[发明专利]包括垂直晶体管阵列的电阻性存储器器件和相关制造方法

说明书

技术领域

本申请要求2009年9月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2009-0089647的优先权，其公开的全部内容通过引用结合于此。

背景技术

本发明的构思涉及存储器器件，更具体地，涉及电阻性存储器器件。

存储器器件可以分为易失性存储器器件和非易失性存储器器件，易失性存储器器件需要在被供电时进行刷新操作以保持存储的数据，非易失性存储器器件不需要刷新操作以在没有供电时保持数据。因此，在非易失性存储器器件中，功耗会降低。

非易失性存储器器件的示例可以包括快闪存储器器件、铁电存储器器件、相变存储器器件、电阻性存储器器件等。具体地，诸如电阻性随机存取存储器(RRAM)的电阻性存储器器件可以提供相对高的速度、高容量和低功耗特性。

发明内容

本发明构思的实施例提供了一种使用变阻材料的变阻特性的电阻性存储器器件。

根据本发明构思的一些实施例，一种电阻性存储器器件的存储器单元包括垂直晶体管和可变电阻层。所述垂直晶体管包括衬底表面上的栅电极、沿着所述栅电极的侧壁延伸的栅绝缘层以及与所述栅绝缘层相邻的在所述衬底表面上的单晶硅层。所述单晶硅层的至少一部分限定在与所述衬底表面基本上垂直的方向上延伸的沟道区。可变电阻层设置在所述单晶硅层上。可变电阻层与所述栅电极电绝缘。

在一些实施例中，单晶硅层可以包括导电性类型交替的多个外延层。例如，在一些实施例中，多个外延层可以包括顺序堆叠在衬底上的n型外延层、p型外延层和n型外延层。在其他实施例中，多个外延层可以包括顺序堆叠在衬底上的n型外延层和p型外延层。

在一些实施例中，电阻性存储器器件还可以包括可变电阻层上的位线。可变电阻层可以电耦合在位线与单晶硅层中的源/漏区之间。

在一些实施例中，电阻性存储器器件还可以包括器件隔离层。器件隔离层可以包括第一部分和第二部分，所述第一部分在衬底表面上并且沿着与栅绝缘层相对的栅电极的侧壁延伸，所述第二部分在栅电极上并且在栅绝缘层上。第一部分可以在衬底表面上的相邻电阻性存储器器件与栅电极之间延伸，并且第二部分可以在栅电极与可变电阻层之间延伸。

在一些实施例中，电阻性存储器器件还可以包括器件隔离层，所述器件隔离层在栅电极上并且在栅绝缘层上。器件隔离层可以使栅电极与位线电绝缘。在一些实施例中，器件隔离层还可以延伸到单晶硅层的一部分上。

在一些实施例中，可变电阻层可以沿着栅绝缘层的一部分延伸，并且可以被局限在器件隔离层下方。在一些实施例中，电阻性存储器器件还可以包括：连接电极，所述连接电极在可变电阻层上并且延伸穿过器件隔离层，以将可变电阻层电连接到位线。

在一些实施例中，可变电阻层可以与器件隔离层相邻地位于单晶硅层的一部分上，使得可变电阻层和器件隔离层限定大致平面的表面。

根据本发明构思的其他实施例，电阻性存储器器件包括多个字线，所述多个字线在衬底表面上在第一方向上延伸。所述多个字线在与所述第一方向基本上垂直的第二方向上通过器件隔离层相互电分离。相应栅绝缘层在第一方向上沿着多个字线的相应侧壁延伸。单晶硅层与栅绝缘层相邻，并且限定在与衬底表面基本上垂直的第三方向上延伸的至少一个沟道区。字线、栅绝缘层和单晶硅层限定在第一方向和第二方向上布置的垂直晶体管阵列。器件隔离层在多个字线上以及栅绝缘层上、在第一方向上延伸。可变电阻层在字线的一侧处与单晶硅层相邻，并且通过器件隔离层与多个字线电绝缘。可变电阻层上的多个位线在与多个字线基本上垂直的第二方向上延伸，并且在第一方向上相互分离。

在一些实施例中，可变电阻层可以在单晶硅层上，并且可以在与字线基本上平行的第一方向上延伸。可变电阻层可以将多个位线中的位线电耦合到所述单晶硅层中的相应源/漏区。

在一些实施例中，多个位线可以直接在器件隔离层和可变电阻层上，或者可以在变阻层上的连接电极上。

在一些实施例中，器件隔离层可以包括第一部分和第二部分，所述第一部分在衬底上沿着与栅绝缘层相对的多个字线的相应侧壁延伸，所述第二部分在多个字线、栅绝缘层和单晶硅层上。

在一些实施例中，器件隔离层可以在多个字线、栅绝缘层和单晶硅层的多个部分上延伸。可变电阻层可以沿着相应栅绝缘层的一部分延伸并且可以被局限在器件隔离层下方。