[發(fā)明專利]用于減小3D交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列中的熱串?dāng)_的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080002909.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112470283A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉峻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)江先進(jìn)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01L27/24
• 分類號(hào): H01L27/24;H01L45/00
• 代理公司: 北京永新同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11376
• 代理人: 張文錦;劉茹

描述了能夠通過(guò)使用層壓材料來(lái)減少存儲(chǔ)單元的三維陣列中的單元之間的熱串?dāng)_量的系統(tǒng)、方法和裝置，層壓材料進(jìn)而允許存儲(chǔ)單元的較小縮放制造。在所公開(kāi)的方法、系統(tǒng)和裝置中，使用犧牲材料來(lái)填充毗鄰存儲(chǔ)單元之間的間隙，并且稍后移除該犧牲材料以形成氣隙。這些氣隙對(duì)于減小毗鄰單元之間的熱串?dāng)_是非常高效的。它允許在來(lái)自毗鄰單元編程的熱效應(yīng)的影響較小的情況下縮放至較小的存儲(chǔ)單元和間距。另外，它減小了毗鄰3D交叉點(diǎn)存儲(chǔ)單元之間的熱串?dāng)_，在單元制造期間具有良好的機(jī)械支持，并改善了3D交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器的縮放能力。

技術(shù)領(lǐng)域

概括地說(shuō)，本公開(kāi)內(nèi)容涉及三維電子存儲(chǔ)器。更具體地說(shuō)，本公開(kāi)內(nèi)容涉及使用層壓、濕法蝕刻、氧化物、以及在三維存儲(chǔ)器陣列的幾何結(jié)構(gòu)中形成氣穴來(lái)增加存儲(chǔ)器陣列的某些特性或?qū)傩曰蛘邷p少存儲(chǔ)器陣列中不期望的特性。

背景技術(shù)

通過(guò)改善工藝技術(shù)、電路設(shè)計(jì)、編程算法和制造工藝來(lái)將平面存儲(chǔ)單元縮放至較小的尺寸。然而，隨著存儲(chǔ)單元的特征尺寸接近下限，平面工藝和制造技術(shù)變得具有挑戰(zhàn)性并且昂貴。因此，平面存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器密度接近上限。三維(3D)存儲(chǔ)器架構(gòu)可以解決平面存儲(chǔ)單元的密度限制。

相變存儲(chǔ)器(PCM)單元是一種非易失性固態(tài)存儲(chǔ)器技術(shù)，該技術(shù)利用相變材料(如硫系化合物，例如GST(鍺銻碲))在具有不同電阻的狀態(tài)之間的可逆熱輔助切換?？梢詫⒒敬鎯?chǔ)單位(“單元”)編程到呈現(xiàn)不同電阻特性的多個(gè)不同的狀態(tài)或水平?？梢允褂每删幊虇卧獱顟B(tài)來(lái)表示不同的數(shù)據(jù)值，從而允許信息的存儲(chǔ)。

PCM單元通過(guò)自加熱來(lái)編程或擦除以誘發(fā)非晶態(tài)或晶態(tài)以表示1和0。編程電流與PCM單元的尺寸和橫截面面積直接成比例。在單級(jí)PCM器件中，可以將每個(gè)單元設(shè)置為兩個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)，“SET(置位)”狀態(tài)和“RESET(復(fù)位)”狀態(tài)，從而允許每單元存儲(chǔ)一位。在RESET狀態(tài)(其對(duì)應(yīng)于相變材料的完全非晶態(tài))中，單元的電阻非常高。通過(guò)加熱到高于其結(jié)晶點(diǎn)的溫度并且隨后冷卻，可以將相變材料變換到低電阻、完全晶態(tài)。這種低電阻狀態(tài)提供單元的SET狀態(tài)。如果隨后將單元加熱到高于相變材料的熔點(diǎn)的高溫，則材料在快速冷卻時(shí)回復(fù)到完全非晶RESET狀態(tài)。

由于自加熱的性質(zhì)，在對(duì)毗鄰單元進(jìn)行編程時(shí)發(fā)生串?dāng)_。串?dāng)_是信號(hào)之間的干擾。由于工藝技術(shù)縮放，毗鄰互連之間的間隔縮減。接通一個(gè)信號(hào)會(huì)影響另一信號(hào)。在最差的情況下，這會(huì)造成另一單元的值變化，或者這會(huì)使信號(hào)轉(zhuǎn)變延遲，從而影響定時(shí)。這被分類為信號(hào)完整性問(wèn)題。

另外，由于IR下降(IR＝電壓＝電流x電阻)，大的編程電流要求還引起大的編程電壓要求。對(duì)PCM單元中的數(shù)據(jù)的讀和寫(xiě)通過(guò)經(jīng)由與每個(gè)單元相關(guān)聯(lián)的一對(duì)電極向相變材料施加恰適的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。在寫(xiě)操作中，所得到的編程信號(hào)使得相變材料焦耳加熱到恰適的溫度以在冷卻時(shí)誘發(fā)期望的單元狀態(tài)。對(duì)PCM單元的讀取是使用單元電阻作為單元狀態(tài)的度量來(lái)執(zhí)行的。所施加的讀電壓使得電流流經(jīng)單元，該電流取決于單元的電阻。對(duì)單元電流的測(cè)量因此提供對(duì)所編程單元狀態(tài)的指示。足夠低的讀電壓用于該電阻度量以確保讀電壓的施加不會(huì)擾亂所編程單元狀態(tài)。隨后可以通過(guò)將電阻度量與預(yù)先定義的參考水平進(jìn)行比較來(lái)執(zhí)行單元狀態(tài)檢測(cè)。編程電流(I)通常在100-200μA的數(shù)量級(jí)。如果單元中的字線(WL)和位線(B類)遇到大的電阻，則電壓下降可能是顯著的。

因此，對(duì)減小編程電流和相變存儲(chǔ)器(PCM)單元之間的熱串?dāng)_的需求是需要的。

發(fā)明內(nèi)容

在創(chuàng)建本發(fā)明的技術(shù)時(shí)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，雖然三維(3D或3-D)存儲(chǔ)器架構(gòu)可以解決平面存儲(chǔ)單元的密度限制，但是3D配置會(huì)帶來(lái)新的技術(shù)挑戰(zhàn)。隨著追求3D存儲(chǔ)器架構(gòu)的期望特征(例如3D單元的增加的密度，或者單元的制造尺寸的減小)，會(huì)出現(xiàn)其它技術(shù)問(wèn)題。