組合存儲器的制作方法

專利名稱：組合存儲器的制作方法
背景技術：
本揭示內容涉及組合交叉點存儲器和其他存儲器。
現代數字設備經常存儲大量能被稱為“順序”數據的數據。順序數據實際上是連續的，能以相對有序的方式排列。例如，數碼相機存儲按序的圖像像素數據，而數字音樂播放器存儲按序的音樂數據。對于順序數據，相對大序列的鄰近數據點(如表示相鄰的時間或位置的數據點)能夠被按序地寫入鄰近的存儲位置和從中讀出。
除了存儲順序數據之外，大部分數字設備也需要存儲其他類型數據儲。例如，相對長時間存在的隨機存取代碼執行數據和相對短時間存在的臨時數據(例如做乘法時產生的部分乘積)都由數字設備所存儲。為了提供不同種類的數據的存儲，許多設計者通常在單個的數字設備中包括多個存儲裝置。
附圖簡述

圖1是包括集成交叉點存儲器的存儲器組件的側視方框圖；圖2是包括交叉點存儲器的集成存儲器的頂視圖；圖3是沿著圖2的3-3部分給出的圖2集成存儲器的剖面圖；圖4是沿著圖2的4-4部分給出的圖2集成存儲器的剖面圖；圖5是生產圖2集成存儲器的工序流程；圖6是包括交叉點存儲器的另一個集成存儲器的頂視圖；圖7是沿著圖6的6-6部分給出的圖6集成存儲器的剖面圖；圖8是沿著圖6的7-7部分給出的圖6集成存儲器的剖面圖；圖9是包括疊層的交叉點存儲器的存儲器組件的側視圖；圖10是包括交叉點存儲器的疊層小硅片存儲器(stacked die memory)的頂視圖；圖11是另一個集成存儲器的剖面圖；
圖12是包括組合交叉點/閃存存儲器的個人數字助理的方框圖；圖13是包括組合交叉點/閃存存儲器的網絡終端的方框圖；圖14是包括組合交叉點/閃存存儲器的蜂窩電話的方框圖在各圖中相同的標號表示相同的元件。為了幫助理解，各種圖不按比例畫出。
詳細說明參考圖1-4，組合的集成存儲器100包括在單個硅小片115上和閃存110集成在一起的交叉點存儲器105。聯合存儲器控制電路120也在小硅片115上形成，并控制交叉點存儲器105和閃存110。通過一組共享的I/O連接125為存儲器105和存儲器110提供數據和尋址信息。通過組合交叉點存儲器105和閃存110，用一個數字設備中在全部存儲復蓋區域以及線路的長度和/或數量上很少的增加，如果有的話，就可以存儲增加的數據數量，包括連續的數據。
特別參考圖2-4，閃存110包括閃存元件205，且形成在硅小片115上。硅小片115也包括控制對交叉點存儲器105和閃存110的讀取和寫入操作的聯合存儲器控制電路120。通過使用單個存儲器控制電路120來對交叉點存儲器105和閃存110進行讀取和寫入，降低了和集成存儲器100的存儲容量有關的費用。
集成存儲器100被用來限定孔212來露出焊接區215的氮化硅鈍化層210所覆蓋。焊接區215提供I/O連接125，且每個焊接區通過由鋁通孔221、222、223、224、225組成的電傳導孔220電氣地連接到聯合存儲器控制電路120。通孔221-225在處理過程期間不同的時間產生。通孔220穿過絕緣層間介質(ILD)230、第一聚合體存儲器層235、第二聚合體存儲器層240和另外一個層間介質(ILD)245。層間介質230和層間介質245可以由例如基于硅的或聚合物層間介質材料來組成。
在存儲器控制電路120和閃存元件205上面形成夾層245。通孔250、305和310三個一組的穿過夾層245來進行交叉點存儲器105和存儲器控制電路120之間的電氣地連接。因此存儲器控制電路120能夠響應通過焊接區215提供給集成存儲器100的指令，從交叉點存儲器105和閃存110中的各個存儲器元件讀取和寫入。
交叉點存儲器105包括被二個斷續鄰近的交叉點存儲器聚合物層235和240分離開的平行線255、260和265的三個連續正交陣列。交叉點存儲器聚合物層235和240延伸到集成存儲器100的邊緣E，且可以在單個旋轉涂層步驟中沉積。交叉點存儲器聚合物層235和240可以由例如聚偏二氟乙烯聚合體構成。聚合物層235在正交線260和265之間形成交叉點存儲器元件270的陣列，聚合物層240在正交線255和260之間形成交叉點存儲器元件275的陣列。響應寫入期間存儲器控制電路120在正交線260、265和255、260的相應對之間施加的電壓差，主要通過重新定向來極化存儲器單元270和275。例如，為響應20到70V/μm的電場，聚偏二氟乙烯聚合體可以重新定向，盡管本發明沒有限制。然后電壓差消除后，存儲器元件270、275至少維持部分的感應再定向極化，來提供寫入事件的歷史記錄或“記憶”。
使用中，存儲控制器或處理器通過焊接區215把總線命令提供給存儲器控制電路120來寫入組合存儲器100中的交叉點存儲器105。總線命令可包括識別用于讀/寫操作的交叉點存儲器105和閃存110其中之一的數據位。因為如包括用于控制交叉點存儲器105和閃存110的寫入電壓等操作要求是相似的，所以存儲器控制電路120可被交叉點存儲器105和閃存110所共享。
在交叉點存儲器105被識別的情況下，存儲器控制電路120接著選擇并用足夠的電壓和足夠的時間加偏壓到一對正交線260、265或255、260，來極化對應的存儲器元件270或275。至少此極化的一部分被保留，無需在存儲器控制電路120去除偏壓后由所選的存儲器元件270或275刷新。
在讀存儲器元件270或275時，存儲器控制電路120接收總線命令，請求其判斷極化的部分是否被所選的存儲器元件270或275保留。作為響應，存儲器控制電路120確定所選的存儲器元件270或275中任何剩余極化存在，并隨同指示數據源的總線命令把此信息傳播到控制器或處理器。這樣，可以在組合存儲器100的交叉點存儲器105中存儲任何類型的數據，包括順序數據。
同樣參考圖5，用于形成集成存儲器100的工序400從在硅小片210上層間介質245的蝕刻和平面化開始(405)。然后，通過例如濺射、汽化或電化沉積，把金屬層沉積在層間介質245上，然后掩模，蝕刻以形成正交線255(415)。粘合的金屬層可被加到這個和所有金屬層的下方，以把金屬層固定基底上。
然后在有圖案的金屬層上旋涂交叉點存儲聚合體溶液并退火，形成聚合物層240(420)。接下來，沉積另一個金屬層(425)。此金屬層接著被掩模和蝕刻以形成正交線260(430)。然后在有圖案的金屬層上旋涂另一個交叉點存儲聚合體溶液并退火，形成聚合物層235(435)。然后沉積第三金屬層(440)，并加以掩模和蝕刻以形成正交線260(445)。
然后，通過例如旋涂、蒸氣沉積或另一個工序(450)，在交叉點存儲聚合物層260上沉積層間介質230。接著掩模和蝕刻形成通孔(455)。在層間介質230上沉積第四金屬層(460)，并加以掩模和蝕刻以形成焊接區115和任何其他的表面特性(465)。然后沉積鈍化層105(470)，并加以掩模和蝕刻形成通孔110(475)。
參考圖6、7和8，組合的集成存儲器500的另一個實施法包括集成了第一交叉點存儲器105和閃存110的第二交叉點存儲器600。聯合存儲控制電路605控制對第一交叉點存儲器105、第二交叉點存儲器600和閃存110的元件205的讀和寫操作。通過把交叉點存儲器105、600和閃存110組合到一個單獨的集成體中，用一個數字設備中在總存儲復蓋區域以及線路的長度和/或數量上很少的增加，如果有的話，就可以存儲增加的數據數量。
在組合存儲器500中，層間介質245通過附加的三一組的通孔608、610和615來電氣地連接第二交叉點存儲器600和存儲控制電路605，使得存儲控制電路605能夠寫入第二交叉點存儲器600并從中讀出。交叉點存儲器600包括被兩個斷續鄰近的交叉點存儲器聚合物層640和645分離開的平行線620、625和630的三個連續正交陣列。聚合物層640在正交線620和625之間形成交叉點存儲單元650陣列，聚合物層645在正交線625和630之間形成交叉點存儲單元655陣列。在第二交叉點存儲器600上形成層間介質層660。
參考圖9和10，通過把第一小硅片910上形成的交叉點存儲器905疊層在第二小硅片920上形成的閃存915的頂部來形成組合疊層存儲器900。第二小硅片920包括聯合存儲控制線路925(在圖10中以虛線示出以表示控制線路925是在第二小硅片920上)。交叉點存儲器905和閃存925相互緊固，并固定在基本平面安裝的元件930上，該元件包括許多焊接區935，以在交叉點存儲器905和閃存915之間形成電氣地連接。尤其是，每個焊接區935電氣地連接到一個交叉點導線940和一個閃存導線945。交叉點導線940和一個閃存導線945可以是非絕緣的，并可在不同的平面上相互交叉。交叉點導線940延伸到交叉點存儲器905上的焊接區950，而閃存導線945延伸到閃存915上的焊接區955。因此交叉點存儲器905由外部的導線940和945連接到閃存915和用于讀寫操作存儲控制線路925。使用單一存儲器控制線路925提供的成本優點被保留，且提供的額外的工序靈活性表現為制造商即使在制造過程中相對后面的階段也可以替換或省略所需的部件。
參考圖11，組合的集成存儲器1100包括集成閃存1110的交叉點存儲器1105。交叉點存儲器1105包括被交叉點存儲器聚合物層1125分離開的平行線1115和1120的兩個基本正交陣列。聚合物層1125形成線1115和1120之間的交叉點存儲元件1130的陣列。
集成存儲器1110還包括一對粘合聚合物層1125的外緣的層間介質層1135和1140，使得聚合物層1125不延伸到集成存儲器100的邊緣E。聚合物層1125因此密封在集成存儲器1100內，而且進一步與環境狀況相隔離。同樣，通孔220和250被包圍在相對非極化層間介質材料里面以簡化集成存儲器1100的電性能。
參考圖12，個人數字系統1200包括個人數字助理1205和可拆卸存儲器盒(memory cartridge)1210。可拆卸存儲器盒1210包括用于高密度數據存儲的組合交叉點/閃存存儲器1215。個人數字助理1205包括用于從存儲器盒1210讀出和寫入的處理系統1220。個人數字助理1205還包括用于接收用戶輸入的輸入設備1225，顯示輸出1230和用于輸出視覺和聲音信號給用戶的聲音輸出1235，以及用于與另一個設備如個人電腦(沒有示出)連接的PDA接口1240。個人數字助理1205由電源1245供電。
參考圖13，用于和網絡系統交換信息的網絡終端1300包括組合交叉點/閃存存儲器1305，用來減少網絡終端1300中總存儲復蓋區域。例如，網絡終端1300可限定為個人計算機，網絡路由器或集線器。網絡終端1300還包括用于控制包括從組合存儲器1305讀出和寫入的網絡終端1300的操作的處理器1310，用于接收來自網絡系統的信息的數據接收器1315，和用于向網絡系統發送信息的數據發送器1320。
參考圖14，蜂窩電話1400包括用來減少蜂窩電話1400中總存儲復蓋區域和蜂窩電話1400尺寸的組合交叉點/閃存存儲器1405。蜂窩電話1400還包括用于控制包括從組合存儲器1405讀出和寫入的蜂窩電話1400的操作的控制線路1410、用于撥號的輸入鍵盤1415、用于提醒用戶來電的振鈴器和震動器1420、天線1425和用于廣播和接收把例如一段對話編碼電磁信號的和發送/接收器1430、用于傳播例如對話的輸入部分給用戶的揚聲器1435、用于轉換例如對話中用戶反應的話筒1440。
可以進行其他的修改。例如，能由其他導體包括金屬鎢和銅做成通孔。通孔和夾層的組成材料可混合在單個的組合存儲器中。組合存儲器里面的電氣連接和與其電氣連接可由眾多不同技術中的任何技術完成，包括例如球柵陣列和卷帶式自動接合。交叉點存儲器可以由眾多不同存儲器裝置的任何裝置組合，包括一個或多個交叉點存儲器、SRAM和DRAM。多個交叉點存儲器層可與集成的或疊層的小硅片裝置中的其他存儲器組合。另一個閃存，另一個不可擦寫存儲器，或者可擦寫存儲器可與集成的或分離的小硅片裝置中的交叉點存儲器疊層。疊層的順序可以交換。各種材料和方法可以被用于形成在此描述的結構。例如，聚偏二氟乙烯和其他聚合體(例如三氟乙烯)的共聚物可用于形成交叉點聚合體存儲層。可使用其他交叉點存儲材料，包括陶瓷。交叉點存儲材料可以使用不同的物理機制包括磁極化來存儲數據。
因此，其他實施方法都在下面權利要求書的范圍之內。
權利要求
1.一種存儲器包括一個交叉點存儲器包括第一導體，與第一導體斜交的第二導體，第二導體在交叉點最接近第一導體，和在第一導體和第二導體之間的交叉點設置的存儲器元件，存儲器元件以多種狀態中；和包括以多種狀態存在的第二存儲器元件的第二存儲器，其特征在于，交叉點存儲器和第二存儲器以疊層取向排列，并共享數據輸入和輸出。
2.如權利要求1所述的存儲器，其特征在于，所述交叉點存儲器包含基本平行的第一導體的基本共面陣列；和基本平行的第二導體的基本共面陣列，排列成在第一導體上的第二導體的投影與第一導體基本正交。
3.如權利要求1所述的存儲器，其特征在于，所述存儲器元件包含配置成以多種極化狀態存在的可極化元件。
4.如權利要求3所述的存儲器，其特征在于，所述可極化元件包含可極化聚合物。
5.如權利要求4所述的存儲器，其特征在于，所述可極化聚合物包含聚二氟乙烯。
6.如權利要求4所述的存儲器，其特征在于，所述可極化聚合物包含三氟乙烯。
7.如權利要求3所述的存儲器，其特征在于，所述可極化元件延伸到交叉點存儲器的邊緣。
8.如權利要求1所述的存儲器，其特征在于，所述存儲器元件被配置成以二種可確定的狀態中存在，并響應第一導體和第二導體之間的電場，在可確定狀態之間切換。
9.如權利要求1所述的存儲器，其特征在于，所述第二存儲器包含非易失性存儲器。
10.如權利要求1所述的存儲器，其特征在于，所述交叉點存儲器在第一層小硅片上，第二存儲器在第二層小硅片上。
11.如權利要求1所述的存儲器，其特征在于，所述交叉點存儲器和第二存儲器集成在單個小硅片上。
12.如權利要求1所述的存儲器，其特征在于，所述存儲器進一步包括配置成能有選擇地在主系統和交叉點存儲器與第二存儲器中的一個之間交換電子信號的存儲器控制電路。
13.如權利要求1所述的存儲器，其特征在于，所述交叉點存儲器在第二存儲器的上面。
14.一種形成存儲器的方法，其特征在于，所述方法包括在疊層取向配置交叉點存儲器和第二存儲器；和與交叉點存儲器和第二存儲器共享數據輸入和數據輸出。
15.如權利要求14所述的存儲器，其特征在于，把交叉點存儲器與在第二存儲器疊層包括把交叉點存儲器集成在具有第二存儲器的單個小硅片上。
16.如權利要求14所述的存儲器，其特征在于，把交叉點存儲器與第二存儲器疊層進一步包括把存儲器控制電路電氣連地接到交叉點存儲器和第二存儲器。
17.如權利要求16所述的存儲器，其特征在于，電氣地連接存儲器控制電路進一步包括在具有交叉點存儲器和第二存儲器的單個小硅片上形成存儲器控制電路。
18.如權利要求14所述的存儲器，其特征在于，交叉點存儲器在第一小硅片上；第二存儲器在第二小硅片上；和把交叉點存儲器與第二存儲器疊層包括把第一小硅片和第二小硅片疊層。
19.一種系統，其特征在于，所述系統包括疊層存儲器包括交叉點存儲器包括第一導體，與第一導體斜交的第二導體，第二導體在交叉點最接近第一導體，和在第一導體和第二導體之間的交叉點設置的存儲器元件，存儲器元件配置成以多種可確定狀態存在；和第二存儲器，它包含配置成以多種可確定狀態存在的第二存儲器元件；和用于從疊層存儲器讀取數據和寫入數據到疊層存儲器的處理器。
20.如權利要求19所述的系統，其特征在于，所述系統進一步包括配置成接收信息的數據接收器；和配置成發送信息的數據發送器。
21.如權利要求19所述的系統，其特征在于，所述系統包括個人計算機。
22.一種設備，其特征在于，所述設備包括具有設置在第一和第二導體之間交叉點并可編程成多種狀態的的存儲器元件的第一交叉點存儲器；和與第一交叉點存儲器以疊層取向排列，并共享數據終端的閃存。
23.如權利要求22所述的設備，其特征在于，所述設備進一步包含用于控制對第一交叉點存儲器和閃存的讀取和寫入操作的存儲器控制電路。
24.如權利要求23所述的設備，進一步包含與第一交叉點存儲器和閃存集成的第二交叉點存儲器，其特征在于，第一交叉點存儲器、第二交叉點存儲器和閃存由存儲器控制電路控制。
25.如權利要求23所述的設備，其特征在于，存儲器控制電路提供一個編程設計偏壓來極化存儲器元件。
26.一種形成存儲器裝置的方法，其特征在于，所述方法包括極化在硅基底上的第一絕緣層；在第一絕緣層上沉積第一金屬層；在第一金屬層上形成第一聚合物層；在第一聚合物層上沉積第二金屬層；在第二金屬層上形成第二聚合物層；在第二聚合物層上沉積第三金屬層；在第三金屬層上沉積第二絕緣層；在第二絕緣層上沉積第四金屬層。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括增加一鈍化層來保護存儲器裝置。
28.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括把第四金屬層加圖案，以形成焊接區。
29.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在由第一和第二金屬層構成的正交線之間的第一聚合物層中形成交叉點存儲器元件。
30.如權利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括通過在第一和第二金屬層上提供偏置電壓來編程設計存儲器元件。
31.一種設備，其特征在于，所述設備包含具有設置在第一和第二導體之間交叉點并可編程成多種狀態的存儲器元件的交叉點存儲器；和連接到交叉點存儲器且共享數據終端的非易失性存儲器。
32.如權利要求31所述的設備，其特征在于，所述交叉點存儲器在疊層取向上連接到非易失性存儲器。
33.如權利要求31所述的設備，其特征在于，所述設備進一步包括用于控制對交叉點存儲器和非易失性存儲器的讀取和寫入操作的存儲器控制電路。
34.如權利要求33所述的設備，其特征在于，所述交叉點存儲器和非易失性存儲器由存儲器控制電路控制。
全文摘要
一種存儲器包含第一交叉點存儲器和第二存儲器。該交叉點存儲器包括設置于第一導體和第二導體之間交叉點上的存儲器元件。在第一和第二存儲器里的存儲器元件能存在多個狀態。第一和第二存儲器以疊層取向排列，并共享數據輸入和輸出。
文檔編號G11C13/02GK1679112SQ03817527
公開日2005年10月5日 申請日期2003年5月8日 優先權日2002年5月22日
發明者M·D·文斯頓, H·炮恩 申請人:英特爾公司