形成具有阈值开关器件的半导体器件的方法技术

本发明专利技术公开了一种形成包括存储单元阵列的半导体器件的方法，该方法可以包括对存储阵列的一个或更多个存储单元执行开关烧制操作从而导致与存储单元中的阈值开关器件相关的阈值电压分布被减小。开关器件烧制操作可以被执行使得阈值电压分布被减小同时保持所述一个或更多个阈值开关器件处于非晶态。对阈值开关器件执行开关器件烧制操作可以包括加热阈值开关器件、施加电压到阈值开关器件、施加电流到阈值开关器件、其一些组合等等。

A method of forming semiconductor devices with threshold switching devices

The invention discloses a method for forming a semiconductor device includes a memory cell array, the method can include one or more storage unit of storage array switches firing operation resulting in the storage unit and threshold switching device related threshold voltage distribution is reduced. The switch device firing operation can be executed to reduce the threshold voltage distribution and keep the one or more threshold switch devices in the amorphous state. Switching operation of threshold switch devices can include heating threshold switch device, voltage applied to threshold switch device, applied current to threshold switch device, and some combinations.

【技术实现步骤摘要】
形成具有阈值开关器件的半导体器件的方法
本专利技术构思涉及形成具有阈值开关器件的半导体器件。
技术介绍
通常，半导体器件的存储单元如相变随机存取存储器(PRAM)等等已经使用p-n二极管或者金属氧化物半导体(MOS)晶体管作为开关器件。近来，为了改善半导体器件的集成度，代替诸如p-n二极管或者MOS晶体管的开关器件，已经提出在一个或更多个半导体器件的一个或更多个存储单元中包括阈值开关器件，在该阈值开关器件中，电阻值在特定电压大小被快速地改变。
技术实现思路
本专利技术构思的一些示例实施方式可以提供用于改善阈值开关器件的分布特性的开关器件烧制(firing)工艺以及使用该开关烧制工艺形成半导体器件的方法。根据本专利技术构思的一些示例实施方式，一种形成半导体器件的方法可以包括：在半导体基板上形成存储单元阵列，该存储单元阵列包括一组第一导电线、实质上垂直于第一导电线延伸的一组第二导电线、以及在第一导电线和第二导电线之间的一组存储单元，存储单元包括数据存储元件和处于非晶相的阈值开关器件，每个阈值开关器件配置为分别基于施加在阈值开关器件上的至少满足与阈值开关器件相关的阈值电压的电压的大小而改变电阻。该方法可以还包括对存储阵列执行开关器件烧制操作同时保持阈值开关器件处于非晶态，使得与阈值开关器件相关的阈值电压分布减小。根据本专利技术构思的一些示例实施方式，一种形成半导体器件的方法可以包括形成多个存储单元，所述多个存储单元中的每个存储单元分别包括数据存储元件和双向阈值开关器件，双向阈值开关器件处于非晶相，双向阈值开关器件与阈值电压相关，使得双向阈值开关器件被配置为基于施加在双向阈值开关器件上的至少满足阈值电压的电压的大小而改变电阻。该方法可以还包括对所述多个存储单元执行开关器件烧制操作同时保持所述多个存储单元的双向阈值开关器件处于非晶相，使得与双向阈值开关器件相关的阈值电压分布减小。根据本专利技术构思的一些示例实施方式，一种形成半导体器件的方法可以包括形成包括多个阈值开关器件的存储单元阵列，每个阈值开关器件配置为分别基于施加在阈值开关器件上的至少满足与阈值开关器件相关的阈值电压的电压的大小而改变电阻。该方法可以还包括对阈值开关器件执行开关器件烧制操作，使得与阈值开关器件相关的阈值电压分布减小。执行开关器件烧制操作可以包括执行以下至少之一：加热阈值开关器件至比室温高并且还与阈值开关器件中非晶的保持状态相关的温度；基于增加施加的电压的大小至大于与阈值开关器件相关的阈值电压大小的目标电压大小、保持施加的电压的大小处于目标电压大小持续特定时长以及使施加的电压的大小从目标电压大小下降，施加电压至阈值开关器件；以及基于增加施加的电流的大小至目标电流大小、保持施加的电压的大小处于目标电流大小持续特定时长以及使施加的电流的大小从目标电流大小下降，施加电流至阈值开关器件。根据本专利技术构思的一些示例实施方式，一种形成半导体器件的方法可以包括对存储单元执行开关器件烧制操作，存储单元包括数据存储元件和阈值开关器件，阈值开关器件处于非晶态，阈值开关器件与阈值电压相关，使得阈值开关器件被配置为基于施加在阈值开关器件上的至少满足阈值电压的电压的大小而改变电阻。执行开关器件烧制操作可以包括调节与阈值开关器件相关的阈值电压同时保持阈值开关器件的非晶态。附图说明通过结合附图的以下详细说明，将更加清楚地理解本专利技术构思的以上及其它方面、特征和其它优点，在附图中：图1是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的流程图；图2是示出根据一些示例实施方式的半导体器件的框图；图3A是示出根据一些示例实施方式的半导体器件的存储单元的示例的电路图；图3B是示出根据一些示例实施方式的半导体器件的存储单元阵列区域的示例的透视图；图4A是示出根据一些示例实施方式的半导体器件的存储单元的变型示例的电路图；图4B是示出根据一些示例实施方式的半导体器件的存储单元阵列区域的变型示例的透视图；图5是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的示例的图；图6是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的变型示例的图；图7是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图8是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图9是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图10是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图11是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图12是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图13是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图14是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图15是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图16是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的图；图17A是示出阈值开关器件的电流-电压特性的曲线图，根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的阈值器件烧制工艺没有被应用到该阈值开关器件；图17B是示出阈值开关器件的电流-电压特性的曲线图，根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的阈值器件烧制工艺被应用到该阈值开关器件；图18是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的不同变型示例的流程图；图19A是示出与包括在根据一些示例实施方式的存储单元阵列中的多个开关器件相关的阈值电压分布的曲线图；以及图19B是示出与包括在根据一些示例实施方式的已经对其执行了开关器件烧制操作的存储单元阵列中的多个开关器件相关的阈值电压分布的曲线图。具体实施方式将参照图1描述根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法。图1是示出根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法的流程图。参照图1，根据一些示例实施方式的形成半导体器件的方法可以包括形成存储单元阵列区域和外围电路区域的操作(S10)以及执行开关器件烧制工艺以改善存储单元阵列的开关器件的阈值电压分布特性的操作(S50)。将参照图2描述存储单元阵列区域以及外围电路区域。图2是示出根据一些示例实施方式的半导体器件的框图。参照图2，可以形成彼此电联接的外围电路区域PCA和存储单元阵列区域MCA。外围电路区域PCA可以包括第一外围电路区域PC1、第二外围电路区域PC2和控制电路区域CN。存储单元阵列区域MCA可以包括第一导电线CL1、与第一导电线CL1交叉的第二导电线CL2、以及设置在第一导电线CL1和第二导电线CL2交叉的区域中的存储单元MC。第一导电线CL1和第二导电线CL2中的一种可以是字线，其另一种可以是位线。存储单元阵列区域MCA可以通过第一导电线CL1电联接(例如，直接或者间接地连接)到第一外围电路区域PC1，并且可以通过第二导电线CL2电联接到第二外围电路区域PC2。第一外围电路区域PC1可以包括地址译码器电路区域，第二外围电路区域PC2可以包括读/写电路区域。控制电路区域CN可以控制第一外围电路区域PC1和第二外围电路区域PC2。例如，第一外围电路区域PC1可以配置为响应于控制电路区域CN的控制而被操作，第二外围电路区域PC2可以配置为响应于控制电路区域CN的控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成半导体器件的方法，包括：在半导体基板上形成存储单元阵列，所述存储单元阵列包括：一组第一导电线，一组第二导电线，实质上垂直于所述第一导电线延伸，和在所述第一导电线和所述第二导电线之间的一组存储单元，所述存储单元包括数据存储元件和处于非晶相的阈值开关器件，每个阈值开关器件配置为分别基于施加在所述阈值开关器件上的至少满足与所述阈值开关器件相关的阈值电压的电压的大小而改变电阻；以及对所述存储单元阵列执行开关器件烧制操作同时保持所述阈值开关器件处于非晶态，使得与所述阈值开关器件相关的阈值电压分布减小。

【技术特征摘要】
2016.08.03 KR 10-2016-00988111.一种形成半导体器件的方法，包括：在半导体基板上形成存储单元阵列，所述存储单元阵列包括：一组第一导电线，一组第二导电线，实质上垂直于所述第一导电线延伸，和在所述第一导电线和所述第二导电线之间的一组存储单元，所述存储单元包括数据存储元件和处于非晶相的阈值开关器件，每个阈值开关器件配置为分别基于施加在所述阈值开关器件上的至少满足与所述阈值开关器件相关的阈值电压的电压的大小而改变电阻；以及对所述存储单元阵列执行开关器件烧制操作同时保持所述阈值开关器件处于非晶态，使得与所述阈值开关器件相关的阈值电压分布减小。2.如权利要求1所述的方法，其中执行所述开关器件烧制操作包括，将施加到所述阈值开关器件的电压的大小增加至目标电压大小，保持所施加的电压的大小处于所述目标电压大小持续特定时长，以及从所述目标电压大小减小所施加的电压的所述大小。3.如权利要求2所述的方法，其中所述目标电压大小大于与所述阈值开关器件相关的阈值电压大小。4.如权利要求2所述的方法，其中执行所述开关器件烧制操作包括，在第一时长内将施加到所述阈值开关器件的电压的大小增加至目标电压大小，在第二时长内保持所施加的电压的大小处于所述目标电压大小，以及在第三时长内使所施加的电压的所述大小从所述目标电压大小下降，并且所述第一时长大于所述第三时长。5.如权利要求1所述的方法，其中执行所述开关器件烧制操作包括施加负电压脉冲至所述阈值开关器件，随后施加正电压脉冲至所述阈值开关器件。6.如权利要求1所述的方法，其中，执行所述开关器件烧制操作包括，在第一时长内将施加的电流的大小增加至目标电流大小，在第二时长内保持所施加的电流的大小处于所述目标电流大小，以及在第三时长内使所述电流的所述大小从所述目标电流大小下降，并且所述第一时长大于所述第三时长。7.如权利要求1所述的方法，其中执行所述开关器件烧制操作包括施加电压或者电流至所述阈值开关器件同时所述阈值开关器件被加热至一温度，该温度比室温高并且与在所述阈值开关器件中保持的非结晶状态相关。8.如权利要求1所述的方法，其中执行所述开关器件烧制操作包括加热所述阈值开关器件至100℃至150℃的温度。9.如权利要求1所述的方法，其中执行所述开关器件烧制操作包括施加多个电压周期至第二导电线，每个电压周期包括顺序地施加第一电压和第二电压至所述第二导电线，所述第一电压的大小大于与所述开关器件相关的阈值电压大小，所述第二电压的大小小于所述第一电压的所述大小。10.一种形成半导体器件的方法，包括：形成多个存储单元，所述多个存储单元中的每个存储单元分别包括数据存储元件和处于非晶相的双向阈值开关器件，所述双向阈值开关器件与阈值电压相关，使得所述双向阈值开关器件被配置为基于施加在所述双向阈值开关器件上的至少满足所述阈值电压的电压的大小而改变电阻；以及对所述多个存储单元执行开关器件烧制操作同时保持所述多个存储单元的双向阈值开关器件处于非晶相，使得与所述双向阈值开关器件相关的阈值电压分布减小。11.如权利要求10所述的方法，其中执行所述开关器件烧制操作包括执行以下至少之一：加热所述双向阈值开关器件，施加电压至所述双向阈值开关器件，以及施加电流至所述双向阈值开关器件。12.如权利要求11所述的方法，其中，执行所述开关器件烧制操作包括施加所述电压至所述双向阈值开关器件，施加所述电压至所述双向阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁民圭，朴盛健，成东俊，安东浩，李政武，崔雪，堀井秀树，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR