專利名稱：低電壓和界面免損聚合物存儲(chǔ)器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及微電子設(shè)備的制造。更具體地，本發(fā)明涉及微電子存儲(chǔ)設(shè)備的制造。特別地，本發(fā)明涉及一種交叉點(diǎn)鐵電性聚合物存儲(chǔ)器設(shè)備。
背景技術(shù)：
在微電子領(lǐng)域里，一直面臨著找到更快捷、更密集和更加節(jié)約成本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案的壓力。無論數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置是快速、芯片內(nèi)建(on-die)的存儲(chǔ)器，例如靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(SRAM)，還是稍微慢些、嵌入式的動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(eDRAM)，甚至是更慢的芯片外建(off-die)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(DRAM)，或者是海量存儲(chǔ)用的磁性或者永磁性的光盤，每一種技術(shù)都需要不斷發(fā)展，以滿足增加速度和容量的需求。
據(jù)發(fā)現(xiàn)，有些聚合物表現(xiàn)出鐵磁性。聚偏二氟乙烯(PVDF，重復(fù)部分的結(jié)構(gòu)式為(CH2-CF2)n)和它的一些共聚物是這種聚合物中的其中之一。另一持續(xù)存在的壓力是對(duì)非易失數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置更低的耗電要求，尤其是對(duì)可能使用諸如閃存或者磁盤驅(qū)動(dòng)器這類的存儲(chǔ)介質(zhì)的可移動(dòng)式平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。
本領(lǐng)域需要的是一種非易失、低功率的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
為了以一種方式獲知本發(fā)明上面所述的和其他的優(yōu)點(diǎn)，下面將參照本發(fā)明的特定實(shí)施例，給出以上已經(jīng)簡(jiǎn)短描述的本發(fā)明的更具體的介紹，其中實(shí)施例是根據(jù)


的。這些附圖僅僅描繪本發(fā)明的一般實(shí)施例，該實(shí)施例沒有必要按比例繪制，因此也不要視為是限制它的范圍；在理解這點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過使用附圖，結(jié)合其他的特征和細(xì)節(jié)來描述和解釋本發(fā)明。其中，圖1是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)制造階段的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的正截面圖；圖2是圖1中描繪的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)經(jīng)過進(jìn)一步處理后的正截面圖；圖3是圖2中描繪的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)經(jīng)過進(jìn)一步處理后的正截面圖；圖4是圖3中描繪的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)經(jīng)過進(jìn)一步處理后的正截面圖；圖5是交叉點(diǎn)聚合物存儲(chǔ)器單元的正截面圖，它表示圖4中描繪的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)經(jīng)過進(jìn)一步處理后的結(jié)構(gòu)；圖6是交叉點(diǎn)聚合物存儲(chǔ)器單元的正截面圖，它表示圖4中描繪的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)經(jīng)過進(jìn)一步處理后的結(jié)構(gòu)；圖7是描述方法實(shí)施例的流程圖；和圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)系統(tǒng)的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及鐵電性聚合物存儲(chǔ)設(shè)備，其包括夾在一排電極之間的鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)，電極用于獲取穿過鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)的電信號(hào)。悉知這種聚合物的鐵磁性，設(shè)計(jì)者們大膽地利用這種性能，將鐵磁性聚合物分子定向排列作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。通過篩選優(yōu)選的界面層，可以完成一項(xiàng)精心的設(shè)計(jì)。這樣可以大大提高非易失存儲(chǔ)器的可靠性和存儲(chǔ)性能。
鐵電性聚合物存儲(chǔ)設(shè)備可以稱為交叉點(diǎn)矩陣聚合物存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。由于鐵電性聚合物組合物實(shí)施例的機(jī)械敏感性和熱敏性，本發(fā)明提出了聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的表面工程解決方案。
交叉點(diǎn)矩陣聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可以包括第一電極。在所述第一電極上可以設(shè)置保護(hù)膜。在所述保護(hù)膜和襯底上設(shè)置鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)。按與所述第一電極和第一保護(hù)膜成交叉布局的結(jié)構(gòu)來設(shè)置第二電極和第二保護(hù)膜。
下面的描述中包括一些術(shù)語，例如上部的、下部的、第一、第二等，它們僅僅用于描述，并不視為是限制性的。這里描述的本發(fā)明的裝置或者器件的實(shí)施例在許多位置和方向都可以被制造、使用或者運(yùn)送。
現(xiàn)在將參照附圖，其中同一結(jié)構(gòu)將用同樣的標(biāo)號(hào)表示。為了最清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，這里包括的附圖是集成電路結(jié)構(gòu)的概略圖。因而，制造結(jié)構(gòu)的真正外觀，例如顯微照片中的，可能看起來有些不同，但仍包含了本發(fā)明中的基本結(jié)構(gòu)。而且，附圖僅僅示出了理解本發(fā)明所必不可少的結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域公知的其他結(jié)構(gòu)沒有包括在內(nèi)，以保持視圖的清晰。
圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在鐵電性聚合物(ferroelectric polymer，F(xiàn)EP)存儲(chǔ)器的制造過程中的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)10的正截面圖。圖中描繪的襯底12用掩膜14圖案化，通過掩膜14，凹槽16在襯底12中已經(jīng)形成。如圖2中描繪的，凹槽16用于接受第一或者下部電極18。根據(jù)本領(lǐng)域公知的電導(dǎo)體，第一電極18可以通過任意適合的電導(dǎo)體材料的化學(xué)氣相沉積(CVD)形成。在一個(gè)實(shí)施例中，第一電極18是鋁材質(zhì)。在又一實(shí)施例中，第一電極18是銅或者銅合金材質(zhì)。第一電極18(和在圖5中描繪的第二電極34)的厚度取決于具體的光刻技術(shù)和設(shè)計(jì)要求。圖2還示出了在掩膜14上及其上方的外部電極材料18’，二者都將移去。
在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2中描繪的，利用物理氣相沉積(PVD)，一開始沉積第一電極18，形成自對(duì)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。第一電極18可以由本領(lǐng)域公知的任意適合的電導(dǎo)體材料組成。當(dāng)利用PVD形成時(shí)，為了少接觸或者不接觸凹槽16中的第一電極18上表面上方的側(cè)壁20，可以用對(duì)準(zhǔn)的方式完成電極18。如果視準(zhǔn)儀(collimator)的寬高比(aspect ratio)設(shè)置為等于或者超過凹槽16的寬高比，對(duì)準(zhǔn)的PVD將阻止電極材料與已經(jīng)沉積的材料的上表面上方的側(cè)壁20之間的接觸。為了圖案化凹槽16和在襯底12上形成第一電極18，掩膜14可以保留在原處。PVD形成第一電極18后，根據(jù)公知技術(shù)，例如濕法剝離或者灰化掩膜和沖洗襯底，可以移走掩膜14。因此，利用掩膜移除技術(shù)，在圖2中描繪的掩膜14上的外部電極材料18’也移除了。
圖3表示為了形成自對(duì)準(zhǔn)的電極結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步處理后的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)10。在襯底12和第一電極18上形成保護(hù)層22。為了與凹槽16的側(cè)壁20接觸，可以通過CVD或者PVD形成保護(hù)層22。CVD和PVD操作條件是本領(lǐng)域公知的，并且經(jīng)常由具體應(yīng)用、要沉積的材料和被生產(chǎn)物件的熱衡算(thermal budget)決定。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)公知技術(shù)，利用原子層化學(xué)氣相沉積(ALCVD)形成保護(hù)層22。
保護(hù)層22可以是金屬、難熔金屬，或者金屬或難熔金屬的合金。此外，保護(hù)層22還可以是金屬、難熔金屬及其合金的氮化物、氧化物或者碳化物。而且，可以選用以上物質(zhì)的組合形成復(fù)合保護(hù)層。保護(hù)層22的一個(gè)實(shí)施例包括氮化鈦層。另一實(shí)施例包括氧化鈦層。這里詳細(xì)闡明了保護(hù)層22關(guān)于材料方面的細(xì)節(jié)。
圖4表示進(jìn)一步處理后的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)10。保護(hù)層22在垂直面上已經(jīng)被減縮，余下第一電極18上的第一或者下部保護(hù)膜24。垂直面的減縮可以通過機(jī)械拋光、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、化學(xué)腐蝕以及類似方法完成。在一個(gè)實(shí)施例中，雖然襯底12在Z方向上的垂直面是允許有一些減縮的，但CMP采用的是對(duì)襯底12有選擇性的化學(xué)配方。于是，形成了具有襯底12、第一電極18和第一保護(hù)膜24的鑲嵌(damascene)結(jié)構(gòu)。
第一保護(hù)膜24可以由選自金屬、難熔金屬、它們的合金、它們的氮化物、氧化物、碳化物及其組合中的材料組成。在一個(gè)實(shí)施例中，第一保護(hù)膜24可以是金屬，例如鋁。在另一實(shí)施例中，第一保護(hù)膜24可以是難熔金屬，例如鈦；難熔金屬氮化物，如氮化鈦(TiN)；或者難熔金屬氧化物，如二氧化鈦(TiO2)，可以是金紅石型或者銳鈦礦型。其它難熔金屬可以包括鈦、鋯、鉿以及類似金屬。其它難熔金屬還可以包括鈷以及類似金屬。其它難熔金屬還可以包括鉻、鉬、鎢以及類似金屬。其它難熔金屬還可以包括鈧、釔、鑭、鈰以及類似金屬。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一保護(hù)膜24是通過TiN或者TiO2的CVD、PVD或者ALCVD而形成的。第一保護(hù)膜24可以具有從約10納米(nm)到約100nm的厚度范圍，優(yōu)選約20nm到約50nm。隨著第一保護(hù)膜24的形成，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)10已準(zhǔn)備好在襯底12上接受FEP結(jié)構(gòu)。
圖5表示進(jìn)一步處理后的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)10。在一個(gè)實(shí)施例中，第一或者下部FEP層26通過Langmuir-Blodgett沉積技術(shù)，在襯底12和第一保護(hù)膜24上形成。所述Langmuir-Blodgett(L-B)沉積技術(shù)是本領(lǐng)域中公知的。它通常包括將襯底浸漬在容器中的室溫處理工藝，容器中盛有在浸漬過程中將沉淀在襯底上的流體物質(zhì)。此后，旋壓(spin-on)FEP層28在第一FEP層26上及其上方形成。旋壓FEP層28可以是這樣形成的將膠漿(puddle prime)中的流體FEP物質(zhì)沉積在襯底12上大約5到25秒，然后以每分鐘約300轉(zhuǎn)(rpm)到6000轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)襯底12大約5到20秒。
旋壓FEP層28形成后，第二或者上部的FEP層30通過L-B沉積技術(shù)在旋壓FEP層28上及其上方形成。第一FEP層26和第二FEP層30的形成分別代表了旋壓FEP層28的表面工程技術(shù)，其可以減少FEP結(jié)構(gòu)38分別和第一電極18及第二電極34之間的界面處的損壞。換句話說，為了防止損壞，旋壓FEP層28需要與電極隔離時(shí)，通過分別形成至少一層第一FEP層26或第二FEP層30的表面工程技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的隔離。此外，F(xiàn)EP層26和30的垂直厚度可以在約4.5埃到約45埃的范圍內(nèi)選擇。一個(gè)有關(guān)厚度的實(shí)施例是約5個(gè)單層或者約23埃。
各種聚合物都可以用來形成第一FEP層26和第二FEP層30。在一個(gè)實(shí)施例中，F(xiàn)EP層26和30選自聚氟乙烯和聚乙烯氟化物、它們的共聚物以及它們的組合。在另一實(shí)施例中，F(xiàn)EP層26和30選自聚氯乙烯和聚乙烯氯化物、它們的共聚物以及它們的組合。在另一實(shí)施例中，F(xiàn)EP層26和30選自聚丙烯腈、它的共聚物以及它們的組合。在另一實(shí)施例中，F(xiàn)EP層26和30選自聚酰胺、它的共聚物以及它們的組合。其他實(shí)施例可以包括以上不同類型物質(zhì)的交叉組合，例如多氟化物(polyfluoride)和聚酰胺或者多氟化物和聚丙烯腈。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一FEP層26和第二FEP層30是L-B沉積聚合物，其中聚合物選自(CH2-CF2)n，(CHF-CF2)n，(CF2-CF2)m，它們的“(-”相((-phase)和“(-，(-，(-，”相，優(yōu)選為“(-”相；(CH2-CF2)m-(CHF-CF2)m共聚物，它的“(-，(-，(-，”相和“(-”相，優(yōu)選為“(-”相的(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物；及它們的組合。(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物可以表示為P(VDF-TrFE)或者聚偏二氟乙烯-三氟乙烯。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，第一FEP層26和第二FEP層30是(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物，其中n加m等于1，且其中n在約0.6-0.9的范圍內(nèi)，優(yōu)選約0.7-0.8，更優(yōu)選約0.75。
更可取的是形成晶態(tài)鐵電性聚合物的第一層26和第二層30。通過“晶態(tài)”可以理解，根據(jù)Miller-Bravais指數(shù)晶格系統(tǒng)或者類似系統(tǒng)，L-B沉積技術(shù)可以形成高度有序結(jié)構(gòu)的聚合物，其中基本上首先形成一個(gè)單層。在一個(gè)實(shí)施例中，形成的單層P(VDF-TrFE)共聚物可以有約4.5埃的垂直面。
大多數(shù)聚合物體系呈現(xiàn)一定程度的無規(guī)立構(gòu)性，然而L-B技術(shù)已經(jīng)能得到基本上全同立構(gòu)的聚合物膜。在利用L-B沉積技術(shù)形成共聚物時(shí)，在相同的沉積條件下，膜比單體更不易趨向全同立構(gòu)。在某些情況下，可能形成間同立構(gòu)膜，即使聚合物或者共聚物膜中的官能團(tuán)比其他的更大。基于同樣的原因，L-B沉積技術(shù)可以得到間同立構(gòu)共聚物，但是這種共聚物也趨向于無規(guī)立構(gòu)，這取決于共聚物膜是否形成為無規(guī)的、規(guī)則的、嵌段的或者接枝的共聚物。
當(dāng)通過L-B沉積技術(shù)形成幾個(gè)單層的FEP結(jié)構(gòu)時(shí)，晶態(tài)結(jié)構(gòu)可能開始偏離高度有序(全同立構(gòu)的或者間同立構(gòu)的)的晶格結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，形成5個(gè)單層的結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，形成10個(gè)單層的結(jié)構(gòu)。因此，在薄層界面上不是形成高度有序的單晶晶格結(jié)構(gòu)，而是形成有位錯(cuò)的單層或者單層組的薄片。5或10個(gè)單層的結(jié)構(gòu)的晶體屬性可以與假設(shè)的高度有序的5或10個(gè)單層的結(jié)構(gòu)相比，具有約20％-80％的結(jié)晶體。在一個(gè)實(shí)施例中，F(xiàn)EP結(jié)構(gòu)中結(jié)晶度的有序量(全同立構(gòu)或者間同立構(gòu)的程度)在約1/3-2/3的范圍內(nèi)，優(yōu)選大于1/2并且小于等于95％的薄層結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)的有序度通過測(cè)試技術(shù)可以量化，如掃描電子顯微鏡、X-射線衍射和其他技術(shù)。在嚴(yán)格控制的操作條件下，對(duì)于5或10個(gè)單層的結(jié)構(gòu)以及單層數(shù)在5-10之間的結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度可以高達(dá)約95％。
設(shè)置在層26和30之間的旋壓FEP層28同樣可以由以上公開的聚合物、共聚物、它們的組合以及相應(yīng)比例的其中任意一種制成。旋壓FEP層28的厚度可以在約500埃到約2000埃的范圍內(nèi)，優(yōu)選約600埃到約1500埃之間，更優(yōu)選約700埃到約1000埃之間。
圖5還圖示了進(jìn)一步的處理，其中第二或者上部保護(hù)膜32和第二或者上部電極34以一種被稱為“交叉點(diǎn)”36陣列的結(jié)構(gòu)形成，這種陣列使第一電極18和第二電極34間的FEP結(jié)構(gòu)38暴露出來。換句話說，如果第二電極34寬度也約為W時(shí)，交叉點(diǎn)36或者第一電極18的寬度W向上到第二電極34的投影暴露出了面積約為W的平方的FEP結(jié)構(gòu)。作為存儲(chǔ)器元件實(shí)施例，在投影區(qū)域內(nèi)的FEP結(jié)構(gòu)38可能是最易于寫入和讀取的。
存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)10的交叉點(diǎn)36在X方向上的尺寸受具體的掩膜技術(shù)的最小特征尺寸(minimum-feature)的限制。比方說，光刻技術(shù)工藝流程可能有0.25微米、0.18微米、0.13微米和0.11微米的最小特征尺寸。將來可能實(shí)現(xiàn)的其他最小特征尺寸也適用于本發(fā)明。如這里所述的，第二保護(hù)膜32和第二電極34在Z方向的厚度分別與第一保護(hù)膜24和第一電極18的厚度匹配。
圖6表示本發(fā)明的另一實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，通過本領(lǐng)域公知的L-B技術(shù)形成單層晶態(tài)FEP層126。
圖6中，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)110包括襯底112和凹槽116，在凹槽116的側(cè)壁120內(nèi)設(shè)置有第一或者下部電極118和第一保護(hù)膜124。單層晶態(tài)FEP層126設(shè)置在襯底112和第一保護(hù)膜124上及其上方。晶態(tài)FEP層126上及其上方設(shè)置第二保護(hù)膜132。因此，設(shè)置在第二保護(hù)膜132上及其上方的是第二或者上部電極134。約為寬度W的平方的區(qū)域定義的交叉點(diǎn)136在第一電極118和第二電極134之間。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，交叉點(diǎn)136包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用的信號(hào)界面。晶態(tài)FEP結(jié)構(gòu)138因而在單層FEP層126外形成。結(jié)晶度可以在約20％到約95％的范圍內(nèi)，并且在該范圍內(nèi)，優(yōu)選大于約50％。
對(duì)比多層結(jié)構(gòu)，例如圖5中描繪的FEP結(jié)構(gòu)38，該實(shí)施例存在一些優(yōu)點(diǎn)。雖然厚約4.5埃、約45埃，或者其2倍，也就是約90埃的厚度可能不足以阻止在第二保護(hù)膜32的ALCVD過程中聚合物/電極界面處的較大損壞，但是利用額外的處理時(shí)間可以制作更厚的層。
額外的處理時(shí)間可以來自于單層晶態(tài)鐵電性聚合物層126用的權(quán)衡(trade-off)過程，其中126可能比圖5中描繪的鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)38更薄。然而，權(quán)衡是指通過L-B沉積技術(shù)形成單層FEP層的過程中的沉積時(shí)間可能擴(kuò)展為包括形成圖5中描繪的鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)38以前所需的所有處理時(shí)間。
因此，本來可以用于圖5中描繪的多層FEP結(jié)構(gòu)的表面工程處理的以下的處理時(shí)間可以用于形成圖6中描繪的晶態(tài)FEP結(jié)構(gòu)138用于第一FEP層26的開車、沉積和停車時(shí)間，用于FEP層28的開車、旋壓、固化和停車時(shí)間，以及用于第二FEP層30的開車、沉積和停車時(shí)間。因而，單層晶態(tài)FEP層的厚度可以在約100埃到約2000?；蛘吒叩姆秶鷥?nèi)，僅僅取決于特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求。其他厚度可以為約200埃到約1500埃的范圍。其他厚度還可以為約300埃到約1000埃的范圍。
在另一實(shí)施例中，旋壓FEP層也可以是類似于圖6中描繪的單層、晶態(tài)FEP結(jié)構(gòu)138的獨(dú)立(stand-alone)FEP結(jié)構(gòu)。與圖6中所描繪的區(qū)別僅在于結(jié)構(gòu)138是旋壓層，而不是L-B沉積層。應(yīng)該注意的是這種旋壓FEP結(jié)構(gòu)138的結(jié)晶度可能低于通過L-B沉積形成的晶態(tài)FEP結(jié)構(gòu)138的結(jié)晶度。然而，旋壓層優(yōu)選應(yīng)該至少具有50％的結(jié)晶度。
可能被選定的旋壓FEP結(jié)構(gòu)138的厚度可以在約300埃到約2000埃或更大的范圍內(nèi)。在旋壓實(shí)施例中，可能要詳述FEP結(jié)構(gòu)的表面工程技術(shù)，即通過ALCVD分別形成第一保護(hù)膜124和第二保護(hù)膜132，以及使用PVD形成第二電極134。
下面的討論適用于圖5和圖6中描繪的結(jié)構(gòu)。根據(jù)公知技術(shù)，優(yōu)選ALCVD形成保護(hù)膜24和32，或者124和132。由于FEP結(jié)構(gòu)38或者138具有物理接觸敏感和溫度敏感的特性，通過CVD形成第二電極34或134并不是優(yōu)選的，但是由于ALCVD要求更低的處理溫度，所以可以通過ALCVD形成保護(hù)膜24、32或者124、132。第二保護(hù)膜32、132形成后，在基本不會(huì)損壞FEP結(jié)構(gòu)38、138的條件下，通過PVD分別形成第二電極34、134。
圖7是表示工藝流程實(shí)施例，描述FEP結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器單元的制造和FEP結(jié)構(gòu)的表面工程技術(shù)。工藝700包括各種工藝流程替換方案。首先，工藝700從710在襯底上形成第一電極開始。襯底可以是具有邏輯結(jié)構(gòu)和其他諸如嵌入式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的硅。邏輯的和/或者嵌入式存儲(chǔ)器可以包括諸如n型摻雜金屬氧化物硅(n-MOS)、p型摻雜MOS(p-MOS)、互補(bǔ)型MOS(CMOS)、雙極性CMOS(BiCMOS)和其他的類似結(jié)構(gòu)。襯底還可以是在邊緣上包含有行和列尋址通訊的處理器。如這里所述的，襯底還可以是玻璃纖維樹脂(FR)型結(jié)構(gòu)。
在襯底上，發(fā)明的實(shí)施例是設(shè)置為與第一和第二電極在邊緣上接觸。如這里所述的，710形成第一電極之后，工藝流程繼續(xù)720形成第一保護(hù)膜。然后，工藝流程可以進(jìn)行如這里所述的各種實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)行730L-B沉積第一FEP層。接著，732在所述第一FEP層上及其上方形成旋壓FEP層。然后，734根據(jù)L-B技術(shù)沉積第二FEP層。
如這里所述的，在另一工藝流程實(shí)施例中，進(jìn)行740單層、結(jié)晶L-B沉積以形成如圖6中描繪的晶態(tài)FEP層126，累積成晶態(tài)FEP結(jié)構(gòu)138。為獲得優(yōu)選的厚度，雖然L-B沉積可能比旋壓沉積更慢，但它可以形成1到約1000或者更多的層。如這里所述的，在另一工藝流程實(shí)施例中，750形成單層旋壓FEP層，累積成如這里所述的FEP結(jié)構(gòu)。
FEP結(jié)構(gòu)形成后，工藝流程繼續(xù)760，以對(duì)齊第二電極的方式形成第二保護(hù)膜。如這里所述的，可以在ALCVD條件下形成第二保護(hù)膜，這樣基本不會(huì)損壞FEP結(jié)構(gòu)的整體性。然后，770在第二保護(hù)膜上及其上方形成第二電極。
FEP結(jié)構(gòu)的界面損壞可能僅在形成第二保護(hù)膜的過程中比較重要。按照一個(gè)表面工程工藝流程，可以省略730L-B沉積工藝。因此，工藝流程將這樣進(jìn)行710形成下部電極、720形成下部保護(hù)膜、732旋壓形成FEP層、734L-B沉積上部晶態(tài)FEP層、760形成上部保護(hù)膜和770形成上部電極。根據(jù)本實(shí)施例，工藝可以在不需要處省略。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是存儲(chǔ)器系統(tǒng)。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的插進(jìn)主機(jī)(未示出)內(nèi)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)800的局部側(cè)視圖。除了主機(jī)(未示出)，存儲(chǔ)器系統(tǒng)800可以包括設(shè)置在襯底812上的存儲(chǔ)器件810，其中襯底可以是微處理器硅或者類似物?；蛘?，襯底812可以是諸如玻璃纖維樹脂(FR)卡或者包含有稱為FR4的通用型主板一樣的板。
圖8中，襯底812繪制為微處理器硅，其上可以包含有邏輯電路。主機(jī)用的物理界面814也繪制在圖8中。在一個(gè)實(shí)施例中，物理界面814可以是雙列直插式(dual in-line)引線框，將其設(shè)置在主板、擴(kuò)展卡、專用集成電路(ASIC)板或者類似的板上。圖8中還示出了信號(hào)界面816A、816B。在該實(shí)施例中，信號(hào)界面816A可以是從存儲(chǔ)器件810到物理界面814的封裝結(jié)構(gòu)之間的連接線。信號(hào)界面816B也可以包括引線框，例如用于雙列直插式封裝的。信號(hào)界面的其他實(shí)施例可以包括包含有光波導(dǎo)和空間傳送器/接收器設(shè)備的光界面。
發(fā)明的存儲(chǔ)器系統(tǒng)800的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分可以包括設(shè)置在襯底812上的存儲(chǔ)器件810。如這里所述的，存儲(chǔ)器件810可以包括如這里所述的設(shè)置在襯底上的第一電極、FEP結(jié)構(gòu)和第二電極。另外，存儲(chǔ)器件810可以包括如這里所述的第一和第二晶態(tài)FEP膜，作為防止電極-FEP界面損壞的表面工程解決方案。此外，可以采用如這里所述的本發(fā)明的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的更具體的實(shí)施例。
本發(fā)明的存儲(chǔ)器系統(tǒng)800可以使用各種物理界面，這取決于合適的主機(jī)。存儲(chǔ)器系統(tǒng)800可以具有配置為不同主機(jī)類型的物理界面，其中主機(jī)類型選自通訊主機(jī)，例如PCMCIA卡界面、有或沒有無線通訊功能的個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)和手持主機(jī)，如蜂窩式電話。主機(jī)類型還可以是移動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)界面，其可以包括閃存卡界面(compact flash card interface)、索尼公司生產(chǎn)的MEMORY STICK界面、Iomega公司生產(chǎn)的HIP ZIP或者PEERLESS界面、英特爾公司生產(chǎn)的POCKET CONCERT界面和其他的。主機(jī)類型還可以是可移動(dòng)式存儲(chǔ)介質(zhì)界面、臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽界面以及類似界面。在每個(gè)例子中，特定的物理界面814的外觀會(huì)變化以適應(yīng)主機(jī)的必需插座等。同樣，特定的信號(hào)界面816的外觀會(huì)變化以適應(yīng)主機(jī)的必需插頭等。
比方說，PCMCIA卡具有一至少包括該卡的長(zhǎng)側(cè)面的物理界面，其中該卡與卡座的連接是由摩擦產(chǎn)生的和可調(diào)整的。PCMCIA卡用的信號(hào)界面至少包括卡后端的多觸點(diǎn)母插座(female multi-contact socket)和卡前端的特定的插入式引出口(plug-in outlets)。
低操作電壓是優(yōu)選的，本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。根據(jù)實(shí)施例，開關(guān)電壓可以在約0.5V到低于9V的范圍內(nèi)，優(yōu)選約0.5V到5V的范圍。根據(jù)實(shí)施例，該電壓可能涉及破壞性的讀取方法和寫入方法。象閃存那樣的非易失存儲(chǔ)器可能要求電荷泵(charge pump)技術(shù)獲得足夠的電壓以寫入浮柵(floating gate)。本發(fā)明提出了非易失存儲(chǔ)器用的低電壓技術(shù)，從而避免了對(duì)電荷泵技術(shù)和其他高電壓存儲(chǔ)器技術(shù)的需要。
下面是制作本發(fā)明實(shí)施例的方法例子?？梢詤⒖紙D1-5。首先，提供襯底12，包括本發(fā)明的交叉點(diǎn)聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)用的包含有象氧化硅那樣的雙電性材料的邏輯承載(logic-bearing)硅。在襯底12中，蝕刻凹槽16，并在凹槽16內(nèi)形成PVD鋁第一電極18。通過CVD再形成TiN保護(hù)層。另外，由于熱衡算的限制，可以用PECVD代替通常更高溫度的TiN的CVD。
通過TiN的PECVD，填入凹槽16以形成保護(hù)層22之后，再進(jìn)行減縮存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)10的Z方向側(cè)面的CMP過程，將保護(hù)層22轉(zhuǎn)化為鑲嵌保護(hù)膜24。在L-B沉積條件下，從P(VDF-TrFE)形成厚度為約5埃到約45埃、優(yōu)選約23埃的第一晶態(tài)FEP層26。因?yàn)殍F電性聚合物結(jié)構(gòu)FEP38的表面工程工藝僅對(duì)在形成結(jié)構(gòu)38后暴露出來要處理的聚合物材料有意義，所以如這里所述的，可以省略第一晶態(tài)鐵電性聚合物層26。接著，形成厚度為約500埃到約2000埃的旋壓FEP層28，優(yōu)選約1000埃。旋壓FEP層28是這樣形成的將膠漿(puddle prime)中的流體FEP物質(zhì)首先沉積在襯底12上大約5到25秒，然后以每分鐘約300轉(zhuǎn)(rpm)到約6000轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)襯底12大約5到20秒。旋壓FEP層28包括(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物，其中n加m等于1，且其中n約為0.75。
第二或者上部晶態(tài)FEP層26是通過L-B沉積從P(VDF-TrFE)形成的，厚度為約5埃到約45埃，優(yōu)選約23埃。如果第一晶態(tài)FEP層26或第二晶態(tài)FEP層30存在，本例中的層包括(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物，其中n加m等于1，且其中n約為0.75。
然后，在對(duì)于第一電極18的交叉點(diǎn)構(gòu)造中圖案化掩膜(未示出)。掩膜圖案露出的寬度大致為第一電極寬度。然后，在約100℃或者低于100℃下操作的PVD或者ALCVD條件下，形成厚度為約10納米到約100納米的TiN保護(hù)層。然后，通過PVD形成第二電極，同樣也在約150℃或者低于150℃的條件下操作，以保護(hù)FEP結(jié)構(gòu)38。根據(jù)該例子，交叉點(diǎn)矩陣聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)在低于9V的范圍內(nèi)操作，優(yōu)選約0.5V-5V。根據(jù)實(shí)施例，該電壓與破壞性的讀取方法和寫入方法有關(guān)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解到，在不違反附加的權(quán)利要求中表達(dá)的本發(fā)明的原則和范圍的情況下，可以對(duì)為了解釋本發(fā)明的特點(diǎn)而描述和詳細(xì)說明的各部分和方法階段的具體細(xì)節(jié)、材料和設(shè)置進(jìn)行各種變換。
權(quán)利要求
1.一種制造存儲(chǔ)設(shè)備的方法，包括在襯底上形成第一電極；在所述襯底上形成鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)；在所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)上形成上部保護(hù)膜；和在第二保護(hù)膜上形成第二電極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述上部保護(hù)膜是第二保護(hù)膜，并且還包括在所述第一電極上形成第一保護(hù)膜。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述第一電極上形成第一保護(hù)膜還包括在所述第一電極上形成自對(duì)準(zhǔn)的第一保護(hù)膜。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述第一電極上形成第一保護(hù)膜還包括通過選自機(jī)械拋光、化學(xué)機(jī)械拋光、化學(xué)腐蝕和它們的組合的方法，從所述第一電極和第一保護(hù)膜在襯底內(nèi)形成鑲嵌結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過選自金屬、難熔金屬、它們的合金、它們的氮化物、氧化物和碳化物以及它們的組合的物質(zhì)的原子層化學(xué)氣相沉積形成所述第一保護(hù)膜和所述第二保護(hù)膜。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括在所述襯底上形成第一鐵電性聚合物層；在所述第一鐵電性聚合物層上形成旋壓鐵電性聚合物層；在所述旋壓鐵電性聚合物層上形成第二鐵電性聚合物層。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括在所述襯底上Langmuir-Blodgett沉積第一晶態(tài)鐵電性聚合物層；在所述第一鐵電性聚合物層上形成旋壓鐵電性聚合物層，其中所述旋壓鐵電性聚合物層選自聚氟乙烯和聚乙烯氟化物、聚氯乙烯和聚乙烯氯化物、聚丙烯腈、聚酰胺、它們的共聚物以及它們的組合；在所述旋壓聚合物層上Langmuir-Blodgett沉積第二晶態(tài)鐵電性聚合物層；和其中所述第一和第二晶態(tài)鐵電性聚合物層選自聚氟乙烯和聚乙烯氟化物、聚氯乙烯和聚乙烯氯化物、聚丙烯腈、聚酰胺、它們的共聚物以及它們的組合。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過選自鈦金屬、鈦金屬合金、至少一種氮化鈦、至少一種碳化鈦、至少一種氧化鈦及其組合的組合物的原子層化學(xué)氣相沉積形成所述第一和第二保護(hù)膜。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過化學(xué)氣相沉積形成第一電極且通過物理氣相沉積形成第二電極。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述襯底上形成鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括在所述襯底上Langmuir-Blodgett沉積單層、晶態(tài)鐵電性聚合物層。
11.一種存儲(chǔ)器件，包括設(shè)置在襯底上的第一電極；設(shè)置在所述襯底和所述第一保護(hù)膜上的鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)；設(shè)置在所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)上的上部保護(hù)膜；和設(shè)置在第二保護(hù)膜上及其上方的第二電極。
12.如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器件，其中所述上部保護(hù)膜是第二保護(hù)膜，并且還包括設(shè)置在所述第一電極上的第一保護(hù)膜。
13.如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述襯底上的第一晶態(tài)鐵電性聚合物層；設(shè)置在所述第一晶態(tài)鐵電性聚合物層上的旋壓鐵電性聚合物層；和設(shè)置在所述旋壓聚合物層上的第二晶態(tài)鐵電性聚合物層。
14.如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述襯底上的第一晶態(tài)鐵電性聚合物層，其中所述第一晶態(tài)鐵電性聚合物層厚度在約5埃到約45埃之間；設(shè)置在所述第一晶態(tài)鐵電性聚合物層上的旋壓鐵電性聚合物層，其中所述旋壓鐵電性聚合物層厚度在約500埃到約2000埃之間；和設(shè)置在所述旋壓鐵電性聚合物層上的第二晶態(tài)鐵電性聚合物層，其中所述第二晶態(tài)鐵電性聚合物層厚度在約5埃到約45埃之間。
15.如權(quán)利要求13所述的存儲(chǔ)器件，其中所述旋壓鐵電性聚合物層和所述晶態(tài)鐵電性聚合物層由同種組合物制成。
16.如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述襯底上的第一晶態(tài)鐵電性聚合物層；設(shè)置在所述第一晶態(tài)鐵電性聚合物層上的旋壓聚合物層；設(shè)置在所述旋壓聚合物層上的第二晶態(tài)鐵電性聚合物層；且其中所述第一和第二晶態(tài)鐵電性聚合物層的結(jié)晶度在從約1/3到約大于1/2的范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述襯底上的單層、晶態(tài)鐵電性聚合物層，其中所述單層、晶態(tài)鐵電性聚合物層的厚度在約100埃到約2000埃的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括選自聚氟乙烯和聚乙烯氟化物、聚氯乙烯和聚乙烯氯化物、聚丙烯腈、聚酰胺、它們的共聚物以及它們的組合的聚合物。
19.如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括選自(CH2-CF2)n，(CHF-CF2)n，(CF2-CF2)n，它們的“(-，(-，(-，”相和“(-”相；(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物， “(-，(-，(-，”相和“(-”相的(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物；及它們的組合的聚合物。
20.如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)器件，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括選自“(-”相的(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物的共聚物，其中n加m等于1，且其中n在約0.6-0.9的范圍內(nèi)。
21.一種交叉點(diǎn)矩陣聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在襯底上的第一鋁或者銅電極；設(shè)置在所述第一電極上及其上方的第一難熔金屬氮化物或者氧化物保護(hù)膜；設(shè)置在所述襯底和所述第一保護(hù)膜上的鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)；設(shè)置在所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)上的第二難熔金屬氮化物或者氧化物保護(hù)膜；和設(shè)置在所述第二難熔金屬氮化物保護(hù)膜上及其上方的第二鋁或者銅電極。
22.如權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)矩陣聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述襯底上的第一晶態(tài)鐵電性聚合物層，其中所述第一晶態(tài)鐵電性聚合物層厚度在約5埃到約45埃之間；設(shè)置在所述第一晶態(tài)鐵電性聚合物層上的旋壓鐵電性聚合物層，其中所述旋壓鐵電性聚合物層厚度在約500埃到約2000埃之間；和設(shè)置在所述旋壓聚合物層上的第二晶態(tài)鐵電性聚合物層，其中所述第二晶態(tài)鐵電性聚合物層厚度在約5埃到約45埃之間；和其中所述第一和第二晶態(tài)鐵電性聚合物層的結(jié)晶度在從約1/3到約大于1/2的范圍內(nèi)。
23.如權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)矩陣聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述第一難熔金屬氮化物或者氧化物保護(hù)膜上及其上方，且在所述第二難熔金屬氮化物或者氧化物保護(hù)膜下及其下方的晶態(tài)鐵電性聚合物層，其中所述晶態(tài)鐵電性聚合物層的厚度在約100埃到約2000埃的范圍內(nèi)；且其中所述第二難熔金屬氮化物或者氧化物保護(hù)膜設(shè)置在所述晶態(tài)鐵電性聚合物層上及其上方。
24.如權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)矩陣聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括選自(CH2-CF2)n，(CHF-CF2)n，(CF2-CF2)m，它們的“(-，(-，(-，”相和“(-”相；(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物，“(-，(-，(-，”相和“(-”相的(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物；及它們的組合的聚合物。
25.如權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)矩陣聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括選自“(-，(-，(-”相和“(-”相的(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物的共聚物，其中n加m等于1，且其中n在約0.6-0.9的范圍內(nèi)。
26.如權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)矩陣聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)還包括(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m共聚物中的“(-”相的(CH2-CF2)n，其中n加m等于1，且其中n在約0.7-0.8的范圍內(nèi)。
27.一種存儲(chǔ)器系統(tǒng)，包括設(shè)置在主機(jī)用的物理界面上的襯底；設(shè)置在所述襯底上的存儲(chǔ)器件，所述存儲(chǔ)器件包括設(shè)置在襯底上的第一電極；設(shè)置在所述第一電極上及其上方的第一保護(hù)膜；設(shè)置在所述襯底和所述第一保護(hù)膜上的FEP結(jié)構(gòu)；設(shè)置在所述FEP結(jié)構(gòu)上的第二保護(hù)膜；和設(shè)置在所述第二保護(hù)膜上及其上方的第二電極；所述存儲(chǔ)器件和所述主機(jī)通訊用的信號(hào)界面；和主機(jī)。
28.如權(quán)利要求27所述的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，其中所述物理界面被配置成選自PCMCIA卡界面、閃存卡界面、存儲(chǔ)器條式卡界面、臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽界面和可移動(dòng)式存儲(chǔ)介質(zhì)界面的主機(jī)界面。
29.如權(quán)利要求27所述的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，其中所述鐵電性聚合物結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述襯底上的第一晶態(tài)鐵電性聚合物層；設(shè)置在所述第一晶態(tài)鐵電性聚合物層上的旋壓鐵電性聚合物層；和設(shè)置在所述旋壓聚合物層上的第二晶態(tài)鐵電性聚合物層。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種聚合物存儲(chǔ)器設(shè)備及其制造方法。該存儲(chǔ)器設(shè)備可以包括根據(jù)各個(gè)實(shí)施例提出表面工程技術(shù)需要的復(fù)層或者單層鐵電性聚合物存儲(chǔ)器。該鐵電性聚合物存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可以包括晶態(tài)鐵電性聚合物層，例如單聚合物和共聚合物的組合物。該結(jié)構(gòu)可以包括旋壓和/或者Langmuir－Blodgett沉積組合物。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及制造該聚合物存儲(chǔ)器設(shè)備的實(shí)施例的方法。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及允許存儲(chǔ)器設(shè)備與各種現(xiàn)有主機(jī)連接的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L29/51GK1554099SQ02811811
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者馬克·伊森貝格爾, 曉春·穆, 健·李, 穆, 馬克 伊森貝格爾 申請(qǐng)人:英特爾公司