[發(fā)明專利]三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010599602.5
• 申請(qǐng)日: 2010-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102544049A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍宗亮;劉明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L27/24
• 分類號(hào): H01L27/24;H01L21/98;H01L45/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于，包括襯底和位于所述襯底上方的一個(gè)或多個(gè)垂直存儲(chǔ)陣列串，每個(gè)所述存儲(chǔ)陣列串包括垂直型環(huán)柵晶體管和垂直環(huán)狀阻變單元，其中：

在位線方向上，相鄰的所述垂直存儲(chǔ)陣列串的所述垂直型環(huán)柵晶體管共享源區(qū)，所述垂直型環(huán)柵晶體管的柵極通過(guò)絕緣層隔離，所述垂直環(huán)狀阻變單元的上電極通過(guò)絕緣層隔離，共享的所述源區(qū)作為所述存儲(chǔ)陣列串的位線；

在字線方向上，相鄰的所述垂直存儲(chǔ)陣列串的所述垂直型環(huán)柵晶體管的源區(qū)通過(guò)淺槽隔離區(qū)隔離，所述垂直型環(huán)柵晶體管的柵極相互連接，所述垂直環(huán)狀阻變單元的上電極相互連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述垂直型環(huán)柵晶體管包括：

源區(qū)，形成于所述襯底的上方；

溝道區(qū)，形成于所述源區(qū)上方，垂直于所述襯底；

漏極，形成于所述溝道區(qū)和所述垂直環(huán)狀阻變單元之間；以及

柵絕緣層和柵極，依次形成于所述溝道區(qū)的側(cè)面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述垂直環(huán)狀阻變單元包括縱向設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀電阻子單元，所述環(huán)狀電阻子單元包括：

下電極，形成于所對(duì)應(yīng)的垂直型環(huán)柵晶體管的漏極上，對(duì)應(yīng)同一垂直型環(huán)柵晶體管的一個(gè)或多個(gè)環(huán)狀電阻子單元共享下電極；

阻變功能層，形成于所述下電極預(yù)設(shè)位置的側(cè)面，用于區(qū)分信息狀態(tài)；以及

上電極，形成于所述阻變功能層上方，構(gòu)成垂直環(huán)狀阻變單元的各層上電極之間互相絕緣，相鄰的垂直環(huán)狀阻變單元的環(huán)狀電阻子單元的上電極，在位線方向相互絕緣，在字線方向則共享連接到陣列外圍。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于，所述垂直型環(huán)柵晶體管中，

所述源極，通過(guò)注入形成，或通過(guò)形成金屬硅化物形成，或者通過(guò)金屬埋層形成；

所述溝道區(qū)，通過(guò)對(duì)所述襯底的刻蝕完成，或通過(guò)外延生長(zhǎng)或者沉積工藝完成；

所述柵極，通過(guò)先形成柵極然后形成溝道的“gate-first”工藝完成，或通過(guò)先完成溝道在形成柵極的“gate-last”工藝完成；

所述柵介質(zhì)層，通過(guò)沉積工藝完成；以及

所述漏極，通過(guò)摻雜注入形成，或通過(guò)硅化工藝形成，或通過(guò)沉積金屬方式形成。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于，

所述溝道區(qū)的材料為以下材料中的一種：硅、多晶硅或鍺；

所述柵極的材料為以下材料中的一種：多晶硅、金屬或金屬硅化物；

所述柵介質(zhì)層的材料為以下材料中的一種：SiO₂或SiO_xN_y。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于，

所述下電極由單層金屬、金屬鈍化層和金屬雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)成；

所述阻變薄膜功能層，通過(guò)沉積單層阻變材料或者多層阻變材料形成，通過(guò)改變功能層材料的相位予以實(shí)現(xiàn)；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，其特征在于，

所述下電極的材料為以下材料中的一種：Ag，Au，Cu，W，Ti，Pt，Ti，Ta，TiN，TaN或WN；

所述阻變功能層為以下材料中的一種：Pr_1-xCa_xMnO₃、，SrTiO₃、SrZrO₃、HfO₂、CuO₂、TiO₂、ZrO₂、NiO_x、Nb₂O₅、MoO、Ge₂Sb₂Te₅、GeTe或GeTeC；

所述上電極為以下材料中的一種或多種：Ag、Au、Cu、W、Ti、Pt、Ti、Ta、TiN、TaN或WN。

8.一種三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制備方法，其特征在于，包括：

在襯底上制備垂直環(huán)柵晶體管；以及

在制備了所述垂直環(huán)柵晶體管的襯底上形成垂直環(huán)狀阻變單元，從而完成三維半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制備。