[发明专利]一种存储装置及其制作方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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12/471287(MXIC1854-1)，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。

发明内容

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P1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。

本发明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。