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技术

本发明专利技术提供一种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。该电阻性存储器器件的存储器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。在所述单晶硅层上设置可变电阻层。所述可变电阻层与所述栅电极电绝缘。本发明专利技术还讨论了相关的器件和制造方法。

【技术实现步骤摘要】

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。
技术介绍
本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。根据本专利技术构思的一些实施例，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η型外延层、ρ型外延层和η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η型外延层和ρ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。根据本专利技术构思的其他实施例，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。根据本专利技术构思的其他实施例，一种构造电阻性存储器器件的方法包括在衬底 上形成单晶硅层，所述单晶硅层包括具有不同导电性类型的交替层。在单晶硅层中形成 在第一方向上延伸的多个凹槽，并且所述多个凹槽在与第一方向基本上垂直的第二方向 相互分离。在第一方向上延伸的多个凹槽中的每个中形成相应栅绝缘层和相应字线。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。在字线 和栅绝缘层上形成在第一方向上延伸的器件隔离层，并且在单晶硅层的位于多个凹槽外 部的多个部分上形成可变电阻层。在变阻层上形成多个位线并且所述多个位线电连接到 变阻层。多个位线在与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，形成器件隔离层可以包括蚀刻单晶硅层的一部分和多个凹 槽中的每个凹槽中的字线的一部分，以在其内限定各个沟槽。器件隔离层的第一部分可 以形成在与字线的侧壁相邻的沟槽中，并且隔离器件层的第二部分可以形成在凹槽中的 字线和栅绝缘层上。在一些实施例中，形成单晶硅层可以包括外延生长不同导电性类型的交替层。在一些实施例中，器件隔离层可以形成在字线上、栅绝缘层上以及单晶硅层的 多个部分上。在一些实施例中，器件隔离层可以与单晶硅层上形成的可变电阻层相邻，并且可以在字线和栅绝缘层上延伸，使得可变电阻层和器件隔离层限定基本上为平面的表 面。在一些实施例中，可变电阻层可以在字线和栅绝缘层的一侧处、在单晶硅层 上、在第一方向上延伸。可变电阻层可以将多个位线中的位线电连接到单晶硅层中的相 应源/漏区。附图说明根据下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本专利技术的示例性实施例， 在附图中图1是示出根据本专利技术构思的一些实施例的电阻性存储器器件的存储器单元的 电路图；图2和图3是示出根据本专利技术构思的一些实施例的电阻性存储器器件的透视 图；图4和图5是示出图2中的电阻性存储器器件的横截面图；图6和图7是示出根据本专利技术构思的其他实施例的电阻性存储器器件的透视 图；图8和图9是示出图6中的电阻性存储器器件的横截面图；图10和图11是示出根据本专利技术构思的其他实施例的电阻性存储器器件的透视 图；图12和图13是示出图10中的电阻性存储器器件的横截面图；图14和图15是示出根据本专利技术构思的其他实施例的电阻性存储器器件的透视 图；图16和图17是示出图14中的电阻性存储器器件的横截面图；图18是示出根据本专利技术构思的一些实施例的操作电阻性存储器器件的方法的电 路图；图19至图26是示出制造图4中的电阻性存储器器件的方法的横截面图；图27和图28是示出制造图8中的电阻性存储器器件的方法的横截面图；图29至图34是示出制造图12中的电阻性存储器器件的方法的横截面图；图35至图37是示出制造图16中的电阻性存储器器件的方法的横截面图；图38是示出根据本专利技术构思的一些实施例的存储器卡的示意图；图39是示出根据本专利技术构思的一些实施例的电子系统的框图。具体实施例方式现在，在下文中将参照附图更充分地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括存储器单元的电阻性存储器器件，所述存储器单元包括：垂直晶体管，所述垂直晶体管包括在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垂直的方向上延伸的沟道区；以及可变电阻层，所述可变电阻层在所述单晶硅层上并且与所述栅电极电绝缘。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金德起，柳寅敬，罗敬远，薛光洙，徐东硕，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]