专利名称：一种包括铁电聚合物存储器材料、具有非对称单元尺寸的聚合物存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括铁电聚合物存储器材料的这类聚合物存储器及其制造方法。
背景技术：
聚合物存储器通常具有多条沿x方向彼此平行地延伸的导电字线和多条沿y方向彼此平行地延伸的导电位线，所以生成了单元阵列，每一个单元均在相应的字线在相应的位线上交叉的地方。通过选择在单元上交叉的字线和位线，然后给字线或位线其中之一提供电压或读出(sense)来自字线或位线其中之一的电流，信息可以被写入这些单元的其中之一，或者被从其中读取。例如，铁电聚合物存储器材料可以把字线从位线间隔开，并且，通过把选择电压施加于在选择单元上交叉的相应字线和位线，可以使其导电性在选择单元处变化。
随着计算机要求更多的存储器，存在着在给定面积内包括更多数量的单元的需求，因此使得从一代聚合物存储器到下一代，对设备更新的需求不可避免。一些聚合物存储器具有总共12层金属线，在这些金属线层之间是8层铁电聚合物存储器材料。传统上曾相信，为了用光刻方法形成所有12层金属线，工具配备(tooling)必须被更新。这可能导致40％的设备更新比例，或者更多，当从一种存储器产品过渡到下一种时，这一般被认为是太高了。
通过参考附图举例描述了本发明，在附图中图1是透视图，以分解形式示出了聚合物存储器的一个多层结构；图2是框图，示出了聚合物存储器的各种亚结构，包括下层的电子线路、图1的多层结构，以及交替的绝缘层和进一步的多层结构；图3是顶视图，示出了由字线和位线定义的聚合物存储器单元的阵列；图4A到图4D代表如何写和读每一个聚合物存储器单元；以及图5是可以包括图2的聚合物存储器的计算机系统的框图。
具体实施例方式
在下列描述中，使用术语“字线”和“位线”来区别纵向伸展的导线和横向伸展的导线。目的并非是要给这些术语提供任何逻辑注解。例如，不偏离本发明的范围，这些术语可以被交换，以使字线被称作位线而位线被称作字线。此外，这里使用了例如“x方向”、“y方向”、“z方向”以及“x/y平面”的术语。这些术语被用于相对于彼此来定义结构的目的，并且不应该用来把结构限制到任何绝对参考标架。此外，尽管x、y和z方向彼此严格地成直角，但是不偏离本发明的范围，有可能偏离严格的正交方向。
附图中的图1示出了根据本发明的实施方案的聚合物存储器的第一多层结构10A。聚合物存储器的一个多层结构具有两组字线和在所述字线之间的一组位线。每一组字线中的字线具有彼此间隔开第一距离的中心线，并且位线具有彼此间隔开第二距离的中心线，所述第二距离小于所述第一距离。制造三层线需要三个掩模(masking)步骤。使用具有宽节距掩模的较老技术机器来形成两层字线，并使用具有窄节距掩模的新技术机器来制造位线。因此，为了制造一个多层结构，只有33％的机器必须被更新。整个聚合物存储器具有四个多层结构，具有总共12层线，其中4层要求新技术机器。多层结构在下层的电子线路上形成。下层的电子线路利用28个掩模步骤来构建，28个掩模步骤中的4个要求新技术机器。因此，制造整个聚合物存储器要求40个掩模步骤，其中8个要求新技术机器。因而为了制造整个聚合物存储器要求20％的机器更新，当把机器从一代更新到下一代时，这一般被认为是可接受的。
第一层导电字线12由铝或其他金属形成，并具有沿y方向延伸的中心线14(注图1下的标号32应改成14---david)。中心线14在x方向上彼此间隔开距离D1。每一条字线12在x方向上具有宽度16，宽度16大约等于D1/2。字线12在x方向上彼此间隔开间距18，间距18大约等于D1/2。
在字线12上形成了第一铁电聚合物存储器材料20。铁电聚合物存储器材料20在x-y平面中形成一层。在另一个实施方案中，可以在选择位置形成铁电聚合物存储器材料20，以便形成例如沿x方向和y方向的阵列。
随后在存储器材料20之上形成了一层导电位线22，所以存储器材料20在z方向上把位线22与字线12间隔开。位线22具有沿x方向彼此平行地延伸的中心线23。中心线24在y方向上彼此间隔开距离D2。每一条位线22在y方向上具有宽度24，宽度24大约等于D2/2。位线22在y方向上彼此间隔开间距26，间距26大约等于D2/2。
随后在位线22之上形成了铁电聚合物存储器材料28。和存储器材料20一样，存储器材料28形成了在x-y平面中延伸的层。
随后在存储器材料28之上形成了第二层导电字线30。存储器材料28在z方向上把字线30与位线22间隔开。字线30具有沿y方向彼此平行地延伸的中心线32。中心线32在x方向上彼此间隔开距离D3。每一条导电字线30在x方向上具有宽度34，宽度34大约等于D3/2，并且字线30在x方向上彼此间隔开间距36，间距36大约等于D3/2。
在这个实施例中，字线30精确地落在字线12上，所以中心线32落在中心线14上，距离D3和D1是相同的，宽度34和16是相同的，并且间距36和18是相同的。距离D1、16、18、D3、34以及36全都相对较大。由于相对较大的尺寸，所以能够使用具有现有的较老技术光刻工具的制造设施限定出字线12和30。
但是位线22比字线12和30形成得更为密集。因此，距离D2显著小于距离D1。相应地，宽度24和间距26小于宽度16和间距18。位线22的更为密集的排布(layout)形成了新一代聚合物存储器，当与上一代相比时，每单位面积具有更大的单元阵列。
位线22可能太密集以致不能利用用来制造字线12和30的相同工具来制造。但是应该注意，只有形成位线22要求设备更新，而形成两层字线12和30不要求设备更新。因此第一多层结构的设备更新是33％。
图2示出了整个聚合物存储器40，它包括下层电子线路42、在下层电子线路42的绝缘层上形成的第一多层结构10A、在第一多层结构10A上形成的第一绝缘层44A，以及被第二和第三绝缘层44B和44C交替的第二、第三和第四多层结构10B、10C和10D。使用24个宽节距掩模和4个窄节距掩模以及相关的工具配备制作下层电子线路42。如前面所描述的，使用两个宽节距掩模和一个窄节距掩模以及相关的工具配备制作第一多层结构10A。第二、第三和第四多层结构10B、10C和10D与第一多层结构10A相同，并且每一个都是使用两个宽节距掩模和一个窄节距掩模制作的。因此使用了40个掩模制作聚合物存储器40，所述40个掩模中只有八个是窄节距掩模。因此要求的设备更新是20％，当从一代计算机集成电路产品(在本实施例中是聚合物存储器产品)前进到下一代时，这一般被认为是可接受的百分比。
参考图1和图3，在存储器材料28中限定出聚合物存储器单元46阵列，每一个聚合物存储器单元46处于相应字线30和相应位线22交叉的位置。每一个聚合物存储器单元46具有如下非对称的单元尺寸，即沿x方向的宽度对应于字线30中一条的宽度34，而沿y方向的长度对应于位线22中一条的宽度24。在存储器材料20中限定出另一个在图3中未被示出的聚合物存储器单元阵列，在相应的位线22之一和相应的字线12之一交叉的地方具有聚合物存储器单元。
存储器材料具有带有矩的偶极子，通过施加电压于存储器材料上可改变所述矩。+4.5伏电位将所述偶极矩的取向从一个方向改变到相反方向，而-4.5伏电位能够将所述偶极矩的取向改变回其最初的状态。以这种方式，“1”和“0”可被写入存储器材料。
图4A示出了恰好在把“1”写入字线30和位线22之间的聚合物存储器单元46之一前字线30和位线22的状态。字线30中的每一条均处于三伏，然后，位线22中的每一条被设置到六伏。因此在每一条重叠的字线30和位线22之间存在三伏的电压差。
图4B示出了然后“1”如何被写入聚合物存储器单元46之一。字线30之一上的电压被改变到九伏，并且位线22之一上的电压被改变到零伏。现在在相应字线30和位线22上存在着九伏(9伏-0伏)的电压差。该电压差超过了切换聚合物存储器单元46所要求的4.5伏。偶极矩沿如所施加的电压确定所取的方向排列，这就是将“1”写入聚合物存储器单元的方法。
图4C示出了如何能够将“0”写入聚合物存储器单元46之一。首先，所有字线和位线上的所有电压都被设置到0伏。然后，将所有位线的电压设置到3伏。然后将所有字线设置到6伏。字线之一上的电压被改变到零伏，并且位线之一上的电压被改变到9伏。现在在相应字线30和位线22上存在着-9伏(0伏-9伏)的电压差。该电压差超过了把聚合物存储器单元46切换到0所要求的-4.5伏。
图4D示出了如何能够从聚合物存储器单元46之一读取状态。读取是破坏性写操作。首先，将所有字线上的电压设置到3伏，并将所有位线上的电压设置到6伏。然后，将字线之一上的电压切换到9伏，并将位线之一切换到零伏，如图4B中所示的情形，其中“1”被写入了单元。在图4D中，“1”已经存在于被写入1的单元中，所以在相应单元的位线上没有检测到电流。
图5示出了可以包括图2的聚合物存储器40的计算机系统140。计算机系统140包括处理器150、存储器40，以及耦合到系统总线165的输入/输出能力160。存储器40被配置为储存指令，当所述指令被处理器150执行时，执行这里所描述的方法。存储器40还可以储存被输入的且当前被编辑的视频内容。输入/输出160用于(provide for)视频内容或其部分或其代表的传送和显示。输入/输出160还包含各种类型的计算机可读介质，包括任意类型的可被处理器150访问的储存设备。这些储存设备可以包括前面参考图1描述的那类海量储存存储器。熟练技术人员将会马上认识到术语“计算机可读介质”还包含对数据信号进行编码的载波。输入/输出和相关介质160储存操作系统的计算机可执行指令和本发明的方法，以及所述视频内容。
图5的描述旨在提供对适于实现本发明的计算机硬件和其他工作部件的概述，而不是打算限制可应用的环境。将会理解，计算机系统140是具有不同体系结构的很多可能的计算机系统的一个实施例。典型的计算机系统通常将至少包括处理器、存储器，以及将所述存储器耦合到所述处理器的总线。熟练技术人员将会马上理解，可以利用其他的计算机系统结构来实践本发明，包括多处理器系统、小型机、大型计算机，等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在分布式计算环境中，任务由通过通信网络被链接的远程处理设备来执行。
虽然某些示范性实施方案已经被描述并在附图中示出，但是要理解，这些实施方案仅仅说明而非限制本发明，并且本发明不限于所示出和描述的具体结构和布置，因为普通技术人员可以想到修改方案。
权利要求
1.一种聚合物存储器，包括第一批多条导电字线，所述字线沿y方向彼此平行地延伸，并具有在x方向上彼此间隔开第一距离的中心线；在所述字线上面沿x方向和y方向的第一铁电聚合物存储器材料；多条导电位线，所述位线在所述第一铁电聚合物存储器材料上面沿所述x方向彼此平行地延伸，并具有在所述y方向上彼此间隔开第二距离的中心线，所述第二距离小于所述第一距离，在所述第一铁电聚合物存储器材料中限定出第一聚合物存储器单元阵列，每一个聚合物存储器单元处于相应位线在所述第一批多条字线的其中相应一条上交叉的地方，以便当把选择电压差施加于所述第一阵列的相应单元的相反侧上的相应字线和位线时，所述相应单元处的所述第一铁电聚合物存储器材料被改变。
2.如权利要求1所述的聚合物存储器，还包括在所述位线上面沿x方向和y方向的第二铁电聚合物存储器材料；以及第二批多条导电字线，所述字线在所述第二铁电聚合物存储器材料上面沿所述y方向彼此平行地延伸，并具有在所述x方向上彼此间隔开等于所述第一距离的第三距离的中心线，在所述第二铁电聚合物存储器材料中限定出第二聚合物存储器单元阵列，每一个聚合物存储器单元处于所述第二批多条字线的其中相应一条在相应位线上交叉的地方，以便当把选择电压差施加于和所述相应第二阵列的相应单元相反的相应字线和位线时，所述相应单元处的所述铁电聚合物存储器材料被改变。
3.如权利要求2所述的聚合物存储器，其中，每一条字线具有沿所述x方向的第一宽度，并且每一条位线具有沿所述y方向的第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度。
4.如权利要求3所述的聚合物存储器，其中，所述字线中相邻的在所述x方向上彼此间隔开第一间距，并且所述位线中相邻的在所述y方向上彼此间隔开第二间距，所述第一间距大于所述第二间距。
5.一种聚合物存储器，包括多个多层结构，每一个均包括多条位线，所述位线沿x方向彼此平行地延伸，并具有在y方向上彼此间隔开第一距离的中心线；在所述位线的第一和第二相反侧上的铁电聚合物存储器材料；以及，第一和第二批多条导电字线，所述铁电聚合物存储器材料和所述位线在所述第一和第二批多条字线之间，每一批的所述字线沿y方向彼此平行地延伸，并具有在x方向上彼此间隔开第二距离的中心线，所述第二距离大于所述第一距离；多个绝缘层，每一个均在相应一对多层结构之间。
6.如权利要求5所述的聚合物存储器，其中，每一条字线具有沿所述x方向的第一宽度，并且每一条位线具有沿所述y方向的第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度。
7.如权利要求6所述的聚合物存储器，其中，所述字线中相邻的在所述x方向上彼此间隔开第一间距，并且所述位线中相邻的在所述y方向上彼此间隔开第二间距，所述第一间距大于所述第二间距。
8.一种聚合物存储器，包括交替的导线和铁电聚合物存储器材料层，所述导线层的一些具有沿y方向延伸的字线，并且所述导线层的其他那些具有沿x方向延伸的位线，所述层中的一些的所述导线具有间隔开第一距离的中心线，并且所述层中的其他那些的导线具有间隔开第二距离的中心线，所述第二距离小于所述第一距离。
9.如权利要求8所述的聚合物存储器，其中，带有具有间隔开所述第二距离的中心线的导线的所述层包括少于50％的所述导线层。
10.如权利要求9所述的聚合物存储器，其中，带有具有间隔开所述第二距离的中心线的导线的所述层包括少于30％的所述导线层。
11.一种制造聚合物存储器的方法，包括(i)形成第一批多条导电字线，所述字线沿y方向彼此平行地延伸，并具有在x方向上彼此间隔开第一距离的中心线；(ii)在所述字线上面沿x方向和y方向形成第一铁电聚合物存储器材料；(iii)形成多条导电位线，所述位线在所述第一铁电聚合物存储器材料上面沿所述x方向彼此平行地延伸，并具有在所述y方向上彼此间隔开第二距离的中心线，所述第二距离小于所述第一距离，在所述第一铁电聚合物存储器材料中限定出第一聚合物存储器单元阵列，每一个聚合物存储器单元处于相应位线在所述第一批多条字线中的相应一条上交叉的地方，以便当把选择电压差施加于所述第一阵列的相应单元的相反侧上的相应字线和位线时，所述相应单元处的所述第一铁电聚合物存储器材料被改变。
12.如权利要求11所述的方法，还包括(iv)在所述位线上面沿x方向和y方向形成第二铁电聚合物存储器材料；以及(v)形成第二批多条导电字线，所述字线在所述第二铁电聚合物存储器材料上面沿所述y方向彼此平行地延伸，并具有在所述x方向上彼此间隔开等于所述第一距离的第三距离的中心线，在所述第二铁电聚合物存储器材料中限定出第二聚合物存储器单元阵列，每一个聚合物存储器单元处于所述第二批多条字线中的相应一条在相应位线上交叉的地方，以便当把选择电压差施加于和所述第二阵列的相应单元相反的相应字线和位线时，所述相应单元处的所述铁电聚合物存储器材料被改变。
13.如权利要求12所述的方法，其中(i)-(v)至少形成了部分多层结构，还包括(vi)在所述第二批多条字线上形成绝缘层；以及(vii)在所述绝缘层上重复(i)-(v)。
14.如权利要求12所述的方法，其中，每一条字线具有沿所述x方向的第一宽度，并且每一条位线具有沿所述y方向的第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述字线中相邻的在所述x方向上彼此间隔开第一间距，并且所述位线中相邻的在所述y方向上彼此间隔开第二间距，所述第一间距大于所述第二间距。
全文摘要
提供了一种聚合物存储器及其制造方法。聚合物存储器的一个多层结构具有两组字线和在所述字线之间的一组位线。每一组字线中的字线具有彼此间隔开第一距离的中心线，并且位线具有彼此间隔开第二距离的中心线，所述第二距离小于所述第一距离。制造三层线需要三个掩模步骤。使用较老技术机器和掩模来形成两层字线，并使用新技术机器和掩模来制造位线。因此，为了制造一个多层结构，只有33％的机器必须被更新。整个聚合物存储器具有四个多层结构，具有总共12层线，其中4层要求新技术机器。多层结构在下层的电子线路上形成。下层的电子线路利用28个光刻掩模步骤来构建，28个光刻掩模步骤中的4个要求新技术机器。因此，制造整个聚合物存储器要求40个光刻掩模步骤，其中8个要求新技术机器。因而为了制造整个聚合物存储器要求20％的机器更新，当把机器从一代更新到下一代时，这一般被认为是可接受的。
文档编号G11C11/22GK1839445SQ200480023966
公开日2006年9月27日 申请日期2004年8月20日 优先权日2003年8月25日
发明者马克·伊森伯格 申请人:英特尔公司