一种存储装置及其制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种存储装置及其制作方法。该存储装置包含多条位线及一纵向晶体管阵列排列于该多条位线之上。多条自动对准的薄膜侧壁字线沿着该纵向晶体管阵列的列方向排列，其包含以字线材料形成的薄膜侧壁字线，且排列成使得薄膜侧壁在列(X轴)方向合并作为字线，但是不会在行(Y轴)方向合并。在纵向晶体管是场效应晶体管的实施例中，此薄膜侧壁字线提供“环绕栅极”结构。存储元件与纵向晶体管电性连通。本发明专利技术公开的存储装置的结构可以使用完全自动对准工艺形成，其中字线及存储元件与纵向晶体管自动对准而不需要额外的图案化步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于相变化存储材料的高密度存储装置，例如硫属化物材料及其它可程序电阻存储材料，及此种装置的制造方法。
技术介绍
相变化为基础的存储材料，例如硫属化物或其它类似的材料可以通过施加适合应用于集成电路中的电流而导致在一非晶态与一结晶态之间的相变化。此大致是非晶态具有较大致为结晶态更高的电阻率，其可以很容易被感应而作为指示数据的用途。这些特性将可程序电阻材料作为非挥发存储器电路，其可以利用随机存取进行读取或写入。通常希望减少阵列中个别存储单元的截面区域或底部面积以达成较高密度的存储装置。在可程序化电阻装置中，一个限制底部面积的条件可以是阵列中用来选取单独存储单元的存取装置的布局。一个减少阵列中存取装置底部面积的方法是基于纵向晶体管的开发，其中源极、通道及漏极(或是射极、基极和集极)是排列成堆叠，并且利用将栅极与中间终端自动对准的方式延伸通过一字线或是其它栅极导体。举例而言，可参阅本案相同申请人于2009年5月22日所申请的美国专利申请号12/47U87(MXIC18M-1)，其在此引用为参考资料。然而，减少存取装置的底部面积需要通过多次图案化步骤以制造纵向晶体管和与其接触的存储元件。因此需要提供一种具有纵向晶体管存取装置的存储单元以作为适合应用可程序电阻装置的高密度存储装置使用。
技术实现思路
此处所描述的一种存储装置，包含多条位线及一纵向晶体管阵列排列在该多条位线之上。多条字线在该阵列中沿着该纵向晶体管的列方向排列，其包含以字线材料形成的薄膜侧壁字线，且排列成使得薄膜侧壁在列方向上合并作为字线，但是不会在行方向上合并。在纵向晶体管是场效应晶体管的实施例中，此字线提供“环绕栅极”结构。存储元件与纵向晶体管电性连通。此结构可以使用完全自动对准工艺形成，其中字线及存储元件可以与纵向晶体管自动对准而不需要额外的图案化步骤。此外，此结构可以使用全面沉积存储材料在靠近主动区域而存储材料未裸露于刻蚀化合物的方式形成，保留存储元件不会受到影响。在此处所描述的实施例中，纵向晶体管排列成在沿着该多条位线中的行(Y轴)方向上，且纵向晶体管彼此分隔一第二距离P2，且排列成在与该多条位线正交的列(X轴)方向上，且纵向晶体管彼此分隔一第一距离P1。用来形成字线结构的薄膜侧壁具有一厚度大于该第一距离Pl的一半但小于该第二距离P2的一半，使得该薄膜侧壁可以使用一典型的侧壁间隔物工艺形成，此工艺涉及一种顺形沉积字线材料后再进行非均向性刻蚀的方法以保留该侧壁。在此处所描述的实施例中，其中底电极结构自动对准且自动置中于纵向晶体管之上。因此，底电极结构是置中于形成于纵向晶体管之上的接触表面外围内。在底电极结构之上，形成一层全面性的存储材料，例如是相变化材料。然后形成一层全面性的导电材料在存储材料层之上且与一参考电位耦接。存储元件在与底电极的接触表面处可以个别地通过纵向晶体管存取。或者，孔洞型态存储单元可以在纵向晶体管之上的一自动置中结构中形成。本专利技术也公开一种制造一存储装置的方法，该方法包含形成多条位线，形成一个如上述般的纵向晶体管阵列排列在该多条位线之上。根据此工艺，以字线材料形成的薄膜侧壁字线形成于纵向晶体管的基底或是通道之上。一种工艺包括提供一基板包括一第一层材料适合作为一位线材料及一晶体管的漏极或是集极材料，一第二层材料适合作为一基极或是通道材料，及一第三层材料适合作为一源极或是射极材料。一第一刻蚀工艺用来刻蚀第一沟道延伸穿过该第一、第二及第三材料层以定义位线在该第一层中。一第二刻蚀工艺用来刻蚀第二沟道延伸穿过与该位线正交的该第二及第三材料层，其中柱状物保留在该位线之上，该柱状物包含通道或基底及对应个别纵向晶体管的第二终端。可以使用一双重图案化或是多重图案化工艺在该第一及第二刻蚀工艺中的其一或两者。在此处所描述的实施例中，也包含提供一牺牲层在多层堆叠之上而在该第一及第二刻蚀工艺中使用。在完成图案化之后，此牺牲层保留作为纵向晶体管上方的一覆盖层。除去此覆盖层导致形成一自动对准的介层孔在纵向晶体管之上，其可以用来形成此处所描述的自动对准且自动置中的存储元件。此处所描述的技术提供制造一完全自动对准，环绕栅极晶体管，其适合作为相变化存储器或是其它的可程序化电阻存储器的用途。一工艺可以涉及使用一第一线图案定义位线在包含纵向晶体管的源极、漏极和通道材料的堆叠结构及一装饰层于其上。一第二线图案定义此环绕栅极晶体管的垂直通道。此第一线图案及第二线图案的交会处形成一自动对准的垂直通道在对应的位线之上。字线方向上的距离小于位线方向上。一范例是多晶硅的半导体、一金属、或是半导体和金属的组合用来形成栅极材料间隔物在柱状物的两侧。栅极材料在字线方向上连接以形成自动对准的字线。上方装饰层可以用来形成自动对准的介层孔，其随后用来形成自动对准的底电极或是孔洞作为存储元件。最后，相变化材料及顶电极材料形成在阵列的上方。此相变化材料在此工艺中并不需要被图案化为小的片段以填入位线中。本专利技术各实施例可以产生如下技术效果可以使用完全自动对准工艺形成，其中字线及存储元件与纵向晶体管自动对准而不需要额外的图案化步骤。本专利技术的目的，特征，和实施例，会在下列实施方式的章节中结合附图被描述。附图说明图1显示现有技术的使用可程序化电阻存储单元的一存储阵列的一部分示意图。图2A 2C为一包括具有完全自动对准的薄膜侧壁字线结构及存储元件的纵向晶体管存取装置的存储阵列结构的示意图及其剖面图。图3显示用来形成图2A 2C中结构的制造过程的流程图。图4A 4E显示双重图案化工艺，其适用于类似图3的工艺中。图5A和图5B是此处所描述的存储阵列工艺第一阶段后具有位线隆脊的布局图及剖面图。图6显示此工艺中下一个阶段后具有绝缘填充材料形成在位线隆脊的剖面图。图7A 7C显示工艺下一阶段经过图案化或是其它图案化线以定义柱状物列在位线之上后的布局图及剖面图。图8显示根据此处所描述的工艺形成的纵向晶体管柱状物的示意图。图9A 9B显示形成栅介电层在图8中柱状物之上后的示意图。图IOA IOD显示形成此处所描述的薄膜侧壁字线结构后的示意图、布局图及剖面图。图IlA IlB显示此工艺中下一个阶段后形成金属硅化物的剖面图。图12到图17显示使用孔洞转移工艺用来形成此处所描述的自动对准且自动置中底电极结构的剖面图。图18A 18B图显示在底电极元件于孔洞开口中后的结构的布局图及剖面图。图19显示形成存储元件在第18A 18B图中结构之上后的示意图。图20显示一替代工艺形成孔洞型态存储元件结构后的结果。图21到图23显示可以应用于此处所描述的结构中的额外特征。图M显示集成电路的简化示意图，其中集成电路包括使用具有此处所描述的具有薄膜侧壁字线结构的一存储平面在垂直通道场效应晶体管存取装置的存储阵列。主要元件符号说明100 存储阵列；110:存储单元；115 晶体管；120 位线；125 存储元件；130 字线；140 存储平面；150 字线译码器/驱动器；160 位线译码器；165 感测放大器/数据输入结构；170 共同参考地端；200、201、202 位线；203,204,205 字线；206 源极终端的接触表面；207:栅极介电层；208:底电极；209,216 接触表面；217:栅介电层；218:底本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种存储装置，其特征在于，包含：多条位线；一纵向晶体管阵列排列于该多条位线之上，该阵列中的每一纵向晶体管具有一第一终端与该多条位线之一接触或位于其中、一通道或基底在该第一终端之上，及一第二终端在该通道或基底之上；多条自动对准的字线在该阵列中沿着该纵向晶体管的列方向排列；以及存储元件与该阵列中个别纵向晶体管的该第二终端电性连通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：龙翔澜，赖二琨，林仲汉，马修·J·布雷杜斯克，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，国际商用机器公司，
类型：发明
国别省市：71