[發明專利]側壁結構的可切換電阻器單元

無效

• 申請號: 201210572290.8
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN102983273A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: R·E·朔伊爾萊因
• 申請（專利權）人: 桑迪士克3D公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

本申請是分案申請，原申請的申請日為2009年04月01日，申請號為200980112695.X，發明名稱為“側壁結構的可切換電阻器單元”。

技術領域

本發明一般涉及制備半導體器件的方法，更具體地說，涉及制備半導體非易失性存儲器單元的方法。

背景技術

由半導體材料制備的器件被用來生成電氣部件和系統中的存儲器電路。存儲器電路是這類器件的支柱，因為數據和指令集都被存儲在其中。最大化這類電路上每單位面積的存儲器元件的數目能夠最小化其成本，因此是這類電路設計的主要動力。

圖1圖示說明了示例性的現有技術的存儲器元件20，該存儲器元件包括垂直朝向的圓柱形的結型二極管22和存儲元件24（例如反熔絲的介電質或者金屬氧化物電阻率切換層），所述結型二極管作為單元的導向元件。二極管22和存儲元件24被插入頂部導體或電極26和底部導體或電極28之間。垂直朝向的結型二極管22包括第一導電類型（例如n型）的重摻雜的半導體區域30、未摻雜的半導體材料或者輕摻雜的半導體材料的中間區域32（被稱為本征區域）以及第二導電類型（例如p型）的重摻雜的半導體區域34，以形成p-i-n二極管。如果需要，p型區域和n型區域的位置可以互換。結型二極管22的半導體材料通常為硅、鍺、或者硅和/或鍺的合金。也可以使用其它半導體材料。結型二極管22和存儲元件24被串聯布置在底部導體28和頂部導體26之間，所述底部導體和頂部導體可以由金屬例如鎢和/或TiN形成。存儲元件24可以位于二極管22上或者二極管下。參照圖1A，由Herner等提出的題為“High-Density?Three-Dimensional?Memory?Cell”的美國專利6,952,030公開了一種示例性的非易失性存儲器單元，該專利在下文中稱作“030專利”并且通過引用以其整體合并到此。

金屬氧化物可切換電阻器的電阻可能太小，以至于不被三維（3D）二極管陣列有效地探測到。相對于高的重置電流，低的重置電流通常是優選的，因此電阻器元件的電阻通常優選是高的。因為金屬氧化物元件24被淀積在二極管柱22上，因此氧化物元件的電阻可能太小，因此產生不期望的高的重置電流。而且，在制備過程中，金屬氧化物電阻器材料可能會由于刻蝕而被損壞，從而不能提供切換功能。

發明內容

一種制備存儲器器件的方法，包括形成第一導電電極，在第一導電電極上形成絕緣結構，在絕緣結構的側壁上形成電阻率切換元件，在電阻率切換元件上形成第二導電電極，以及在第一導電電極和第二導電電極之間形成與電阻率切換元件串聯的導向元件，其中電阻率切換元件在從第一導電電極到第二導電電極的第一方向上的高度大于電阻率切換元件在與第一方向垂直的第二方向上的厚度。

附圖說明

圖1A圖示說明了現有技術的存儲器單元的三維視圖。圖1B和1C分別示出了現有技術的電阻率切換存儲元件的側視圖和頂視圖。

圖2A和2B分別示出了根據本發明的實施例的單元的側視圖和頂視圖。

圖3、4、5、6A和7圖示說明了根據本發明的實施例的存儲器單元的側截面圖。圖6B是圖6A的單元的頂視圖。

具體實施方式

本發明人認識到，可以通過幾何效應來增加存儲元件（在此也被稱為電阻率切換元件）的電阻，這里電阻率切換元件形成在絕緣結構的側壁上，與導向元件串聯。在該配置中，電阻率切換元件在從底部導電電極到上部導電電極的“垂直”方向上的高度大于電阻率切換元件在與“垂直”方向正交的第二方向上的厚度。電阻率切換元件可以是位于絕緣結構的側壁上的二元金屬氧化物的薄層，并且仍然被提供為在下部電極和上部電極之間與二極管導向元件串聯。

電阻率切換材料24的電阻值R可以通過下式計算：

R=ρ*t/(L*W)[1]

這里ρ為材料的電阻率，t是層的高度，（L*W）是導電通路的面積。因此，層的電阻值可以高度依賴于幾何尺寸。圖1B、1C、2A和2B圖示說明了電阻的這種依賴性。圖1B和1C圖示說明了位于二極管頂部的電阻率切換元件24（為了清楚，在圖1B和1C中省略該二極管，其可以位于元件24的上方或下方）。由于在元件24切換到低電阻率狀態期間形成的導電細絲25的面積L*W不受單元結構的限制，因此導電細絲的電阻可以是相對低的電阻。典型的金屬氧化物可切換電阻材料可以形成具有在1K歐姆到10K歐姆范圍內的電阻的細絲，該電阻低于由用于三維二極管陣列而形成的二極管典型實現的電阻。三維二極管陣列中的二極管不能可靠地重置相對低電阻的細絲。