利用选择性生长的可逆电阻切换元件的存储器单元以及形成该存储器单元的方法技术

提供了一种形成存储器单元的方法，包括：（１）在衬底上方形成第一导体（２０６）；（２）利用选择性生长工艺在第一导体上方形成可逆电阻切换元件；（３）在第一导体上方形成二极管（２０４）；以及（４）在二极管和可逆电阻切换元件上方形成第二导体（２０８）以获得交叉点存储器件。切换元件也可以通过一个ＴＦＴ控向。切换元件包含难以刻蚀的材料如ＴｉＯ２，并且该切换元件不是通过刻蚀该材料形成的，而是通过氧化其它的材料如Ｔｉ或者ＴｉＮ形成的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种非易失性存储器，特别涉及一种利用选择性生长的可逆电阻切换 元件的存储器单元以及形成该存储器单元的方法。
技术介绍
由可逆电阻切换元件形成的非易失性存储器是众所周知的。例如，2005 年5月9日提交的名称为"REWRITEABLE MEMORY CELLCOMPRISING A DIODE AND A RESISTANCE-SWITCHINGMATERIAL"的美国专利申请第11/125， 939号(下文中称其为'939 申请)，通过参考整体合并于本文以用于全部目的，其中描述了一种可重复写入的非易失性 存储器单元，该存储器单元包括与可逆电阻切换材料例如金属氧化物或者金属氮化物串联 的二极管。 然而，利用可重复写入的电阻切换材料制造存储器件是困难的；希望有利用可逆 电阻切换材料制造存储器件的改进方法。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面，提供一种形成存储器单元的方法，该方法包括(1)在衬底上方形成控向元件；(2)利用选择性生长工艺形成耦连到控向元件的可逆电阻切换元件。 在本专利技术的第二方面，提供一种形成存储器单元的方法，该方法包括(1)在衬底 上方形成第一导体；(2)利用选择性生长工艺在第一导体上方形成可逆电阻切换元件；(3) 在第一导体上方形成二极管；(4)在二极管和可逆电阻切换元件上方形成第二导体。 在本专利技术的第三方面，提供一种形成存储器单元的方法，该方法包括(1)在衬底 上方形成第一导体；(2)在第一导体上方形成氮化钛层；(3)通过氧化氮化钛层选择性地形 成可逆电阻切换元件；(4)在可逆电阻切换元件上形成垂直多晶二极管；(5)在竖直多晶二 极管上方形成第二导体。 在本专利技术的第四方面，提供一种形成存储器单元的方法，该方法包括(1)形成具 有源极区和漏极区的薄膜晶体管；(2)形成耦连到薄膜晶体管的源极区或漏极区的第一导 体；(3)在第一导体上形成氮化钛层；(4)通过氧化氮化钛层选择性地形成可逆电阻切换元 件；(5)在可逆电阻切换元件上方形成第二导体。 在本专利技术的第五方面，提供一种存储器单元，该存储器单元包括(1)控向元件； (2)可逆电阻切换元件，该可逆电阻切换元件耦连到该控向元件并且是利用选择性生长工 艺形成的。 在本专利技术的第六方面，提供一种存储器单元，该存储器单元包括(1)第一导体；(2)形成于第一导体上方的第二导体；(3)形成于第一导体和第二导体之间的二极管；(4)利用选择性生长工艺形成于第一导体和第二导体之间的可逆电阻切换元件。在本专利技术的第七方面，提供一种存储器单元，该存储器单元包括(1)第一导体；(2)在第一导体上方形成氮化钛层；(3)通过氧化氮化钛层选择性形成可逆电阻切换元件；(4) 在可逆电阻切换元件上形成的垂直多晶硅二极管；(5)形成于竖直多晶二极管上方的 第二导体。 在本专利技术的第八方面，提供一种存储器单元，该存储器单元包括(1)具有源极区 和漏极区的薄膜晶体管；(2)耦连到薄膜晶体管的源极区或漏极区的第一导体；(3)形成于 第一导体上的氮化钛层；(4)通过氧化氮化钛层而选择性地形成的可逆电阻切换元件；和(5) 形成于可逆电阻切换元件上方的第二导体。 在本专利技术的第九方面，提供多个非易失性存储器单元，该存储器单元包括(1)沿 第一方向延伸的大致平行、大致共面的多个第一导体；(2)多个二极管；(3)多个可逆电阻 切换元件；(4)沿不同于第一方向 的第二方向延伸的大致平行、大致共面的多个第二导体。 在每个存储器单元中，二极管中的一个与可逆电阻切换元件中的一个串联，并设置在第一 导体中的一个和第二导体中的一个之间。每个可逆电阻切换元件都是利用选择性生长工艺 形成的。 在本专利技术的第十方面，提供一种包括形成于衬底上方的第一存储器级的单片三维 存储阵列，其中第一存储级具有多个存储器单元。第一存储器级的每个存储器单元含有(1) 控向元件；(2)可逆电阻切换元件，该可逆电阻切换元件耦连到该控向元件并且是利用选 择性生长工艺形成的。单片三维存储器阵列还包括单片地形成于第一存储器级上方的至少 一个第二存储器级。提供了很多的其它方面。 本专利技术的其它特征和方面通过下文的具体描述、权利要求以及附图得以更清楚地 体现。附图说明 图1是根据本专利技术提供的示例性存储器单元的示意图。 图2A是根据本专利技术提供的存储器单元的第一实施例的简化透视图。 图2B是由多个图2A中的存储器单元形成的第一存储器级的一部分的简化透视图。 图2C是根据本专利技术提供的第一示例性三维存储器阵列的一部分的简化透视图。 图2D是根据本专利技术提供的第二示例性三维存储器阵列的一部分的简化透视图。 图3是图2A的存储器单元的示例性实施例的截面图。 图4A-4D是根据本专利技术制造单个存储器级期间的衬底的一部分的截面图。 图5是根据本专利技术提供的可替代的存储器单元的截面图。具体实施例方式如上所述，利用可重复写入的电阻率切换材料来制造存储器件是困难的。例如，很 多可重复写入的电阻率切换材料很难被化学刻蚀，由此增加了制造的成本和将其用于集成 电路的复杂性。 根据本专利技术，难以被化学刻蚀的可重复写入的电阻率切换材料可以用于存储器单 元而不需要被刻蚀。例如，在至少一个实施例中，提供了一种存储器单元，该存储器单元包 括利用选择性生长工艺形成的可逆电阻率切换材料，从而可逆电阻率切换材料可以用于存 储器单元而不被刻蚀。 在一个或多个示例性实施例中，利用氧化钛作为可逆电阻率切换材料来形成可逆 电阻切换元件。如上文中合并的'939申请中所记载的，氧化钛膜已经表现出适用于存储器 单元。 氧化钛的膜如TiO、T叫、TiO"TiO，y等都难以被化学刻蚀。在至少一个实施例中， 通过利用选择性生长工艺，氧化钛层可以用于存储器单元的可逆电阻切换元件中而不需要 对氧化钛层进行刻蚀。例如，可以通过氧化含钛层，如氮化钛这样比氧化钛更容易被图案化 和刻蚀的氧化物，来形成可逆电阻切换元件。通过这种方式，在含钛层的氧化之前，只有下 层的含钛层(如氮化钛或者钛)被图案化和刻蚀而不是氧化钛层。 在一些实施例中，通过在有氧环境，如02、臭氧或者它们的结合，或者便用其它任 何合适的氧化空间中对含钛层实施快速热氧化而选择性地形成氧化钛。在其它的实施例 中，在含有臭氧或者其它氧源的化学气相沉积腔中通过氧扩散，通过气相或者液相的臭氧 清洗，或者通过任何其它合适的氧化处理氧化含钛层以形成氧化钛。在所有的例子中，都不 需要对氧化钛进行刻蚀，这样就现出简化了存储单元的制造。 根据本专利技术，其它的材料也可以被选择性地氧化以形成可逆的或者是一次性可编 程的电阻率切换材料以用于存储器单元。例如，可在衬底上沉积Ta、 TaN、 Nb、 NbN、 Al、 A1N、 Hf 、 H预、V、 VN等层，并与含钛层相似地被图案化、刻蚀和/或氧化，以形成可逆电阻率切换 材料如Ta205， Nb205， A1203， Hf02， V205等。 存储器单元的示例性专利技术 图1是根据本专利技术提供的示例性存储器单元100的示意图。存储器单元100包括9耦连到控向元件104的可逆电阻切换元件102。 可逆电阻切换元件102包括可逆电阻率切换材料(未单独示出)，该可逆电阻率 切换材料具有可在两个或更多个的状态之间可逆地切换的电阻。例如，元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储单元，其包括：控向元件；和利用选择性生长工艺形成的与所述控向元件耦连的可逆电阻切换元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A谢瑞克，SB赫纳，M克拉克，
申请(专利权)人：桑迪士克三D公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]