[发明专利]侧壁结构的可切换电阻器单元

说明书

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，发明名称为“侧壁结构的可切换电阻器单元”。

技术领域

本发明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。

背景技术

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1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n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n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和存储元件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1A，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。

发明内容

一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1A图示说明了现有技术的存储器单元的三维视图。图1B和1C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分别示出了根据本发明的实施例的单元的侧视图和顶视图。

图3、4、5、6A和7图示说明了根据本发明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

本发明人认识到，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=ρ*t/(L*W)[1]

这里ρ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1B和1C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1B和1C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1K欧姆到10K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。