具有可變電阻層的電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供電阻式存儲(chǔ)器件，該電阻式存儲(chǔ)器件包括：柵疊層，包括在豎直方向上層疊在基板上的模制絕緣層和柵極；溝道，在豎直方向上穿透柵疊層以電連接到基板；柵絕緣層，提供在溝道和柵極之間；以及沿著溝道的延伸方向設(shè)置的可變電阻層。柵疊層可以包括通過使柵極在水平方向上凹入而形成的凹穴。可變電阻層可以朝向凹穴在水平方向延伸并且與柵極中的至少一個(gè)在水平方向上重疊。還提供了相關(guān)的方法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)提供電阻式存儲(chǔ)器件，該電阻式存儲(chǔ)器件包括：柵疊層，包括在豎直方向上層疊在基板上的模制絕緣層和柵極；溝道，在豎直方向上穿透柵疊層以電連接到基板；柵絕緣層，提供在溝道和柵極之間；以及沿著溝道的延伸方向設(shè)置的可變電阻層。柵疊層可以包括通過使柵極在水平方向上凹入而形成的凹穴。可變電阻層可以朝向凹穴在水平方向延伸并且與柵極中的至少一個(gè)在水平方向上重疊。還提供了相關(guān)的方法。【專利說明】
本專利技術(shù)構(gòu)思總體涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及電阻式存儲(chǔ)器件及其制造方法。
技術(shù)介紹
當(dāng)可變電阻層被施加有電壓時(shí)，可變電阻層的電阻可以根據(jù)所施加的電壓的極性而顯著改變。該效應(yīng)可以被用于在存儲(chǔ)器件中儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。例如，可變電阻層可以用于實(shí)現(xiàn)具有非易失性能的電阻式存儲(chǔ)器件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式提供一種具有改善的電特性的電阻式存儲(chǔ)器件及其制造方法。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式，柵極可以豎直地層疊并且水平地凹入，可變電阻層形成為具有朝向凹入的柵極延伸的突起。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式，溝道形成為沿著凹入的柵極豎直且水平地延伸，可變電阻層的突起形成為交叉溝道的沿著豎直方向延伸的部分。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式，細(xì)絲(filament)可以形成在可變電阻層的突起中。細(xì)絲使得可以形成豎直電流路徑。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式，一種電阻式存儲(chǔ)器件可以包括:柵疊層，包括在豎直方向上層疊在基板上的模制絕緣層和柵極；溝道，在豎直方向上穿透柵疊層以電連接到基板；柵絕緣層，提供在溝道和柵極之間；以及沿著溝道的延伸方向設(shè)置的可變電阻層。柵疊層可以包括通過使柵極在水平方向上凹入而形成的凹穴，可變電阻層朝向凹穴在水平方向延伸并且與柵極中的至少一個(gè)在水平方向上重疊。在一些實(shí)施方式中，可變電阻層可以包括:豎直層，在豎直方向上沿著溝道延伸；以及突起，在水平方向上從豎直層延伸。在一些實(shí)施方式中，溝道可以包括:第一溝道部分，在豎直方向上沿著絕緣層延伸以在豎直方向上與突起重疊；第二溝道部分，在豎直方向上沿著柵極延伸以在水平方向上與柵極重疊，第二溝道部分位于凹穴中；以及第三溝道部分，提供在凹穴中以沿著水平方向連接第一溝道部分與第二溝道部分。溝道沿著豎直方向在柵疊層中連續(xù)地延伸。在一些實(shí)施方式中，可變電阻層的豎直層在豎直方向上沿著第一溝道部分延伸，以及可變電阻層的突起可以被插入凹穴中以具有比第一溝道部分的厚度大的長度。在一些實(shí)施方式中，可變電阻層的豎直層在豎直方向上沿著第一溝道部分延伸，以及可變電阻層的突起可以不插入凹穴中并且具有可以等于或小于第一溝道部分的厚度的長度。在一些實(shí)施方式中，第二溝道部分的厚度可以小于所述第一和第三溝道部分的厚度。在一些實(shí)施方式中，柵極的長度大于第二溝道部分的長度。在一些實(shí)施方式中，柵絕緣層可以提供為具有連續(xù)結(jié)構(gòu)和島狀結(jié)構(gòu)的其中之一。在一些實(shí)施方式中，連續(xù)結(jié)構(gòu)的柵絕緣層可以包括:第一柵絕緣層，設(shè)置在絕緣層的側(cè)表面和第一溝道部分之間；第二柵絕緣層，設(shè)置在凹穴中并且在柵極和第二溝道部分之間；以及第三柵絕緣層，設(shè)置在凹穴中以在水平方向上連接第一柵絕緣層與第二柵絕緣層。第二柵絕緣層的厚度可以大于第一和第三柵絕緣層的厚度。在一些實(shí)施方式中，島狀結(jié)構(gòu)的柵絕緣層可以插置在柵極和第二溝道部分之間。在一些實(shí)施方式中，可變電阻層可以包括配置為插入凹穴中的多個(gè)突起，以及該突起可以在豎直方向上沿著溝道的延伸方向不連續(xù)地布置。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式，一種制造電阻式存儲(chǔ)器件的方法包括:在基板上層疊絕緣層和犧牲層；形成豎直地穿過絕緣層和犧牲層的豎直孔；使?fàn)奚鼘铀降匕既胍栽谪Q直孔周圍形成凹穴；沿著凹穴的內(nèi)表面形成彎曲延伸的溝道；形成可變電阻層，該可變電阻層朝向凹穴延伸并且水平地交叉溝道；以及用柵極代替犧牲層。可變電阻層可以與柵極中的至少一個(gè)水平地重疊。在一些實(shí)施方式中，形成可變電阻層可以包括:用過渡金屬氧化物填充包括溝道的豎直孔以形成沿著豎直孔豎直延伸的豎直層以及從豎直層延伸并且朝向凹穴突出的突起。可變電阻層可以設(shè)置在豎直孔中以沿著柵極的層疊方向豎直地延伸并且具有杯狀結(jié)構(gòu)或柱狀結(jié)構(gòu)，其中該杯狀結(jié)構(gòu)具有封閉的底部和敞開的頂部，該柱狀結(jié)構(gòu)完全填充豎直孔。在一些實(shí)施方式中，形成可變電阻層可以包括:用過渡金屬氧化物填充包括溝道的豎直孔以形成沿著豎直孔豎直延伸的豎直層以及從豎直層延伸并且朝向凹穴突出的突起；以及選擇性地去除豎直層。可變電阻層可以是在豎直孔中沿著柵極的層疊方向不連續(xù)布置的多個(gè)突起。在一些實(shí)施方式中，用柵極代替犧牲層可以包括:圖案化犧牲層和絕緣層以形成暴露基板的溝槽；選擇性地去除通過溝槽暴露的犧牲層以在絕緣層之間形成空間；以及用導(dǎo)電層填充所述空間以形成柵極。在一些實(shí)施方式中，該方法還可以包括在溝道和柵極之間形成柵絕緣層。在一些實(shí)施方式中，形成柵絕緣層可以包括:在形成溝道之前，形成覆蓋豎直孔的內(nèi)部側(cè)壁和基板的沉積層然后從基板選擇性地蝕刻沉積層。在一些實(shí)施方式中，形成柵絕緣層可以包括:熱氧化通過空間暴露的溝道的側(cè)表面。在一些實(shí)施方式中，形成柵絕緣層可以包括:在所述形成溝道之前，形成覆蓋豎直孔的內(nèi)部側(cè)壁和基板的沉積層以及然后從基板選擇性地蝕刻該沉積層。此外，在形成空間之后，可以去除通過空間暴露的柵絕緣層以暴露溝道，并且可以對(duì)所述暴露的溝道執(zhí)行熱氧化工藝。【專利附圖】【附圖說明】通過以下結(jié)合附圖的簡要描述，一些實(shí)施方式將被更清晰地理解。附圖顯示了在此所述的非限制性的一些實(shí)施方式。圖1是根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的等效電路圖。圖2是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的截面圖。圖3A是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的一部分存儲(chǔ)單元的放大截面圖。圖3B至圖3D是示出圖3A的變形的截面圖。圖4A是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的一部分的截面圖。圖4B是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的被選單元的一部分的截面圖。圖4C是示出與圖4B的結(jié)構(gòu)等效的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖5A至圖5J是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的制造中的處理步驟的截面圖。圖6A至圖6E是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的制造中的處理步驟的截面圖。圖7A至圖7E是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的制造中的處理步驟的截面圖。圖8A至圖SE是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的制造中的處理步驟的截面圖。圖9A至圖9D是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的制造中的處理步驟的截面圖。圖9E是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的一部分存儲(chǔ)單元的放大截面圖。圖1OA至圖1OD是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的制造中的處理步驟的截面圖。圖1OE是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的一部分存儲(chǔ)單元的放大截面圖。圖1lA至圖1lD是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的制造中的處理步驟的截面圖。圖1lE是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的一部分存儲(chǔ)單元的放大截面圖。圖12A至圖12D是示出根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一些實(shí)施方式的電阻式存儲(chǔ)器件的制造中的處理步驟的截面圖。圖本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電阻式存儲(chǔ)器件，包括：柵疊層，包括豎直地層疊在基板上的模制絕緣層和柵極；溝道，在豎直方向上穿透所述柵疊層并且電連接到所述基板；柵絕緣層，提供在所述溝道和所述柵極之間；以及在所述溝道上的可變電阻層，其中所述柵疊層中的所述柵極限定凹穴，所述凹穴通過使所述柵極在水平方向上凹入而形成；以及其中所述可變電阻層朝向所述凹穴在所述水平方向延伸并且與所述柵極中的至少一個(gè)在所述水平方向上重疊。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱玄洙，金恩美，申有哲，梁民圭，崔正達(dá)，
申請(專利權(quán))人：三星電子株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國別省市：韓國;KR