交叉点存储器单元阵列的制作方法

本文中所揭示的实施例涉及交叉点存储器单元阵列。

背景技术：

存储器是一种类型的集成电路，且用于计算机系统中以供存储数据。可以个别存储器单元的一或多个阵列制造存储器。可使用数字线(其也可被称为位线、数据线、感测线或数据/感测线)及存取线(其也可被称为字线)写入到存储器单元或从存储器单元读取。数字线可沿着阵列的列使存储器单元导电互连，且存取线可沿着阵列的行使存储器单元导电互连。可通过数字线及存取线的组合唯一寻址每一存储器单元。

存储器单元可为易失性或非易失性。非易失性存储器单元可存储数据达延长的时间段，包含在关闭计算机时。易失性存储器耗散且因此需要(在许多实例中每秒多次)刷新/重写。无论如何，存储器单元经布置以在至少两个不同可选择状态中留存或存储存储器。在二进制系统中，状态被视为“0”或“1”。在其它系统中，至少一些个别存储器单元可经布置以存储信息的两个以上电平或状态。

电容器是可用于存储器单元中的一种类型的电子组件。电容器具有通过电绝缘材料分离的两个电导体。作为电场的能量可被静电存储在此材料内。一种类型的电容器是具有作为绝缘材料的至少部分的铁电材料的铁电电容器。铁电材料通过具有两个稳定极化状态特性化且由此可包括存储器单元的可编程材料。铁电材料的极化状态可通过适当编程电压的施加而改变，且在编程电压的移除之后保持(至少一段时间)。每一极化状态具有不同于另一者的电荷存储电容，且其理想上可用来写入(即，存储)及读取存储器状态而不反转极化状态，直到期望反转极化状态。较不合意的是，在具有铁电电容器的一些存储器中，读取存储器状态的动作可反转极化。因此，在确定极化状态后，进行存储器单元的重写以在其确定之后不久将所述存储器单元放置于预读取状态中。无论如何，并入有铁电电容器的存储器单元归因于形成电容器的部分的铁电材料的双稳定特性而理想上是非易失性。一种类型的存储器单元具有与铁电电容器串联电耦合的选择装置。

另一类型的非易失性存储器是相变存储器。此存储器使用具有在两个不同相位之间(例如，在非晶系无序相位与结晶或多晶有序相位之间)切换的性质的可逆可编程材料。两个相位可与明显不同值的电阻率相关联。目前，虽然可开发其它材料，但是典型相变材料是硫属化物。运用硫属化物，当材料在非晶系(更多电阻性)相位与结晶(更多导电性)相位之间传递时，电阻率可变动两个或两个以上数量级。可通过局部增加硫属化物的温度而获得相变。在150℃下，两个相位均是稳定的。从非晶系状态开始且升高到高于约400℃的温度，可发生微晶的快速成核，且如果将材料保持于结晶温度达足够长时间，那么其经历相变以变成结晶。可通过将温度升高到熔融温度(约600℃)以上随后快速冷却而导致逆转到非晶系状态。

存在且无疑将开发用于存储器单元的其它可逆可编程材料。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的衬底片段(其包括交叉点存储器单元阵列的部分)的图解等角视图。

图2是图1衬底的放大侧视图。

图3是按与图2的衬底相同的比例放大的图1衬底的图解俯视图。

图4是如图2的放大侧视图且突显单个存储器单元的实例轮廓。

图5是如图2的放大侧视图且突显单个存储器单元的实例轮廓。

图6是如图2的放大侧视图且突显单个存储器单元的实例轮廓。

图7是如图2的放大侧视图且突显单个存储器单元的实例轮廓。

图8是如图2的放大侧视图且突显四个组合存储器单元的实例轮廓。

图9是如图2的一放大侧视图且突显七个存储器单元的电流流动路径。

图10是根据本发明的实施例的衬底片段(其包括交叉点存储器单元阵列的部分)的图解等角视图。

图11是图10衬底的放大俯视图。

图12是根据本发明的实施例的衬底片段(其包括交叉点存储器单元阵列的部分)的图解等角视图。

图13是根据本发明的实施例的两个存储器单元的图解示意图。

图14是根据本发明的实施例的两个存储器单元的图解示意图。

具体实施方式

本发明的实施例包含交叉点存储器单元阵列。图1到9展示包括已相对于基底衬底11制造的个别交叉点存储器单元的阵列10的衬底构造8的小部分。衬底11可包括传导(即，本文中电性)、半导电或绝缘/绝缘体(即，本文中电性)材料中的任一或多者。已在基底衬底11上方在竖向上形成各种材料。在此文件中，“高度”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”及“下方”大致参考垂直方向。“水平”是指沿着主表面的大致方向，在制造期间相对于所述主表面处理衬底，且垂直是大致正交于水平的方向。此外，如本文中使用的“垂直”及“水平”是相对于彼此且独立于三维空间中的衬底的定向的大致垂直方向。

材料可在图1描绘的材料的旁边、在竖向上在所述材料的内部或在竖向上在所述材料的外部。例如，集成电路的其它部分或完全制造的组件可被提供在片段11上方、片段11周围或片段11内的某处。用于操作存储器阵列内的组件的控制及/或其它外围电路也可经制造，且可或可不完全或部分处于存储器阵列或子阵列内。此外，也可独立、串联地或以其它方式相对于彼此制造并操作多个子阵列。如此文件中所使用，“子阵列”也可被视为阵列。无论如何，本文中描述的材料、区域及结构中的任一者可为均质或非均质的，且无论如何可在此类上覆的任何材料上方连续或不连续。此外，除非另外规定，否则可使用任何适当或有待开发的技术来形成每一材料，例如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长、扩散掺杂及离子植入。

在一个实施例中，阵列10包括间隔下第一线14a、14b及14c(也统称为第一线14及个别第一线14)，及与第一线14交叉的间隔上第二线16a、16b、16c、16d、16e及16f(也统称为第二线16及个别第二线16)。参考本文中的不同组件的“第一”及“第二”仅用于使涉及不同组件的描述便利。因此，“第一”及“第二”可互换，其与成品电路构造内的相对位置无关，且与制造顺序无关。线14及16包括导电材料，例如金属元素、两种或两种以上金属元素的混合物或合金、导电金属化合物及导电掺杂半导电材料。线14及16可具有相同组合物或彼此不同的组合物。在一个实施例中，第一线14及第二线16彼此成非正交角度，且在一个实施例中成约45°的角度。在一个实施例中，第一线及第二线在阵列内呈直线。在一个实施例中，线14是存取线或字线，且线16是感测线或位线。电介质材料15介于个别第一线14之间。类似地，电介质材料将介于紧邻第二线16之间，但为清楚起见，图中未加以展示。

两个存储器单元个别竖向上介于第二线中的两个紧邻者中的一者与第一线中的相同单个者之间。两个存储器单元重叠及/或共享一些组件(例如相同第一线)，且因此难以在单个图式中展示，而使用元件符号来标示阵列的许多存储器单元的实例轮廓时展示及感知。因此，图1到3中未展示或未使用元件符号来标示个别存储器单元的实例轮廓，而是提供展示实例个别存储器单元的其它图式来协助读者。具体地说，图4到8共同展示四个实例存储器单元轮廓12a、12b、12c及12d(也统称为存储器单元12及个别存储器单元12)。图4到8与图2(图1衬底的侧视图)基本上相同，但仅标示一或四个存储器单元12a、12b、12c及/或12d。具体地说，图4仅展示存储器单元12a的实例粗实线轮廓。图5仅展示存储器单元12b的实例粗实线轮廓。图6仅展示存储器单元12c的实例粗实线轮廓。图7仅展示存储器单元12d的实例粗实线轮廓。图8展示合并在一起且使用两种不同式样粗虚线的存储器单元12a、12b、12c及12d的轮廓。紧邻个别存储器单元(例如12a/12b、12b/12c、12c/12d)的实例轮廓经展示为经竖向交错以便于图4到8中的描绘。

主要参考图4、5及8，两个存储器单元12a及12b个别竖向上介于第二线中的两个紧邻者中的一者(12a的16d及12b的16e)与第一线14中的相同单个者14b之间。主要参考图6到8，两个存储器单元12c及12d个别竖向上介于第二线中的两个紧邻者中的一者(12c的16e及12d的16f)与第一线14中的相同单个者14c之间。

个别存储器单元12包括彼此串联(即，电串联)的选择装置18(构造8的前右面上的三个选择装置标记为18a、18b及18c)及可编程装置20。选择装置18接近于(例如，比可编程装置更接近于)且电耦合到第一线14中的一者或第二线16中的一者。可编程装置20接近于(例如，比选择装置更接近于)且经电耦合到第一线14或第二线16中的另一者中的一者。在一个实施例中，选择装置18直接电耦合到所述第一线或所述第二线，且在一个实施例中，可编程装置20直接电耦合到所述另一第一线或所述另一第二线的所述者。在本发明中，如果在正常操作中电流能够从电子装置或组件连续流动到另一电子装置或组件，那么两个电子装置或组件彼此“电耦合”，且当产生足够次原子正电荷及/或负电荷时，主要通过移动次原子正电荷及/或负电荷来达成彼此电耦合。另一电子组件可介于两个电耦合电子组件或装置之间且可电耦合到所述两个电耦合电子组件或装置。相比而言，当两个电子组件或装置称为“直接电耦合”时，无介入电子组件介于两个直接电耦合组件或装置之间。在实例图1到9实施例中，选择装置18接近于且直接电耦合到第一线14中的一者且可编程装置20接近于且直接电耦合到第二线16中的一者。可使用例如结装置或二极管的任何既有或尚待开发的选择装置。实例二极管包含pn二极管、pin二极管、肖特基(schottky)二极管、齐纳(zener)二极管、雪崩二极管、隧道二极管、具有三种以上材料的二极管等等。作为额外实例，选择装置18可为结双极晶体管。选择装置18可包含作为其部分的竖向外及/或竖向内导电材料(图中未具体展示)。

个别可编程装置20包括竖向上位于第一线14中的一者上方的呈导电柱形式的第一电极22(前三个第一电极标记为22a、22b及22c)。在本发明中，“柱状电极”及“导电柱”是纵向地沿其长度的至少一大部分具有径向连续导电材料的导电结构。第一柱状电极22个别地包括顶部24及侧壁26及27(图2及4到7)。任何适合导电材料(例如tin)可用于第一柱状电极22。个别第一柱状电极22由两个存储器单元共享。例如图中所展示，第一柱状电极22b由存储器单元12a及12b共享(图4、5及8)，且第一柱状电极22c由存储器单元12c及12d共享(图6到8)。

对于个别存储器单元12，可编程装置20包括横向上位于个别第一柱状电极22的相对侧壁26、27中的一者外的可编程材料28。例如在存储器单元12a中，可编程材料28至少横向上位于第一柱状电极22b的侧壁26外(图4)。例如在存储器单元12b中，可编程材料28至少横向上位于第一柱状电极22b的侧壁27外(图5)。例如在存储器单元12c中，可编程材料28至少横向上位于第一柱状电极22c的侧壁26外(图6)。例如在存储器单元12d中，可编程材料28至少横向上位于第一柱状电极22c的侧壁27外(图7)。在一个实施例中且如图中所展示，可编程材料28竖向上位于柱状顶部24上方，且在一个实施例中包括在个别第一柱状电极22的相对侧壁26、27及顶部24上方延伸的连续层。可使用例如以上“背景技术章节中所描述的可编程材料的任何既有或尚待开发的可编程材料。

可编程装置20包含位于可编程材料28外的第二电极30(构造8的前右面上的三个第二电极标记为30a、30b及30c)，可编程材料28横向上位于第一柱状电极22的相对侧壁26或27上方。在一个实施例中且如图中所展示，个别第二电极30呈导电柱的形式。第二电极30可具有相同于或不同于第一柱状电极22的组合物的组合物，且可具有相同于或不同于第二线16的组合物。在所描绘的实例中，第二电极30经展示为具有不同于第二线16的导电组合物。无论如何，第二电极30可被视为导电线16的部分或竖向延伸部。在一个实施例中，可编程材料28位于两个紧邻第一线14之间的第二电极30下方。此外，在一个实施例中，可编程材料28在多个第一柱状电极22的多个顶部24及侧壁26、27上方是连续的，且在紧邻第一线14之间的多个第二电极30下方是连续的。在一个实施例中，第一柱状电极22具有大于第二电极30的最大导电材料宽度的最大导电材料宽度，第二电极30横向上接近于横向上位于第一柱状电极22的相对侧壁26或27外的可编程材料。在一个实施例中，第一柱状电极22具有大于第二电极30的最大导电材料体积的最大导电材料体积。无论如何，在一个实施例中，可编程装置20是铁电电容器且可编程材料28由此包括铁电材料。

第一柱状电极或第二电极电耦合(在一个实施例中，直接电耦合)到选择装置且第一柱状电极或第二电极中的另一者电耦合(在一个实施例中，直接电耦合)到第一线或第二线中的一者。在其中选择装置18接近于且电耦合到第一线14的所描绘实施例中，第一柱状电极22竖向上位于选择装置18上方且电耦合到选择装置18。第二电极30电耦合到第二线16中的一者，且也可被视为包括其部分。

图9经提供以进一步协助读者感知个别存储器单元。图9基本上是图2的复制且其中为清楚起见，已移除大多数元件符号标示。图9以相应实线展示存储器单元12a、12b、12c及12d的实例电流路径。图中展示将直接位于存储器单元12a左侧的两个存储器单元的实线电流路径12x及实线电流路径12y。图中展示将直接位于存储器单元12d右侧的存储器单元的实线电流路径12z。

图13是展示图1到9构造的两个紧邻存储器单元的图解示意图，具体地说，其展示包括第二线16d及16e、个别可编程装置20、共享选择装置18b及单个第一线14b的存储器单元12a及12b。

在一个实施例中，第二电极个别地包括非共享导电柱，其包括一对横向最外角落边缘，且第二线具有横向最外纵向侧壁。例如，如图3中所标示，第二电极30不与紧邻存储器单元的任何其它第二柱状电极30共享且可被视为具有相应横向最外角落边缘对31。第二线16具有横向最外侧壁33。在一个实施例中且如图中所展示，侧壁33沿第二线16在非共享导电柱的横向最外角落边缘对31的竖向上方横向对准。图10及11展示图1到9中所展示的构造的替代实例实施例构造8a，其中第二线的横向最外纵向侧壁不与非共享导电柱的任何横向最外角落边缘对准。已适当使用来自上述实施例的相同元件符号，且使用后缀“a”来指示一些构造差异。在阵列10a中，横向最外纵向侧壁33不与非共享导电柱30的任何横向最外角落边缘31对准。以上所描述及/或图1到9中大体所展示的任何其它属性或方面可用于图10及11实施例中。

图12展示图1中所展示的构造的替代实施例构造8b。已适当使用来自上述实施例的相同元件符号，且使用后缀“b”来指示一些构造差异。在阵列10b中，个别存储器单元具有接近于(例如，比可编程装置更接近于)且电耦合到第二线16中的一者的选择装置18。可编程装置20接近于(例如，比选择装置更接近于)且电耦合到第一线14中的一者。因此，个别第一柱状电极22竖向上位于第一线14上方，接近于且电耦合到第一线14，且个别第二电极30电耦合到选择装置18。由此，每一存储器单元自身具有非共享选择装置。

图14是展示图12构造的两个紧邻存储器单元的图解示意图，具体地说，其展示个别地包括第二线16d或16e、个别可编程装置20、非共享选择装置18及单个第一线14b的两个紧邻存储器单元。

以上所描述及/或图1到11中大体所展示的其它属性或方面可用于图12及14实施例中。

本发明的实施例涵盖一种交叉点存储器单元(例如12)阵列，其包括与间隔第二线(例如16且与第一线相对于第二线的任何竖向布置无关)交叉的间隔第一线(例如14)。两个存储器单元个别地介于所述第二线中的两个紧邻者中的一者与所述第一线中的相同单个者之间(与选择装置、可编程材料及/或共享柱状电极的存在无关)。在一个实施例中，所述存储器单元包括选择装置(例如18)，且在一个实施例中，每个存储器单元包括一个选择装置(例如图14)，且在另一实施例中，每两个存储器单元包括一个选择装置(例如图13)。在一个实施例中，所述两个存储器单元各自包括可编程材料(例如28)及单个共享选择装置，所述单个共享选择装置电耦合到所述第一线且电耦合到所述两个存储器单元中的每一者的所述可编程材料。在一个实施例中，所述两个存储器单元各自包括可编程材料及两个非共享选择装置，所述两个非共享选择装置个别地电耦合到所述两个紧邻第二线中的相应者且电耦合到所述两个存储器单元中的不同者的所述可编程材料。

在一个实施例中，所述第一线及所述第二线彼此成非正交角度，且在一个这样的实施例中成约45°角。在一个实施例中，所述第二线竖向上位于所述第一线外。在一个实施例中，所述第一线及所述第二线在所述阵列内个别呈直线。在一个实施例中，所述两个存储器单元是个别竖向伸长的且共享竖向伸长导电柱，且在一个实施例中，所述竖向伸长导电柱竖向上位于所述第一线上方。在一个实施例中，所述两个存储器单元是个别竖向伸长的且共同包括共享竖向伸长导电柱(例如22)及两个非共享竖向伸长导电柱(例如30)。在一个这样的实施例中，所述两个非共享导电柱个别地具有低于所述共享导电柱的导电材料体积的导电材料体积。

结论

在一些实施例中，一种交叉点存储器单元阵列包括与间隔第二线交叉的间隔第一线。两个存储器单元个别地介于所述第二线中的两个紧邻者中的一者与所述第一线中的相同单个者之间。

在一些实施例中，一种交叉点存储器单元阵列包括间隔下第一线、与所述第一线交叉的间隔上第二线，及个别竖向上介于所述第二线中的两个紧邻者中的一者与所述第一线中的相同单个者之间的两个存储器单元。所述个别存储器单元包括彼此串联的选择装置及可编程装置。所述选择装置接近于且经电耦合到所述第一线或所述第二线中的一者。所述可编程装置接近于且经电耦合到所述第一线或所述第二线中的另一者中的一者。所述可编程装置包括竖向上位于所述第一线上方的第一柱状电极。所述第一柱状电极包括顶部及相对侧壁。所述第一柱状电极由所述两个存储器单元共享。可编程材料横向上位于所述第一柱状电极的所述相对侧壁中的一者外。第二电极位于横向上位于所述第一柱状电极的所述相对侧壁外的所述可编程材料外。所述第一柱状电极或所述第二电极中的一者经电耦合到所述选择装置。所述第一柱状电极或所述第二电极中的另一者经电耦合到所述第一线或所述第二线中的所述另一者中的所述者。

在一些实施例中，一种交叉点存储器单元阵列包括间隔下第一线、与所述第一线交叉的间隔上第二线，及个别竖向上介于所述第二线中的两个紧邻者中的一者与所述第一线中的相同单个者之间的两个存储器单元。所述个别存储器单元包括彼此串联的选择装置及可编程装置。所述选择装置接近于且经直接电耦合到所述第一线中的一者。所述可编程装置接近于且经直接电耦合到所述第二线中的一者。所述可编程装置包括竖向上位于所述选择装置上方且经直接电耦合到所述选择装置的第一柱状电极。所述第一柱状电极包括顶部及相对侧壁。所述第一柱状电极及所述选择装置由所述两个存储器单元共享。可编程材料横向上位于所述第一柱状电极的所述相对侧壁中的一者外。第二柱状电极位于横向上位于所述第一柱状电极的所述相对侧壁外的所述可编程材料外。所述第二柱状电极经直接电耦合到所述第二线。

在一些实施例中，一种交叉点存储器单元阵列包括间隔下第一线、与所述第一线交叉的间隔上第二线，及个别竖向上介于所述第二线中的两个紧邻者中的一者与所述第一线中的相同单个者之间的两个存储器单元。所述个别存储器单元包括彼此串联的选择装置及可编程装置。所述选择装置接近于且经电耦合到所述第二线中的一者。所述可编程装置接近于且经直接电耦合到所述第一线中的一者。所述可编程装置包括竖向上位于所述第一线上方且经直接电耦合到所述第一线的第一柱状电极。所述第一柱状电极包括顶部及相对侧壁。所述第一柱状电极由所述两个存储器单元共享。可编程材料横向上位于所述第一柱状电极的所述相对侧壁外。第二柱状电极位于横向上位于所述第一柱状电极的所述相对侧壁外的所述可编程材料外。所述第二柱状电极经直接电耦合到所述选择装置。所述两个存储器单元中的每一者自身包括非共享选择装置。

已遵照法规来以或多或少专门针对结构及方法特征的语言来描述本文中所揭示的标的物。然而，应了解，权利要求书不受限于所展示及所描述的特定特征，这是因为本文中所揭示的构件包括实例实施例。因此，权利要求书应被给予如字面措词的全范围，且应根据均等论来适当地加以解译。