製造原子分辨存儲器件的光滑表面的結晶相變層的方法
2023-04-23 21:52:51
專利名稱：製造原子分辨存儲器件的光滑表面的結晶相變層的方法
技術領域：
本發明一般涉及數據存儲介質和製造數據存儲介質的方法。
發射極50用聚焦到納米尺度斑點的電子束轟擊數據位40。如果該束流有足夠高的能量，被轟擊的數據位40經受相變(例如，在結晶和非晶態之間)。影響這種相變的因素包括對存儲介質20寫入。
在
圖1裡示出的數據存儲器件10中，若干納米尺度的數據位40包含在存儲介質20之中。如果這些數據位40已被如上所討論的任何發射極50寫入，它們能夠被看作代表數字「1」的數據位40。另一方面，沒有寫入的數據位40能夠被看作是代表數字「0」的數據位40。
採用比在寫入操作中使用的較低能量的束流轟擊所討論的數據位40和監測束流同數據位40的相互作用，可以確定數據位40代表「1」或是「0」。實施這樣的步驟稱作從存儲介質20中「讀出」。
讀出操作的一個實例包括用低能電子束轟擊存儲介質20的數據位40，被轟擊的數據位40不會實現相變。這種示範性的讀出操作也包括監測低能轟擊電子同數據位40如何相互作用。與低能電子束轟擊非晶數據位40所產生的電子-空穴對相比，結晶數據位40受到轟擊能產生的電子-空穴對數目不同。因此，通過監測產生的電子-空穴對的數目，確定數據位40是代表「1」或是「0」是可能的。
圖2示出了圖1所示的數據存儲器件10中使用的相關技術存儲介質20的特寫圖。按照圖2，存儲介質20是由基片60和在基片60的一個表面形成的結晶相變層70製成。儘管沒有說明，上面討論的數據位40寫入該結晶的、相變層70並且從其中讀出。
圖2表示距離基片60最遠的結晶相變層70的表面含有高的表面粗糙度。典型地，該表面粗糙度超過4.0納米均方根(RMS)。連同其他缺點，這樣大小的表面粗糙度使之難於形成尺度一致的數據位40並因此限制了數據存儲器件10的分辨。
按照圖2中示出的形成結晶相變層70的相關技術方法，使用高溫沉積法。然而，在高溫條件下(例如，大約300℃)，形成在基片60上的結晶相變層70發育圖2所示的相當粗糙的表面形態並可能有對超高密度存儲器件10不利的粒狀的表面結構。
表面粗糙的不利至少是因為它引起數據位40的幾何形狀變化並當從存儲介質20讀出時能導致額外的信號噪音。而且，按照相關技術的結晶相變層70的高溫沉積能導致揮發的VI族元素如典型地用於存儲介質20的硒和碲(Se，Te)的損失。
按照另一個實施方案，數據存儲介質包括基片、位於基片上的相變層，和位於相變層上的薄罩層，其中相變層的第一表面位於最接近於薄罩層的位置並且其中相變層的第一表面具有小於2納米的均方根(RMS)的表面粗糙度。
按照圖3A，在室溫下非晶相變層80沉積在基片60上。該非晶相變層80能用熱蒸發、電子束蒸發、元素的共蒸發和(或)射頻(RF)濺射來沉積。該非晶相變層80也能用任何其他的能形成原子級光滑表面的方法來沉積。
非晶相變層80可以包括上面討論過的任何能含有納米尺度數據位40的材料。這些數據位40通過如前面討論過的由發射極50來的電子束寫入存儲介質20和從其中讀出。
基片60幾乎能用任何材料製造。然而，按照本發明的一個特定的實施方案，優選的材料包括那些能夠沉積為原子級光滑表面的和(或)那些經得起半導體微加工的材料。按照一個特定的實施方案，基片60也選取將在下面討論的能抗化學蝕刻的材料。
典型地，非晶相變層80被沉積為厚約在1000埃和3000埃之間的一層。最好是，非晶相變層80厚約在1000埃和1500埃之間。(關於本發明實施方案所討論的層厚是近似的，並且在所討論的厚度的百分之10之內，或其他適宜的厚度，也在本發明的範圍內。)對非晶相變層80的唯一的厚度限制是該層必須厚到足以能在其中形成可讀的數據位40以及該非晶相變層80一定不能那樣厚以致內應力將使它在沉積期間或沉積後爆裂。
圖3B示出按照本發明的一個實施方案的製造方法的另一個步驟，其中在非晶相變層80距離基片60最遠的表面形成厚罩層90。厚罩層90的厚度典型地在1000埃和2000埃之間，儘管不存在該厚度的特定的上限，但要求在製造過程中厚罩層90和非晶相變層80都不爆裂。厚罩層90的厚度也不存在下限，但只要厚罩層90厚到足以防止非晶相變層80的最接近罩層90的表層在製造方法的剩餘步驟期間改變其表面結構。
厚罩層90可以是相對於結晶相變層100(像在下面討論的，非晶相變層80最終轉變成它)和基片60選擇性蝕刻的任何材料。組成厚罩層90的典型材料包括，但不限於，二氧化矽(SiO2)、硼矽酸鹽玻璃(BSG)、磷矽酸鹽玻璃(PSG)和硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)。厚罩層90典型地是由射頻濺射或是由電子束蒸發來沉積的。然而，本發明所用的不限於這些方法，並且任何基本上不幹擾非晶相變層80原子級光滑表面的形成罩層90的方法也在本發明的範圍內。
圖3C示出按照本發明的一個實施方案的製造方法的另一個步驟，其中非晶相變層80已經轉變成結晶相變層100。雖然任何能夠影響從非晶相變層80變成結晶相變層100的工藝均在本發明的範圍內，但在一個優選的實施方案中，使用退火來實現此變化。典型的退火次數和溫度依賴於所用的相變材料。然而，典型的退火溫度相對於被退火的材料的結晶溫度進行優選。按照本發明的一個特定的實施方案，結晶溫度約在200℃和300℃之間，因此退火溫度可以選在該溫區。
圖3D示出按照本發明的一個實施方案的另一個製造步驟，按照圖3D，厚罩層90已經從它先前沉積在其上的結晶相變層100的表面上去除掉。
按照本發明的一個特定的實施方案，厚罩層90被氟化氫溶液或蒸氣和(或)含氟化合物的幹法蝕刻選擇性地蝕刻掉。換句話說，可以使用溼法蝕刻或使用蒸氣蝕刻，儘管去除厚罩層90並不限於溼法和蒸氣蝕刻。任何基本上不改變結晶相變層100的表面結構的從結晶相變層100的表面上去除厚罩層90的方法也都在本發明的範圍內。典型地，氟化氫蝕刻具有氟化氫對水的比率在1∶10和1∶100之間，儘管這些比率只是示範性的並且可以使用其他比率。同樣，其他含有緩衝劑氧化物的蝕刻(BOE)也能使用。
圖3E還示出按照本發明的製造方法的另一個步驟，其中薄罩層110形成在距離基片60最遠的結晶相變層100的那一表面。該薄罩層110的厚度典型地在三和七納米之間，儘管其他厚度也是在本發明的範圍內。該薄罩層110的最大厚度是當對存儲介質20導通讀出和寫入操作時由能量發射極50發射的能量決定的。更具體而言，因為薄罩層110在較厚時吸收更多的能量，而由能量發射極50發射的能量將只能穿行一定厚度的薄罩層110，所以要求薄罩層110保持薄。
在本發明的一種替代實施方案中，其中能量發射極50發射能貫穿清晰薄罩層110的很大厚度的一種類型的能量(例如，光)，薄罩層110的厚度能大大地增加。
薄罩層110典型地是由低原子密度、耐用的材料製成的。這意味著低原子密度原子，如可以使用鋁和硼。這樣低原子密度的材料容許由發射極50來的電子穿行薄罩層110更大的厚度。關於在薄罩層110中使用的材料的耐用性方面，主要指材料的抗磨損和抗物理損傷的能力。
構成薄罩層110的典型材料包括，但不限於，氧化鋁(Al2O3)和氮化硼。典型地，薄罩層110是通過射頻濺射或原子層沉積(ALD)來沉積的。然而，形成薄罩層110的方法只以下限制能夠保持薄罩層110同產生光滑表面相容的低的表面粗糙度，以及它們基本上不影響薄罩層110沉積於其上的結晶相變層100的的表面特性。
薄罩層110的典型表面粗糙度小於2.0納米均方根。然而，按照本發明的一種優選實施方案，薄罩層110的表面粗糙度小於0.4納米均方根。
圖3E中示出的存儲介質20的結構含有結晶相變層100和薄罩層110，它們是原子級光滑的並可以被安放在上面討論過的發射極50的附近。薄罩層110保護結晶相變層100的表面結構和容許在較高的溫度或較高的發射極50能量下實施數據位40的讀和寫。而且，按照圖3E示出的本發明的實施方案，VI族元素從結晶相變層100中的揮發被大大減少或被完全消除。
圖4是以上所述製造步驟的流程圖。如圖4所示，製造過程始於開始步驟200。然後，可以實施圖3A所示的步驟210，它要求在基片上形成非晶相變層。然後接著是要求在非晶相變層上形成厚罩層的步驟220，如圖3B所示。在步驟230，非晶相變層轉變為結晶相變層，如圖3C所示。步驟230接著步驟240，此步驟要求除去厚罩層，如圖3D所示。然後可以包括在結晶相變層上形成薄罩層的步驟250，如圖3E所示。最後以步驟260結束此製造過程。
前面的詳細描述僅提供對本發明的示範性實施過程的了解，而非必要的限制，因為對本領域技術人員來說在沒有超出附加的權利要求及其等同要求的範圍進行一些修改應當是顯而易見的。
權利要求
1.一種製備數據存儲介質(20)的方法，該方法包括在基片(60)上形成相變層(80)；在相變層(80)上形成厚罩層(90)；相變層(80)從第一相變為第二相；去除厚罩層(90)；以及在相變層(100)上形成薄罩層(110)。
2.權利要求1所述的方法，其中形成相變層(80)的步驟包括至少實行熱蒸發、電子束蒸發、元素的共蒸發和射頻(RF)濺射中的一種。
3.權利要求1所述的方法，其中形成厚罩層(90)的步驟包括至少實施射頻(RF)濺射和電子束蒸發中的一種。
4.權利要求1所述的方法，其中去除步驟包括選擇性地蝕刻厚罩層(90)。
5.權利要求1所述的方法，其中形成薄罩層(110)的步驟包括至少實施射頻(RF)濺射和原子層沉積(ALD)之一。
6.一種數據存儲介質(20)，該介質包括基片(60)；位於基片(60)之上的相變層(100)；和位於相變層(100)之上的薄罩層(110)，其中相變層(100)的第一表面位於最接近薄罩層(110)的位置並且其中相變層(100)的第一表面具有小於2納米的均方根(RMS)表面粗糙度。
7.權利要求6所述的數據存儲介質(20)，其中相變層(100)包括結晶區。
8.權利要求7所述的數據存儲介質(20)，其中相變層包括納米尺度數據位(40)。
9.權利要求7所述的數據存儲介質(20)，其中薄罩層(110)包括低原子密度的、耐用的材料。
10.權利要求7所述的數據存儲介質(20)，其中第一表面具有小於0.4納米的均方根表面粗糙度。
全文摘要
一種形成結晶的、表面保持原子級光滑的相變層(100)的方法;以及,按此方法製造的一種原子級光滑的、結晶的相變層(100)。該方法包括:在基片(60)上形成相變層(80),在相變層(80)上形成厚罩層(90),將相變層(80)從非晶相改變為結晶相,去除厚罩層(90),和在相變層(100)上形成薄罩層(110)。
文檔編號B05D1/36GK1389901SQ0212244
公開日2003年1月8日 申請日期2002年6月5日 優先權日2001年6月5日
發明者H·李, R·比克內爾－塔休施 申請人:惠普公司