專利名稱：具有探針陣列的電阻式存儲裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲裝置以及該存儲裝置的制造方法，更具體而言，涉及一種具有多探針陣列的電阻式存儲裝置(resistive memory device)以及該電阻式存儲裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
諸如便攜式通信終端和數(shù)字照相機(jī)的便攜式電子產(chǎn)品的不斷普及，需要更加高度集成的存儲裝置以及高容量的記錄裝置。便攜式電子產(chǎn)品中的這種存儲裝置需要高密度讀寫以及良好的抗沖擊性和耐磨性。
然而，硬盤形式的常規(guī)裝置不容易被制造得較小，并且諸如FeRAM裝置的非易失性存儲裝置不能被高度集成。因此，進(jìn)行了對諸如MRAM裝置的新的存儲裝置的研發(fā)。
已經(jīng)嘗試?yán)糜蓲呙杼结榿硖綔y記錄層表面上電荷分布這一技術(shù)的記錄裝置。可預(yù)期的是使用探針的這些記錄或存儲裝置能夠以比FeRAM或類似裝置更高的密度來寫入數(shù)據(jù)。然而，掃描探針的結(jié)構(gòu)使這些記錄裝置在抵抗沖擊和磨損方面相對較弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種存儲裝置以及該存儲裝置的制造方法，該存儲裝置能夠以高密度寫和讀數(shù)據(jù)同時具有便攜式電子產(chǎn)品的環(huán)境所需的抗沖擊性和耐磨性。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電阻式存儲裝置，其中鐵電層用作存儲層，并且電阻式探針面對所述存儲層并在所述存儲層上寫和讀數(shù)據(jù)。所述電阻式存儲裝置包括存儲部分，其具有依次形成在第一襯底上的底電極和鐵電層；探針部分，其具有設(shè)置在第二襯底上的電阻式探針的陣列，所述電阻式探針的尖端面對所述鐵電層使得所述電阻式探針能夠在所述鐵電層上寫和讀數(shù)據(jù)；以及，粘合層，其將所述電阻式探針抓住(grab)并固定在所述鐵電層上或所述鐵電層上方。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電阻式存儲裝置的制造方法，該方法包括以下步驟在第一襯底上依次形成底電極和鐵電層；在第二襯底上形成用于寫和讀數(shù)據(jù)的電阻式探針的陣列；以及，使用粘合層將所述第一襯底晶片級結(jié)合(wafer level bonding)到所述第二襯底上使得所述電阻式探針的尖端面對所述鐵電層的表面。
每個所述電阻式探針可以包括在尖端的電阻區(qū)，該電阻區(qū)的電阻根據(jù)對應(yīng)于所述尖端的鐵電層的疇中剩余極化強(qiáng)度的方向而變化；以及，第一電極區(qū)和第二電極區(qū)，所述第一和第二電極區(qū)在所述探針的斜面上彼此分開，所述電阻區(qū)插入在所述第一和第二電極區(qū)之間，所述第一和第二電極區(qū)用于在讀取數(shù)據(jù)時探測所述電阻區(qū)的電阻。
例如，每個電阻式探針可以具有圓錐或多棱錐形狀的主體，該主體包含摻雜了第一雜質(zhì)的硅，并且所述第一和第二電極區(qū)可以包括在分開的斜面上摻雜了與所述第一雜質(zhì)導(dǎo)電類型相反的第二雜質(zhì)的區(qū)域。所述電阻區(qū)可以包括以比所述第一和第二電極區(qū)低的濃度摻雜了所述第二雜質(zhì)的區(qū)域。
所述探針部分可以進(jìn)一步包括互連，所述互連分別連接到所述第一和第二電極，形成在所述探針陣列的后面，并用作端子，所述端子用于選定所述電阻式探針之一并將電流施加到所選定的電阻式探針。所述探針部分可以進(jìn)一步包括位線，其分別連接到所述第一和第二電極并形成在所述探針陣列的后面；以及，選擇晶體管，其控制向所述位線施加電流。
在以上方法中，形成所述電阻式探針陣列可以包括在所述第二襯底上形成摻雜了第一雜質(zhì)的硅層；將第二雜質(zhì)離子注入到所述硅層中至少兩個相鄰部分中從而形成所述第二雜質(zhì)的區(qū)域，所述第二雜質(zhì)具有與所述第一雜質(zhì)相反的導(dǎo)電類型；從所述第二雜質(zhì)的區(qū)域中擴(kuò)散被離子注入的第二雜質(zhì)從而在所述第二雜質(zhì)的區(qū)域之間形成所述第二雜質(zhì)的擴(kuò)散區(qū)，該擴(kuò)散區(qū)包括比所述第二雜質(zhì)的區(qū)域更低濃度的所述第二雜質(zhì)；形成覆蓋所述擴(kuò)散區(qū)的尖端掩模；以及，各向同性蝕刻通過所述尖端掩模暴露的所述硅層的部分，從而形成所述電阻式探針。
在這種情況下，可以通過各向同性蝕刻來形成每個電阻式探針使得其尖端位于所述第二雜質(zhì)的擴(kuò)散區(qū)并且所述第一和第二電極區(qū)分別位于所述第二雜質(zhì)的區(qū)域。
將所述第一襯底結(jié)合到所述第二襯底可以包括在所述鐵電層上形成包括聚合物層的粘合層；使所述電阻式探針的尖端穿入到所述聚合物層中；以及，固化所述聚合物層從而抓住并固定所述電阻式探針。


通過參考附圖對其示例性實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明了，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的存儲裝置的示意性剖面圖；圖2至4是用于說明在根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置中存儲單元的結(jié)構(gòu)和操作的視圖；圖5至14是用于說明在根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置中探針陣列形成過程的示意性平面圖；圖15至18是用于說明在根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置中探針陣列形成過程的示意性剖面圖；以及圖19是用于說明為形成根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置的晶片級結(jié)合過程的示意圖。
具體實施例方式
下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實施例。然而，這些實施例可以在形式上變化，而且并非意于限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)理解的是，提供這些實施例是為了向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分說明本發(fā)明。
在本發(fā)明的一實施例中，提供了一種電阻式存儲裝置，其中鐵電層用作存儲層，電阻式探針與該存儲層匹配，并且利用電阻式探針來實現(xiàn)存儲層上的讀和寫。
每個電阻式探針可以包括在其尖端的電阻區(qū)(resistive region)以及在與尖端相鄰的斜面上的兩個電極區(qū)，所述兩個電極區(qū)彼此分開，電阻區(qū)插入在兩個電極區(qū)之間。例如，每個電阻式探針可以具有圓錐、四棱錐或多棱錐的形狀并具有尖銳的尖端，并且可以包括在探針主體的斜面上彼此分開且摻有雜質(zhì)的兩個電極區(qū)以及插入其間的電阻區(qū)。在這種情況下，可以用第一雜質(zhì)摻雜探針主體，并且用相反導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)摻雜電極區(qū)。
在兩個電極區(qū)之間尖端處的電阻區(qū)可以包括以比兩個電極區(qū)更低的濃度摻雜第二雜質(zhì)的雜質(zhì)區(qū)，或者摻雜了具有與所述第二雜質(zhì)相反的導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)的區(qū)域，所述電極區(qū)摻雜了第二雜質(zhì)。在面對尖端的存儲層表面上的電荷分布產(chǎn)生電場，由此產(chǎn)生耗盡層，這影響了電阻區(qū)的電阻。
存儲層表面上的電荷分布根據(jù)用作存儲層的鐵電層的疇中剩余極化強(qiáng)度的方向而變化。例如，作用在尖端上的電場的方向可以根據(jù)剩余極化強(qiáng)度而反向。因此，根據(jù)剩余極化強(qiáng)度，耗盡層可以形成或不形成在包括尖端的電阻區(qū)中。電阻區(qū)的電阻、即兩個電極區(qū)之間的電阻依據(jù)是否產(chǎn)生耗盡層而變化。通過將電阻值的兩個狀態(tài)設(shè)定為“0”和“1”可以實現(xiàn)存儲裝置。可以針對鐵電層的每個疇改變鐵電層的剩余極化強(qiáng)度狀態(tài)，由此，記錄在鐵電層上的最小存儲區(qū)域可以根據(jù)疇的尺寸而被大大降低。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的寫密度。
當(dāng)向探針的尖端施加至少是疇的剩余極化強(qiáng)度的矯頑電壓的電壓、或者施加至少是矯頑場的電場時，對應(yīng)于尖端的鐵電層的疇中的極化方向可以反向。因此，可以使用探針將數(shù)據(jù)寫在鐵電層上。
在本發(fā)明的一實施例中，在鐵電層中引入探針陣列，由此，所述鐵電層和一個探針可以構(gòu)成一存儲單元。因此，可以在每個存儲單元中分開進(jìn)行鐵電層上的數(shù)據(jù)讀寫。包括用于選取存儲單元的選擇晶體管裝置、位線和字線的互連結(jié)構(gòu)以及互連接觸基本上位于存儲單元的上方，即在探針的后面，因此，能夠通過選擇各個存儲單元而選擇性地寫入并讀取數(shù)據(jù)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的存儲裝置的示意性剖面圖。參照圖1，通過使用粘合層500將存儲部分10粘附到探針部分20上來形成所述存儲裝置。
存儲部分10包括形成在晶片或第一襯底(未示出)上的底電極100以及形成在底電極100上作為存儲層的鐵電層200。鐵電層200具有垂直電介質(zhì)極化方向，并且可以由諸如PZT、BTO(BaTiO3)等的鐵電材料制成。形成底電極100從而將電場施加到鐵電層200或用于接地。
在形成鐵電層200之后，形成鐵電層200上用于晶片級結(jié)合的粘合層500。引入粘合層500從而在后續(xù)工藝中將探針抓住并固定在鐵電層200上。粘合層500形成為使得探針能夠相對容易地穿入其中，之后能夠通過熱處理、UV光輻射等以相對簡單的方式被固化，從而將探針抓住并固定在鐵電層200上或其上方。粘合層500可以由粘合劑樹脂或聚合物或類聚合物材料制成。
探針部分20包括形成在晶片或第二襯底300上的探針400的陣列。探針400的尖端結(jié)合到存儲部分10上從而面對鐵電層200的表面。探針400的陣列對應(yīng)于存儲單元30的陣列。每個探針400具有尖頭形的主體401。主體401由半導(dǎo)體材料制成并可以具有圓錐、四棱錐或多棱錐的形狀。
每個探針400可以由電阻半導(dǎo)體探針構(gòu)成。例如，每個探針400包括在主體401尖端處的電阻區(qū)404，以及在左和右斜面上彼此分開的兩個電極區(qū)403和405，電阻區(qū)404插入在兩個電極區(qū)之間。在這種情況下，主體401可以由例如硅的半導(dǎo)體材料制成。兩個電極區(qū)403和405可以摻雜有n型或p型雜質(zhì)。在這種情況下，主體401可以摻雜有與兩個電極區(qū)403和405相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)。
在兩個電極區(qū)403和405之間的主體401的尖端被指定為電阻區(qū)404并且可以具有比兩個電極區(qū)403和405更高的電阻。例如，當(dāng)兩個電極區(qū)403和405是n+型摻雜時，電阻區(qū)404可以是n-型摻雜。此時，主體401可以是p型摻雜。
然后，所得探針部分20被結(jié)合到存儲部分10上使得探針400的尖端面對鐵電層200的表面。使用其中一晶片被結(jié)合到另一晶片的晶片級結(jié)合來執(zhí)行所述結(jié)合。在晶片級結(jié)合期間，探針400的尖端穿入形成在存儲部分10的鐵電層200上的粘合層500中，由此被粘附到粘合層500中。然后，粘合層500的聚合物被固化從而固定探針400。由此，第二襯底300上探針400的陣列被設(shè)置為使得探針400的尖端面對鐵電層200。
粘合層500可以用作絕緣層，并同時保護(hù)鐵電層200使其不受帶電粒子和大氣濕度的影響。由于鐵電層200形成在與探針部分20分離的晶片或襯底上，鐵電層200可以在更高的溫度下被沉積，由此能夠改善其特性。通常，當(dāng)同時形成鐵電層200和例如探針400的傳感器部分時，探針400的摻雜區(qū)域易于受到高溫的嚴(yán)重影響，由此使鐵電層200的沉積溫度受到很大限制。本發(fā)明的實施例克服了對于沉積鐵電層200的這一溫度限制。
在根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置中，可以通過將預(yù)定電壓施加到分別電連接到探針400的兩個電極區(qū)403和405的兩個端子407和409上來執(zhí)行存儲單元30之一的選取和操作。可以將鐵電層200的底表面上的底電極100接地。兩個電極區(qū)403和405電連接到諸如位線的互連以將所需電壓施加到探針400上，從而選取存儲單元30，向存儲單元30寫入數(shù)據(jù)，和從存儲單元30讀取數(shù)據(jù)。例如，像在常規(guī)存儲裝置中那樣，在探針400的陣列后面的第二襯底300中掩埋其中的字線和位線交叉成矩陣的互連結(jié)構(gòu)(未示出)，并且第一端子407連接到字線之一，第二端子409連接到位線之一，由此執(zhí)行對存儲單元30之一的選取，向存儲單元30寫入數(shù)據(jù)，和從存儲單元30讀取數(shù)據(jù)。
現(xiàn)將描述根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置的基本操作原理。
圖2是用于說明根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置中的單元結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是用于說明向根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置中的單元寫入數(shù)據(jù)的示意圖。圖4是用于說明從根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置中的單元讀取數(shù)據(jù)的示意圖。
參照圖2，探針400利用根據(jù)鐵電層200的疇中產(chǎn)生的電介質(zhì)極化的電場差異來寫和讀數(shù)據(jù)。為此，探針400包括在第一電極區(qū)403和第二電極區(qū)405之間其尖端處的電阻區(qū)404。電阻區(qū)404固定在圖1的粘合層500中并與鐵電層200的表面接觸或非?？拷摫砻妗？梢栽阼F電層200上進(jìn)一步形成保護(hù)層501。
由于電場效應(yīng)，尖端處的電阻區(qū)404中會產(chǎn)生耗盡層，所述電場隨著面對尖端的鐵電層200中的電介質(zhì)極化而變化。結(jié)果，在第一電極區(qū)403和第二電極區(qū)405之間的電阻被識別為兩個狀態(tài)“0”和“1”之一。
參照圖3，通過在面對電阻區(qū)404的一部分鐵電層200中沿特定方向產(chǎn)生電介質(zhì)極化，數(shù)據(jù)被寫入到鐵電層200的特定疇區(qū)域中。為此，向第一和第二電極區(qū)403和405同時施加相同極性的電壓。此時，必須將至少是改變電介質(zhì)極化方向所需的電壓、即矯頑電壓(Vc)施加到第一和第二電極區(qū)403和405上。在這種情況下，在接地的底電極100和探針400的尖端之間產(chǎn)生至少是改變電介質(zhì)極化方向所需的電場、即矯頑電場(Ec)。因此，在面對探針400尖端的鐵電層200的疇區(qū)域中產(chǎn)生垂直電介質(zhì)極化。通過兩個端子407和409將用于寫的電壓施加到第一和第二電極區(qū)403和405，并且根據(jù)所施加的電壓的極性，使鐵電層200的疇中的極化方向反向。
參照圖4，當(dāng)向兩個端子407和409施加不同的電壓時，如果鐵電層200的疇的排列方向向上，則電阻區(qū)404的電阻相對較低，因此，相對大的電流流過電阻區(qū)404。在這種情況下，例如，電阻區(qū)404是n-型摻雜并且第一和第二電極區(qū)403和405是n+型摻雜。另一方面，如果疇的排列方向向下，則由于根據(jù)剩余極化強(qiáng)度的電場的效應(yīng)而在電阻區(qū)404中產(chǎn)生耗盡層。因此，電阻區(qū)404的電阻較高，因此，相對小的電流流過電阻區(qū)404。利用這兩種電流狀態(tài)、即較大電流和較小電流來讀取“0”和“1”的數(shù)據(jù)。
再參照圖1，為了選取存儲單元30之一并將電壓施加到用于選取存儲單元30之一并在存儲單元30上寫和讀數(shù)據(jù)的探針400上，可以在探針400的陣列后面的第二襯底300中形成互連結(jié)構(gòu)。該互連結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造為使得字線與位線相交從而將特定連線連接到每個探針400的兩個端子407和409?？蛇x擇地，該互連結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造為使得每條字線與兩條平行位線相交，并且選擇晶體管連接到字線。將基于其中帶有選擇晶體管的互連結(jié)構(gòu)被安置在第二襯底300中的實例來解釋探針400的形成過程。
圖5至14是用于說明在根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置中探針陣列形成過程的示意性平面圖。圖15至18是用于說明在根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置中探針陣列形成過程的示意性剖面圖。
參照圖5，使用來自晶體管形成方法的器件分離工藝(device separationprocess)，在第二襯底300上分配有源區(qū)301，其中第二襯底300是由硅(Si)制成的半導(dǎo)體襯底。參照圖6，使用形成晶體管柵極的工藝來形成字線310從而與有源區(qū)301相交。字線310由多晶硅或其他適合的材料制成?？梢栽谟性磪^(qū)301和字線310之間形成柵極氧化層(未示出)。由此，形成了用于選擇探針400的選擇晶體管。
參照圖7，在字線310附近形成位線插塞321使其電連接到相鄰的有源區(qū)310。形成絕緣層(未示出)以覆蓋字線310，并且導(dǎo)電的位線插塞321通過該絕緣層電連接到有源區(qū)301。參照圖8，形成導(dǎo)電位線320使其與字線310相交。位線320電連接到位線插塞321。位線320和字線310相交以形成矩陣。
參照圖9，形成導(dǎo)電單元插塞330使其穿過位線320和字線310附近的第二襯底300從而使該單元插塞330電連接到有源區(qū)301。單元插塞330通過覆蓋位線320的絕緣層和覆蓋字線310的絕緣層而與有源區(qū)301接觸。由此，形成了互連結(jié)構(gòu)以用于選擇各個存儲單元30并在存儲單元30上寫和讀數(shù)據(jù)(見圖1)。
參照圖10，在其上形成有單元插塞330的第二襯底300上形成硅層350。可以通過沉積形成硅層350。硅層350可以摻雜與探針400(見圖1)的兩個電極區(qū)403和405的導(dǎo)電類型相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)。例如，硅層350可以被摻雜p型雜質(zhì)。
參照圖11至15，在硅層350上形成用于離子注入的掩模610。掩模610暴露了在單元插塞330上方的部分硅層350。通過離子注入在硅層350的暴露部分中形成雜質(zhì)區(qū)640。該雜質(zhì)可以是n型的。結(jié)果，雜質(zhì)區(qū)640電連接到單元插塞330。
參照圖12和16，雜質(zhì)從雜質(zhì)區(qū)640擴(kuò)散從而形成比雜質(zhì)區(qū)640具有更低雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)641?？刂齐s質(zhì)的擴(kuò)散使得從相鄰雜質(zhì)區(qū)640擴(kuò)散的雜質(zhì)在中部相遇并彼此重疊，也就是說，控制擴(kuò)散分布曲線使得兩個雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)641在掩模610之下的硅層350的表面附近相遇，并且在重疊的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)641中存在硅層350。通常，在與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)641的表面相鄰的部分中雜質(zhì)的擴(kuò)散速率比在這些部分之下更快。因此，可以將雜質(zhì)的擴(kuò)散分布曲線形成為使得硅層350的表面具有如圖16所示的凸起的形式。
參照圖13，使用尖端掩模650來蝕刻硅層350以用于形成探針400(見圖1)。尖端掩模650是硬掩模，并形成為覆蓋單元插塞330之間的部分上方的硅層350，即覆蓋雜質(zhì)區(qū)640之間的部分。形成尖端掩模650從而覆蓋其中將要形成探針400的部分。
參照圖14和17，通過尖端掩模650暴露的硅層350部分被各向同性蝕刻從而形成探針400，探針400具有指向上方的尖端。當(dāng)尖端掩模650是正方形時，使用各向同性蝕刻形成的探針400將具有四棱錐的形狀。探針400的尖端是電阻區(qū)404，其基本對應(yīng)于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)641的部分(見圖16)。在探針400的斜面上形成為彼此面對的第一和第二電極區(qū)403和405對應(yīng)于雜質(zhì)區(qū)640的部分。
可以執(zhí)行各向同性蝕刻直至暴露硅層350之下的層。可選擇地，在各向同性蝕刻之后，可以允許硅層350的一部分保留下來。當(dāng)保留部分硅層350時，第一和第二電極區(qū)403和405通過保留在第一和第二電極區(qū)403和405之下的雜質(zhì)區(qū)640而分別電連接到單元插塞330。
如圖14所示，第一電極區(qū)403通過單元插塞330電連接到有源區(qū)301從而與選擇晶體管接觸。因此，通過選擇晶體管根據(jù)字線310的控制或切換，將第一電極區(qū)403通過位線插塞321電連接到位線320。第二電極區(qū)405通過另一單元插塞330與另一選擇晶體管接觸，并根據(jù)相同字線310的控制或切換，通過另一位線插塞321電連接到另一相鄰位線320。在這樣的互連結(jié)構(gòu)中，通過選取字線310中的一個而選定連接到該字線310的一行探針400。然后，分別連接到第一和第二電極區(qū)403和405的一對位線320選定所選行中的探針400之一。位線320用作探針400的兩個端子，從而將電壓施加到所選定的探針400。
如上所述，通過將具有探針400的陣列的第二襯底300(圖1)粘附到具有鐵電層200的第一襯底100來形成根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置。
圖19是用于說明為形成根據(jù)本發(fā)明一實施例的電阻式存儲裝置的晶片級結(jié)合過程的示意圖。
參照圖19，通過晶片級結(jié)合將具有形成在第二襯底300上的探針400的陣列的探針部分20結(jié)合到具有形成在第一襯底(未示出)上的鐵電層200的存儲部分10上。在晶片級結(jié)合過程中，探針400的尖端穿透粘合層500從而使探針400的尖端接觸鐵電層200的表面或靠近該表面，其中粘合層500包括形成在鐵電層200上的聚合物或類聚合物材料層。然后，將粘合層500的聚合物層固化從而將探針400固定在鐵電層200上或與鐵電層200相鄰。
如上所述，本發(fā)明提供了一種存儲裝置，其包括電阻式探針和存儲層，該存儲層是鐵電層。該存儲裝置沒有機(jī)械部件，由此具有用于可靠的便攜式電子產(chǎn)品所需的高抗沖擊性和耐磨性。
由于使用粘合層通過晶片級結(jié)合將探針陣列結(jié)合到鐵電層上，所以該粘合層能夠有效地保護(hù)鐵電層使其不受帶電粒子和濕度的影響。此外，由于在分離的晶片上沉積鐵電層，其能夠在高溫下沉積，由此改善了其特性和可靠性。該存儲裝置的集成度和寫密度依賴于探針陣列中探針的密度，因此，根據(jù)本發(fā)明的存儲器能夠確保比常規(guī)FeRAM更高的寫密度。
盡管已參考其示例性實施例具體表示并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，在不偏離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對本發(fā)明進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種電阻式存儲裝置，包括存儲部分，其具有依次形成在第一襯底上的底電極和鐵電層；探針部分，其具有設(shè)置在第二襯底上的電阻式探針的陣列，所述電阻式探針的尖端面對所述鐵電層使得所述電阻式探針能夠在所述鐵電層上寫和讀數(shù)據(jù)；以及粘合層，其將所述電阻式探針抓住并固定在所述鐵電層上或所述鐵電層上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻式存儲裝置，其中每個所述電阻式探針包括在尖端的電阻區(qū)，該電阻區(qū)的電阻根據(jù)對應(yīng)于所述尖端的鐵電層的疇中剩余極化強(qiáng)度的方向而變化；以及第一電極區(qū)和第二電極區(qū)，所述第一和第二電極區(qū)在所述探針的斜面上彼此分開，所述電阻區(qū)插入在所述第一和第二電極區(qū)之間，所述第一和第二電極區(qū)用于在讀取數(shù)據(jù)時探測所述電阻區(qū)的電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電阻式存儲裝置，其中每個所述電阻式探針具有圓錐或多棱錐形狀的主體，該主體包括摻雜了第一雜質(zhì)的硅，并且所述第一和第二電極區(qū)包括在分開的斜面上摻雜了與所述第一雜質(zhì)導(dǎo)電類型相反的第二雜質(zhì)的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電阻式存儲裝置，其中所述電阻區(qū)包括以比所述第一和第二電極區(qū)更低的濃度摻雜了所述第二雜質(zhì)的區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻式存儲裝置，其中所述探針部分還包括互連，所述互連分別連接到所述第一和第二電極，所述互連形成在所述探針陣列的后面并用作端子，所述端子用于選定所述電阻式探針之一并將電流施加到所選定的電阻式探針。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻式存儲裝置，其中所述探針部分還包括位線，其分別連接到所述第一和第二電極并形成在所述探針陣列的后面；以及選擇晶體管，其控制向所述位線施加電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻式存儲裝置，其中所述粘合層包括聚合物層。
8.一種電阻式存儲裝置，包括存儲部分，其具有依次形成在第一襯底上的底電極和鐵電層；探針部分，其具有設(shè)置在第二襯底上的電阻式探針的陣列，所述電阻式探針的尖端面對所述鐵電層使得所述電阻式探針能夠在所述鐵電層上寫和讀數(shù)據(jù)，其中每個所述電阻式探針具有圓錐或多棱錐形狀的主體，該主體包括摻雜了第一雜質(zhì)的硅，并且每個所述電阻式探針包括在尖端的電阻區(qū)，該電阻區(qū)的電阻根據(jù)對應(yīng)于所述尖端的鐵電層的疇中剩余極化強(qiáng)度的方向而變化；以及第一電極區(qū)和第二電極區(qū)，所述第一和第二電極區(qū)在所述主體的斜面上彼此分開，所述電阻區(qū)插入在所述第一和第二電極區(qū)之間，所述第一和第二電極區(qū)用于在讀取數(shù)據(jù)時探測所述電阻區(qū)的電阻，并且所述電阻區(qū)包括以比所述第一和第二電極區(qū)更低的濃度摻雜所述第二雜質(zhì)的區(qū)域；位線，其分別連接到所述第一和第二電極并形成在所述探針陣列的后面，并且所述位線用作端子，所述端子用于選定所述電阻式探針之一并將電流施加到所選定的電阻式探針；以及選擇晶體管，其控制向所述位線施加電流；以及粘合層，其將所述電阻式探針抓住并固定在所述鐵電層上或所述鐵電層上方。
9.一種電阻式存儲裝置的制造方法，該方法包括以下步驟在第一襯底上依次形成底電極和鐵電層；在第二襯底上形成用于寫和讀數(shù)據(jù)的電阻式探針的陣列；以及使用粘合層將所述第一襯底晶片級結(jié)合到所述第二襯底上使得所述電阻式探針的尖端面對所述鐵電層的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述電阻式探針陣列包括在所述第二襯底上形成摻雜了第一雜質(zhì)的硅層；將第二雜質(zhì)離子注入到所述硅層中至少兩個相鄰部分中從而形成所述第二雜質(zhì)的區(qū)域，所述第二雜質(zhì)具有與所述第一雜質(zhì)相反的導(dǎo)電類型；從所述第二雜質(zhì)的區(qū)域擴(kuò)散被離子注入的第二雜質(zhì)從而在所述第二雜質(zhì)的區(qū)域之間形成所述第二雜質(zhì)的擴(kuò)散區(qū)，該擴(kuò)散區(qū)包括比所述第二雜質(zhì)的區(qū)域更低濃度的所述第二雜質(zhì)；形成覆蓋所述擴(kuò)散區(qū)的尖端掩模；以及各向同性蝕刻通過所述尖端掩模暴露的所述硅層的部分，從而形成所述電阻式探針。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通過各向同性蝕刻來形成每個所述電阻式探針，使得其尖端位于所述第二雜質(zhì)的擴(kuò)散區(qū)并且所述第一和第二電極區(qū)分別位于所述第二雜質(zhì)的區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，在形成所述硅層之前還包括在所述第二襯底上形成分別連接到所述第一和第二電極的互連，所述互連用作端子，所述端子用于選定所述電阻式探針之一并將電流施加到所選定的探針。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，在形成所述硅層之前還包括在所述第二襯底上形成分別連接到所述第一和第二電極的位線；以及在所述位線之下形成選擇晶體管，所述選擇晶體管控制向所述位線施加電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中將所述第一襯底結(jié)合到所述第二襯底包括在所述鐵電層上形成包括聚合物層的粘合層；使所述電阻式探針的尖端穿入到所述聚合物層中；以及固化所述聚合物層從而抓住并固定所述電阻式探針。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述電阻式探針的尖端穿入到所述聚合物層中使得所述電阻式探針接觸或靠近所述鐵電層的表面。
全文摘要
提供了一種具有探針陣列的電阻式存儲裝置及其制造方法。所述電阻式存儲裝置包括存儲部分，其具有依次形成在第一襯底上的底電極和鐵電層；探針部分，其具有設(shè)置在第二襯底上的電阻式探針的陣列，所述電阻式探針的尖端面對所述鐵電層使得所述電阻式探針能夠在所述鐵電層上寫和讀數(shù)據(jù)；以及粘合層，其將所述電阻式探針抓住并固定在所述鐵電層上或所述鐵電層上方。該電阻式存儲裝置的制造方法包括在第一襯底上依次形成底電極和鐵電層；在第二襯底上形成用于寫和讀數(shù)據(jù)的電阻式探針的陣列；以及使用粘合層將所述第一襯底晶片級結(jié)合到所述第二襯底上使得所述電阻式探針的尖端面對所述鐵電層的表面。
文檔編號H01L21/822GK1770456SQ200510092119
公開日2006年5月10日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者洪承范, 丁柱煥, 高亨守, 樸弘植, 閔桐基, 金恩植, 樸哲民, 金成棟, 白庚錄 申請人:三星電子株式會社