[发明专利]具有可变电阻层的电阻式随机存取存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明构思总体涉及半导体器件，更具体地，涉及电阻式存储器件及其制造方法。

背景技术

当可变电阻层被施加有电压时，可变电阻层的电阻可以根据所施加的电压的极性而显著改变。该效应可以被用于在存储器件中储存数据。例如，可变电阻层可以用于实现具有非易失性能的电阻式存储器件。

发明内容

本发明构思的一些实施方式提供一种具有改善的电特性的电阻式存储器件及其制造方法。

根据本发明构思的一些实施方式，栅极可以竖直地层叠并且水平地凹入，可变电阻层形成为具有朝向凹入的栅极延伸的突起。

根据本发明构思的一些实施方式，沟道形成为沿着凹入的栅极竖直且水平地延伸，可变电阻层的突起形成为交叉沟道的沿着竖直方向延伸的部分。

根据本发明构思的一些实施方式，细丝（filament）可以形成在可变电阻层的突起中。细丝使得可以形成竖直电流路径。

根据本发明构思的一些实施方式，一种电阻式存储器件可以包括：栅叠层，包括在竖直方向上层叠在基板上的模制绝缘层和栅极；沟道，在竖直方向上穿透栅叠层以电连接到基板；栅绝缘层，提供在沟道和栅极之间；以及沿着沟道的延伸方向设置的可变电阻层。栅叠层可以包括通过使栅极在水平方向上凹入而形成的凹穴，可变电阻层朝向凹穴在水平方向延伸并且与栅极中的至少一个在水平方向上重叠。

在一些实施方式中，可变电阻层可以包括：竖直层，在竖直方向上沿着沟道延伸；以及突起，在水平方向上从竖直层延伸。

在一些实施方式中，沟道可以包括：第一沟道部分，在竖直方向上沿着绝缘层延伸以在竖直方向上与突起重叠；第二沟道部分，在竖直方向上沿着栅极延伸以在水平方向上与栅极重叠，第二沟道部分位于凹穴中；以及第三沟道部分，提供在凹穴中以沿着水平方向连接第一沟道部分与第二沟道部分。沟道沿着竖直方向在栅叠层中连续地延伸。

在一些实施方式中，可变电阻层的竖直层在竖直方向上沿着第一沟道部分延伸，以及可变电阻层的突起可以被插入凹穴中以具有比第一沟道部分的厚度大的长度。

在一些实施方式中，可变电阻层的竖直层在竖直方向上沿着第一沟道部分延伸，以及可变电阻层的突起可以不插入凹穴中并且具有可以等于或小于第一沟道部分的厚度的长度。

在一些实施方式中，第二沟道部分的厚度可以小于所述第一和第三沟道部分的厚度。

在一些实施方式中，栅极的长度大于第二沟道部分的长度。

在一些实施方式中，栅绝缘层可以提供为具有连续结构和岛状结构的其中之一。

在一些实施方式中，连续结构的栅绝缘层可以包括：第一栅绝缘层，设置在绝缘层的侧表面和第一沟道部分之间；第二栅绝缘层，设置在凹穴中并且在栅极和第二沟道部分之间；以及第三栅绝缘层，设置在凹穴中以在水平方向上连接第一栅绝缘层与第二栅绝缘层。第二栅绝缘层的厚度可以大于第一和第三栅绝缘层的厚度。

在一些实施方式中，岛状结构的栅绝缘层可以插置在栅极和第二沟道部分之间。

在一些实施方式中，可变电阻层可以包括配置为插入凹穴中的多个突起，以及该突起可以在竖直方向上沿着沟道的延伸方向不连续地布置。

根据本发明构思的一些实施方式，一种制造电阻式存储器件的方法包括：在基板上层叠绝缘层和牺牲层；形成竖直地穿过绝缘层和牺牲层的竖直孔；使牺牲层水平地凹入以在竖直孔周围形成凹穴；沿着凹穴的内表面形成弯曲延伸的沟道；形成可变电阻层，该可变电阻层朝向凹穴延伸并且水平地交叉沟道；以及用栅极代替牺牲层。可变电阻层可以与栅极中的至少一个水平地重叠。

在一些实施方式中，形成可变电阻层可以包括：用过渡金属氧化物填充包括沟道的竖直孔以形成沿着竖直孔竖直延伸的竖直层以及从竖直层延伸并且朝向凹穴突出的突起。可变电阻层可以设置在竖直孔中以沿着栅极的层叠方向竖直地延伸并且具有杯状结构或柱状结构，其中该杯状结构具有封闭的底部和敞开的顶部，该柱状结构完全填充竖直孔。

在一些实施方式中，形成可变电阻层可以包括：用过渡金属氧化物填充包括沟道的竖直孔以形成沿着竖直孔竖直延伸的竖直层以及从竖直层延伸并且朝向凹穴突出的突起；以及选择性地去除竖直层。可变电阻层可以是在竖直孔中沿着栅极的层叠方向不连续布置的多个突起。

在一些实施方式中，用栅极代替牺牲层可以包括：图案化牺牲层和绝缘层以形成暴露基板的沟槽；选择性地去除通过沟槽暴露的牺牲层以在绝缘层之间形成空间；以及用导电层填充所述空间以形成栅极。

在一些实施方式中，该方法还可以包括在沟道和栅极之间形成栅绝缘层。