[發明專利]垂直型半導體器件及其制造方法和操作方法

有效

• 申請號: 201310528766.2
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN104037188B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 崔康植
• 申請（專利權）人: 愛思開海力士有限公司
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L45/00
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 俞波;毋二省

提供了一種垂直型半導體器件及其制造方法。所述垂直型半導體器件包括：柱體結構，所述柱體結構具有導電層和數據儲存材料的層疊結構，并且形成在公共源極區上，以及柵極，所述柵極被形成為包圍柱體結構的數據儲存材料。

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年3月6日向韓國知識產權局提交的申請號為10-2013-0024122的韓國專利申請的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明構思涉及一種半導體器件，更具體而言，涉及一種垂直型半導體器件及其制造方法和操作方法。

背景技術

隨著對應用于越來越小型化的電子裝置的具有超高集成、超高速度、以及超低功率的半導體器件的需求，已經積極地研究垂直型存儲器件。

近年來，阻變存儲器件作為下一代存儲器件正引起注意，并且已經采用垂直結構。阻變存儲器件經由存取器件來選擇單元。阻變存儲器件是被配置成通過改變與其電連接的數據儲存材料的電阻狀態來儲存數據的器件。作為阻變存儲器件的一個實例，存在相變隨機存取存儲器件（PCRAM）、阻變RAM（ReRAM）、以及磁性RAM（MRAM）。

采用二極管或晶體管作為阻變存儲器件的存取器件。具體地，因為與二極管相比晶體管通過控制閾值電壓降低而具有低的操作電壓并且采用垂直結構，所以晶體管作為阻變存儲器件的存取器件已經受到關注。

即，由于必須向二極管施加1.1V以上的電壓，所以在降低二極管的操作電壓上存在限制。當二極管形成在字線上時，字線的電阻根據單元的位置來改變以引起字線跳躍（word line bouncing）。

具有水平結構的晶體管的減小率受到限制，但是垂直晶體管可以在受限的區域中保證足夠的電流驅動能力。另外，垂直晶體管可以通過源電阻的減小來改善由于外部電阻器引起的電壓下降分量。

另一方面，利用半導體襯底作為基底來形成諸如二極管和晶體管的存取器件。近年來，半導體存儲器件被形成為多個層以獲得高度集成。當利用半導體襯底作為基底來形成存取器件時，不可能層疊多層。

發明內容

根據一個示例性實施的一個方面，提供了一種垂直型半導體器件。所述垂直型半導體器件可以包括：柱體結構，所述柱體結構具有導電層和數據儲存材料的層疊結構，且形成在公共源極區上；以及柵電極，所述柵電極被形成為包圍柱體結構的數據儲存材料。

根據一個示例性實施的另一個方面，提供了一種制造垂直型半導體器件的方法。所述方法可以包括以下步驟：在公共源極區上形成柱體結構，在每個柱體結構中層疊有導電層和第一絕緣層；在包括柱體結構的公共源極區上形成柵絕緣層和柵電極材料；將柵電極材料去除至預定高度，以使柵電極材料在至少一個方向絕緣；在包括柵電極材料的公共源極區上形成第二絕緣層以掩埋在柱體結構之間，將第二絕緣層平坦化以暴露出第一絕緣層的表面，以及去除第一絕緣層；以及將數據儲存材料掩埋在去除了第一絕緣層的空間中。

根據一個示例性實施的另一個方面，提供了一種制造垂直型半導體器件的方法。所述方法可以包括以下步驟：在公共源極區上形成層疊有導電層和數據儲存材料的柱體結構；在包括柱體結構的公共源極區上形成柵絕緣層和柵電極材料；以及將柵電極材料去除至預定高度，以使柵電極材料在至少一個方向絕緣。

根據一個示例性實施的另一個方面，提供了一種操作垂直型半導體器件的方法，所述垂直型半導體器件包括：柱體結構，所述柱體結構具有導電層和數據儲存材料的層疊結構；柵電極，所述柵電極被形成為包圍柱體結構的數據儲存材料；以及互連層，所述互連層與柱體結構電連接并且被設置在柱體結構上。所述方法可以包括以下步驟：響應于初始化命令而將用于將數據儲存材料改變成高電阻狀態的電壓施加至柵電極和互連層。

在以下標題為“具體實施方式”的部分描述這些和其它的特點、方面以及實施。

附圖說明