[发明专利]一种三维存储器阵列结构及其制造方法

权利要求书

1.一种三维存储器阵列结构，其特征在于，包括：

叠置形成的多个阵列层，每个所述阵列层包括多列存储单元，

其中，所述存储单元包括相互串联的垂直选择管和相变单元或阻变单元，其中，所述垂直选择管包括：上电极；下电极；以及形成在所述上电极和下电极之间的半导体体区，其中，所述半导体体区包括依次垂直堆叠的第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层和第四半导体层，其中，所述第一半导体层和所述第三半导体层为第一类型掺杂，所述第二半导体层和所述第四半导体层为第二类型掺杂，在所述第三半导体层的一个侧面形成有栅堆叠，且所述第三半导体层的掺杂浓度低于所述第二半导体层和第四半导体层的掺杂浓度，以使所述第二半导体层、第三半导体层、第四半导体层和所述栅堆叠形成垂直的MOS晶体管，所述第一半导体层和第二半导体层形成垂直的二极管，

且，同一所述阵列层上的两列相邻所述存储单元之间共用一个栅堆叠。

2.如权利要求1所述的三维存储器阵列结构，其特征在于，所述垂直选择管和相变单元或阻变单元之间通过垂直选择管的所述上电极连接。

3.如权利要求1所述的三维存储器阵列结构，其特征在于，每个奇数阵列层的存储单元的底面和顶面分别通过沿第一方向和第二方向的多根公用电极连接，每个偶数阵列层的存储单元的底面和顶面分别通过沿第二方向和第一方向的多根公用电极连接，且所述每根所述公用电极为相邻的两个所述阵列层共用。

4.如权利要求3所述的三维存储器阵列结构，其特征在于，所述奇数阵列层的存储单元正置，所述偶数阵列层的存储单元倒置。

5.如权利要求4所述的三维存储器阵列结构，其特征在于，所述垂直选择管的下电极为所述沿第二方向的公用电极。

6.如权利要求1所述的三维存储器阵列结构，其特征在于，所述第一类型掺杂为P型或N型掺杂，第二类型掺杂为与所述第一类型掺杂相反的N型或P型掺杂。

7.如权利要求1所述的三维存储器阵列结构，其特征在于，所述半导体体区的材料为掺杂的多晶硅或多晶锗。

8.如权利要求1所述的三维存储器阵列结构，其特征在于，相邻的所述存储单元之间、相邻的所述公用电极之间填充有隔离介质。

9.如权利要求1-3所述的三维存储器阵列结构，其特征在于，所述上电极、下电极和公用电极的材料包括重掺杂的多晶硅。

10.如权利要求1所述的三维存储器阵列结构，其特征在于，所述三维存储器阵列结构形成在具有绝缘表面的衬底上。

11.一种三维存储器阵列结构的制造方法，包括以下步骤：

A.提供具有绝缘层表面的衬底；

B.在所述绝缘层上形成第一介质层，并在所述第一介质层中形成沿第一方向的多根公用电极；

C.在所述第一介质层上依次形成第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、第四半导体层、电极层和阻变材料或相变材料层，其中，所述第一半导体层和第三半导体层为第一类型掺杂，所述第二半导体层和第四半导体层为第二类型掺杂，然后刻蚀所述阻变材料或相变材料层、电极层、第四半导体层、第三半导体层、第二半导体层和第一半导体层，并形成第二介质层，以形成位于所述沿第一方向的多根公用电极上的多列相互隔离的存储单元；

D.在所述第二介质层中、两列相邻存储器单元之间，沿第二方向形成栅堆叠；

E.在所述第二介质层上形成第三介质层，并在所述第三介质层中形成沿第二方向的多根公用电极，所述沿第二方向的多根公用电极连接各个所述存储器单元的顶面；

F.在所述第三介质层上依次形成阻变材料或相变材料层、电极层、第四半导体层、第三半导体层、第二半导体层、第一半导体层，然后刻蚀所述第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、第四半导体层、电极层和阻变材料或相变材料层，并形成第四介质层，以形成位于所述沿第二方向的多根公用电极上的多列相互隔离的存储单元。

12.如权利要求11所述的三维存储器阵列结构的制造方法，其特征在于，在已形成的存储器阵列结构上重复步骤B-F，形成多层叠置的阵列层。

13.如权利要求11所述的三维存储器阵列结构的制作方法，其特征在于，所述第一类型掺杂为P型或N型掺杂，第二类型掺杂为与所述第一类型掺杂相反的N型或P型掺杂。