專利名稱：自對準(zhǔn)存儲元件及字線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及有機存儲器件，以及，特別是涉及形成自對準(zhǔn)的存儲元件及字線。
背景技術(shù)：
計算機及電子器件的體積、使用和復(fù)雜性仍在持續(xù)增長。計算機變得功能更加強大，并且新穎及改良的電子器件仍在持續(xù)發(fā)展之中(例如，數(shù)字音頻播放器、視頻播放器)。此外，數(shù)字媒體(例如，數(shù)字音頻、視頻圖像及其類似物)的成長和利用更促使這些器件的發(fā)展。此種成長和發(fā)展使計算機及電子器件需要/必需儲存及維護的數(shù)據(jù)大量增加。
通常，將數(shù)據(jù)儲存及維護在一種或多種類型的儲存器件內(nèi)。儲存器件包括長期儲存媒體，例如，硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器及相關(guān)的媒體、數(shù)字視頻光盤(DVD)驅(qū)動器，及其類似物。長期儲存媒體通?？梢暂^低價格儲存大量的數(shù)據(jù)，但速度比其它類型儲存裝置為慢。儲存裝置也包括存儲器件，其通常(但不總是)短期儲存媒體。短期儲存媒體的速度實質(zhì)上比長期儲存媒體為快。此類短期存儲器件包括，例如，動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)、雙倍速數(shù)據(jù)傳輸(DDR)存儲器、快速分頁模式動態(tài)隨機存取存儲器(FPMDRAM)、延伸數(shù)據(jù)輸出動態(tài)隨機存取存儲器(EDODRAM)、同步動態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM)、視頻隨機存取存儲器(VRAM)、閃存、只讀存儲器(ROM)，及其類似物。
存儲器件又可細分為易失性及非易失性兩種類型。易失性存儲器件在電源中斷后通常會失去其信息，并且通常需要定期的刷新循環(huán)以維持其信息。易失性存儲器件包括，例如，隨機存取存儲器(RAM)、DRAM、SRAM，及其類似物。非易失性存儲器件不論是否維持電源仍可保存其信息。非易失性存儲器件包括(但不局限于)ROM、可編程只讀存儲器(PROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、閃存EEPROM，及其類似物。易失性存儲器件與非易失性存儲器件相比通常具有較低成本的較快操作速率。
存儲器件通常具有存儲單元陣列。各存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)可被存取或被“讀”、“寫”，以及“擦除”。存儲單元的數(shù)據(jù)維持在“關(guān)閉(off)”或“開啟(on)”的狀態(tài)，也可以稱為“0”或“1”。典型的存儲器件可存取一特定數(shù)目的位(例如，每位8個存儲單元)。對易失性存儲器件而言，存儲單元必需被定期“刷新”以維持其狀態(tài)。此類存儲器件通常以可執(zhí)行其各種功能的半導(dǎo)體器件制成，并且能切換和維持在兩種狀態(tài)。用于存儲器件的一般半導(dǎo)體器件為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
手提電腦和電子器件的使用明顯增加了存儲器件的需求。數(shù)字相機、數(shù)字音頻播放器、個人數(shù)字助理及其類似物通常尋求使用大容量的存儲器件(例如，閃存、智能存儲卡、小型閃存卡...)。對于增加的信息儲存量的需求，必需配合具有增加的儲存容量的存儲器件(例如，增加每管芯或芯片內(nèi)的儲存量)。例如，一塊郵票大小的硅芯片可含數(shù)千萬的晶體管，而每個晶體管則小至數(shù)百納米。然而，硅基器件已經(jīng)接近其基本物理尺寸的限制。無機固態(tài)器件通常具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)致價格較高以及數(shù)據(jù)儲存密度的損失。以無機半導(dǎo)體材料制成的易失性半導(dǎo)體存儲器為了維持其儲存的信息，必需持續(xù)地供應(yīng)電流，從而導(dǎo)致過熱及高的功耗。非易失性半導(dǎo)體器件的數(shù)據(jù)儲存速率較低，并且具有相當(dāng)高的功耗及復(fù)雜程度。
此外，隨著無機固態(tài)器件尺寸的減小以及集成度的增加，會增加對準(zhǔn)公差的敏感度而使其更不易制造。形成小的最小尺寸的特征并不意味著最小尺寸可用于制造工作電路。對準(zhǔn)公差必需遠小于小的最小尺寸，例如，最小尺寸的四分之一。
縮小無機固態(tài)器件產(chǎn)生了摻雜物的擴散長度(diffusion lengths)的問題。由于尺寸的縮小，使得硅內(nèi)的摻雜擴散長度在工藝設(shè)計中產(chǎn)生困難。因此，進行許多調(diào)節(jié)以降低摻雜物遷移率(dopant mobility)并減少高溫時間。然而，仍不了解此種調(diào)節(jié)是否可無限期地持續(xù)。
在半導(dǎo)體結(jié)處(在反向偏置方向)施加一電壓時，可在結(jié)處周圍產(chǎn)生耗盡區(qū)(depletion region)。耗盡區(qū)的寬度視半導(dǎo)體的摻雜程度而定。如果耗盡區(qū)延伸而觸及另一耗盡區(qū)時，則可能發(fā)生穿孔或無法控制電流的問題。
較高的摻雜程度有助于減少避免穿孔所需的間隔。然而，若每單位距離的電壓變化很大時，由于每單位距離的電壓變化很大代表電場的強度很大，因而產(chǎn)生進一步的困難。電子移動通過如此極大梯度時，將可能加速至明顯高于最小傳導(dǎo)帶能量的能階。此種電子即為已知的熱電子(hot electron)，其甚至可有通過絕緣體的足夠能量，而造成半導(dǎo)體器件的不可逆的劣質(zhì)化。
縮小化與集成化使單片半導(dǎo)體襯底的隔離更具挑戰(zhàn)性。特別是，在某些情況下器件側(cè)面相互間的隔離更具困難度。另一種困難是漏電流的調(diào)整。又另一種困難是襯底內(nèi)載流子的擴散；自由載流子可擴散至數(shù)十微米并中和儲存的電荷。因此，使無機存儲器件在進一步縮小尺寸和增加密度的要求上受到限制。此外，對于無機非易失性存儲器件而言，同時達到縮小器件與增加性能是特別困難的，特別是當(dāng)需維持低制造成本時。

發(fā)明內(nèi)容
為了解本發(fā)明的一些方面，以下所述的摘要作為其扼要說明。此摘要并非涵蓋本發(fā)明的全部內(nèi)容。其目的并非為確認(rèn)本發(fā)明的重要或關(guān)鍵要素，也并非限制本發(fā)明全部的范圍。發(fā)明內(nèi)容的目的僅是利用最簡單的概念作為本發(fā)明的詳細說明的序文。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種有機聚合物存儲單元包括形成在第一導(dǎo)電(例如，銅)層(例如，位線)上的有機聚合物層和電極層。存儲單元連接至第二導(dǎo)電層(例如，形成字線)，并且更具體地是存儲單元的電極層的頂部連接至第二導(dǎo)電層。第一導(dǎo)電層上可視需要形成傳導(dǎo)率促進層。以介電材料隔開存儲單元。存儲單元與形成在第一導(dǎo)電層內(nèi)的位線以及形成在第二導(dǎo)電層內(nèi)的字線自對準(zhǔn)。
有機聚合物層及傳導(dǎo)率促進層可被統(tǒng)稱為選擇性導(dǎo)電媒體。此媒體的導(dǎo)電性質(zhì)(例如，導(dǎo)電性、非導(dǎo)電性、半導(dǎo)電性)可在受控方式下通過施加通過媒體(例如，經(jīng)由電極層和第一導(dǎo)電層)的各種電壓加以改變。
有機聚合物層可包含有一種共軛有機材料，例如，一種小的有機分子及一種共軛聚合物。共軛有機聚合物的聚合物主干可縱向延伸于電極層和第一導(dǎo)電層之間(例如，通常大致上和堆棧垂直)。共軛有機分子可為直鏈或支鏈以使主干保持共軛性質(zhì)。此類共軛分子的特性為具有重疊π軌道，并且可作為兩個或多個共振結(jié)構(gòu)。共軛有機材料的共軛性質(zhì)使選擇性導(dǎo)電媒體具有可控制的導(dǎo)電性質(zhì)。此類共軛有機材料具有施予和接受電荷(空穴和/或電子)的能力。一般而言，共軛有機分子至少具有兩個相對穩(wěn)定的氧化-還原狀態(tài)。此兩個相對的穩(wěn)定狀態(tài)允許共軛有機聚合物施予和接受電荷以及與傳導(dǎo)率促進化合物產(chǎn)生電相互作用。
傳導(dǎo)率促進層也具有施予和接受電荷(空穴和/或電子)的能力，以及使選擇性導(dǎo)電媒體具有可控制的導(dǎo)電性質(zhì)。一般而言，傳導(dǎo)率促進層至少具有兩個相對穩(wěn)定的氧化-還原狀態(tài)。此兩個相對的穩(wěn)定狀態(tài)允許傳導(dǎo)率促進層施予和接受電荷以及與有機聚合物層產(chǎn)生電相互作用?？蛇x擇性地運用特定的傳導(dǎo)率促進層，使其兩種相對穩(wěn)定狀態(tài)可與有機聚合物層的共軛有機分子的兩種相對穩(wěn)定狀態(tài)相配合。
傳導(dǎo)率促進層用于促進電極層、第一導(dǎo)電層及第二導(dǎo)電層(例如，字線)之間的電荷傳送。此外，傳導(dǎo)率促進層有利于電荷載流子(例如，電子或空穴)注入到有機聚合物層，以及增加電荷載流子在聚合物層內(nèi)的濃度，從而造成有機聚合物層的傳導(dǎo)率的改變。此外，傳導(dǎo)率促進層也可儲存相反的電荷，以平衡存儲單元的總電荷。
當(dāng)形成有機聚合物層時，導(dǎo)電促進層能夠在某些情況下做為催化劑。就此而論，共軛有機分子的主干可初步形成在傳導(dǎo)率促進層旁，并且大致上垂直于傳導(dǎo)率促進層表面生長或組合延伸。其結(jié)果為，共軛有機分子的主干可以在橫過堆棧的方向上自對準(zhǔn)。
存儲單元可具有兩種狀態(tài)，即導(dǎo)電(低阻抗或“開啟”)狀態(tài)或非導(dǎo)電(高阻抗或“關(guān)閉”)狀態(tài)。存儲單元也可具有/維持多數(shù)種狀態(tài)，而不同于僅局限于兩種狀態(tài)(例如，關(guān)閉或開啟)的傳統(tǒng)的存儲器件。存儲單元可利用各種不同程度的傳導(dǎo)率來判別其它的狀態(tài)。例如，存儲單元可具有低阻抗?fàn)顟B(tài)，例如，極高導(dǎo)電狀態(tài)(極低阻抗?fàn)顟B(tài))、高導(dǎo)電狀態(tài)(低阻抗?fàn)顟B(tài))、導(dǎo)電狀態(tài)(中等程度阻抗?fàn)顟B(tài))，以及非導(dǎo)電狀態(tài)(高阻抗?fàn)顟B(tài))，因而使多位數(shù)據(jù)儲存在單一存儲單元內(nèi)，例如，2位或更多位信息或4位或更多位數(shù)據(jù)(例如，4種狀態(tài)可提供2位信息、8種狀態(tài)可提供3位信息...)。
在典型器件的操作過程中，若聚合物層為n型導(dǎo)體(n-typeconductor)則來自電極層的電子根據(jù)字線施加到電極的電壓而經(jīng)過選擇性導(dǎo)電媒體流到第一導(dǎo)電層(位線)?；蛘撸粲袡C聚合物層為p型導(dǎo)體(p-type conductor)則來自電極層的空穴流到第一導(dǎo)電層(位線)，或如果其為兼具有適當(dāng)相符能帶的n型和p型導(dǎo)體時，則電子和空穴流入聚合物層。因此，來自電極層的電流可經(jīng)由選擇性導(dǎo)電媒體而流至第一導(dǎo)電層。
此處利用所述的本發(fā)明特定示意性方面配合下列附圖的說明可實現(xiàn)上述及相關(guān)的目的。然而，上述方面僅為示意性的，而本發(fā)明原理可運用各種的方法，并且本發(fā)明涵蓋全部類型的方面及其等價物。從下述配合附圖的詳細說明中將可更清楚呈現(xiàn)出本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點和新穎的特性。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一方面說明其上形成有存儲單元的晶片的部分剖面圖；圖2為存儲單元的陣列，由根據(jù)本發(fā)明的一方面形成的單元所構(gòu)成；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一方面說明具有傳導(dǎo)率促進層的導(dǎo)電層的部分晶片剖面圖；圖4為說明圖3中具有形成在傳導(dǎo)率促進層上的有機聚合物層的部分晶片剖面圖；圖5為說明圖4中具有形成在有機聚合物層上的電極層的部分晶片剖面圖；圖6為說明圖5中具有形成在電極層上的圖形化光刻膠層的部分晶片剖面圖；圖7為說明圖6中具有形成在圖形化光刻膠層內(nèi)的孔隙的部分晶片剖面圖；圖8為說明圖7中具有蝕刻入電極層內(nèi)的孔隙的部分晶片剖面圖；圖9為說明圖8中具有蝕刻入有機聚合物層內(nèi)的孔隙的部分晶片剖面圖；圖10為說明圖9中具有蝕刻入傳導(dǎo)率促進層內(nèi)的孔隙的部分晶片剖面圖；圖11為說明圖10中具有蝕刻入第一導(dǎo)電層內(nèi)的孔隙的部分晶片剖面圖；圖12為說明圖11中的另一晶片部分剖面圖；圖13為說明圖12中具有移除光刻膠層剩下的部分晶片剖面圖；圖14為說明圖12中具有移除剩余的光刻膠層的堆棧上涂布介電材料及填入孔中的部分晶片剖面圖；圖15為說明圖14中具有形成在介電材料和電極層上的第二導(dǎo)電層的部分晶片剖面圖；圖16為說明圖15中的另一晶片部分剖面圖，具有形成在第二導(dǎo)電層上的圖形化的光刻膠層；圖17為說明圖16中具有在形成有字線的第二導(dǎo)電層內(nèi)形成孔隙的部分晶片剖面圖；圖18為說明圖17中具有形成在電極層內(nèi)的孔隙的部分晶片剖面圖；圖19為說明圖18中具有形成在有機聚合物層內(nèi)的孔隙的部分晶片剖面圖；圖20為說明圖19中在具有移除剩余的光刻膠層的堆棧上涂布介電材料及填入孔中的部分晶片剖面圖；圖21為根據(jù)本發(fā)明的一方面形成存儲單元的方法的流程圖；圖22為進一步說明圖21的方法的流程圖；圖23為進一步說明圖21和22的方法的流程圖；圖24為根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面以圖表說明傳導(dǎo)率促進層和聚合物層之間界面上的本征電場的作用；圖25為根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面以圖表說明舉例性存儲單元的電荷載流子分布；
圖26為根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面以另一圖表說明舉例性存儲單元的電荷載流子分布；圖27為根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面以另一圖表說明舉例性存儲單元的電荷載流子分布；圖28為根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面以另一圖表說明舉例性存儲單元的電荷載流子分布；圖29為根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面以圖表說明在舉例性存儲單元界面處的電荷載流子濃度；圖30為根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面以另一圖表說明在舉例性存儲單元界面處的電荷載流子濃度。
具體實施例方式
現(xiàn)在通過參考附圖進行本發(fā)明的說明，其中以相同組件編號代表全部相同的組件。在下述說明中，為清楚解釋的目的，對許多特定的細節(jié)進行詳細說明以利于本發(fā)明的全盤了解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的一個或多個方面明顯可利用較少的特定細節(jié)來執(zhí)行。在其它實例中，為了便于說明本發(fā)明的一個或多個方面，在方塊圖中可能出現(xiàn)已知的構(gòu)造和裝置。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面形成一層或多層有機聚合物存儲器構(gòu)造或單元156的部分晶片100的剖面圖。此有機聚合物存儲單元156包括形成在第一導(dǎo)電(例如，銅)層108(例如，位線)上的有機聚合物層116以及電極層120。存儲單元156連接至第二導(dǎo)電層136(例如，形成字線148)，更具體的是存儲單元156的電極層120的頂部連接至第二導(dǎo)電層136。在說明的實例中，在第一導(dǎo)電層108上形成傳導(dǎo)率促進層112。存儲單元156被介電材料152所隔開。
有機聚合物層116和傳導(dǎo)率促進層112可共同被稱為是一種選擇性導(dǎo)電媒體。此媒體的導(dǎo)電性質(zhì)(例如，導(dǎo)電性、非導(dǎo)電性、半導(dǎo)電性)可在受控方式下通過施加通過媒體(例如，經(jīng)由電極層120和第一導(dǎo)電層108(例如，位線))的各種電壓加以改變。
有機聚合層116可包含于一種共軛有機材料，例如，一種小的有機分子及一種共軛聚合物。共軛有機聚合物的聚合物主干可縱向延伸在電極層120和第一導(dǎo)電層108之間(例如，通常大致上與堆棧垂直)。共軛有機分子可為直鏈或支鏈，以使主干保持其共軛性質(zhì)。此類共軛分子的特性為具有重疊π軌道，并且可作為兩個或多個共振結(jié)構(gòu)。共軛有機材料的共軛性質(zhì)使選擇性導(dǎo)電媒體具有可控制的導(dǎo)電性質(zhì)。此類共軛有機材料具有施予和接受電荷(空穴和/或電子)的能力。一般而言，共軛有機分子至少具有兩個相對穩(wěn)定的氧化-還原狀態(tài)。此兩個相對的穩(wěn)定狀態(tài)允許共軛有機聚合物施予和接受電荷以及與傳導(dǎo)率促進化合物產(chǎn)生電相互作用。
傳導(dǎo)率促進層112也具有施予和接受電荷(例如，空穴和/或電子)的能力，并且可控制選擇性導(dǎo)電媒體的導(dǎo)電性質(zhì)。一般而言，傳導(dǎo)率促進層至少具有兩個相對穩(wěn)定的氧化-還原狀態(tài)。此兩個相對的穩(wěn)定狀態(tài)允許傳導(dǎo)率促進層112施予和接受電荷以及與有機聚合物層116產(chǎn)生電相互作用?？蛇x擇性地運用特定的傳導(dǎo)率促進層112，使其兩種相對穩(wěn)定狀態(tài)可與有機聚合物層116的共軛有機分子的兩種相對穩(wěn)定狀態(tài)相配合。
傳導(dǎo)率促進層112有利于電極層120、第一導(dǎo)電層108和第二導(dǎo)電層136(例如，字線148)之間的電荷傳送。此外，傳導(dǎo)率促進層112有利于電荷載流子(例如，電子或空穴)注入到有機聚合物層116，并增加電荷載流子在聚合物層內(nèi)的濃度，從而造成有機聚合物層116的傳導(dǎo)率的改變。此外，傳導(dǎo)率促進層112也可儲存相反的電荷以平衡存儲單元156的總電荷。
當(dāng)形成有機聚合物層116時，導(dǎo)電促進層112在某些情況下可作為催化劑。就此而論，共軛有機分子的主干可初步形成在傳導(dǎo)率促進層112附近，并且大致上垂直于傳導(dǎo)率促進層表面生長或組合延伸。其結(jié)果為，共軛有機分子的主干可以在橫向堆棧的方向自對準(zhǔn)。
存儲單元156可具有兩種狀態(tài)，即導(dǎo)電(低阻抗或“開啟”)狀態(tài)或非導(dǎo)電(高阻抗或“關(guān)閉”)狀態(tài)。存儲單元156也能夠具有/維持多數(shù)種狀態(tài)，而和不同于僅局限于兩種狀態(tài)(例如，關(guān)閉或開啟)的傳統(tǒng)的存儲器件。存儲單元156可利用各種不同程度的傳導(dǎo)率來判別其它的狀態(tài)。例如，存儲單元156可具有低阻抗?fàn)顟B(tài)，例如，極高導(dǎo)電狀態(tài)(極低阻抗?fàn)顟B(tài))、高導(dǎo)電狀態(tài)(低阻抗?fàn)顟B(tài))、導(dǎo)電狀態(tài)(中等程度阻抗?fàn)顟B(tài))，以及非導(dǎo)電狀態(tài)(高阻抗?fàn)顟B(tài))，因而使多位信息儲存在單一存儲單元內(nèi)，例如，2位或更多位信息或4位或更多位信息(例如，4種狀態(tài)可提供2位信息、8種狀態(tài)可提供3位信息...)。
在典型器件的操作過程中，若有機聚合物層116為n型導(dǎo)體，則來自電極層120的電子根據(jù)字線148施加到電極的電壓而經(jīng)過選擇性導(dǎo)電媒體流到第一導(dǎo)電層108。或者，若有機聚合物層116為p型導(dǎo)體，則來自電極層120的空穴流到第一導(dǎo)電層108，或如果其為兼具有適當(dāng)相符能帶的n型和p型導(dǎo)體時，則電子和空穴流入有機聚合物層116。因此，來自電極層120的電流可經(jīng)由選擇性導(dǎo)電媒體流到第一導(dǎo)電層108。
將切換存儲單元156至特定的狀態(tài)稱為編程或?qū)懭搿Ｍㄟ^施加特定的電壓(例如，9伏特、2伏特、1伏特...)通過選擇性導(dǎo)電媒體而完成編程。也被稱之為閾值電壓(threshold voltage)的特定電壓可根據(jù)各別所需狀態(tài)而變化，并且通常大致上高于應(yīng)用在正常操作下的電壓。因此，根據(jù)各別所需的狀態(tài)(例如，“關(guān)閉”、“開啟”...)存在各自不同的閾值電壓。其閾值電壓值視許多因素而有所不同，包括構(gòu)成存儲單元156的材料、各層的厚度的類的。
一般而言，例如施加一種超過臨界值(“開啟”狀態(tài))的電場的外部刺激可允許該施加的電壓進行存儲單元156的信息的寫入、讀取或擦除；反之，若無超過臨界值(“關(guān)閉”狀態(tài))的外部刺激，則可避免該施加電壓進行存儲單元156的信息的寫入或擦除。
為了從存儲單元156讀取信息，則施加電壓或電場(例如，2伏特、1伏特、5伏特)。然后，進行阻抗電壓的測量，其可決定一個或多個存儲單元處于何種操作狀態(tài)(例如，高阻抗、極低阻抗、低阻抗、中阻抗、以及之類的)。如上所述，阻抗是與例如雙相狀態(tài)器件的“開啟”(例如，1)或“關(guān)閉”(例如，0)，或者四相狀態(tài)器件的“00”、“01”、“10”或“11”有關(guān)。應(yīng)了解其它不同狀態(tài)可作為其它位的解釋。擦除寫入存儲單元內(nèi)156的信息時，可施加超過臨界值的負(fù)電壓或與寫入信號相反極性的電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，存儲單元156可與形成在第一導(dǎo)電層108內(nèi)的位線132以及形成在第二導(dǎo)電層136內(nèi)的字線148自對準(zhǔn)。
轉(zhuǎn)而參考圖2，其說明存儲單元的陣列200。該陣列通常形成在硅基晶片上，并且包括稱為位線的多個列202以及稱為字線的多個行204。位線和字線的交叉點構(gòu)成一特定存儲單元的地址。數(shù)據(jù)可通過選擇和輸送信號至陣列中適當(dāng)?shù)牧泻托?例如，分別經(jīng)由列地址控制器(CAS)206和行地址控制器(RAS)208)而儲存在存儲單元內(nèi)(例如，為0或1)。例如，在210處顯示的存儲單元的狀態(tài)(例如，0或1)為陣列200的第3行和第8列的函數(shù)。例如在動態(tài)隨機存儲器(DRAM)中，其存儲單元包含晶體管-電容器對。為了寫入存儲單元內(nèi)，電荷被傳送至適當(dāng)?shù)牧?例如，經(jīng)由CAS 206)以啟動列內(nèi)各別的晶體管，并且可將各別電容器應(yīng)有的狀態(tài)傳送至適當(dāng)?shù)男?例如，經(jīng)由RAS208)。在讀取單元的狀態(tài)時，以讀出放大器(sense amplifier)測定電容器的電荷程度。如果其高于50％時，讀取時可被視為1；否則其被視為0。應(yīng)當(dāng)了解盡管圖2中所示的陣列200包含64個存儲單元(例如，8行×8列)，但本發(fā)明可應(yīng)用于任何數(shù)目的存儲單元以及不局限于任何特定的構(gòu)造、配置和/或任何數(shù)目的存儲單元。
圖3至20為說明其上形成一個或多個存儲單元的部分晶片剖面圖。這些圖為根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面說明在晶片上形成一個或多個存儲單元。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解和意識到，可利用各種偏離此處所述工藝的方法制造根據(jù)本發(fā)明方面的一個或多個存儲單元。該偏離的方法仍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖3中說明的部分晶片100內(nèi)具有襯底104、第一導(dǎo)電層108以及形成在第一導(dǎo)電層108上的傳導(dǎo)率促進層112。第一導(dǎo)電層108可作為位線，并且可包括例如，銅以及任何其它適合的導(dǎo)電材料，如鋁、鉻、鍺、金、鎂、錳、銦、鐵、鎳、鈀、鉑、銀、鈦、鋅、及其合金、氧化銦錫、多晶硅、摻雜非晶硅、金屬硅化物，及其類似物。可用作導(dǎo)電材料的合金實例包括Hastelloy、Kovar、Invar、Monel、Inconel、黃銅、不銹鋼、鎂銀合金，以及其它各種的合金。第一導(dǎo)電層108的厚度視所制造的存儲器件的實施或計劃的用途而有所不同。然而，一些舉例性的厚度范圍包括約0.01微米或以上，以及約10微米或以下；約0.05微米或以上以及約5微米或以下；和/或約0.1微米或以上以及約1微米或以下。
傳導(dǎo)率促進層112可包括，例如，任何一種或多種硫化銅(Cu2-xSy，CuS)、氧化銅(CuO，Cu2O)、氧化錳(MnO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化銦(I3O4)、硫化銀(Ag2-xS2，AgS)、硫化銀銅復(fù)合物(AgyCu2-xS2)、硫化金(Au2S，AuS)、硫酸鈰(Ce(SO4)2)、過硫酸銨((NH4)2S2O8))、氧化鐵(Fe3O4)、鋰復(fù)合物(LixTiS2，LixTiSe2，LixNbSe3，LixNb3Se3)、氫化鈀(HxPd)(其中選擇x和y以產(chǎn)生所需的性質(zhì))，及其類似物，并且通常具有施予和接受電荷(空穴和/或電子)的能力。可利用任何適合的技術(shù)形成傳導(dǎo)率促進層112，包括例如，生長、沉積、旋涂和/或濺射技術(shù)。傳導(dǎo)率促進層112可被涂布至任何適合的厚度。然而，必需了解第一導(dǎo)電層108通常比傳導(dǎo)率促進層112要厚。在一個方面中，第一導(dǎo)電層108的厚度約大于傳導(dǎo)率促進層112厚度的50至250倍。在另一方面中，第一導(dǎo)電層108的厚度約大于傳導(dǎo)率促進層112厚度的100至500倍。然而應(yīng)了解，可根據(jù)本發(fā)明的方面利用其它適合的比例。
圖4為說明具有形成在傳導(dǎo)率促進層112和第一導(dǎo)電層108上的有機聚合物層116的晶片100部分?？衫萌魏芜m合的技術(shù)在底層上施加有機聚合物層116，例如，以旋涂法來施加。在晶片的中央放置一定量聚合物材料，然后通過迅速轉(zhuǎn)動晶片使其均勻地分布于晶片的表面上。應(yīng)當(dāng)了解此有機聚合物層116可包括，例如，任何一種或多種的聚乙炔(順式或反式)；聚苯基乙炔(順式或反式)；聚二苯基乙炔；聚苯胺；聚(對-苯基亞乙烯)；聚噻吩(polythiophene)；聚卟啉(polyporphyrins)；卟啉巨環(huán)類(porphyrinic macrocycles)，硫醇基衍生化聚卟啉；聚金屬茂(polymetallocenes)，例如，聚二茂鐵(polyferrocenes)；聚苯二甲藍素(polyphthalocyanines)；聚亞乙烯基(polyvinylenes)；聚吡咯(polypyrroles)；聚苯乙烯(polystiroles)，聚二苯基乙炔(DPA)，硅，約1.5％銅(在I和II價狀態(tài))，以及約28％的氧和其類似物。此外，可通過摻雜適當(dāng)?shù)膿诫s物(例如，鹽)來改變聚合物的性質(zhì)。有機聚合物層116的適當(dāng)厚度視制造存儲器件的實際執(zhí)行和/或用途而定，一種適當(dāng)厚度的實例包括介于約300埃至5,000埃之間的范圍。
圖5為說明具有形成在有機聚合物層116、可選擇的傳導(dǎo)率促進層112、第一導(dǎo)電層108和襯底104上的電極層120的晶片100部分。電極層120可包括，例如，任何一種或多種的無定形碳、鉭、氮化鉭(TaN)、鈦、氮化鈦(TiN)，并且可通過任何一種適當(dāng)?shù)闹圃旒夹g(shù)來形成。一種用于形成電極層120的技術(shù)為旋涂法，其包括沉積形成電極層120的混合物材料，然后快速旋轉(zhuǎn)晶片100而使材料均勻分布在晶片100上?；蛘撸虺酥?，也可利用濺射、生長和/或沉積技術(shù)形成電極層120，其包括例如，物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、高密度化學(xué)氣相沉積(HDCVD)、快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)以及脈沖式激光沉積法(PLD)。應(yīng)了解此電極層120視制造存儲器件的實際執(zhí)行和/或用途可具有任何適當(dāng)?shù)暮穸?。電極層120的適合厚度包括，例如介于100埃至1,500埃之間的范圍。應(yīng)進一步了解，有機聚合物層116通常比電極層120要厚。在一個方面中，其有機聚合物層116的厚度約大于電極層120厚度的10至500倍。在另一方面中，其有機聚合物層116的厚度約大于電極層120厚度的25至250倍。然而應(yīng)當(dāng)了解，可根據(jù)本發(fā)明的方面利用其它適合的比例。
在圖6中，其說明具有形成在電極層120、有機聚合物層116、傳導(dǎo)率促進層112、第一導(dǎo)電層108和襯底104上的光刻膠層124的晶片100部分。此光刻膠層124可利用，例如，生長、沉積、旋涂和/或濺射在底層上使其形成適當(dāng)?shù)暮穸?，而作為蝕刻底層以及在顯影光刻膠層124中形成的圖形或開口的掩膜。通過實例的說明，可利用一種以部分第三-丁氧羰氧基(t-butoxycarbonyloxy)取代聚-對-羥苯乙烯的深紫外光化學(xué)放大光刻膠材料。光刻膠材料可從市售的許多來源購得，其包括希普勵公司(Shipley)、柯達公司(Kodak)、赫司特-塞拉尼司有限公司(Hoechst-Celanese)、布魯爾和IBM公司。該光刻膠層124可為正型或負(fù)型光刻膠材料，并且視該光刻膠材料的利用類型可隨后將光刻膠材料的曝光或未曝光部分除去或顯影。
在此說明的實例中，曝光光刻膠層124以便在光刻膠層124內(nèi)形成一種或多種圖形128?？衫美缇哂邢喈?dāng)短波長(例如，短于200納米)的電磁輻射形成圖形化的光刻膠層124。應(yīng)當(dāng)意識到，此光刻膠層124可選擇性地曝光于輻射線；也就是，選擇性地將部分光刻膠層124曝光于輻射線以使其形成圖形128。
圖7中說明選擇性曝光的光刻膠層124顯影后(例如，經(jīng)由和適當(dāng)顯影劑的交互作用而除去光刻膠層124的曝光或未曝光部分)的晶片100部分。將光刻膠層124的部分移除，以形成開口(openings)或孔(apertures)128。顯影劑的選擇視光刻膠層124的特定化學(xué)組成而定。例如，可利用一種水性堿溶液除去部分光刻膠層124?；蛘?，可利用一種或多種稀釋水性酸溶液以選擇性除去光刻膠層124的曝光部分，例如，氫氧化物溶液、水及有機溶劑溶液。
圖8中說明繼續(xù)以光刻膠層124作為蝕刻掩膜而蝕刻電極層120使其在堆棧內(nèi)形成一個或多個孔128的晶片100部分。依此方法蝕刻的電極層120可形成最終存儲單元的頂部電極。
在圖9中，將孔128進一步蝕刻入有機聚合物層116。此有機聚合物層116可利用例如O2/N2+CO和/或O2/N2蝕刻劑成分進行干式蝕刻。
圖10說明繼續(xù)以光刻膠層124作為蝕刻掩膜而蝕刻傳導(dǎo)率促進層112使其形成一個或多個孔128的晶片100部分。在圖11中，將該孔128進一步蝕刻入第一導(dǎo)電層104而形成位線132。
大略參考圖12，其說明在圖10的工藝階段中沿130-130線的晶片100的第二剖面圖。圖12中的位線132為一連續(xù)行。
在圖13中，除去光刻膠層124的殘留部分。例如，以O(shè)2等離子剖光或化學(xué)剝離液除去光刻膠層124的殘留部分。
再回到顯示在圖11中的晶片100的方位，圖14說明以介電或絕緣材料134沉積于電極層120、有機聚合物層116、傳導(dǎo)率促進層112、第一導(dǎo)電層108之間以及襯底104上。介電材料134填入形成在電極層120、有機聚合物層116、傳導(dǎo)率促進層112及第一導(dǎo)電層108內(nèi)的孔128，并且形成與位于上面的字線(未顯示)差不多的足夠高度。此介電材料134可形成的高度例如約少于或等于2微米。介電材料134包括，例如，氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)，(SiN)、氮氧化硅(SiOxNy)、氟化氧化硅(SiOxFy)、多晶硅、無定形硅、四乙基氧硅(TEOS)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、任何適合的旋涂玻璃、聚酰亞胺或任何其它適合的介電材料。
應(yīng)當(dāng)了解，該介電材料134可利用多重階段進行涂布。例如，介電材料134可利用共形的介電物質(zhì)以低沉積速率進行孔內(nèi)的初步沉積。在一實例中，再以快速沉積工藝施加其它的介電材料134，例如，單晶硅和多晶硅的旋涂法、濺射法、熱氧化法及氮化法，通過直接與沉積金屬反應(yīng)的硅化物形成法、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、高密度化學(xué)氣相沉積(HDCVD)、快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和/或脈沖式激光沉積法(PLD)。
參考圖15，在電極層120、有機聚合物層116、傳導(dǎo)率促進層112、第一導(dǎo)電層108及襯底104上沉積第二導(dǎo)電層136。特別是第二導(dǎo)電層136和電極層120相連接。在一個實例中，該第二導(dǎo)電層136包括沉積的鋁。
圖16說明了形成字線(未顯示)的圖形化的第二導(dǎo)電層136?？衫霉饪棠z層140和如上所述的選擇性蝕刻方法進行圖形化。將部分的光刻膠層140除去而形成開口或孔144。該孔144可形成字線148。除了通過第二導(dǎo)電層136的選擇性蝕刻形成字線148(圖17)之外，該蝕刻可選擇性地除去部分的電極層120(圖18)，以及有機聚合物層116(圖19)，而進一步隔離存儲單元156?？衫萌缟纤龅慕殡姴牧?52充填其開口或孔144(圖20)。因此，存儲單元156可與形成在第一導(dǎo)電層108內(nèi)的位線132以及形成在第二導(dǎo)電層136內(nèi)的字線148自對準(zhǔn)。
存儲單元156可用于任何需要存儲器的器件內(nèi)。例如，該存儲器件可應(yīng)用于計算機、設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、手提裝置、電信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、研發(fā)設(shè)備、運輸車輛、雷達/衛(wèi)星裝置，以及其類似物。手提裝置，特別是手提電子設(shè)備，由于存儲器件的輕薄短小而使其能滿足手提的需要。手提裝置的實例包括行動電話和其它雙向傳輸裝置、個人數(shù)字助理、掌上型電子記事簿、傳呼機、筆記型計算機、遙控器、記錄器(影像和聲音)、收音機、小型電視和網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、照相機，以及其類似物。
鑒于上述所示和說明，根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面參考圖22、23和24的流程圖可更了解其執(zhí)行的方法。同時為了簡化說明，此方法以一系列功能方塊表示，但應(yīng)了解本發(fā)明并非僅局限于該方塊的順序，而根據(jù)本發(fā)明，方塊內(nèi)所述的功能可依其它不同順序和/或同時出現(xiàn)。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，一工藝內(nèi)并非必然出現(xiàn)全部方塊中所述的功能。應(yīng)了解方塊的各種功能可經(jīng)由軟件、與其結(jié)合的硬件或任何其它適合的裝置(例如，裝置、系統(tǒng)、工藝、組件)執(zhí)行與方塊有關(guān)的功能。也應(yīng)了解方塊僅為以簡化方式說明本發(fā)明特定的方面，故可利用較少和/或更多的方塊說明本發(fā)明的方面。
轉(zhuǎn)而參考圖21、22和23，說明根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面制造存儲單元的方法2100。方塊2104中，在第一導(dǎo)電層上形成傳導(dǎo)率促進層(例如，第一導(dǎo)電層可充當(dāng)位線)?？衫萌魏芜m當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬蓚鲗?dǎo)率促進層，其包括例如，生長、沉積、旋涂和/或濺射技術(shù)。傳導(dǎo)率促進層視制造的存儲器件的執(zhí)行和用途可涂布任何適當(dāng)?shù)暮穸?。然而，必需了解?dǎo)電層通常比傳導(dǎo)率促進層要厚。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，導(dǎo)電層的厚度約大于傳導(dǎo)率促進層厚度的50至250倍。在本發(fā)明的另一方面中，導(dǎo)電層的厚度約大于傳導(dǎo)率促進層厚度的100至500倍。然而應(yīng)當(dāng)了解，根據(jù)本發(fā)明的方面也能利用其它適合的比例。
傳導(dǎo)率促進層可包括，例如，任何一種或多種硫化銅(Cu2-xSy，CuS)、氧化銅(CuO，Cu2O)、氧化錳(MnO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化銦(I3O4)、硫化銀(Ag2-xS2，AgS)、硫化銀銅復(fù)合物(AgyCu2-xS2)、硫化金(Au2S，AuS)、硫酸鈰(Ce(SO4)2)、過硫酸銨((NH4)2S2O8))、氧化鐵(Fe3O4)、鋰復(fù)合物(LixTiS2，LixTiSe2，LixNbSe3，LixNb3Se3)、氫化鈀(HxPd)(其中選擇x和y以產(chǎn)生所需性質(zhì))，并且通常具有施予和接受電荷(空穴和/或電子)的能力。導(dǎo)電層可包括例如，銅及任何其它適合的導(dǎo)電材料，例如鋁、鉻、鍺、金、鎂、錳、銦、鐵、鎳、鈀、鉑、銀、鈦、鋅、及其合金、氧化銦錫、聚硅、摻雜非晶硅、金屬硅化物，及其類似物。可用作導(dǎo)電材料的合金實例包括Hastelloy、Kovar、Invar、Monel、Inconel、黃銅、不銹鋼、鎂銀合金，以及其它各種的合金。導(dǎo)電層一些舉例性的厚度范圍包括約0.01微米或以上以及約10微米或以下；約0.05微米或以上以及約5微米或以下；和/或約0.1微米或以上以及約1微米或以下。
方塊2108中，在傳導(dǎo)率促進層和第一導(dǎo)電層上形成有機聚合物層?？衫萌魏芜m合的技術(shù)在底層上施加有機聚合物層，例如，以旋涂法。在晶片的中央放置一定量聚合物材料，然后迅速轉(zhuǎn)動晶片使其均勻地分布于晶片的表面上。應(yīng)當(dāng)了解，此有機聚合物層可包括，例如，任何一種或多種的聚乙炔(順式或反式)；聚苯基乙炔(順式或反式)；聚二苯基乙炔；聚苯胺；聚(對-苯基亞乙烯)；聚噻吩；聚卟啉；卟啉巨環(huán)類，硫醇基衍生化聚卟啉；聚金屬茂，例如，聚二茂鐵；聚苯二甲藍素；聚亞乙烯基；聚吡咯；聚二苯基乙炔(DPA)，硅，約1.5％銅(在I和II價狀態(tài))，及約28％氧和其類似物。此外，可通過摻雜適當(dāng)?shù)膿诫s物(例如，鹽)來改變聚合物的性質(zhì)。有機聚合物層的適當(dāng)厚度視制造的存儲器件的實際執(zhí)行和/或用途而定，一種適當(dāng)厚度的實例包括介于約300埃至5,000埃之間的范圍。
方塊2112中，在有機聚合物層、傳導(dǎo)率促進層和第一導(dǎo)電層上形成電極層。此電極層可包括，例如，任何一種或多種的無定形碳、鉭、氮化鉭(TaN)、鈦、氮化鈦(TiN)，并且可通過任何一種適當(dāng)?shù)闹圃旒夹g(shù)形成。一種形成電極層的技術(shù)為旋涂法，其包括沉積形成電極層的混合物材料，然后快速旋轉(zhuǎn)晶片而使材料均勻分布在晶片上。或者，或除此之外，也可利用濺射、生長和/或沉積技術(shù)形成電極層，其包括例如，物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、高密度化學(xué)氣相沉積(HDCVD)、快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)以及脈沖式激光沉積法(PLD)。應(yīng)了解此電極層視制造的存儲器件的實際執(zhí)行和/或用途可具有任何適當(dāng)?shù)暮穸取ｋ姌O層的適合厚度包括，例如介于100埃至1,500埃之間的范圍。應(yīng)進一步了解，有機聚合物層通常比電極層要厚。根據(jù)本發(fā)明的一個方面中，其有機聚合物層的厚度約大于電極層厚度的10至500倍。在本發(fā)明的另一方面中，其有機聚合物層的厚度約大于電極層的25至250倍。然而應(yīng)當(dāng)了解，可根據(jù)本發(fā)明的方面利用其它適合的比例。
其次在方塊2116中，在電極層、有機聚合物層、傳導(dǎo)率促進層和第一導(dǎo)電層上形成光刻膠層。此光刻膠層可利用，例如，生長、沉積、旋涂和/或濺射在底層上使其形成適當(dāng)?shù)暮穸?，而作為蝕刻底層的以及在顯影光刻膠層中形成圖形或開口的掩膜。通過實例的說明，可利用一種以部分第三-丁氧羰氧基取代聚-對-羥苯乙烯的深紫外光化學(xué)放大光刻膠材料。光刻膠材料可從市售的許多來源購得，其包括希普勵公司、柯達公司、赫司特-塞拉尼司有限公司、布魯爾和IBM公司。該光刻膠層可為正型或負(fù)型光刻膠材料，并且光材料的曝光或未曝光部分視該光刻膠材料的利用類型可隨后被除去或顯影。
在方塊2120中，曝光光刻膠層以便在光刻膠層內(nèi)形成一種或多種圖形?？衫美缇哂邢喈?dāng)短波長(例如，短于200納米)的電磁輻射來圖形化光刻膠層。將可了解，此光刻膠層124可選擇性地曝光于輻射線；也就是選擇性地將部分光刻膠層曝光于輻射線以使其形成圖形。
曝光光刻膠層之后，在方塊2124中，將選擇性曝光的光刻膠層進行顯影，例如，通過與適當(dāng)顯影劑的交互作用而除去光刻膠層的曝光或未曝光部分。將光刻膠層的部分移除以形成開口或孔。顯影劑的選擇視光刻膠層的特定化學(xué)組成而定。例如，可利用一種水性堿溶液除去部分光刻膠層?；蛘?，可利用一種或多種稀釋水性酸溶液、氫氧化物溶液、水及有機溶劑溶液以選擇性除去光刻膠層的曝光部分。
在方塊2128中，以光刻膠層作為蝕刻掩膜繼續(xù)蝕刻電極層，使其在堆棧內(nèi)形成孔。在方塊2132中，孔被進一步蝕刻入有機聚合物層。此有機聚合物層可利用例如O2/N2+CO和/或O2/N2蝕刻劑成分進行干法蝕刻。
在方塊2136中，繼續(xù)蝕刻傳導(dǎo)率促進層。在方塊2140中，蝕刻第一導(dǎo)電層并除去光刻膠的殘留部分。
在方塊2144中，在電極層、有機聚合物層、傳導(dǎo)率促進層和第一導(dǎo)電層上施加介電或絕緣材料。將介電材料填入形成在電極層和有機聚合物層內(nèi)的孔，并形成與其后形成的字線相當(dāng)?shù)淖銐蚋叨?。此介電材料可例如形成約少于或等于2微米的高度。將可了解，此介電材料可利用多重階段進行施加。例如，介電材料可利用共形的介電物質(zhì)以低沉積速率進行孔內(nèi)的初步沉積。其余介電材料的施加可根據(jù)快速沉積工藝，例如，單晶硅和多晶硅的旋涂法、濺射法、熱氧化法及氮化法，通過直接與沉積金屬反應(yīng)的硅化形成法、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)、高密度化學(xué)氣相沉積(HDCVD)、快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和/或脈沖式激光沉積法(PLD)。介電材料可包括，例如，氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)，(SiN)、氮氧化硅(SiOxNy)、氟化氧化硅(SiOxFy)、多晶硅、無定形硅、四乙基氧硅(TEOS)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、任何適合的旋涂玻璃、聚酰亞胺或任何其它適合的介電材料。
在方塊2148中，形成第二導(dǎo)電層(例如，形成字線)。在方塊2152中，利用光刻膠來圖形化第二導(dǎo)電層。在方塊2156中，將光刻膠顯影。在方塊2160中，蝕刻第二導(dǎo)電層。在方塊2164中，蝕刻電極層。
接著，在方塊2168中，蝕刻有機聚合物層并除去光刻膠的殘留部分。在方塊2172中，施加介電材料。
將可了解，應(yīng)用在聚合物存儲單元內(nèi)的傳導(dǎo)率促進層(例如，Cu2-xSy，其中選擇x和y以產(chǎn)生所需性質(zhì))扮演重要的角色。其明顯改善有機聚合物層的傳導(dǎo)率。此特性至少一部分歸因于下述的功能Cu2-xSy所產(chǎn)生的電荷載流子，電荷耗盡層的產(chǎn)生，電荷載流子的分布，以及在電場反向之后由于電荷載流子的重新分布而導(dǎo)致存儲數(shù)據(jù)的丟失。下述的討論為描述和說明電荷載流子的濃度和行為。
在下列實例中，其使用一種導(dǎo)電聚合物，并且利用Cu2-xSy(其中選擇x和y以產(chǎn)生所需性質(zhì))作為傳導(dǎo)率促進材料。對產(chǎn)生電荷載流子而言，Cu2-xSy內(nèi)的銅處于一種非計量關(guān)系的氧化狀態(tài)1.8≤x≤2.0)。其從導(dǎo)電聚合物獲得電子的能力相當(dāng)強并產(chǎn)生下列的方程式(1)其結(jié)果為由于電荷積聚在Cu2-xSy與聚合物之間的界面而產(chǎn)生本征(intrinsic)電場。此情形顯示在圖24中，其以圖表說明Cu2-xSy和聚合物之間界面的本征電場的作用。當(dāng)施加外部場時，此氧化的聚合物(聚合物+)為電荷載流子。聚合物的傳導(dǎo)率取決于其濃度和遷移率。
σ＝q pμ(2)其中q為載流子的電荷，p為載流子的濃度以及μ為遷移率。
現(xiàn)在參考電荷耗盡層，運用如同運用至半導(dǎo)體的類似原理，勢能函數(shù)可表示為V(x)＝qNp(dpx-x2/2)/ε (3)其中Np為電荷載流子的平均濃度，ε為聚合物的介電常數(shù)，以及dp為電荷耗盡區(qū)的寬度?？蛇\用下列方程式解出Np的值dp=[2ϵ(Vb±V)qNp]1/2---(4)]]>其中V為施加的外部場電壓。正向電壓符號為“-”。反向電壓符號為“+”。
可大約估計方程式(3)的電壓函數(shù)以簡化導(dǎo)式。
關(guān)于電荷載流子分布，如p型摻雜的半導(dǎo)體，電場內(nèi)可發(fā)生兩種典型的過程。此流量可表示為J=-qDdpdx+qμpE---(5)]]>其中D為電荷載流子的擴散常數(shù)，以及E為x處的電場。若無電流，則載流子的分布為p(x)＝p(0)exp([V(0)-V(x)/Vt]) (6)其中p(0)為濃度，V(0)為各自界面的電壓，以及Vt＝kT/q。
當(dāng)正向電壓極大時，其電流流量J＞0，可假設(shè)存儲單元內(nèi)的電壓分布而演算分析方程式求得穩(wěn)定狀態(tài)的電流。整體而言，在正向電壓下，電荷分布p(x)為x的遞增函數(shù)。當(dāng)施加反向電壓，V(x)＞V(0)時，則電荷濃度為x的遞減函數(shù)。
最終特性的保持時間(retention time)是有關(guān)正向電壓產(chǎn)生更多電荷載流子，以及較多的電荷載流子積聚在無源(Cu2-xSy)層(遠離聚合物)的另一端的事實。然而，一旦消除電壓之后此電荷載流子濃度將被重設(shè)，其包括兩個過程電荷載流子朝向Cu2-xSy層擴散，以及電荷載流子在界面進行重新結(jié)合。
可利用菲克定律(Fick’s law)描述此電荷載流子朝向Cu2-xSy層擴散的第一過程?？衫孟率矫枋鲭姾奢d流子的重新結(jié)合過程(7)保持時間為電荷載流子重新分布至原來狀態(tài)所需的時間。有可能反應(yīng)速率比擴散速率相對較快。因此，大致上可僅以擴散過程決定其保持時間。
此處所述的舉例性存儲單元即為根據(jù)上述方程式1至9的討論以及圖25至32的說明。此舉例性存儲單元的參數(shù)有本征電壓Vb＝0.02V，平衡常數(shù)Keq＝2.17×10-4，Cu2-xSy和聚合物在界面的濃度為[聚合物]0＝[Cu2-xSy]0＝1083/立方厘米，聚合物厚度為d＝5×10-5厘米(0.5微米)，以及CuS的厚度為dCuS＝5×10-7厘米(0.005微米)。計算6種典型的例子以說明根據(jù)本發(fā)明一方面的有機存儲單元的電學(xué)上操作。
圖25根據(jù)本發(fā)明一方面以舉例性存儲單元的電荷載流子分布2502的圖表2500來說明其作為Cu2-xSy及有機聚合物界面的距離的函數(shù)。其電荷載流子濃度2502顯示為根據(jù)界面距離(x)的遞減函數(shù)。此圖表2500假設(shè)外部電壓V＝0以及電流流量J＝0。在假設(shè)恒定的電場下從方程式6演算出電荷載流子濃度2502。然而，所顯示的點和假設(shè)恒定電場無關(guān)。
轉(zhuǎn)而參考圖26，其根據(jù)本發(fā)明的一方面以圖表2600說明舉例性有機存儲單元的電荷載流子分布2602。此圖表2600的參數(shù)設(shè)定如下正向電壓＝0.12V以及電流流量J＝0。Cu2-xSy端具有比另一端(有機聚合物)較高的電壓。此驅(qū)使電荷載流子遠離Cu2-xSy層，并使電荷載流子濃度成為x的遞增函數(shù)。即使在最低的濃度p(0)，其并非為此例中的最小值(例如，圖26中所示例子其值為3.32×1019/立方厘米)。此可解釋當(dāng)施加正向電壓時，為何聚合物可成為極佳的導(dǎo)電體的原因。同理，以恒定電場模式利用方程式6繪出圖表。所顯示的點和假設(shè)恒定電場無關(guān)。
圖27根據(jù)本發(fā)明一方面以舉例性存儲單元的電荷載流子分布2702的又另一圖表2700來說明其作為Cu2-xSy及有機聚合物界面的距離的函數(shù)。此圖表中，其參數(shù)設(shè)定為反向電壓＝0.28V以及電流流量J＝0。在反向電壓下，其電荷載流子集中在Cu2-xSy聚合物界面，并當(dāng)其遠離界面時濃度迅速降低，其可解釋當(dāng)施加高的反向電壓時為何存儲單元變成無導(dǎo)電性的原因。同理，假設(shè)以恒定電場模式利用方程式6繪出圖表。所顯示的點與假設(shè)恒定的電場無關(guān)。
現(xiàn)在參考圖28，根據(jù)本發(fā)明一方面以舉例性存儲單元的電荷載流子分布2802的另一圖表2800來說明其作為距離的函數(shù)。在圖表2800中，其參數(shù)設(shè)定如下正向電壓＝0.52V以及電流流量J＞0(pj＝1018/立方厘米)。當(dāng)電流流量J＞0時，由于正向電壓驅(qū)使電荷載流子遠離Cu2-xSy界面，故其電荷載流子仍為x的遞增函數(shù)。重要的一點是最低濃度p(x)位于界面。
圖29以舉例性存儲單元的電荷載流子界面濃度2902的另一圖表2900來說明其作為正向電壓V的函數(shù)。在此圖表中，參數(shù)設(shè)定為J＞0(pj＝1018/立方厘米)并且假設(shè)為恒定電場模式。此模式假設(shè)存儲單元內(nèi)的電場為恒定。因此，電壓V(x)為線性函數(shù)。當(dāng)聚合物的擴散常數(shù)極小并且電阻為恒定時可利用此模式。根據(jù)此模式，界面的電荷載流子濃度被按照電壓的函數(shù)被推導(dǎo)。應(yīng)注意，在正向電壓足夠大并且由電荷載流子而非電荷注入控制界面電流時，其p0(V)趨近于恒定。如此，p(0)可重新表示為 此方程式10顯示，p(0)極限為Cu2-xSy層和聚合物層之間厚度比的遞增函數(shù)。
圖30根據(jù)本發(fā)明的一方面的另一圖表3000來說明舉例性存儲單元的電荷載流子界面濃度3002為正向電壓Vin的函數(shù)。此圖表3000中，p(0)為正向電壓、電流J的函數(shù)，電流J可能＞0或非＞0，并且為一種階梯勢能函數(shù)模式。此模式假設(shè)可利用階梯函數(shù)來說明電壓V(x)函數(shù)。當(dāng)聚合物的擴散常數(shù)極大時可利用此模式。因此，存儲單元內(nèi)的電阻極為微小。根據(jù)此模式，界面的電荷載流子濃度按照電壓的函數(shù)被推導(dǎo)。應(yīng)注意在圖30中，在正向電壓足夠大時其p0(V)趨近于零。當(dāng)界面的電荷載流子控制電流流量時，此值為電壓的函數(shù)。此零限制行為(zero limit behavior)是由于反應(yīng)(1)設(shè)定的界面邊界限制導(dǎo)致的?；旧?，從界面快速將電荷載流子傳遞至另一端時可到達一供應(yīng)極限。因此，此極限p(0)也可重新表示為
同理，p(0)為Cu2-xSy層與聚合物層之間厚度比的遞增函數(shù)。
綜合上述的討論，重要應(yīng)注意的是，當(dāng)聚合物內(nèi)存在極限流通時電荷載流子的遷移決定所測量的流量。在假設(shè)為恒定電場的情況下，由于存儲單元內(nèi)的最低濃度為位于界面處，故當(dāng)聚合物決定極限流量時可利用p(x).pJ＝p(0)作為描述電荷載流子濃度的函數(shù)。此條件導(dǎo)致恒定的p(x)。此意味著方程式5內(nèi)擴散對流量的貢獻為零。在階梯勢函數(shù)的假設(shè)下，可利用另一種函數(shù)描述電荷載流子的濃度p(x)。最初電荷載流子濃度p(0)具有實質(zhì)上比其它區(qū)域相對較小的值。因此，J仍然由p(0)確定。另一點應(yīng)注意的是邊界條件。不像半導(dǎo)體那樣，其僅適用于界面的濃度，而非他處。此邊界條件限制存儲單元內(nèi)產(chǎn)生的電荷載流子的總數(shù)量。
上述方程式(方程式1至7)以及圖27至30為聚合物存儲單元的說明及其模型行為。可利用此模型解釋測量數(shù)據(jù)，并且可運用于除Cu2-xSy之外的其它材料。此外，可運用此模型思考如何改善保持和響應(yīng)時間，以及用于例如晶體管的其它器件的設(shè)計。再者，此模型可被應(yīng)用于發(fā)展各種設(shè)定導(dǎo)電率水平(例如，設(shè)定狀態(tài))、讀取導(dǎo)電率水平以及擦除導(dǎo)電率水平的閾值電壓，由此可進行存儲器件的寫入或編程、讀取和擦除的動作。
上述為本發(fā)明方面中的一個或多個。本發(fā)明在此雖然無法說明每一種組件或方法的可能組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員均可了解本發(fā)明的許多其它組合及替換物。因此，上述全部的修改、改良和變化均屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求書所涵蓋的范圍內(nèi)。此外，雖然實例中僅描述本發(fā)明的一種特定的特征，但是事實上該特征可視需要和其它一種或多種特征相組合，并且可被運用于任何已知或特定的實例中。另外，詳細說明和權(quán)利要求內(nèi)所述的“包含”(includes)一詞為廣泛地具有類似“包括”(comprising)所涵蓋的意義。
權(quán)利要求
1.一種有機存儲器件，其包括作為位線(108、132)的第一導(dǎo)電層(104、108)；在該第一導(dǎo)電層(104、108)的至少一部分上覆蓋的有機聚合物層(116、2108、2132、2168)；在該有機聚合物層(116、2108、2132、2168)上覆蓋的電極層(120、2112、2128、2164)；作為字線(148、204、2148)的第二導(dǎo)電層(136、2148、2160)；以及包圍該有機聚合物層(116、2108、2132、2168)和該電極層(120、2112、2128、2164)的至少一部分的介電材料(134、152、2144、2172)，在施加和蝕刻該第二導(dǎo)電層(136、2148、2160)之后施加的至少部分的該介電材料(134、152、2144、2172)，該第二導(dǎo)電層(136、2148、2160)的蝕刻有利于有機存儲器件的自對準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的有機存儲器件，該有機聚合物層(116、2108、2132、2168)具有可選擇性地被編程為至少兩種狀態(tài)之一的阻抗。
3.如權(quán)利要求1所述的有機存儲器件，進一步包括覆蓋該第一導(dǎo)電層(104、108)并位于該有機聚合物層(116、2108、2132、2168)下方的傳導(dǎo)率促進層(112、2136)。
4.如權(quán)利要求3所述的存儲器件，該傳導(dǎo)率促進層(112、2136)至少包括硫化銅(Cu2-xSy，CuS)、氧化銅(CuO，Cu2O)、氧化錳(MnO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化銦(I3O4)、硫化銀(Ag2-xS2，AgS)、硫化銀銅復(fù)合物(AgyCu2-xS2)、硫化金(Au2S，AuS)、硫酸鈰(Ce(SO4)2)、過硫酸銨((NH4)2S2O8))、氧化鐵(Fe3O4)、鋰復(fù)合物(LixTiS2，LixTiSe2，LixNbSe3，LixNb3Se3)，以及氫化鈀(HxPd)其中的一種，選擇適當(dāng)x和y可產(chǎn)生所需性質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的有機存儲器件，該有機聚合物層(116、2108、2132、2168)為共軛有機材料。
6.如權(quán)利要求1所述的存儲器件，該第一導(dǎo)電層(104、108)至少包括銅、鋁、鉻、鍺、金、鎂、錳、銦、鐵、鎳、鈀、鉑、銀、鈦、鋅、及其合金、氧化銦錫、多晶硅、摻雜非晶硅、金屬硅化物、Hastelloy、Kovar、Invar、Monel、Inconel、黃銅、不銹鋼以及鎂銀合金中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的有機存儲器件，該介電材料(134、152、2144、2172)至少包括氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)(SiN)、氮氧化硅(SiOxNy)、氟化氧化硅(SiOxFy)、多晶硅、無定形硅、四乙基氧硅(TEOS)、磷硅玻璃(PSG)，以及硼磷硅玻璃(BPSG)中的一種。
8.一種用于形成存儲單元(156、210)的方法，包括在第一導(dǎo)電層(104、108)上施加有機聚合物層(116、2108、2132、2168)，該第一導(dǎo)電層(104、108)作為位線(108、132)；在該有機聚合物層(116、2108、2132、2168)上施加電極層(120、2112、2128、2164)；施加第二導(dǎo)電層(136、2148、2160)；蝕刻該第二導(dǎo)電層(136、2148、2160)來形成字線(148、204、2148)，以及至少隔離該有機聚合物層(116、2108、2132、2168)和該電極層(120、2112、2128、2164)的一部分；以及施加介電材料(134、152、2144、2172)以利于該有機聚合物層(116、2108、2132、2168)和該電極層(120、2112、2128、2164)的隔離。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括在該第一導(dǎo)電層(104、108)上形成傳導(dǎo)率促進層(112、2136)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，該有機聚合物層(116、2108、2132、2168)選自于包括以下物質(zhì)的組聚乙炔、聚苯基乙炔、聚二苯基乙炔、聚苯胺、聚(對-苯基亞乙烯)、聚噻吩、聚卟啉、卟啉巨環(huán)類、硫醇基衍生化聚卟啉、聚金屬茂、聚二茂鐵、聚苯二甲藍素、聚亞乙烯基、聚吡咯、聚二苯基乙炔以及聚苯乙烯(polystiroles)。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該電極層(120、2112、2128、2164)至少包括無定形碳、鉭、氮化鉭(TaN)、鈦、以及氮化鈦(TiN)中的一種。
全文摘要
一種有機聚合物存儲單元，其具有形成在第一導(dǎo)電(例如，銅)層(例如，位線)(104、108)上的有機聚合物層(116、2108、2132、2168)以及電極層(120、2112、2128、2164)。此存儲單元連接至第二導(dǎo)電層(例如，形成字線)(136、2148、2160)，并且更具體地是存儲單元的電極層頂部連接至第二導(dǎo)電層。選擇性地，在導(dǎo)電層上形成傳導(dǎo)率促進層(112、2136)。以介電材料隔開存儲單元。此存儲單元與形成在第一導(dǎo)電層內(nèi)的位線以及形成在第二導(dǎo)電層內(nèi)的字線自對準(zhǔn)。
文檔編號H01L27/28GK1714462SQ03825582
公開日2005年12月28日 申請日期2003年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月9日
發(fā)明者P·K·張, A·M·卡圖里 申請人:先進微裝置公司