號同時保持其他的字線浮動而被編程。類似的，該位能夠通過向所希望的字線提供一個讀出電壓並且讀出位線的信號而被讀取。一個塊擦除也可以通過將所有的字線接地並且將一個擦除電壓信號提供給一個或多個位線來實現。
附圖1是一個具有共享位線的交叉點存儲器陣列區域的等角投影圖。
附圖2是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
附圖3是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
附圖4是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
附圖5是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
附圖6是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
附圖7是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
附圖8是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
附圖9是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
附圖10是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
附圖11是在處理過程中的存儲器結構的剖面圖。
具體實施例方式
附圖1是表明一個共享位線交叉點存儲器陣列區域10的等角視圖。存儲器陣列區域10的一個實施例包括一個基底12，具有多個底部字線14形成於其上。在基底12與底部字線14之上具有一層氧化物16。在該層氧化物16之上具有多個位線18。在多個位線18之上具有第二層氧化層20。在第二層氧化層20之上具有多個頂部字線22。在多個頂部字線22之上具有一層鈍化層24。從等角視圖中可以清楚地看出，在底部字線與位線之間以及在頂部字線與位線之間形成了一個交叉點結構。以這種方式兩組字線共享一組位線。在一個低串擾版本中，氧化層16可以被蝕刻從而使得鈣鈦礦材料能夠被澱積從而在每一個交叉點上將多個底部字線14與多個位線18相連接。在位線與多個頂部字線之間也可以形成類似的結構。或者，連續的活性區域也能夠用於取代氧化層16以及第二氧化層20。
注意，單詞「頂部」與「底部」是為了參照附圖解釋方便，不應該被理解成需要一個特定的取向。該器件在生產和操作中也可以採取任何空間取向。
附圖1正好顯示了存儲器陣列區域。應當清楚在一個實際的器件中，基底12，底部字線14，位線18，以及頂部字線22都可以延伸超出存儲器陣列區域到達包含其他器件結構的其他區域。
這裡還提供了一種用於形成低串擾電阻的存儲器陣列的方法。附圖2表明了在經過一些初始處理之後的交叉點存儲器陣列區域10的剖視圖。存儲器陣列區域10包括一個基底12，其上形成了一個底部字線14。一層氧化層16，它澱積在基底上厚度為在底部字線14之上的500nm與1000nm之間，被平整到厚度為在底部字線之上的大約50nm與500nm之間。氧化層16可以被蝕刻從而形成開口15以允許訪問底部字線14。
基底12可以是任何合適的基底材料，非晶的，多晶的或者結晶的，例如LaAlO3，Si，SiO2，TiN或者其他的材料。
底部字線14是由導電的氧化物或者其他的導電材料構成的。在一個優選實施例中，導電材料是一種諸如YBa2Cu3O7(YBCO)的允許覆蓋鈣鈦礦材料的外延生長的材料。在另一優選實施例中，導電材料是鉑或者銥。底部字線的厚度在大約5nm與大約500nm之間的範圍內。
現在參照附圖3，一層鈣鈦礦材料17被澱積在氧化層16上從而填充了開口15。鈣鈦礦材料17是一種能夠響應電信號改變其電阻率的材料。鈣鈦礦材料最好是超巨磁電阻(CMR)材料或高溫超導(HTSC)材料，例如Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)。另一個合適材料的例子是Gd0.7Ca0.3aCo25+5。鈣鈦礦材料的厚度在拋光以後最好在大約50nm與500nm之間。鈣鈦礦材料17能夠使用任何合適的澱積技術來澱積，包括脈衝雷射澱積，rf濺射，電子束蒸鍍，熱蒸鍍，金屬有機化合物澱積，溶膠凝膠澱積，以及金屬有機化合物化學氣相澱積。鈣鈦礦材料最好利用CMR來拋光。
附圖4示出了位線18的澱積與圖形化之後的存儲器陣列區域10。位線18包括一個導電材料，最好是YBCO，鉑，銥，銅，銀或者金。現在插入在底部字線14與位線18之間的鈣鈦礦材料是一組電阻存儲位25。
附圖5示出了經過第二氧化層20的澱積，圖形化，鈣鈦礦材料27的澱積和拋光之後的存儲區域10。這一過程與上面聯繫附圖3所進行的描述類似。
附圖6示出了經過頂部字線22的形成以及存儲器陣列區域的鈍化以後的存儲器陣列區域10。現在在頂部字線22與位線18之間插入的鈣鈦礦材料是第二組電阻存儲位29。頂部字線22與底部字線14最好是各自基本上平行的行。頂部字線22與底部字線14被配置成相對於位線18呈交叉點布置，這樣它們就以規則的形式分別與位線交叉。一個交叉點指的是字線，或者是頂部字線或者底部字線，與一個位線交叉的每一個位置。如圖所示，字線與位線相對於彼此基本上以90度配置。儘管圖示和描述的都是頂部字線與底部字線相對於彼此直接對準的，也可以使它們彼此相偏移。在這樣的情況下，在頂部字線與位線之間的形成的任何位將不會與在位線與頂部字線之間形成的相應的位對準。
在本方法的一個優選實施例中，在形成存儲器陣列區域10以前，存儲電路的一個或者多個電晶體結構，互連線，或其它的元件可以形成。通過在形成存儲器陣列區域10以前形成存儲電路的元件，可以降低或者消除由於順序處理引起的鈣鈦礦材料的可能的退化。
附圖7到11顯示出了共享位線存儲結構和處理方法的另一個實施例。附圖7顯示了在一些初始處理之後的交叉點存儲器陣列區域10的剖視圖。存儲器陣列區域10包括一個其上形成有底部字線14的基底12。活性材料第一層76澱積在底部字線上。活性材料最好是鈣鈦礦材料，例如超巨磁電阻(CMR)材料以及高溫超導(HTSC)材料，例如Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)。另一合適材料的例子是Gd0.7Ca0.3BaCo2O5+5。活性材料的第一層76最好在大約5nm到500nm的厚度。活性材料能夠利用任何合適的澱積技術澱積，包括脈衝雷射澱積，rf濺射，電子束蒸鍍，熱蒸鍍，金屬有機化合物澱積，溶膠凝膠澱積，以及金屬有機化合物化學氣相澱積。活性材料通過離子磨或者其他合適的處理，如圖8所示，從存儲器陣列區域的外部被移出。也有可能形成一個大的凹形區域以澱積鈣鈦礦材料然後使用化學機械拋光(CMP)來形成活性材料第一層76。
附圖9顯示出了在位線18形成以後的存儲器陣列區域10。位線18通過澱積一層氧化層並且使其圖形化以形成第一層活性材料76的一個開口而被形成。然後有一層合適的導電材料被澱積並被拋光從而形成位線18。
附圖10顯示了在第二層活性材料80澱積和圖形化以後的存儲器陣列區域10。第二層活性材料80利用上面與第一層活性材料76的形成相聯繫所描述的方法來形成。
附圖11顯示了在形成頂部字線22以及鈍化氧化物90的澱積以後的存儲器陣列區域10。每一個頂部字線22與每一個位線18形成一個交叉點。第二層活性材料是高電阻率材料。在每一個交叉點上形成一個上電阻位(resistive bit)，其是通過在每一個字線與每一個位線之間施加一個電壓信號從而將活性材料的區域變換成低阻抗狀態來形成的。類似的，在一個底部字線與一個位線之間可形成一個下電阻位。在交叉點的每一個區域通常都相當於一個位。
位線與底部字線也形成一個交叉點陣列。通過施加一個電壓信號也能夠形成下組電阻位。這樣每一個位線將具有與頂部字線之一相連的上組電阻位以及與底部字線之一相連的下組電阻位。這允許兩組字線共享一組位線。這也允許對於一個指定數目的所需位可以使用更少的位線讀出電路。
一旦該器件被完成並被應用，它能夠被編程並讀取。每一個位的電阻率可以被改變以編程，或擦除為一位。電阻率是通過在一個字線與一個位線之間施加一個編程電壓同時允許剩餘的字線浮動從而在其它的字線與位線之間沒有信號流過而被改變的。這包括當編程電壓位於一個頂部字線上時，設定底部字線浮動，或者反之亦然。這允許例如上位被編程而不會影響下位。
編程電壓是能夠改變位的電阻率而不會破壞該位的電壓。在一些情況下，它可以不能提供能夠改變位的電阻率而不會破壞該位的固定的電壓。編程電壓可以必須是一系列電壓脈衝，其能夠改變電阻率而不會破壞該位。
一旦一個位被編程，能夠讀取該位是有用的。該位能夠通過提供一個跨在字線與位線之間的電壓同時允許剩餘的位線浮動從而在位線與剩餘的字線之間沒有電流流過而被讀取。該位的輸出利用一個讀出電路在位線上被讀取。
通過將所有的字線，頂部的和底部的，接地並且將一個編程電壓施加給至少一個位線，從而將沿著一個單一的位線的所有的位設定為同樣的阻抗狀態，高或者低，是可能的。如果一個編程電壓被施加到所有的位線，所有位的總編程將會同時有效的獲得。這對於獲得一個塊擦除是有用的。
儘管上面描述了本發明的一個優選實施例以及其它的實施例，但是本發明的範圍並不限於這些特定的實施例當中。相反，權利要求將確定本發明的範圍。
權利要求
1.一種存儲器結構包括a)一個基底；b)覆蓋基底的多個底部字線；c)覆蓋多個底部字線的多個頂部字線；d)在多個底部字線與多個頂部字線之間插入的多個位線，其中每一個位線交叉在頂部字線與底部字線之間，它與每一個底部字線以及每一個頂部字線形成一個交叉點；e)在多個底部字線與多個位線之間在每一個交叉點處插入的第一鈣鈦礦材料區域；f)在多個頂部字線與多個位線之間在每一個交叉點處插入的第二鈣鈦礦材料區域。
2.如權利要求1所述的存儲器結構，其中多個底部字線包括一個底部電極材料，它允許覆蓋多個底部位線的鈣鈦礦材料的外延形成。
3.如權利要求2所述的存儲器結構，其中底部電極度材料為YBCO。
4.如權利要求1所述的存儲器結構，其中底部電極材料為鉑或者銥。
5.如權利要求1所述的存儲器結構，其中第一鈣鈦礦材料區域為一個超巨磁電阻(CMR)材料。
6.如權利要求1所述的存儲器結構，其中第一鈣鈦礦材料區域為Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)。
7.如權利要求1所述的存儲器結構，其中第一鈣鈦礦材料區域為Gd0.7Ca0.3BaCo2O5+5。
8.一種用於生產一種存儲器結構的方法，包括步驟a)提供一個半導體基底；b)形成多個底部字線；c)在底部字線上澱積一隔離材料；d)蝕刻向底部字線的一個開口；e)在底部字線與隔離材料之上澱積一第一層鈣鈦礦材料；f)拋光第一層鈣鈦礦材料，由此鈣鈦礦材料留在開口中以形成電阻位；g)在鈣鈦礦材料層上形成多個位線；h)在位線上澱積一層附加隔離材料層；i)蝕刻向多個位線的另一個開口；j)在位線與隔離材料之上澱積一第二層鈣鈦礦材料；k)拋光第二層鈣鈦礦材料，由此留下鈣鈦礦材料以形成電阻位；以及l)在鈣鈦礦材料層上形成多個頂部字線。
9.如權利要求8所述的方法，其中底部字線包括一個電極材料，它允許覆蓋底部字線的鈣鈦礦材料層的外延形成。
10.如權利要求9所述的方法，其中底部字線材料為YBCO。
11.如權利要求8所述的方法，其中底部字線材料為鉑或者銥。
12.如權利要求8所述的方法，其中隔離材料為二氧化矽。
13.如權利要求8所述的方法，其中鈣鈦礦材料為超巨磁電阻(CMR)材料。
14.如權利要求8所述的方法，其中鈣鈦礦材料為Pr0.7Ca03MnO3(PCMO)。
15.如權利要求8所述的方法，其中鈣鈦礦材料為Gd0.7Ca0.3BaCo2O5+5。
16.如權利要求8的方法，其中拋光鈣鈦礦材料的步驟包括化學機械拋光。
17.如權利要求8所述的方法，其中多個位線覆蓋多個底部字線形成一個交叉點存儲結構。
18.如權利要求8所述的方法，其中多個頂部字線覆蓋多個位線形成一個交叉點存儲結構。
19.如權利要求8所述的方法，還進一步包括在澱積一層鈣鈦礦材料以前形成一個存儲電路的步驟。
20.一種存儲器結構，包括a)一個基底；b)覆蓋基底的多個底部字線；c)覆蓋多個底部字線的多個頂部字線；d)在多個底部字線與多個頂部字線之間插入多個位線，其中每一個位線交叉在頂部字線與底部字線之間，它與每一個底部字線以及每一個頂部字線之間形成一個交叉點；e)在多個底部字線與多個位線之間插入的第一連續活性層；f)在多個頂部字線與多個位線之間插入的第二連續活性層。
21.如權利要求20所述的存儲器結構，其中底部字線包括底部電極材料，它允許覆蓋底部字線的鈣鈦礦材料的外延形成。
22.如權利要求21所述的存儲器結構，其中底部電極材料為YBCO。
23.如權利要求20所述的存儲器結構，其中底部字線為鉑或者銥。
24.如權利要求20所述的存儲器結構，其中第一連續活性層為鈣鈦礦材料。
25.如權利要求20所述的存儲器結構，其中第一連續活性層為一個超巨磁電阻(CMR)材料。
26.如權利要求20所述的存儲器結構，其中第一連續活性層為Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)。
27.如權利要求20所述的存儲器結構，其中第一連續活性層為Gd0.7Ca0.3BaCo2O5+5。
28.一種製造一種存儲器結構的方法，包括步驟a)提供一個半導體基底；b)形成多個底部字線；c)在底部字線上澱積第一層鈣鈦礦材料；d)移走存儲器陣列區域之外的區域中的第一層鈣鈦礦材料，由此在存儲器陣列區域中留下第一層鈣鈦礦材料；e)在鈣鈦礦材料層上形成多個位線；f)在多個位線上澱積第二層鈣鈦礦材料；g)移走存儲器陣列區域之外的區域中的第二層鈣鈦礦材料，由此在存儲器陣列區域中留下第二層鈣鈦礦材料。
29.如權利要求28所述的方法，底部字線包括一個底部電極材料，它允許覆蓋在底部電極的鈣鈦礦材料層的外延形成。
30.如權利要求29所述的方法，其中底部電極材料為YBCO。
31.如權利要求28所述的方法，其中底部字線為鉑或者銥。
32.如權利要求28所述的方法，其中鈣鈦礦材料為一個超巨磁電阻(CMR)材料。
33.如權利要求28所述的方法，其中鈣鈦礦材料為Pr0.7Ca0.3MnO3(PCMO)。
34.如權利要求28所述的方法，其中鈣鈦礦材料為Gd0.7Ca0.3BaCo2O5+5。
35.如權利要求28所述的方法，其中位線覆蓋底部字線形成了一個交叉點存儲結構以及頂部字線覆蓋位線形成了一個交叉點存儲結構。
36.一種用於改變存儲器陣列中的位的電阻率的方法，包括在第一字線與位線之間施加一個電壓並允許第二字線浮動從而使位線與第二字線之間沒有電流流過。
37.如權利要求36所述的方法，其中第一字線為底部字線以及第二字線為頂部字線。
38.如權利要求36所述的方法，其中第一字線為頂部字線以及第二字線為底部字線。
39.如權利要求36所述的方法，其中編程電壓包括多個電壓脈衝，由此該位的電阻率可以被改變並且該位不會被破壞。
40.一種讀取存儲器陣列中具有多種電阻率狀態的位的方法，包括步驟a)在第一字線與位線之間施加一個電壓，並允許第二字線浮動從而使得在位線與第二字線之間沒有電流流過；以及b)讀出該位線的輸出。
41.如權利要求40所述的方法，第一字線為底部字線以及第二字線為頂部字線。
42.如權利要求40所述的方法，其中第一字線為頂部字線以及第二字線為底部字線。
43.一種執行一個共享位線存儲器陣列的塊擦除的方法，包括步驟a)提供一個存儲器陣列，具有頂部字線與底部字線，在頂部字線與底部字線之間插入位線從而形成一個上部交叉點以及一個下部交叉點，在此每一個位線交叉在每一個頂部字線與每一個底部字線之間，其中在每一個上部交叉點和每一個下部交叉點形成了一個電阻位；b)將所有的底部字線接地；c)將所有的頂部字線接地；以及d)對所有的位線施加一個擦除電壓。
全文摘要
提供了一種共享位線交叉點存儲器陣列結構，以及製造和應用它的方法。存儲器結構包括一個底部字線以及覆蓋底部字線的頂部字線。在底部字線與頂部字線之間插入一個位線從而使得在底部字線與位線之間形成一個第一交叉點，以及在位線與頂部字線之間形成一個第二交叉點。具有這樣一種性能的材料，例如阻抗能夠響應輸入電壓而被改變，被提供在位線之上及之下的每一交叉點處。
文檔編號H01L27/105GK1411074SQ02149560
公開日2003年4月16日 申請日期2002年9月26日 優先權日2001年9月26日
發明者許勝籐 申請人:夏普公司