專利名稱：高密度聚合物存儲(chǔ)元件陣列的側(cè)壁形成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上系關(guān)于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造，詳言的，系關(guān)于在半導(dǎo)體芯片中形成存儲(chǔ)元件的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
可攜式計(jì)算機(jī)和電子裝置的快速增長(zhǎng)和增加使用，已大大增加對(duì)存儲(chǔ)單元(memory cell)的需求。數(shù)字相機(jī)、數(shù)字音頻播放機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、以及類似裝置通常尋求使用大容量的存儲(chǔ)單元(例如，閃存、智能型媒體、小型閃存、或類似存儲(chǔ)裝置)。存儲(chǔ)單元能大致次分成揮發(fā)性和非揮發(fā)性(non-volatile)型式。揮發(fā)性存儲(chǔ)單元通常在失去供應(yīng)電源時(shí)會(huì)失去他們的數(shù)據(jù)，且一般需要周期更新循環(huán)以維持他們的信息。揮發(fā)性存儲(chǔ)單元例如包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)(RAM)、DRAM、SRAM、以及類似裝置。非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元不管是否維持其電源供應(yīng)都會(huì)維持其信息。非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元包括，但是并不限于，ROM、可程序只讀存儲(chǔ)器(PROM)、可抹除可程序只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、電可抹除可程序只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、快閃EEPROM、以及類似裝置。揮發(fā)性存儲(chǔ)單元較的非揮發(fā)性存儲(chǔ)單元通常提供較低成本的較快速操作。
存儲(chǔ)單元時(shí)常包括存儲(chǔ)單元陣列。各存儲(chǔ)單元能夠存取或“讀取”、“寫(xiě)入”、和“抹除”信息。存儲(chǔ)單元維持信息于“關(guān)斷(off)”或“導(dǎo)通(on)”狀態(tài)，亦稱的為“0”和“1”。一般而言，存儲(chǔ)單元尋址以擷取特定數(shù)目的位組(例如，每個(gè)位組有8個(gè)存儲(chǔ)單元)。對(duì)于揮發(fā)性存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元必須被周期性地更新，以維持他們的狀態(tài)。此等存儲(chǔ)單元通常由執(zhí)行此等功能的半導(dǎo)體裝置制成，并能夠切換和維持此兩個(gè)狀態(tài)。
同時(shí)，儲(chǔ)存信息的需求增加相對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)單元具有持續(xù)增加的儲(chǔ)存容量(例如，對(duì)每個(gè)晶?；蛐酒黾觾?chǔ)存)，以及集成電路技術(shù)的進(jìn)展，特征已顯示于持續(xù)減少存儲(chǔ)單元的大小。較小的裝置產(chǎn)生較大的封裝密度和增加速度的雙重利益。然而，界定較小以及較密的特征(feature)受限于用來(lái)創(chuàng)造這些特征的光刻解析工藝(lithographic resolutionprocess)。
習(xí)知方式藉由嵌入(inlay)工藝而界定特征，其中包括形成于晶片上的存儲(chǔ)單元和其它裝置的襯底表面，首先覆蓋譬如氧化物的介電層。然后在介電質(zhì)表面上形成圖案化的光阻輪廓。光阻輪廓在對(duì)應(yīng)于在介電質(zhì)中形成有通孔區(qū)域的光阻中具有開(kāi)口或孔洞。光阻的其它區(qū)域形成延伸入開(kāi)口，以建立互聯(lián)機(jī)。然后蝕刻覆蓋光阻的介電層以去除于光阻中下面開(kāi)口的氧化物。然后剝離光阻。然后使用銅或其它適當(dāng)?shù)慕饘僖蕴顫M通孔和互聯(lián)機(jī)，一般使用化學(xué)氣相沉積(CVD)法沉積該金屬。所得到的是其中在各層具有導(dǎo)電金屬的介電層。一般使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝來(lái)平滑介電層的表面。然后加上額外的介電層以完成用于芯片的所需互聯(lián)機(jī)。此等具有藉由嵌入工藝所形成互聯(lián)機(jī)和通孔的介電層有時(shí)稱的為層間(interlevel)介電質(zhì)，或代的稱的為層間介電層。
最初，使用可見(jiàn)光，但是希望有較小的特征大小而導(dǎo)致使用紫外光(UV)和x射線。因此，藉由使用高解析光刻，而在介電質(zhì)中建立超薄線和通孔。藉由導(dǎo)向所希望的光圖案至光阻上，開(kāi)口的圖案形成重疊于光阻上，光的波長(zhǎng)系光阻可感光范圍。接著，“顯影”光阻以去除曝光區(qū)，留下光阻屏蔽于介電質(zhì)表面。然后使用光阻屏蔽來(lái)后續(xù)蝕刻下層介電質(zhì)的圖案。如此，光學(xué)微影分辨率影響和最小特征大小以及建立的存儲(chǔ)單元的各種特征因此由光學(xué)微影分辨率所限制。因此，當(dāng)使用光學(xué)微影技術(shù)于半導(dǎo)體制造時(shí)，需要增加半導(dǎo)體芯片的存儲(chǔ)儲(chǔ)存。

發(fā)明內(nèi)容
下列表示本發(fā)明的簡(jiǎn)單概述，以便提供本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣的基本了解。此概述并非為本發(fā)明的延伸概觀。并不欲用來(lái)證明本發(fā)明的關(guān)鍵以及重要元件，或描述其范圍。而是，此概述的唯一的目的是要以簡(jiǎn)化的形式表示本發(fā)明之一些概念，作為表現(xiàn)于下文中更詳細(xì)說(shuō)明的序言。
本發(fā)明提供一種用來(lái)增加關(guān)聯(lián)于光刻特征的有機(jī)存儲(chǔ)單元數(shù)目的系統(tǒng)和方法。依照本發(fā)明之一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣，聚合物存儲(chǔ)元件于半導(dǎo)體工藝期間形成在各光刻特征的側(cè)壁。初始，依照嵌入工藝形成包含具有相關(guān)阻擋的導(dǎo)電材料(例如銅)的位線于晶片表面上，而使得位線圖案突起，并豎立在硅表面上。此位線突起，在效果上，形成依照本發(fā)明的存儲(chǔ)單元的底部電極(亦即，位線電極)。
接著，于擴(kuò)散和植入階段期間，在位線上形成選擇性導(dǎo)電層包含被動(dòng)層或媒介(例如，Cu2S化合物)、以及有機(jī)層或媒介(例如，聚合物形成物)。此選擇性導(dǎo)電層以如形成隆起或沙丘狀沉積在硅襯底和位線上。
其次使用蝕刻工藝，并蝕刻掉選擇性導(dǎo)電層以及導(dǎo)電位線的水平表面。因此造成被動(dòng)層(例如，Cu2S)以及位線突起具有平滑表面。于此蝕刻工藝后，剩余的結(jié)構(gòu)包括兩條選擇性導(dǎo)電層，每條各在位線突起之一側(cè)。換言的，現(xiàn)在位線突起夾在兩條選擇性導(dǎo)電材料之間，而因此形成存儲(chǔ)單元狀結(jié)構(gòu)。此存儲(chǔ)單元狀結(jié)構(gòu)允許各位線突起同時(shí)接觸或關(guān)聯(lián)于兩個(gè)包含選擇性導(dǎo)電材料的鄰接條。
其次，基于存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，沉積頂部電極層而由此形成隆起或沙丘狀。此提供了復(fù)數(shù)個(gè)邊緣共享于頂部電極層與存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)之間。效果上，選擇性導(dǎo)電層正夾于一側(cè)是位線突起，與另一側(cè)是頂部電極層之間。
其次，藉由使用蝕刻工藝，蝕刻掉頂部電極層的水平表面，而形成兩個(gè)電極條，各堆棧位于存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)之一側(cè)，而因此，形成依照本發(fā)明的存儲(chǔ)單元。在效果上，所得存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)允許位線突起(存儲(chǔ)單元的底部電極)，關(guān)聯(lián)于兩組的存儲(chǔ)元件(各組包括選擇性導(dǎo)電材料和頂部電極層)。換言的，能夠被選擇性致動(dòng)的兩條存儲(chǔ)單元的位線，現(xiàn)在可得到并關(guān)聯(lián)于依照本發(fā)明所創(chuàng)造的光刻特征。
依照本發(fā)明的另一個(gè)態(tài)樣，蝕刻工藝使用于不同的階段，并僅在選擇性導(dǎo)電層和頂部電極層已沉積以后。而且，蝕刻工藝不限于水平蝕刻工藝，并可使用于不同的角度，選擇性地蝕刻不同層部分以便建造存儲(chǔ)元件于光刻特征的壁上。
再者，依照本發(fā)明的另一個(gè)態(tài)樣，經(jīng)由使用金屬有機(jī)前驅(qū)物的電漿增強(qiáng)化學(xué)蒸氣沉積(PECVD)，被動(dòng)層沉積于導(dǎo)電層上。前驅(qū)物輔助沉積促進(jìn)導(dǎo)電性化合物，于缺少有毒硫化氫及相對(duì)低溫和壓力(例如，大約分別于0.2帕(Pa)，約473至573K之間)情況下。
能監(jiān)視并控制沉積工藝以促進(jìn)沉積各層于各不同位置至所希望的厚度，及其它事項(xiàng)。而且，本發(fā)明的其它態(tài)樣提供其它將使用的導(dǎo)電促進(jìn)化合物，以代替或附加至Cu2S。
欲完成上述和相關(guān)目的，則本發(fā)明包括下文中完全說(shuō)明的特征。下列說(shuō)明和所附圖式詳細(xì)提出本發(fā)明的某些例示態(tài)樣。然而，該等態(tài)樣系指示性的而較少可使用本發(fā)明原理的變化方法。由下列本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明，并考慮結(jié)合所附圖式，本發(fā)明的各態(tài)樣、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將變得很清楚。為了方便閱讀各圖式，某些圖式各圖之間或所繪示圖形內(nèi)，可不按尺寸繪制。


圖1為依照本發(fā)明的態(tài)樣的有機(jī)存儲(chǔ)裝置的透視圖。
圖1(a)顯示依照本發(fā)明之一態(tài)樣的復(fù)數(shù)個(gè)橫向堆棧存儲(chǔ)單元。
圖2為使用于依照本發(fā)明的態(tài)樣的有機(jī)存儲(chǔ)裝置的被動(dòng)層的方塊圖。
圖3顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣藉由CVD工藝形成有機(jī)聚合物層的方塊圖。
圖4顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣藉由CVD工藝形成另一有機(jī)聚合物層的方塊圖。
圖5為依照本發(fā)明的態(tài)樣藉由CVD工藝所形成的又另一有機(jī)聚合物層的方塊圖。
圖6為依照本發(fā)明的態(tài)樣描繪于被動(dòng)層和有機(jī)聚合物層之間接口的本質(zhì)電場(chǎng)效果的曲線圖。
圖7為顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣范例存儲(chǔ)單元的電荷載子分布的曲線圖。
圖8為顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣范例存儲(chǔ)單元的電荷載子分布的曲線圖。
圖9為顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣范例存儲(chǔ)單元的電荷載子分布的曲線圖。
圖10為顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣范例存儲(chǔ)單元的電荷載子分布的曲線圖。
圖11為顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣于范例存儲(chǔ)單元的接口處電荷載子濃度的曲線圖。
圖12為顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣于范例存儲(chǔ)單元的接口處電荷載子濃度的曲線圖。
圖13為描繪依照本發(fā)明的態(tài)樣有機(jī)存儲(chǔ)裝置于各種狀態(tài)的方塊圖。
圖14為顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣有機(jī)存儲(chǔ)裝置的I-V特性曲線圖。
圖15為依照本發(fā)明的態(tài)樣有機(jī)存儲(chǔ)裝置的三維視圖。
圖16(a)至圖16(f)顯示依照本發(fā)明之一態(tài)樣形成側(cè)壁存儲(chǔ)單元的晶片工藝的選擇階段。
圖16(g)至圖16(i)顯示依照本發(fā)明之一態(tài)樣形成側(cè)壁存儲(chǔ)單元的晶片工藝的連續(xù)各種階段。
圖16(i)顯示依照本發(fā)明之一態(tài)樣具有側(cè)壁存儲(chǔ)單元形成的光學(xué)微影特征的橫剖面和上視圖。
圖17顯示依照本發(fā)明之一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣于光學(xué)微影特征中晶片工藝方法形成側(cè)壁存儲(chǔ)單元的流程圖。
圖18為顯示依照本發(fā)明之一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣制造一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)單元時(shí)沉積硫化銅于導(dǎo)電層上的系統(tǒng)的示意方塊圖。
圖19為顯示于先前技術(shù)已知的習(xí)知存儲(chǔ)單元的示意方塊圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參照?qǐng)D式說(shuō)明本發(fā)明，各圖中類似的參考號(hào)碼系用來(lái)標(biāo)示類似相同的元件。于下列的說(shuō)明中，為了說(shuō)明的目的，提出許多特定詳細(xì)說(shuō)明以便提供本發(fā)明的完全了解。然而，可證明并不須這些特定詳細(xì)內(nèi)容即可實(shí)施本發(fā)明。
本發(fā)明提供用來(lái)增加相關(guān)于光刻特征的有機(jī)存儲(chǔ)單元數(shù)目的系統(tǒng)和方法，其中存儲(chǔ)元件形成于光刻特征的側(cè)壁。
當(dāng)使用分隔元件致能鄰接或關(guān)聯(lián)于先前形成存儲(chǔ)單元的額外存儲(chǔ)單元的橫向堆棧時(shí)，能用兩個(gè)或多個(gè)于形成個(gè)別存儲(chǔ)單元的各電極間具有選擇性導(dǎo)電媒介的電極形成此種多胞和多層有機(jī)存儲(chǔ)元件。此等有機(jī)存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)單元將操作為對(duì)應(yīng)于各種阻抗位準(zhǔn)的兩個(gè)或多個(gè)狀態(tài)。藉由施加偏壓然后存儲(chǔ)單元維持于其個(gè)別狀態(tài)直到施加另外的反向偏壓為止，而設(shè)定此等狀態(tài)。存儲(chǔ)單元于供電或不供電(例如，非揮發(fā)性)時(shí)維持其狀態(tài)，并藉由測(cè)量注入電流或發(fā)光而以電方式或光學(xué)方式予以讀取。本發(fā)明的有機(jī)存儲(chǔ)裝置相對(duì)于習(xí)知的無(wú)機(jī)存儲(chǔ)裝置，促進(jìn)增加裝置密度并亦增加裝置性能。
此外，本發(fā)明的有機(jī)存儲(chǔ)裝置使用電子激(stimulation)(例如，電子和電洞流)以代替離子和/或電場(chǎng)。因此，相較于其它型式的存儲(chǔ)裝置，有機(jī)存儲(chǔ)裝置能具有較佳的性能和/或?qū)Υ碳じ淖冇休^快速的反應(yīng)。
參照?qǐng)D1，描繪依照本發(fā)明的態(tài)樣的有機(jī)存儲(chǔ)裝置的透視圖。存儲(chǔ)裝置包括第一電極104、被動(dòng)層106、有機(jī)聚合物層108、以及第二電極110。此圖亦顯示連接到第一電極104和第二電極110的電壓源102，該電壓源102施加電壓于第一電極104和第二電極110。
第一電極104和第二電極110包括譬如鋁、鉻、銅、鍺、金、鎂、錳、銦、鐵、鎳、鈀、鉑、銀、鈦、鋅、其合金、氧化銦錫、多晶硅、摻雜的非晶硅、金屬硅化物、以及類似物質(zhì)的導(dǎo)電材料。范例合金能夠使用于導(dǎo)電硅化物，以及類似物?？捎脼閷?dǎo)電材料的范例合金包括Hastelloy、Kovar、Invar、Monel、Inconel、黃銅(brass)、不銹鋼、鎂銀合金、以及各種其它合金。
第一電極104和第二電極110的厚度可依于所施行和所構(gòu)造存儲(chǔ)裝置而改變。然而，一些范例厚度范圍包括大約0.01微米(μm)或更厚和大約10μm或更薄，大約0.05μm或更厚和大約5μm或更薄，和/或大約0.1μm或更厚和大約1μm或更薄。
有機(jī)層108和被動(dòng)層106系總稱為選擇性導(dǎo)電媒介或選擇性導(dǎo)電層。能經(jīng)由電極104和110施加跨于媒介的各種電壓以控制方式修改此媒介的導(dǎo)電性質(zhì)(例如，導(dǎo)體、非導(dǎo)體、半導(dǎo)體)。
有機(jī)層108包括共軛有機(jī)材料，譬如小的有機(jī)分子和共軛聚合物。若有機(jī)層為聚合物，則共軛有機(jī)聚合物的聚合物主干(backbone)可在電極104和110之間長(zhǎng)度方向延伸(例如，一般實(shí)質(zhì)上垂直于內(nèi)部，面對(duì)電極104和110的表面)。共軛有機(jī)分子能夠是線性或分支的，而使得主干維持其共軛性。此等共軛分子的特征在于，他們具有重疊的π軌道，并假設(shè)他們具有兩個(gè)或更多的共振結(jié)構(gòu)。共軛有機(jī)材料的共軛性供獻(xiàn)選擇性導(dǎo)電媒體的可控制導(dǎo)電性質(zhì)。
基于此點(diǎn)，共軛有機(jī)材料具有釋出和接受電荷(電洞和/或電子)的能力。一般而言，共軛有機(jī)分子具有至少兩個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的氧化還原狀態(tài)。此兩個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)允許共軛有機(jī)聚合物釋出和接受電荷，并與促進(jìn)導(dǎo)電性化合物電性相互作用。
有機(jī)材料可以是環(huán)式的(cyclic)或非環(huán)式的(acyclic)。對(duì)于某些情況，譬如有機(jī)聚合物，有機(jī)材料在形成沉積物期間，在電極之間自組合。共軛有機(jī)聚合物的例子包括一個(gè)或多個(gè)聚乙炔(順式(cis)或反式(trans))、聚苯乙炔(順式或反式)、聚二苯乙炔、聚苯胺、聚(對(duì)苯乙烯)、聚噻吩、聚樸啉、樸啉巨環(huán)、硫醇衍生物聚樸啉、譬如聚二茂的聚茂金屬化物、聚酞花青、聚乙烯、聚固醇、以及類似物。此外，藉由摻雜適當(dāng)?shù)膿诫s物(例如，鹽)而修改有機(jī)材料的性質(zhì)。下文中將說(shuō)明有機(jī)層108合成物的更詳細(xì)討論。
取決于選擇的實(shí)施和/或所制造的存儲(chǔ)裝置，有機(jī)層108具有適當(dāng)?shù)暮穸?。?duì)于有機(jī)聚合物層108的厚度的適當(dāng)范圍例子為大約0.001μm或更多，和大約5μm或更少；大約0.01μm或更多，和大約2.5μm或更少；以及大約0.05μm或更多，和大約1μm或更少。
能經(jīng)由許多適當(dāng)技術(shù)形成有機(jī)層108。一種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)是旋涂(spin-on)技術(shù)，該技術(shù)包含沉積材料和溶劑混合物，然后從襯底/電極上去除溶劑。另外一種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)是化學(xué)氣相沉積(CVD)。CVD包括低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、電漿增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、以及高密度化學(xué)氣相沉積(HDCVD)。一般并不須有機(jī)分子之一個(gè)或多個(gè)末端(end)官能基化，以便附加此末端至電極/被動(dòng)層。有時(shí)此末端具有形成于共軛有機(jī)聚合物和被動(dòng)層106之間的化學(xué)鍵。
被動(dòng)層106包含至少一種促進(jìn)導(dǎo)電性化合物，該化合物有助于選擇性導(dǎo)電媒介的可控制的導(dǎo)電性。促進(jìn)導(dǎo)電性化合物具有釋出和接受電荷(電洞和電子)的能力。一般而言，促進(jìn)導(dǎo)電性化合物具有至少兩個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的氧化還原狀態(tài)。此兩個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)允許促進(jìn)導(dǎo)電性化合物釋出和接受電荷，并與有機(jī)層108電性相互作用。所選擇使用的特定促進(jìn)導(dǎo)電性化合物，俾使兩個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)匹配該層108的共軛有機(jī)分子的兩個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。
被動(dòng)層106操作以從第一電極104傳送電荷至有機(jī)層108與被動(dòng)層106之間的接口。此外，被動(dòng)層106促進(jìn)電荷載子(例如，電子或電洞)注入有機(jī)層108中，并增加在該有機(jī)層中電荷載子的濃度，獲得有機(jī)層108的修改導(dǎo)電率。再者，被動(dòng)層106亦能儲(chǔ)存相反電荷于被動(dòng)層106內(nèi)，以便平衡裝置100的總電荷。
于一些例子中當(dāng)形成有機(jī)層108時(shí)，被動(dòng)層106能作用如觸媒?；诖它c(diǎn)，共軛有機(jī)分子的主干可初始形成鄰接被動(dòng)層106，并持續(xù)生長(zhǎng)或組合以及實(shí)質(zhì)垂直于被動(dòng)層表面。結(jié)果，該共軛有機(jī)分子的主干可自行對(duì)準(zhǔn)于橫過(guò)兩個(gè)電極的方向。
可制作被動(dòng)層106的促進(jìn)導(dǎo)電性化合物的例子包括一個(gè)或多種硫化銅(Cu2S、CuS)、氧化銅(CuO、Cu2O)、氧化錳(MnO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化銦(I3O4)、硫化銀(Ag2S、AgS)、氧化鐵(Fe3O4)、以及類似物。可以使用氧化作用技術(shù)生長(zhǎng)、經(jīng)由氣相反應(yīng)形成、或于電極之間沉積被動(dòng)層106。
被動(dòng)層106具有適當(dāng)?shù)暮穸?，能基于?zhí)行和/或制造的存儲(chǔ)裝置而予改變。對(duì)于被動(dòng)層106的適當(dāng)厚度例子如下大約2埃()或更厚和大約0.1μm或更薄，大約10?；蚋窈痛蠹s0.01μm或更薄，以及大約50埃或更厚和大約0.005μm或更薄。
為了方便有機(jī)存儲(chǔ)裝置的操作，有機(jī)層108一般較被動(dòng)層106厚。于一個(gè)態(tài)樣，有機(jī)層的厚度較被動(dòng)層的厚度厚約0.1倍至約500倍。應(yīng)了解到，依照本發(fā)明，可使用其它適當(dāng)?shù)谋壤?br> 像習(xí)知存儲(chǔ)裝置，有機(jī)存儲(chǔ)裝置可具有兩個(gè)狀態(tài)，導(dǎo)電(低阻抗或?qū)?on))狀態(tài)或非導(dǎo)電(高阻抗或關(guān)斷(off))狀態(tài)。然而，不像習(xí)知的存儲(chǔ)裝置，有機(jī)存儲(chǔ)裝置能夠具有/維持復(fù)數(shù)個(gè)狀態(tài)，反的習(xí)知的存儲(chǔ)裝置僅限于兩個(gè)狀態(tài)(例如，off或on)。有機(jī)存儲(chǔ)裝置能夠使用不同程度的導(dǎo)電率以確認(rèn)額外的狀態(tài)。舉例而言，有機(jī)存儲(chǔ)裝置能夠具有低阻抗?fàn)顟B(tài)譬如非常高導(dǎo)電狀態(tài)(非常低阻抗?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))，由此使得可于單一有機(jī)存儲(chǔ)單元中儲(chǔ)存多個(gè)位信息，譬如2個(gè)或多個(gè)位信息，或4個(gè)或多個(gè)位信息(例如，4個(gè)狀態(tài)提供2位的信息，8個(gè)狀態(tài)提供3位的信息…)。
于一般裝置操作期間，若有機(jī)層為n型導(dǎo)體，則電子根據(jù)藉由電壓源102施加到電極的電壓，而從第二電極110流經(jīng)選擇性導(dǎo)電媒介而至第一電極104?；蚩扇《模粲袡C(jī)層108為p型導(dǎo)體，則電洞從第一電極104流至第二電極110，或者若n和p型能具有與106和110匹配的適當(dāng)能帶，則電子和電洞在有機(jī)層中流動(dòng)。當(dāng)如此時(shí)，電流從第一電極104流經(jīng)選擇性導(dǎo)電媒介而至第二電極110。
切換有機(jī)存儲(chǔ)裝置至特定的狀態(tài)稱的為程序化(programming)或?qū)懭?writing)。藉由施加特定電壓(例如9伏特、2伏特、1伏特)于跨接經(jīng)電極104和110的選擇性導(dǎo)電媒介而完成程序化。亦稱的為臨限電壓的特定電壓依照個(gè)別所希望的狀態(tài)而改變，并一般實(shí)質(zhì)上大于正常操作期間所使用的電壓。因此，具有對(duì)應(yīng)于個(gè)別所希望狀態(tài)(例如，off或on)的分離臨限電壓。臨限值依于多種因素而改變，該等因素包括組構(gòu)有機(jī)存儲(chǔ)裝置材料的特性、各不同層的厚度、以及類似方面。以可控制方式使用供應(yīng)電壓102以供應(yīng)于本發(fā)明此態(tài)樣的臨限電壓。然而，本發(fā)明的其它態(tài)樣能使用其它方法施加臨限電壓。
一般而言，譬如施加超過(guò)臨限值(“on”狀態(tài))電場(chǎng)的存在之外部刺激，允許施加電壓以寫(xiě)入信息于有機(jī)存儲(chǔ)單元，或從有機(jī)存儲(chǔ)單元讀取或抹除信息；反的，缺少超過(guò)臨限值之外部刺激(“off”狀態(tài))，則防止施加電壓寫(xiě)入信息于有機(jī)存儲(chǔ)單元，或從有機(jī)存儲(chǔ)單元抹除信息。
欲從有機(jī)存儲(chǔ)裝置讀取信息，則藉由電壓源102供應(yīng)電壓或電場(chǎng)(例如，2伏特、1伏特、0.5伏特)。然后，施行阻抗測(cè)量，于此阻抗測(cè)量判定存儲(chǔ)裝置是操作在那一個(gè)狀態(tài)(例如，高阻抗、非常低阻抗、低阻抗、適中阻抗等)。如上所述，阻抗相關(guān)于例如對(duì)于雙態(tài)裝置的“on”(例如，1)或“off”(例如，0)，或相關(guān)于四態(tài)裝置的“00”、“01”、“10”、或“11”。應(yīng)了解到其它的狀態(tài)數(shù)可提供其它的二進(jìn)制說(shuō)明。欲抹除寫(xiě)入到有機(jī)存儲(chǔ)裝置的信息，則施加負(fù)電壓或超過(guò)臨限值且相反于寫(xiě)入訊號(hào)極性的極性。
茲參照?qǐng)D1(a)，顯示各種能依照本發(fā)明橫向堆棧的存儲(chǔ)單元115，以促進(jìn)高密度存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其中各種堆棧能以相似的結(jié)構(gòu)并聯(lián)在存儲(chǔ)裝置或集成電路(IC)內(nèi)。為促成此種橫向堆棧，例如所描繪薄膜二極管(TFD)，能提供作為分隔各層并促進(jìn)存取至該各層的分隔元件。
圖2為描繪依照本發(fā)明的態(tài)樣制造被動(dòng)層200的方塊圖。藉由氣相反應(yīng)操作而形成CuyS層。形成包含Cu的第一層206。第二層204形成于該第一層上。第二層包括CuyS(例如，Cu2S、CuS或其混合物)并具有厚度大約20Δ或更厚。第三層202形成于該第二層204上。第三層202包含Cu2O，和/或CuO，并一般具有厚度大約10Δ或更少。應(yīng)了解到本發(fā)明的替代態(tài)樣能使用適當(dāng)?shù)慕M成物與厚度變化，并仍符合本發(fā)明。
圖3顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣藉由化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝形成有機(jī)層300的方塊圖。經(jīng)由氣相反應(yīng)工藝形成有機(jī)層300。一般而言，有機(jī)層300形成與被動(dòng)層和電極接觸。有機(jī)層300包括聚二苯乙炔(DPA)聚合物。如圖3中所示，制造此聚合物層將大約有65Δ厚度。
茲參照?qǐng)D4，顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣由CVD工藝所形成的另一有機(jī)聚合物層400的方塊圖。再次，有機(jī)層400經(jīng)由氣相反應(yīng)工藝所形成。有機(jī)層400形成與被動(dòng)層和電極接觸。有機(jī)聚合物層400包括聚苯乙炔(PPA)聚合物。參照?qǐng)D5，顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣藉由旋轉(zhuǎn)涂布形成另一有機(jī)層500的方塊圖。經(jīng)由旋轉(zhuǎn)涂布工藝代替氣相反應(yīng)工藝而形成有機(jī)層500。有機(jī)層500形成與被動(dòng)層和電極接觸。有機(jī)層500實(shí)質(zhì)包括PPA并具有厚度大約1000Δ。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果傾向顯示經(jīng)由旋轉(zhuǎn)涂布所形成的有機(jī)層較經(jīng)由CVD所形成的聚合物層產(chǎn)生更可靠的聚合物層。此也許由于氧的存在和缺少在CVD下控制由聚合作用所產(chǎn)生的熱的關(guān)系。應(yīng)了解到，于聚合作用期間對(duì)于CVD工藝控制熱和氧能改進(jìn)所得到的聚合物層。此外，經(jīng)由CVD所形成的有機(jī)層通常較用其它方法所形成的該等層更薄。
應(yīng)了解到，依照本發(fā)明可使用圖2至圖5中所描繪的各種替代和變化層。
使用于有機(jī)存儲(chǔ)裝置中的被動(dòng)層(例如，CuS)扮演重要角色。其存在顯著地改進(jìn)有機(jī)層的導(dǎo)電率。此特性至少部分作用如下由CuS產(chǎn)生電荷載子、建立電荷耗盡層、于有機(jī)材料中的電荷載子分布、和于電場(chǎng)反向后由于電荷載子再分配的存儲(chǔ)損失。下文中的討論說(shuō)明并顯示電荷載子濃度和有機(jī)存儲(chǔ)裝置的模式行為。
于下列例子中，使用導(dǎo)電聚合物作為有機(jī)材料，而CuS作為被動(dòng)層材料。關(guān)于電荷載子產(chǎn)生，于CuS中銅在其最高氧化狀態(tài)Cu(II)。有相對(duì)高的可能性從接觸聚合物獲得電子，并產(chǎn)生下列方程式Cu(II)S+聚合物→Cu(I)S-+聚合物+(1)結(jié)果由于累積在CuS和聚合物接口的電荷而產(chǎn)生內(nèi)部電場(chǎng)(intrinsicelectric)。此顯示于圖6中，該圖描繪Cu(y)S和聚合物接口處之內(nèi)部電場(chǎng)影響。當(dāng)施加外部電場(chǎng)時(shí)，被氧化聚合物(聚合物+)為電荷載子。聚合物的導(dǎo)電率由其濃度和其遷移率(mobility)所決定。
σ＝qpμ (2)其中q是電荷載子、p為載子濃度而μ為遷移率。
茲參照電荷耗竭層，使用如應(yīng)用于關(guān)于半導(dǎo)體的相似概念，電位函數(shù)可表示為V(x)＝qNp(dpx-x2/2)/ε (3)其中Np為電荷載子的平均濃度，ε是聚合物介電質(zhì)常數(shù)，而dp是電荷耗竭的寬度。能藉由使用下列方程式而獲得Npdp=[2ϵ(Vb±V)qNp]1/2---(4)]]>其中V為施加之外部電場(chǎng)。對(duì)于正向電壓(forward voltage)，記以“-”號(hào)。對(duì)于反向電壓(reverse voltage)，記以“+”號(hào)。方程式(3)的電壓函數(shù)能驅(qū)近而減化推導(dǎo)(derivation)。
關(guān)于電荷載子分布，像摻雜p的半導(dǎo)體，通常于電場(chǎng)發(fā)生兩個(gè)流程。通量能表現(xiàn)為J=-qDdpdx+qμpE---(5)]]>此處D為電荷載子的擴(kuò)散常數(shù)，而E為于x處的電場(chǎng)。
若沒(méi)有電流，則載子分布為p(x)＝p(0)exp([(V(0)-V(x))/Vt]) (6)此處p(0)是濃度，V(0)為于個(gè)別接口的電壓，而Vt＝kT/q。
當(dāng)正向電壓大至使得電流通量J＞0，則能使用一些假設(shè)對(duì)于存儲(chǔ)單元中電壓分布的假設(shè)，而導(dǎo)出用于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的分析方程式。全然，于正向電壓下，電荷分布p(x)為x的增量函數(shù)。當(dāng)施加反向電壓時(shí)，V(x)＞V0，電荷濃度為x的量函數(shù)。
最終特性(保持時(shí)間)，系指正向電壓產(chǎn)生更多電荷載子的事實(shí)，而累積更多電荷載子于被動(dòng)(CuS)層的另一端(遠(yuǎn)離有機(jī)聚合物)。然而，一旦移除電壓后電荷載子濃度會(huì)回復(fù)，此過(guò)程包括兩個(gè)流程電荷載子朝向CuS層擴(kuò)散，以及電荷載子于接口上再組合。
費(fèi)克定律(Fick′s Law)能說(shuō)明第一個(gè)流程電荷載子朝向CuS層擴(kuò)散。電荷載子再組合能說(shuō)明如下Cu(I)-+聚合物+→Cu(II)S+聚合物 (7)保持時(shí)間為再分配電荷載子至有機(jī)狀態(tài)的所需時(shí)間。反應(yīng)率相對(duì)于擴(kuò)散率更快是可能的。因此，保持時(shí)間能實(shí)質(zhì)上僅由擴(kuò)散流程所決定。
于此將相關(guān)于上述討論的方程式1至9和圖7至圖12所示，而考量范例存儲(chǔ)單元。范例存儲(chǔ)單元考量為具有各參數(shù)本質(zhì)電壓Vb＝0.02V、平衡常數(shù)Keq＝2.17×10-4、CuS和聚合物于接口處的濃度(聚合物)0＝(CuS)0＝1023/立方毫米(cm3)、聚合物厚度d＝5×10-5cm(0.5微米(μm))、以及CuS厚度dCus＝5×10-7cm(0.005μm)。計(jì)算6種典型情況以說(shuō)明依照本發(fā)明的態(tài)樣有機(jī)存儲(chǔ)裝置的電操作。
圖7描繪依照本發(fā)明的態(tài)樣，范例存儲(chǔ)單元的電荷載子分布701為距CuS和有機(jī)聚合物接口距離的函數(shù)的曲線圖700。電荷載子分布701顯示為自接口的距離(x)的遞減函數(shù)。曲線圖700假設(shè)外部電壓V＝0和電流J＝0。利用具有固定電場(chǎng)假設(shè)的方程式6而導(dǎo)出電荷載子濃度701。然而，顯示的各點(diǎn)獨(dú)立于固定電場(chǎng)假設(shè)。
茲參照?qǐng)D8，描繪依照本發(fā)明的態(tài)樣用于范例有機(jī)存儲(chǔ)單元的電荷載子分布801的另一曲線圖800。對(duì)于此曲線圖800，各參數(shù)設(shè)定如下正向電壓＝0.12V而電流通量J＝0。CuS端較另一端(有機(jī)聚合物)具有較高的電壓。此情況驅(qū)動(dòng)電荷載子從CuS層離開(kāi)，并導(dǎo)至具有x遞增函數(shù)的電荷載子濃度。甚至在最低濃度p(0)處，對(duì)于此情況非最小值(例如，對(duì)于圖8中所示情形其值為3.32×1019/cm3)。此情況解釋為為何當(dāng)施加正向電壓時(shí)聚合物為良好的導(dǎo)體。再者，用于此圖的方程式6假設(shè)具有固定電場(chǎng)模式。證示的各點(diǎn)系獨(dú)立于此固定電場(chǎng)假設(shè)。
圖9描繪依照本發(fā)明的態(tài)樣，范例存儲(chǔ)單元的電荷載子分布901為距CuS和有機(jī)聚合物接口距離的函數(shù)的又另一曲線圖900。對(duì)于此曲線圖，設(shè)定各參數(shù)而使得反向電壓＝0.28V，及電流J＝0。使用反向電壓，電荷載子集中在CuS聚合物接口，并當(dāng)從接口離開(kāi)時(shí)，快速下降至小濃度，以上說(shuō)明為何當(dāng)施加高反向電壓時(shí)，有機(jī)存儲(chǔ)單元變成為非導(dǎo)電性。再者，具有固定電場(chǎng)模式的方程式6系假設(shè)用于此圖。證示的各點(diǎn)系獨(dú)立于此假設(shè)。
茲參照?qǐng)D10，提供依照本發(fā)明的態(tài)樣描繪范例存儲(chǔ)單元的電荷載子分布1001為距離的函數(shù)的另一曲線圖1000。對(duì)于此曲線圖1000，各參數(shù)設(shè)定如下正向電壓＝0.52V而電流通量J＞0(pJ＝1018/cm3)。當(dāng)電流通量J＞0，電荷載子仍為x的增量函數(shù)，因?yàn)檎螂妷候?qū)動(dòng)電荷載子從CuS接口離開(kāi)。一個(gè)重點(diǎn)是最低濃度p(x)系在此接口。
圖11描繪為正向電壓V函數(shù)的范例存儲(chǔ)單元于接口處電荷載子濃度1101的又另一曲線圖1100。對(duì)于此曲線圖，設(shè)定各參數(shù)而使得J＞0(pJ＝1018/cm3)，且假設(shè)為固定電壓場(chǎng)模式。此模式假設(shè)于存儲(chǔ)單元中的電場(chǎng)為固定。因此，電壓V(x)說(shuō)明為線性函數(shù)。當(dāng)聚合物的擴(kuò)散常數(shù)小且有固定電阻時(shí)，可應(yīng)用此模式。用此模式，導(dǎo)出于接口處的電荷載子濃度作為電壓的函數(shù)。應(yīng)注意的是，正向電壓足夠大后，p0(V)傾向?yàn)槌?shù)，并且藉由電荷載子不電荷注入于接口，而控制電流。當(dāng)如此時(shí)，p(0)能寫(xiě)成 方程式(10)顯示限制的p(0)為CuS層和聚合物層間厚度比例的漸增函數(shù)。
圖12顯示另一曲線圖1200，該曲線圖1200描繪依照本發(fā)明的態(tài)樣于范例存儲(chǔ)單元的接口處電荷載子濃度1201為正向電壓V函數(shù)。對(duì)于此曲線圖1200，p(0)為正向電壓、電流J(也許＞0，或也許不大于0)、和步級(jí)電位函數(shù)模式(step potential function model)的函數(shù)。此模式假定能藉由步級(jí)函數(shù)而描述電壓V(x)函數(shù)。當(dāng)聚合物的擴(kuò)散常數(shù)非常大時(shí)，可應(yīng)用此模式。因此，于存儲(chǔ)單元中的電阻不重要。用此種模式，導(dǎo)出于接口處的電荷載子濃度為電壓的函數(shù)。應(yīng)注意的是，于圖12中，當(dāng)正向電壓足夠大后，p0(V)傾向于0。當(dāng)于接口處的電荷載子控制電流通量時(shí)，此值為電壓的函數(shù)。此0值限制行為系由于藉由反應(yīng)(1)的接口邊界限制設(shè)定?；旧希瑥慕涌谥亮硪欢说目焖匐姾奢d子傳輸?shù)竭_(dá)供應(yīng)限制。因此，限制的p(0)亦可重寫(xiě)成為 再次p(0)為CuS層和聚合物層間厚度比例的漸增函數(shù)。
關(guān)于上述的討論，重要的是須注意當(dāng)通量是限制在聚合物中時(shí)，則測(cè)量的通量系由電荷載子漂移所決定。于固定電場(chǎng)假設(shè)情況下，描述電荷載子濃度的函數(shù)是p(x)。當(dāng)聚合物判定限制的通量時(shí)符合pJ＝p(0)，這是因?yàn)樵诖鎯?chǔ)單元中的最低濃度系于接口處。此狀況獲得固定的p(x)。此意味著于方程式(5)中擴(kuò)散對(duì)通量的貢獻(xiàn)是0。于步級(jí)電位假設(shè)情況下，使用另外的函數(shù)以說(shuō)明電荷載子濃度p(x)。最初電荷載子濃度p(0)具有較其它區(qū)域相對(duì)實(shí)質(zhì)較小值。因此，J仍由p(0)判定。另外值得注意的重點(diǎn)是關(guān)于邊界狀況。不像半導(dǎo)體，其僅可應(yīng)用于接口處濃度，而不是在每一個(gè)地方。此邊界狀況限制可于存儲(chǔ)單元中所產(chǎn)生電荷載子的總數(shù)。
上述方程式(方程式1至7)和第9至12圖描述并模式化有機(jī)存儲(chǔ)裝置的作用?？墒褂么四Ｊ揭越忉寽y(cè)量的數(shù)據(jù)，并能夠用于CuS之外的其它被動(dòng)層材料。此外，可使用此模式以考量如何改進(jìn)維持及反應(yīng)時(shí)間，并設(shè)計(jì)譬如晶體管的其它裝置。再者，可使用該模式以發(fā)展各種的臨限電壓，如設(shè)定導(dǎo)電率位準(zhǔn)(例如，設(shè)定各狀態(tài))、讀取導(dǎo)電率位準(zhǔn)和抹除導(dǎo)電率位準(zhǔn)，因此而施行存儲(chǔ)裝置的寫(xiě)入或程序化、讀取及抹除操作。
圖13為顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣有機(jī)存儲(chǔ)裝置1300于各種狀態(tài)的方塊圖。此裝置1300描繪于第一“關(guān)斷(off)”狀態(tài)1301、“導(dǎo)通(on)”狀態(tài)1302、第二“關(guān)斷(off)”狀態(tài)1303。應(yīng)了解到依照本發(fā)明所形成的存儲(chǔ)裝置能具有除了圖13中所描繪的狀態(tài)以外的其它狀態(tài)。有機(jī)存儲(chǔ)裝置1300包括頂部電極1304、底部電極1306、和包含有機(jī)層(例如，PPA)和至少一個(gè)被動(dòng)層(例如，CuS)的選擇性導(dǎo)電層1308。
于第一off狀態(tài)1301，正電荷1310收集于接近底部電極1306的選擇性導(dǎo)電層1308中。于on狀態(tài)1302，正電荷1310均勻地分布因此而指示on狀態(tài)。于第二off狀態(tài)1303，正電荷1310收集于接近頂部電極1304的選擇性導(dǎo)電層1308中。
圖14為顯示關(guān)于圖13所說(shuō)明的存儲(chǔ)裝置1300的I-V特性曲線圖1400。從指示為“off”狀況的狀態(tài)1可看出，可藉由施加2V的正電壓而將裝置修改成指示為“on”狀況的狀態(tài)2。此外，亦能看出當(dāng)于狀態(tài)1時(shí)，有機(jī)存儲(chǔ)裝置具有高阻抗和低導(dǎo)電性。接著，裝置1300能藉由施加負(fù)電壓而修改從狀態(tài)2變成狀態(tài)1，其中引起反向電流直到獲得狀態(tài)1為止。
參照?qǐng)D15，顯示依照本發(fā)明的態(tài)樣包含復(fù)數(shù)個(gè)有機(jī)存儲(chǔ)單元的有機(jī)存儲(chǔ)裝置1500的三維視圖。有機(jī)存儲(chǔ)裝置1500包含復(fù)數(shù)個(gè)第一電極1502、復(fù)數(shù)個(gè)第二電極1504、和復(fù)數(shù)個(gè)存儲(chǔ)單元層1506。個(gè)別第一和第二電極之間為可控制的導(dǎo)電媒介(圖中未顯示)。復(fù)數(shù)個(gè)第一電極1502和復(fù)數(shù)個(gè)第二電極1504顯示于實(shí)質(zhì)垂直的方向，雖然亦可為其它方向。三維微電子有機(jī)存儲(chǔ)裝置能夠包含極高數(shù)目的存儲(chǔ)單元，由此改進(jìn)裝置密度。為了簡(jiǎn)潔的目的，于此并不顯示周邊電路和裝置。
有機(jī)存儲(chǔ)單元/裝置可用于任何需要存儲(chǔ)的裝置。例如，有機(jī)存儲(chǔ)裝置可用于計(jì)算機(jī)、用具、工業(yè)裝備、手持式裝置、電訊裝備、媒體裝備、研發(fā)裝備、運(yùn)輸車輛、雷達(dá)/衛(wèi)星裝置、以及類似裝置。手持式裝置，尤其是手持式電子裝置，達(dá)成可移植性改進(jìn)，系由于有機(jī)存儲(chǔ)裝置的體積小和重量輕。手持式裝置的例子包括手機(jī)(cell phone)和其它雙路通訊裝置、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、掌上型導(dǎo)航器(palm pilot)、呼叫器(pager)、筆記型計(jì)算機(jī)、遙控器、記錄器(視頻和聲頻)、收音機(jī)、小型電視和網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)器(web viewer)、攝影機(jī)、以及類似裝置。
茲參照?qǐng)D16(a)至圖16(i)，顯示依照本發(fā)明之一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣形成側(cè)壁存儲(chǔ)單元的各種階段。
一般而言，晶片工藝關(guān)鍵在于使用光刻工藝，以創(chuàng)造集成電路的精密特征圖案。藉由特定的屏蔽來(lái)界定芯片的各層，而于各IC一般具有16至24片屏蔽層。藉由圖案化(patterning)于純石英玻璃板上的鉻薄膜形成光柵(reticle)而制成屏蔽。藉由使用雷射或電子束驅(qū)動(dòng)工具來(lái)去除鉻而將圖案形成于電鍍鉻石英板上。在晶片上以一步接著一步的方式曝光光柵。然后將具有圖案化光阻的晶片送進(jìn)入氧化物蝕刻工藝以去除沒(méi)有圖案的氧化物。如此具有將圖案轉(zhuǎn)移至氧化物的效果，建立氧化物阻障層，于該阻障層可防止后續(xù)的工藝沖擊到下面的硅。蝕刻可以是典型的化學(xué)濕蝕刻或使用由射頻產(chǎn)生器所激發(fā)(excited)的氣體和激發(fā)電漿狀態(tài)的氣體的“干”蝕刻。然后藉由使用濕和干剝除劑(stripper)剝離光阻。
于圖16(a)中，最初依照嵌入工藝將具有關(guān)聯(lián)障蔽層的位線610形成于襯底層612上，而使得位線圖案突出硅表面。此位線突出在效果上形成了圖1的底部電極104。圖16(b)顯示形成選擇性導(dǎo)電層，該選擇性導(dǎo)電層如上所述能藉由電漿加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積615而沉積，因此形成圖16(c)的層617。層617能沉積在位線610上或襯底612上成沙丘狀或多邊結(jié)構(gòu)。
例如欲從硫化銅(Cu2S、CuS)形成被動(dòng)層薄膜，則選擇性地利用氦作為載送氣體，而將氣體形式的硫化銅引入到導(dǎo)電層610的上方。于工藝中可使用金屬有機(jī)氣體前驅(qū)物，該先驅(qū)物藉由激勵(lì)源的固定功率活化產(chǎn)生電漿。應(yīng)用金屬有機(jī)先驅(qū)物能緩和于工藝內(nèi)對(duì)有高度毒性硫化氫(H2S)的需求。金屬有機(jī)前驅(qū)物例如可以是螯合(chelate)Cu(II)二乙基二硫代胺基甲酸鹽，或Cu(S2CN(C2H5)2)2(II)。工藝于相當(dāng)?shù)蛪汉蜏囟葼顩r下能發(fā)生(例如，分別在大約0.2Pa.和大約473至573K之間)。
接著并如于圖16(d)中所描繪，形成的層617經(jīng)受蝕刻工藝620。于本發(fā)明之一個(gè)態(tài)樣，蝕刻工藝系以水平方式實(shí)施，以便形成如圖16(e)中所示部分包封位線610的選擇性導(dǎo)電層622。如先前所述，包封的層622能夠是包括被動(dòng)層和有機(jī)存儲(chǔ)層的多層結(jié)構(gòu)。
而且，例如能控制蝕刻工藝，使得層610和622能有相同的高度，并能造成均勻的水平表面。換言的，蝕刻工藝620能去除包封的層622的水平部分，而使得位線突出部夾在制造于位線610的側(cè)面的兩條選擇性導(dǎo)電材料之間。CMP工藝亦可結(jié)合蝕刻工藝而使用。
其次，藉由參照?qǐng)D16(f)，于結(jié)構(gòu)630上，沉積(635)頂部電極層。如此于結(jié)構(gòu)630上形成沙丘狀或突起部(ridge)640，如圖16(g)所繪示。此結(jié)構(gòu)能于頂部電極層和存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)之間提供復(fù)數(shù)個(gè)共享的邊緣。在效果上，選擇性導(dǎo)電層622現(xiàn)夾在一側(cè)為位線突出部和另一側(cè)為頂部電極層之間。
其次，如圖16(h)和圖16(i)中所示，藉由使用蝕刻工藝，將對(duì)于頂部電極層640的水平表面蝕刻掉，以便形成兩條電極條642，各疊置在存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)之一側(cè)，而因此形成依照本發(fā)明的存儲(chǔ)單元。在效果上，所獲得的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)允許位線突起610(存儲(chǔ)單元的底部電極)，關(guān)聯(lián)兩組的存儲(chǔ)元件(各組包括選擇性導(dǎo)電材料622和頂部電極層642)。換言的，現(xiàn)在對(duì)于依照本發(fā)明的光刻特征所制造的每個(gè)存儲(chǔ)單元可使用二位的存儲(chǔ)單元。
茲參照?qǐng)D16(j)，顯示依照本發(fā)明之一個(gè)態(tài)樣存儲(chǔ)單元的部分側(cè)視和平面圖。于本發(fā)明的此范例態(tài)樣可使用層間介電層(ILD)650以填滿兩個(gè)相鄰存儲(chǔ)單元間所需要的空間。于此層間介電層上，可形成由導(dǎo)電材料(例如，鋁)所制成的字線。位線610和字線680的相交處即構(gòu)成了特定存儲(chǔ)單元的地址。能藉由選擇和發(fā)送訊號(hào)至存儲(chǔ)單元陣列中的適當(dāng)?shù)男泻土校鴮?shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元中(例如，像是0或1)。依照本發(fā)明的另一個(gè)態(tài)樣，如圖17的范例流程圖所示，在形成頂部電極步驟的前，于選擇性導(dǎo)電層上施行蝕刻和CMP工藝740。依次，于稍后階段頂部電極層受到另一次蝕刻和拋光工藝780。
茲參照?qǐng)D18，顯示示意方塊圖，該方塊圖描繪依照本發(fā)明之一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣形成導(dǎo)電率促進(jìn)薄膜(例如，硫化銅(Cu2S、CuS))于導(dǎo)電材料(例如，銅)層上，而尤其是經(jīng)由利用金屬有機(jī)氣體前驅(qū)物的電漿增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)的系統(tǒng)800。應(yīng)了解到，形成率可反應(yīng)于各因素而改變，該等因素包括(但不限于)氣體組成物和/或濃度、激發(fā)電壓、溫度和/或壓力?？衫么颂幩f(shuō)明的形成，作為半導(dǎo)體工藝之一部分，其中于晶片上產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)單元。
系統(tǒng)800包括藉由具有復(fù)數(shù)個(gè)壁(wall)的遮避罩(housing)所界定的腔體(chamber)802。腔體802包括支撐，譬如可包括臺(tái)(stage)804(或卡盤(pán)(chuck))操作以支持晶片806，該晶片806包括導(dǎo)電材料層808，硫化銅可選擇地形成于其上作為產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)單元之一部分。定位系統(tǒng)810操作地連接至支撐臺(tái)804，以便選擇性地調(diào)動(dòng)該晶片進(jìn)入腔體802內(nèi)所希望的位置。應(yīng)了解到，依照本發(fā)明之一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣可使用任何適當(dāng)?shù)亩ㄎ幌到y(tǒng)。亦應(yīng)進(jìn)一步了解到，導(dǎo)電材料可以是銅，以及任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料，譬如鋁、鉻、鍺、金、鎂、錳、銦、鐵、鎳、鈀、鉑、銀、鈦、鋅、其合金、氧化銦錫、多晶硅、摻雜的非晶硅、金屬硅化物、以及類似物質(zhì)。范例合金能夠使用于導(dǎo)電硅化物，以及類似物?？捎脼閷?dǎo)電材料的范例合金包括Hastelloy、Kovar、Invar、Monel、Inconel、黃銅、不銹鋼、鎂銀合金、以及各種其它合金。
氣體分配系統(tǒng)812操作地耦接至腔體802，用來(lái)根據(jù)例如相關(guān)于其它的因素，將形成的薄膜量(厚度)、將形成的化合物薄膜、腔體內(nèi)的壓力、腔體內(nèi)的溫度、和/或腔體的大小，以各種速率、體積、濃度等，而選擇地將氣體化學(xué)物供應(yīng)至腔體中。藉由說(shuō)明的方式，氣體分配系統(tǒng)812包括一個(gè)或多個(gè)化學(xué)制品的氣體媒介(蒸汽)之一個(gè)或多個(gè)來(lái)源。于所示例子中，氣體經(jīng)由導(dǎo)管814而送至室中，該導(dǎo)管814的終端是噴嘴816。雖然為了簡(jiǎn)潔的目的僅在圖8中顯示了一個(gè)噴嘴816，但是應(yīng)了解到可具有多于一個(gè)噴嘴，或可以使用其它的氣體輸送機(jī)構(gòu)以將氣體依照本發(fā)明之一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣以不同的混合物和/或濃度供應(yīng)入腔體802中。舉例而言，蓮蓬頭型氣體輸送機(jī)構(gòu)可用來(lái)更均勻地將化學(xué)物供應(yīng)至晶片上方的腔體中，此種方式能促進(jìn)更均勻的化學(xué)蒸汽沉積并遍及于晶片上。氣體分配系統(tǒng)812將金屬有機(jī)氣體噴入腔體中，作用為化學(xué)氣相沉積工藝中的前驅(qū)物。金屬有機(jī)先驅(qū)物可為例如螯合(chelate)Cu(II)二乙基二硫代胺基甲酸鹽或Cu(S2CN(C2H5)2)2(II)，該物質(zhì)能減輕于工藝內(nèi)對(duì)有高度毒性硫化氫(H2S)的需求。氣體形式的導(dǎo)電率促進(jìn)材料，譬如硫化銅(Cu2S、CuS)，亦供應(yīng)入腔體內(nèi)沉積到導(dǎo)電層上。氣體形式氦亦能隨著硫化銅供應(yīng)入腔體內(nèi)，以用作為載送氣體。應(yīng)了解到其它氣體或電漿物質(zhì)能噴入室中以促進(jìn)沉積硫化銅沉積到導(dǎo)電層上。
亦設(shè)有溫度系統(tǒng)818用來(lái)選擇地調(diào)節(jié)腔體802內(nèi)的溫度。舉例而言，系統(tǒng)818可以是擴(kuò)散型系統(tǒng)(例如，水平或垂直暖氣爐)可操作以擴(kuò)散熱至腔體802內(nèi)。溫度系統(tǒng)818可施行其本身的溫度控制處理，或可施行此種控制作為與蝕刻腔體802可操作地相關(guān)聯(lián)的其它傳感器820的部分。藉由此例的方式，可于大約400至600K之間的相對(duì)低溫施行硫化銅的電漿增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。壓力系統(tǒng)822亦包括于系統(tǒng)中，以選擇性調(diào)節(jié)腔體內(nèi)的壓力。壓力系統(tǒng)822可包括，例如一個(gè)或多個(gè)具有閥826的排氣管口824，該閥826可控制地打開(kāi)和/或關(guān)閉以改變協(xié)助選擇性地調(diào)適腔體802內(nèi)壓力的程度。于大約0.05至0.5Pa之間的相對(duì)低壓可類似地施行沉積硫化銅。
系統(tǒng)800亦能包括裝載系統(tǒng)828可操作地連接至腔體802，用來(lái)裝載和卸載晶片出入蝕刻腔體。裝載系統(tǒng)828一般以控制速率自動(dòng)裝載和卸載晶片進(jìn)入室內(nèi)。系統(tǒng)進(jìn)一步可包括顯示器830，該顯示器830以操作方式耦接至控制系統(tǒng)832用來(lái)顯示一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)(例如，腔體內(nèi)溫度、腔體內(nèi)壓力、沉積的厚度、沉積材料的速率表)的表示(例如，以圖形和/或文字)。
電源供應(yīng)裝置834包含將操作電力供應(yīng)至系統(tǒng)800的各元件?？墒褂萌魏芜m用于執(zhí)行本發(fā)明的適當(dāng)?shù)碾娫垂?yīng)器(例如，電池、線路電源)。激發(fā)系統(tǒng)836以操作方式與腔體802相關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)836包括線圈840與射頻(RF)激發(fā)(例如，電壓)源842，其中線圈840由射頻激勵(lì)源842所激發(fā)，其依次電激發(fā)在室內(nèi)之一種或多種氣體，以促進(jìn)一種或多種氣體(于此例中為硫化銅)沉積至下層(譬如導(dǎo)電層)。詳言的，藉由激發(fā)線圈所產(chǎn)生的射頻電漿場(chǎng)和金屬氧化前驅(qū)物激活沉積氣體的導(dǎo)電率促進(jìn)硫化銅(選擇地由氣體氦載送)至導(dǎo)電層的工藝。
系統(tǒng)亦能包括用于原位監(jiān)視譬如像是沉積薄膜的厚度的腔體內(nèi)工藝度量系統(tǒng)844。監(jiān)視系統(tǒng)844能夠是獨(dú)立的元件，和/或亦能夠分配于兩個(gè)或多個(gè)協(xié)同的裝置和/或流程。以同樣的方式，監(jiān)視系統(tǒng)844能夠存在于一個(gè)物理或邏輯裝置(例如，計(jì)算機(jī)、處理器)中，和/或分配于兩個(gè)或多個(gè)物理或邏輯裝置之間。度量系統(tǒng)844包括一個(gè)或多個(gè)非破壞測(cè)量元件，譬如可使用光學(xué)干涉、散射儀、紅外線光譜(IRspectroscopy)、橢圓光度法(ellipsometry)、掃描電子顯微鏡、同步輻射(synchrotron)和/或x光繞射技術(shù)。度量系統(tǒng)包括光源846和偵測(cè)器848。應(yīng)了解到雖然在所示例子中顯示了一個(gè)光源846和一個(gè)光偵測(cè)器848，但是可包括超過(guò)一個(gè)的這些元件，以測(cè)量例如于晶片上各不同位置的薄膜厚度和/或成分。光源部分846提供一個(gè)或多個(gè)光束850(例如，從頻率穩(wěn)定雷射、雷射二極管、或氦氖(HeNe)氣體雷射所發(fā)出的光)朝向晶片806上導(dǎo)電層808的表面，在該導(dǎo)電層808上沉積有硫化銅。光束820與薄膜相互作用，而由此產(chǎn)生改變(例如，反射、折射、和繞射)。改變的光束852由度量系統(tǒng)844的偵測(cè)器部分848所接收，并具有光束的性質(zhì)(例如，強(qiáng)度、角度、相位、極性)，該性質(zhì)可相關(guān)于入射光850的性質(zhì)而予檢驗(yàn)，以判定沉積的薄膜所示之一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)(例如，厚度、化學(xué)物種類)。例如，可使用來(lái)自一個(gè)或多個(gè)光源于不同空間分離位置所導(dǎo)引的復(fù)數(shù)個(gè)入射光，以在工藝期間實(shí)質(zhì)上同時(shí)產(chǎn)生該等位置的薄膜厚度相對(duì)測(cè)量。同時(shí)發(fā)生的測(cè)量轉(zhuǎn)而可提供沉積均勻性的指示，并可于控制工藝時(shí)很有用，以便有效和經(jīng)濟(jì)地達(dá)成所希望的結(jié)果，并減少后續(xù)工藝步驟的所需和/或程度，譬如，例如在晶片上特定位置處的硫化銅選擇性再沉積和/或化學(xué)機(jī)械拋光。
以上已說(shuō)明了本發(fā)明之一個(gè)或多個(gè)態(tài)樣。當(dāng)然，不可能為了說(shuō)明本發(fā)明而詳細(xì)說(shuō)明各元件或方法的每一個(gè)可能想到的組合，但是熟悉此項(xiàng)技術(shù)者將了解到本發(fā)明將可以有許多進(jìn)一步的組合和變更。因此，本發(fā)明將包含所有落于所附權(quán)利要求書(shū)內(nèi)的精神和范圍內(nèi)的此等替代、修改、和變化。此外，雖然本發(fā)明的特殊特征的幾個(gè)相關(guān)實(shí)施方式僅其中一個(gè)予以揭示，但是此等特征當(dāng)需要時(shí)可結(jié)合其它實(shí)施例之一個(gè)或多個(gè)其它的特征、和對(duì)于任何給定或特殊應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)裝置(1300)，包括關(guān)聯(lián)于晶片表面的光刻特征的存儲(chǔ)器成形陣列，各存儲(chǔ)器成形包括由晶片(806)的位線(610)所形成的第一電極(104、1502)；位于該第一電極(104、1502)側(cè)邊的兩個(gè)第二電極(110、1504)；以及設(shè)置于該第一電極(104、1502)與每一該第二電極(110、1504)之間的選擇性導(dǎo)電媒介，該第一電極(104、1502)可與各該第二電極(110、1504)操作以選擇性地激活該選擇性導(dǎo)電媒介的存儲(chǔ)部分。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置(1300)，每一第二電極(110、1504)基本上垂直并鄰近于該第一電極(104、1502)的側(cè)面而橫向堆疊。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)裝置(1300)，該選擇性導(dǎo)電媒介包括被動(dòng)材料(106、200)和有機(jī)材料(108、300、400、402、500)的至少其中之一。
4.如權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)裝置(1300)，該第一電極(104、1502)與該第二電極(110、1504)操作，以便激活該有機(jī)材料(108、300、400、402、500)的存儲(chǔ)部分。
5.一種制造存儲(chǔ)單元的方法，包括提供晶片(806)，該晶片(806)具有在襯底層(612)上方具突起表面的位線電極；在該突起表面和該襯底層(612)的上方形成選擇性導(dǎo)電層(622、1308)；在該選擇性導(dǎo)電層(622、1308)的上方形成頂部電極層(635、640、642、740)；以及蝕刻表面以形成具有壁的光刻特征，該壁包括形成于其上的存儲(chǔ)單元，該形成的存儲(chǔ)單元具有關(guān)聯(lián)于兩個(gè)鄰接存儲(chǔ)元件的位線電極，各存儲(chǔ)元件包括該選擇性導(dǎo)電層(622、1308)和該頂部電極層(635、640、642、740)的部分。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，關(guān)聯(lián)于兩個(gè)鄰接存儲(chǔ)元件進(jìn)一步包括選擇性地激活該存儲(chǔ)元件的一部分。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，蝕刻表面進(jìn)一步包括蝕刻該頂部電極層(635、640、642、740)的表面或該選擇性導(dǎo)電層(622、1308)的表面。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，蝕刻表面進(jìn)一步包括蝕刻該位線電極的表面。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括在形成該頂部電極層(635、640、642、740)之前，蝕刻該選擇性導(dǎo)電層(622、1308)的表面。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，蝕刻該選擇性導(dǎo)電層(622、1308)的表面進(jìn)一步包括CMP工藝(740)。
11.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括形成阻擋層以減輕該第一電極(104、1502)和該頂部電極擴(kuò)散至層中。
12.一種制造有機(jī)存儲(chǔ)裝置的系統(tǒng)，包括在光刻特征的側(cè)壁(115)上形成存儲(chǔ)單元的裝置；以及將該存儲(chǔ)單元(115)從另一存儲(chǔ)單元分隔的裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示增加關(guān)聯(lián)于光刻特征的存儲(chǔ)單元數(shù)目的系統(tǒng)和方法。此等系統(tǒng)包括藉由使用各種沉積和蝕刻工藝形成于光刻特征的側(cè)壁的存儲(chǔ)元件。該側(cè)壁存儲(chǔ)單元(115)能夠具有晶片(806)的位線(610)作為第一電極(104、1502)，并與第二形成電極(110、1504)操作以激活形成于其間的有機(jī)物質(zhì)之一部分。
文檔編號(hào)H01L29/68GK1954431SQ200480039780
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者C·F·萊昂斯, M·S·常, S·D·洛帕京, R·蘇布拉馬尼安, P·昌, M·V·努, J·V·奧格爾斯比 申請(qǐng)人:斯班遜有限公司