专利名称：存储器结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及存储器结构。
所述第一电极包括具有顶面的第一导体；所述第三电极包括在水平方向上与所述第一导体相邻并具有顶面的第二导体；所述控制元件设置在所述第一导体的所述顶面上；而所述存储器存储元件设置在所述第二导体的所述顶面上。
所述第三电极包括具有垂直引伸的导体结构。
所述第三电极包括导电槽。
所述第三电极包括导电柱。
所述第三电极包括截头导电锥。
所述第二电极包括导电板。
所述第二电极包括导电槽。
所述存储器存储元件包括隧道结器件。
所述存储器存储元件包括所述第二电极的氧化物。
所述存储器存储元件包括不同于所述第二电极的氧化物的其他氧化物。
所述存储器存储元件从包括以下材料的组中选择逆熔丝、熔丝、电荷存储器件、电阻材料、陷阱感应滞后材料、电铁体电容器材料、霍尔效应材料和隧道磁阻材料。
所述存储器存储元件包括可改写相变材料。
所述控制元件包括隧道结器件。
所述控制元件包括所述第一电极的氧化物。
所述控制元件包括不同于所述第一电极氧化物的其他氧化物。
根据本发明的第二方面，提供一种配置成接纳上述存储器结构的电子装置。
根据本发明的第三方面，提供一种包括上述存储器结构的电子装置。
根据本发明的第四方面，提供一种存储器结构，它包括多层存储单元，每个存储单元包括第一电极、第二电极、设置在所述第二电极和所述第三电极之间的存储器存储元件(23)和设置在所述第一电极和所述第二电极之间的控制元件(25)。所述控制元件的截面面积大于所述存储器存储元件的截面面积。
根据本发明的第五方面，提供一种制造存储器结构的方法，它包括产生第一电极；在所述第一电极上形成预定器件类型的控制元件；产生第二电极；以及形成预定器件类型的存储器存储元件，其截面面积小于所述控制元件的截面面积。
图2是存储单元实施例的方框示意图，它包括存储器存储元件以及所述存储器存储元件的控制元件。
图3是示意地描绘存储器结构实施例的截面图而图4是其平面图，所述存储器结构包括存储器存储元件和控制元件，所述控制元件的截面面积大于所述存储器存储元件的截面面积。
图5和图6是示意地描绘存储器结构的另一实施例的截面图，所述存储器结构包括存储器存储元件和控制元件，所述控制元件的截面面积大于所述存储器存储元件的截面面积。
图7是示意地描绘存储器结构实施例的截面图而图8是其平面图，所述存储器结构包括存储器存储元件和控制元件，所述控制元件的截面面积大于所述存储器存储元件的截面面积。
图9是示意地描绘存储器结构实施例的截面图而
图10是其平面图，所述存储器结构包括存储器存储元件和控制元件，所述控制元件的截面面积大于所述存储器存储元件的截面面积。
图11是示意地描绘存储器结构实施例的截面图而图12是其平面图，所述存储器结构包括存储器存储元件和控制元件，所述控制元件的截面面积大于所述存储器存储元件的截面面积。
图13是示意地描绘存储器结构实施例的截面图而图14是其平面图，所述存储器结构包括存储器存储元件和控制元件，所述控制元件的截面面积大于所述存储器存储元件的截面面积。
图15是存储器载体实施例的示意的方框图，所述存储器载体包括至少一个所述公开的存储元件。
图16是诸如计算机系统的电子装置的示意的方框图，它包括至少一个所述公开的存储元件。
图17是所述公开的存储元件制造过程的实施例的流程图。
图2是存储单元20的实施例的简化的电方框图，它包括存储器存储元件23，后者通过电极E2电连接到控制元件25。存储器存储元件23和控制元件25串联连接在电极E1和E3之间。电极E1-E3包括导电元件、例如导体、导电区域或其他导电特征，应当指出，电极E2可以包括一个或多个导电元件。
存储器存储元件23配置成变化状态的存储器存储元件，而控制元件25配置成变化状态的存储器存储元件的控制元件，并向存储器存储元件提供电流。更具体地说，存储器存储元件配置成可预测地而且可靠地以低于控制元件的能级击穿，同时，为了持续操作，控制隧道结区域配置成所述存储器的控制元件。
存储器存储元件23和控制元件25分别包括电流流经其中的截面。例如，可以通过元件与该元件任一侧电极之间的界面的重叠来形成这种区域。例如，在所述公开的存储器结构中，控制元件25和存储器元件23可以具有相同的器件类型，并且控制元件25的截面面积大于存储器存储元件23的截面面积、使得存储器存储元件以低于控制元件的能级击穿，换言之，可以这样选择控制元件截面面积和存储器存储元件截面面积之间的比例、使得存储器存储元件起变化状态的存储器存储元件的作用，同时，作为所述存储器存储元件的控制元件，所述控制元件具有配置成用于持续操作的控制截面面积。因此，存储器存储元件23以低于控制元件25的能级改变状态，这允许对所述存储器存储元件进行编程。以这种方式，通过选择性地向所述单元提供足够的能量使存储单元击穿，从而被编程。通过向单元提供较少量的能量并检测电流是否流经所述单元来读出存储单元。
作为说明性的例子，控制元件的截面面积和存储器存储元件的截面面积的比例可以在大约2到20的范围之内。
存储器存储元件23可以是逆熔丝器件，如可编程隧道结器件。逆熔丝器件可以是介质割裂型的器件或隧道结器件。隧道结可以由氧化的金属、热生长氧化物、或者淀积的氧化物或氮化物做成。也可以借助于例如多晶硅、无定形硅、微晶体硅的半导体材料，金属灯丝电迁移、陷阱感应滞后、铁电电容器、霍耳效应和多晶硅电阻器来实现存储器存储元件。存储器存储元件的其他实施例还可以包括作为浮动栅极的隧道效应磁致电阻或电容元件。而且，存储器存储元件可以是只读LeComber或硅化物开关或可改写相变材料、包括写一擦一写相变材料。存储器存储元件还可以包括PIN二极管或肖特基二极管。
控制元件25可以包括隧道结器件或PN，PIN或肖特基二极管。其他可以使用的二极管包括齐纳二极管、雪崩二极管、隧道二极管和四层二极管，例如可控硅整流器。控制元件25也可以是结型场效应晶体管或双极晶体管。选择控制元件25的尺寸、使其足以承载足够的电流、以便能够改变存储元件23的状态。当控制元件为二极管的时候，它可以用掺杂质的多晶硅、无定形硅或微晶体硅制成。
存储器存储元件23和控制元件也可以具有相同的器件类型，其中两者都可以包括例如隧道结型器件、肖特基二极管或PIN二极管。
为了简明扼要，把所述公开的存储器结构描绘成采用隧道结型器件作为存储器存储元件和控制元件，并且应当指出，可以如前所述那样实现存储器存储元件和控制元件。
作为说明性的例子，将把所述公开的存储器结构表示为集成电路，后者包括诸如二氧化硅、氮化硅或原硅酸四乙酯(TEOS)的层间介质，所述层间介质在集成电路的各种不同结构之间提供支持或隔离。可以利用若干种不同的工艺、例如化学汽相淀积(CVD)、大气压CVD、低压CVD、等离子体增强CVD、物理汽相淀积(PVD)和溅射来淀积所述层间介质(ILD)。为了方便，附图中用参考符号ILD标识这样一些介质区域或层。
图3和图4示意地描绘了存储单元的实施例，所述存储单元包括设置在第一导体33上面的存储器存储元件23。在以侧面或横向地与第一导体33相邻的第二导体35上设置控制元件25。因而存储器存储元件23和控制元件25就水平地、或横向地、或在侧面上彼此分离，而且各自具有总体上水平的平面引伸。第一导体33和第二导体35可以基本上在同一平面上，存储器存储元件23和控制元件25也可以在同一平面上。介质层41设置在第一导体33和第二导体35上面，并且包括存储器存储元件23和控制元件25上的开口47和49。导电层37设置在介质层41上面，并延伸至开口47、49中，以便在存储器存储元件23和控制元件25之间形成电极。
存储器存储元件23可以由第一导体33的氧化物构成，而控制元件25可以由下面的第二导体35的氧化物构成。或者，存储器存储元件23可以由不同于第一导体33氧化物的其他氧化物构成，而控制元件25可以由不同于第二导体35氧化物的其他氧化物构成。例如，存储器存储元件23也可以是无图案氧化层的一部分，所述无图案氧化层可以是淀积的氧化层或者完全氧化的淀积的金属层。同样地，例如，控制元件25可以是无图案氧化层的一部分，所述无图案氧化层可以是淀积的氧化层或者完全氧化的淀积的金属层。
图5和图6示意地描绘包括多个存储单元的存储器结构，其中每个存储单元包括存储器存储元件23，后者设置在导电阱或槽27和与所述边缘在垂直方向上相邻的导体833或837之间。每个存储单元还包括控制元件25，后者设置在导电槽27的基底和在垂直方向上与所述基底相邻的导体833或835之间。存储器存储元件23和/或控制元件25可以具有在水平方向上的平面引伸，并且在垂直方向上分离。
例如，图5和图6的存储单元可以用堆叠的层来实现，其中与已知导电槽27的边缘在垂直方向上相邻的导体833和相邻层的导电槽27的基底也在垂直方向上相邻。
作为说明性的例子，在交叉点存储阵列中，导体833可以是行选择线，而导体835和837可以是列选择线。同样，作为说明性的例子，导电槽27可以相对于导体833横向偏移，其中导体833与这样的导电槽27的边缘在垂直方向上相邻，例如，以便控制存储器隧道结氧化区域23的面积。结果，导电槽27相对于在相邻层的另一个在垂直方向上相邻的导电槽27横向偏移。
存储器存储元件23可以由导电槽27的氧化物构成，而控制元件25可以由在垂直方向上相邻于导电槽27基底的导体833或835的氧化物构成。或者，存储器隧道结氧化区域23可以由不同于导电槽27边缘氧化物的其他氧化物构成，而控制隧道结氧化区域25可以由不同于导体833或835氧化物的其他氧化物构成。存储器存储元件23还可以是无图案氧化层的一部分，所述无图案氧化层例如可以是淀积的氧化层或完全氧化的淀积的金属层。同样地，控制元件25可以是无图案氧化层的一部分，例如，所述无图案氧化层可以是淀积的氧化层或完全氧化的淀积的金属层。
图7和图8示意地描绘包括多个存储单元的存储器结构的实施例，其中，每个存储单元包括存储器存储元件23，后者设置在导电阱或槽133和与所述导电槽133横向相邻的导电区域或块139之间。控制元件25设置在导电块139和与其横向相邻的导体135之间。因此，图7和图8的存储器存储元件23和存储元件的控制元件25在水平方向上分离，并且每一个都是具有垂直方向上的引伸的平面形的。导电块139可以是截头楔块，而存储器存储元件23和控制元件25与截头楔块相对的两面接触。在导电阱133内设置垂直的导电通路或导电柱141，并且所述导电通路或导电柱141可以伸展到导电槽133基底上的小孔。导电柱141和导电槽133构成具有垂直引伸的导电结构。可以省略导电槽133、使得存储器存储元件23设置在导电柱141和导电块139之间。
如图7和图8所示，可以在导电槽133的两个相对的侧面上形成存储单元。而且，可以分层地形成存储单元，其中，一层包括水平方向上排列的导电槽133和存储单元，而且这些层这样叠加在一起、使得不同层的相应的导电柱141叠加、形成列导电柱141。列导电柱141可以包括立体存储器结构的垂直存储器选择线，同时，导体135可以包括行存储器选择线。在立体存储器结构中，行或列存储器选择线被安排成三维(3-D)结构，例如同时提交的、共同转让的并且共同未决的序列号------的美国专利申请(代理人备审目录为10018288)中所描述的那样。
存储器存储元件23可以由横向邻接的导电块139的氧化物构成，而控制元件25可以由横向邻接的导体135的氧化物构成。此外，存储器存储元件23还可以由不同于导电块139的氧化物的其他氧化物构成，而控制元件25也可以由不同于导体135的氧化物的其他氧化物构成。存储器存储元件23还可以是无图案氧化层的一部分，例如可以是淀积的氧化层或完全氧化的淀积的金属层。同样地，控制元件25也可以是无图案氧化层的一部分，例如可以是淀积氧化层或完全氧化的淀积的金属层。
图9和图10示意地描绘包括各个存储单元的存储器结构的实施例，每一个存储单元包括设置在导电槽333和水平导电板339a边缘之间的存储器存储元件23。非水平导电板339b连接到水平导电板339a并与其横向相邻，而控制元件25设置在非水平导电板339b和与其横向相邻的导体335之间。垂直导电通路或柱341嵌套在导电槽333内部并且穿过导电槽333的基底中的小孔。垂直导电通路或柱341和导电槽333形成具有垂直引伸的导电结构。导电槽333可以省略、使得存储器存储元件23设置在导电柱341和水平导电板339a之间。
如图9和图10所示，存储单元可以在导电槽333的两个相对的侧面上构成。而且，可以分层地构成存储单元，其中，一层包括水平排列的导电柱341和存储单元，而且这些层这样叠加在一起、使得不同层的相应的导电柱341叠加、形成导电柱列341。导电柱列341可以是立体存储器结构的垂直存储器选择线，而导体335可以是行存储器选择线。
存储器存储元件23可以由横向邻接的水平板339a的氧化物构成，而控制元件25可以由横向邻接的导体335的氧化物构成。此外，存储器存储元件23还可以由不同于水平板339a的氧化物的其他氧化物构成，而控制元件25也可以由不同于导体335的氧化物的其他氧化物构成。存储器存储元件23还可以是无图案氧化层的一部分，例如可以是淀积的氧化层或完全氧化的淀积的金属层。同样地，控制元件25也可以是无图案氧化层的一部分，例如可以是淀积的氧化层或完全氧化的淀积的金属层。
图11和图12示意地描绘包括各个存储单元的存储器结构的实施例，其中，每一个存储单元包括设置在导电槽433和水平导电板439a之间的存储器存储元件23。非水平导电板439b连接到水平导电板439a并与其横向相邻，控制元件25设置在非水平导电板439b和与其横向相邻的导体435之间。垂直导电通路或柱441嵌套在导电槽433内部并且穿过导电槽433的基底中的小孔。垂直导电通路或柱441和导电槽433形成具有垂直引伸的导电结构。导电槽433可以省略、使得存储器存储元件23设置在导电柱441和水平导电板439a之间。
如图11和图12所示，存储单元可以在导电槽433的两个相对的侧面上构成。而且，可以分层地构成存储单元，其中，一层包括水平排列的导电柱441和存储单元，而且这些层这样叠加在一起、使得不同层的相应的导电柱441叠加，形成列导电柱441。列导电柱441可以是立体存储器结构的垂直存储器选择线，而导体435可以是行存储器选择线。
存储器存储元件23可以由横向邻接的水平板439a的氧化物构成，而控制元件25可以由横向邻接的导体435的氧化物构成。存储器存储元件23还可以由不同于水平板439a的氧化物的其他氧化物构成，而控制元件25也可以由不同于导体435的氧化物的其他氧化物构成。存储器存储元件23还可以是无图案氧化层的一部分，例如淀积的氧化层或完全氧化的淀积的金属层。同样地，控制元件25也可以是无图案氧化层的一部分，例如淀积的氧化层或完全氧化的淀积的金属层。
图13和图14示意地描绘包括各个存储单元的存储器结构的实施例，每一存储单元包括设置在导电阱或槽633和水平导电板639a边缘之间的存储器存储元件23。非水平导电板639b连接到水平导电板639a并与其横向相邻，并且控制元件25设置在非水平导电板639b的表面和细长的电壁635的表面之间，所述细长的电壁635具有垂直引伸并且与导电板639b在横向上并且叠片式地相邻。垂直导电通路或柱641设置在导电槽633中并且在所述导电槽的基底中的开口处与所述槽连接。垂直导电通路或柱641和导电槽633形成具有垂直引伸的导电结构。导电槽633可以省略、使得存储器存储元件23设置在导电柱641和水平导电板639a之间。
如图13和图14所示，存储单元可以在导电槽633的两个相对的侧面上构成。而且，可以分层地构成存储单元，一层包括水平排列的导电柱641和存储单元，而且这些层这样叠加在一起、使得不同层的相应的导电柱641叠加、形成列导电柱641。列导电柱641可以是立体存储器结构的列存储器选择线，而导体635可以是行存储器选择线。
存储器存储元件23可以由横向邻接的水平板639a的氧化物构成，而控制元件25可以由横向邻接的导体635的氧化物构成。或者，存储器存储元件23还可以由不同于水平板639a的氧化物的其他氧化物构成，并且控制元件25也可以由不同于导体635的氧化物的其他氧化物构成。存储器存储元件23还可以是无图案氧化层的一部分，例如淀积的氧化层或完全氧化的淀积的金属层。同样地，控制元件25也可以是无图案氧化层的一部分，例如淀积的氧化层或完全氧化的淀积的金属层。
图15是存储器载体70的方框图，所述存储器载体包括本发明的至少一个实施例。存储器载体表示任何一种标准或专有的存储卡格式，举几个例子，例如PCMCIA、PC卡、智能存储器、存储条、数字胶片、ATA和小型快速存储器。存储器载体70包括机械界面71，后者提供与用于所实现的存储器载体的特定连接器的机械连接和电连接。光电界面73与机械连接器71上的电触点进行电耦合，并利用包括本发明至少一个实施例的一组存储器IC80，提供例如安全、地址解码、电压变换、写入保护或其他典型的界面功能。载体75，例如印刷电路板或陶瓷衬底通常用于物理地支撑存储器IC80、电界面73和机械界面71。本专业的技术人员应该理解，某些电气装置包括电界面73的功能，因此在存储器载体70中可以省略电界面73。
图16是电子装置的方框图，在此例中为计算机系统90，它包括本发明至少一实施例。具体地说，对于计算机系统，如图所示的几个不同的电气装置可以包括在所述外壳中。例如，微处理器91连接到用于存储计算机可执行指令和/或用户数据的存储器电路93。示范性的存储电路93包括BIOS存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(RAM)和各种不同等级的内部或外部高速缓冲存储器。微处理器91还连接到存储装置95，例如硬盘驱动器、软盘、CD/DVD驱动器、磁带驱动器或其他大容量存储器装置，例如包括利用本发明的半导体存储器IC的装置。微处理器91可以包括利用本发明的内部高速缓冲存储器。存储器93也可以包括利用本发明的存储器IC。所述微处理器还连接到包括利用本发明的存储器IC的显示装置97。所述电子装置也可以配置成能够接受图15的存储器载体70。
所述公开的存储器结构可以利用半导体设备来实现。例如，可以通过淀积金属层、然后利用摄影遮光和蚀刻以构成图案来形成所述导体。可以通过淀积电介质材料来形成所述电介质区域，而可以通过淀积氧化物、淀积金属(随后使淀积的金属氧化)或金属零件的氧化来形成所述氧化层。可以采用化学机械磨光(CMP)使所需的区域变平和/或露出。而且，还可以采用诸如双镶嵌的镶嵌工艺。在双镶嵌工艺中，对ILD进行蚀刻，在蚀刻后的ILD上淀积金属，并进行CMP。
现参考图17，所述公开的结构总的来说可以如下所述那样制造。在101，通过例如淀积金属层并将其构成图案以形成导体35、导线135或各个导体235来产生第一电极。在103，，例如通过如上所述将电极氧化或形成无图案氧化层而在第一电极上形成预定类型器件的控制元件。在105，例如通过淀积金属层并将其构成图案以形成合适的导体来产生第二电极。在107，例如通过如上所述将电极氧化或形成无图案氧化层而在第二电极上形成预定器件类型的存储器存储元件。所述存储器存储元件的存储器截面面积小于控制元件的所述截面面积。
虽然以上描述并举例说明了本发明的具体实施例，但是本专业的技术人员可以在不超出以下权利要求书限定的本发明的范围和精神的情况下对其作出各种各样的修改和变化。
权利要求
1.一种存储器结构，它包括第一电极(35、835、135、335、435、635)；第二电极(37、27、139a、139b、339a、339b、439a、439b、639a、639b)；第三电极(33、833、133、141、333、341、433、441、633、641)；预定器件类型的存储器存储元件(23)，它设置在所述第三电极和所述第二电极之间，所述存储器存储元件具有存储器存储元件截面面积并配置成作为存储器存储元件可预期击穿；预定器件类型的控制元件(25)，它设置在所述第二电极和所述第一电极之间，所述控制元件具有控制截面面积并配置成用于所述存储器存储元件的控制元件；以及所述控制元件的截面面积大于所述存储器存储元件的截面面积。
2.如权利要求1所述的存储器结构，其特征在于所述第一电极包括具有顶面的第一导体；所述第三电极包括在水平方向上与所述第一导体相邻并具有顶面的第二导体；所述控制元件设置在所述第一导体的所述顶面上；以及所述存储器存储元件设置在所述第二导体的所述顶面上。
3.如权利要求1所述的存储器结构，其特征在于所述第三电极包括具有垂直引伸的导体结构。
4.如权利要求1所述的存储器结构，其特征在于所述第三电极包括导电槽。
5.如权利要求1所述的存储器结构，其特征在于所述第三电极包括导电柱。
6.如权利要求1所述的存储器结构，其特征在于所述第三电极包括截头导电锥。
7.如权利要求1所述的存储器结构，其特征在于所述第二电极包括导电板。
8.如权利要求1所述的存储器结构，其特征在于所述第二电极包括导电槽。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的存储器结构，其特征在于所述存储器存储元件包括隧道结型器件。
10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的存储器结构，其特征在于所述存储器存储元件包括所述第二电极的氧化物。
11.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的存储器结构，其特征在于所述存储器存储元件包括不同于所述第二电极的氧化物的其他氧化物。
12.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的存储器结构，其特征在于所述存储器存储元件从包括以下材料的组中选择逆熔丝、熔丝、电荷存储器件、电阻材料、陷阱感应滞后材料、电铁体电容器材料、霍尔效应材料和隧道磁阻材料。
13.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的存储器结构，其特征在于所述存储器存储元件包括可改写相变材料。
14.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的存储器结构，其特征在于所述控制元件包括隧道结器件。
15.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的存储器结构，其特征在于所述控制元件包括所述第一电极的氧化物。
16.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的存储器结构，其特征在于所述控制元件包括不同于所述第一电极氧化物的其他氧化物。
17.一种配置成接收权利要求1、2、3、4、5、6、7或8的存储器结构的电子装置。
18.一种包括权利要求1、2、3、4、5、6、7或8的存储器结构的电子装置。
19.一种存储器结构，它包括多层存储单元每个存储单元包括第一电极(835、135、335、435、635)、第二电极(27、139a、139b、339a、339b、439a、439b、639a、639b)、设置在所述第二电极和所述第三电极之间的存储器存储元件(23)、设置在所述第一电极和所述第二电极之间的控制元件(25)；以及所述控制元件的截面面积大于所述存储器存储元件的截面面积。
20.一种制造存储器结构的方法，它包括产生第一电极；在所述第一电极上形成预定器件类型的控制元件；产生第二电极；以及形成预定器件类型的存储器存储元件，其截面面积小于所述控制元件的截面面积。
全文摘要
一种存储结构，它包括第一电极(35、835、135、335、435、635)；第二电极(37、27、139a、139b、339a、339b、439a、439b、639a、639b)；第三电极(33、833、133、141、333、341、433、441、633、641)；设置在第一电极和第二电极之间的预定器件类型的控制元件(25)；以及设置在第二电极和第三电极之间的预定器件类型的存储器存储元件(23)。所述存储器存储元件的截面面积小于所述控制元件的截面面积。
文档编号H01L21/8246GK1452248SQ0310779
公开日2003年10月29日 申请日期2003年4月2日 优先权日2002年4月2日
发明者P·弗里克, A·科尔, J·斯塔西尔克, A·L·范布罗克林 申请人:惠普公司