侧壁结构的可切换电阻器单元制造技术

一种制备存储器器件的方法，包括形成第一导电电极（28），在该第一导电电极上形成绝缘结构（13），在该绝缘结构的侧壁上形成电阻率切换元件（14），在该电阻率切换元件上形成第二导电电极（26），以及在该第一导电电极和该第二导电电极之间形成与该电阻率切换元件串联的导向元件（22），其中该电阻率切换元件在从第一导电电极到第二导电电极的第一方向上的高度大于该电阻率切换元件在与第一方向垂直的第二方向上的厚度。

【技术实现步骤摘要】
侧壁结构的可切换电阻器单元本申请是分案申请，原申请的申请日为2009年04月01日，申请号为 200980112695. X，专利技术名称为“侧壁结构的可切换电阻器单元”。
本专利技术一般涉及制备半导体器件的方法，更具体地说，涉及制备半导体非易失性存储器单元的方法。
技术介绍
由半导体材料制备的器件被用来生成电气部件和系统中的存储器电路。存储器电路是这类器件的支柱，因为数据和指令集都被存储在其中。最大化这类电路上每单位面积的存储器元件的数目能够最小化其成本，因此是这类电路设计的主要动力。图I图示说明了示例性的现有技术的存储器元件20，该存储器元件包括垂直朝向的圆柱形的结型二极管22和存储元件24 (例如反熔丝的介电质或者金属氧化物电阻率切换层)，所述结型二极管作为单元的导向元件。二极管22和存储元件24被插入顶部导体或电极26和底部导体或电极28之间。垂直朝向的结型二极管22包括第一导电类型(例如 η型)的重掺杂的半导体区域30、未掺杂的半导体材料或者轻掺杂的半导体材料的中间区域32 (被称为本征区域)以及第二导电类型(例如P型)的重掺杂的半导体区域34，以形成 p-i-n 二极管。如果需要，P型区域和η型区域的位置可以互换。结型二极管22的半导体材料通常为硅、锗、或者硅和/或锗的合金。也可以使用其它半导体材料。结型二极管22和存储兀件24被串联布置在底部导体28和顶部导体26之间,所述底部导体和顶部导体可以由金属例如钨和/或TiN形成。存储元件24可以位于二极管22上或者二极管下。参照图 1Α,由 Herner 等提出的题为“High-Density Three-Dimensional Memory Cell” 的美国专利6，952，030公开了一种示例性的非易失性存储器单元，该专利在下文中称作“030专利” 并且通过引用以其整体合并到此。金属氧化物可切换电阻器的电阻可能太小，以至于不被三维(3D) 二极管阵列有效地探测到。相对于高的重置电流，低的重置电流通常是优选的，因此电阻器元件的电阻通常优选是高的。因为金属氧化物元件24被淀积在二极管柱22上，因此氧化物元件的电阻可能太小，因此产生不期望的高的重置电流。而且，在制备过程中，金属氧化物电阻器材料可能会由于刻蚀而被损坏，从而不能提供切换功能。
技术实现思路
—种制备存储器器件的方法，包括形成第一导电电极，在第一导电电极上形成绝缘结构，在绝缘结构的侧壁上形成电阻率切换元件，在电阻率切换元件上形成第二导电电极，以及在第一导电电极和第二导电电极之间形成与电阻率切换元件串联的导向元件，其中电阻率切换元件在从第一导电电极到第二导电电极的第一方向上的高度大于电阻率切换元件在与第一方向垂直的第二方向上的厚度。附图说明图IA图示说明了现有技术的存储器单元的三维视图。图IB和IC分别示出了现有技术的电阻率切换存储元件的侧视图和顶视图。图2A和2B分别示出了根据本专利技术的实施例的单元的侧视图和顶视图。图3、4、5、6A和7图示说明了根据本专利技术的实施例的存储器单元的侧截面图。图 6B是图6A的单元的顶视图。具体实施方式本专利技术人认识到，可以通过几何效应来增加存储元件(在此也被称为电阻率切换元件)的电阻，这里电阻率切换元件形成在绝缘结构的侧壁上，与导向元件串联。在该配置中，电阻率切换元件在从底部导电电极到上部导电电极的“垂直”方向上的高度大于电阻率切换元件在与“垂直”方向正交的第二方向上的厚度。电阻率切换元件可以是位于绝缘结构的侧壁上的二元金属氧化物的薄层，并且仍然被提供为在下部电极和上部电极之间与二极管导向元件串联。电阻率切换材料24的电阻值R可以通过下式计算R=P *t/(L*W) 这里P为材料的电阻率，t是层的高度，(L*W)是导电通路的面积。因此，层的电阻值可以高度依赖于几何尺寸。图1B、1C、2A和2B图示说明了电阻的这种依赖性。图IB和 IC图示说明了位于二极管顶部的电阻率切换元件24 (为了清楚，在图IB和IC中省略该二极管，其可以位于元件24的上方或下方)。由于在元件24切换到低电阻率状态期间形成的导电细丝25的面积L*W不受单元结构的限制，因此导电细丝的电阻可以是相对低的电阻。 典型的金属氧化物可切换电阻材料可以形成具有在IK欧姆到IOK欧姆范围内的电阻的细丝，该电阻低于由用于三维二极管阵列而形成的二极管典型实现的电阻。三维二极管阵列中的二极管不能可靠地重置相对低电阻的细丝。图2A和2B图示说明了根据本专利技术的一个实施例的存储器单元结构的一部分的侧面截面图和顶视图，这里为了清楚，再次省略了二极管，但是其在电极26和28之间，位于电阻率切换元件14的上方或下方并且与电阻率切换元件串联。在这个实施例中，电阻率切换元件被形成在绝缘结构13的侧壁上。在这个配置中，由下式计算电阻值R=P *T/(1*W) 这里I是元件14在绝缘结构侧壁上淀积的厚度。长度I可以显著小于图IB和IC 中的长度L。与图IB和IC中的配置相比，图2A和2B的配置中电阻增大为(L/1)倍。高度 T是覆盖绝缘结构13的侧壁的电阻率切换元件14的高度。高度T可以等于图IB和IC的现有技术的平面厚度t，并且在一些情况下可以大于该平面厚度t。图2A和2B中所示的本专利技术的实施例的一个优点是低电阻状态的增加，其依赖于高度T的数值。注意到，对于一些材料，切换到高电阻的区域可以小于图3中所示的T。从上面所描述的图中可以看出，，W倾向于大于图IB和IC中所示的现有技术的配置中的t，并且小于图2A和2B中所示的本专利技术的实施例的侧壁配置中的T。侧壁层的厚度I可以小于细丝区域的典型尺寸。由于I可以小于现有技术的细丝的直径，因此为了进一步增大电阻，在一些材料中还倾向于减小细丝在W尺寸上的程度。本专利技术的实施例中的电阻率切换元件的电阻较少依赖于可变的细丝形成的尺寸， 因为它受到尺寸I的限制。由于在一些材料中，电流通路穿过电阻率切换元件的截面面积被限定到小于典型的细丝尺寸，因此重置电流也会比较小。开关和阵列线中重置电流以及相关的IR压降的减小，对于允许包括侧壁电阻率切换元件的存储器阵列中重置电压和功耗降低是极大优势。三维二极管阵列中的二极管能够可靠地重置本专利技术的实施例中形成的相对高电阻的细丝。在图I中，L倾向于随着t增加，并且可以大约为t的四倍，例如t是5nm，L是 20nm。但是在图2中，I对T不敏感，使得可以通过工艺选择来增加T ;例如，电阻率切换材料层的高度T可以大于5nm,例如大于20nm,并且厚度I可以小于20nm,例如小于5nm。结果，电阻可以从图I所示的增加为(L/1)* (T/t)倍，在该示例中即增加16倍。图3-7图示说明了根据本专利技术的实施例的具有各种绝缘结构13的示例性存储器单元结构。电阻率切换元件14可以具有不同的形状。例如，其可以是环形的，围绕着绝缘结构，或者其可以位于绝缘材料中的槽内。类似地，绝缘结构可以具有不同的形状，例如柱形或轨道形。如图3中所示，在下部电极28 (在图I中示出)上形成柱形二极管22 (也在图IA 中详细地示出)。二极管22可以由任何合适的半导体材料形成，如硅、锗、SiGe或者其它化合物半导体材料，其可以是多晶的、单晶的或者无定形的。电极28位于衬底上，例如半导体晶圆(包括硅或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器器件，包括：第一导电电极；绝缘结构；位于所述绝缘结构的侧壁上的电阻率切换元件；位于所述电阻率切换元件上的第二导电电极；位于所述第一导电电极和所述第二导电电极之间，与所述电阻率切换元件串联的导向元件；其中所述电阻率切换元件在从所述第一导电电极到所述第二导电电极的第一方向上的高度大于所述电阻率切换元件在与所述第一方向垂直的第二方向上的厚度，以及其中所述绝缘结构包括多个绝缘轨道，并且所述电阻率切换元件位于至少一个绝缘轨道的侧壁上并且与暴露在邻近轨道之间的所述第一导电电极接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R·E·朔伊尔莱因，
申请(专利权)人：桑迪士克三D公司，
类型：发明
国别省市：