三维铁电电容式非易失性存储器器件及其制造方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种三维铁电电容式非易失性存储器器件及其制造方法。

背景技术：

1、在各种消费电子产品和计算机中，结合非易失性存储器(nvm)的固态数据存储器件经常替代或补充用于大容量存储的常规旋转硬盘驱动器。诸如平面架构的一个三极晶体管与一个电容器(1t1c)的一些存储器架构可以相对易于实现，可以具有很小的或没有干扰效应或者潜行路径(sneak path)，和/或可以具有高并行性，但是这样的存储器架构成本太高，难以通过简单地堆叠来扩展。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种新型结构的存储器器件及其制造方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种存储器器件，包括：存储器元件和对称双向选择器，所述对称双向选择器与所述存储器元件串联耦合，其中所述对称双向选择器的开启电压大于在未选择状态中的所述存储器器件的偏置电压，所述存储器元件为铁电或一次性可编程存储器元件。

3、可选的，所述存储器器件配置为在开启状态中以第一电压偏置以及在关断状态中以第二电压偏置，所述关断状态具有比所述开启状态的电阻值更高的电阻值，且所述对称双向选择器的开启电压大于所述第二电压。

4、可选的，所述对称双向选择器的开启电压小于或等于所述存储器器件的第一电压。

5、可选的，当所述对称双向选择器开启时，将所述对称双向选择器配置为允许电流在正向偏置方向和反向偏置方向上流动，且在所述正向偏置方向和所述反向偏置方向上具有相同的电阻值。

6、可选的，还包括：字线，所述字线耦合到所述存储器元件单元；位线，所述位线耦合到所述对称双向选择器，使得所述位线、所述存储器元件、所述对称双向选择器、以及所述字线串联耦合。

7、可选的，还包括：在所述对称双向选择器与所述铁电或一次性可编程存储器存储器元件之间设置有中间电极。

8、可选的，所述中间电极为从由polysilicon,ruo,ru,w,al,pd、ag、ti、zr、hf、mo、co、crcu、bicu、timo、tiw、si、ge、tio2、hfo2、tan、tin、ptsi、pdsi、硼化物和碳化物构成的组中选择的材料。

9、可选的，所述中间电极和所述对称双向选择器包括不同的材料。

10、可选的，所述对称双向选择器包括双向阈值开关(ots)，所述双向阈值开关包括从由astegesi、astegesin、gete、gese、和znte构成的组中选择的硫族化物相变材料。

11、可选的，所述存储器器件材料是：掺杂si、zr、y、al、gd、sr和la等不同元素的hf02基薄膜，所述存储器器件材料具有铁电性质。

12、可选的，所述存储器元件为铁电存储器元件，且由有导电材料、绝缘材料和铁电薄膜等的交替层形成。

13、可选的，所述存储器器件的材料是熔丝/反熔丝薄膜、xpm用的可击穿氧化层薄膜或超薄氧化硅薄膜。

14、为了实现上述目的，本发明还提供一种存储系统，包括：存储器阵列，所述存储器阵列包括在垂直方向上堆叠的多个存储器单元，其中所述多个存储器单元的存储器单元包括：存储器元件；选择器，所述选择器与所述电阻式存储器元件串连耦合，其中所述选择器的开启电压大于在未选择状态中的所述存储器单元的偏置电压，并且所述选择器在开启状态期间在正向偏置方向和反向偏置方向两者上具有实质上相同的电阻值；控制器，所述控制器可操作地耦合到所述存储器阵列，并且配置为选择所述存储器单元中的一个或多个以进行数据存取，所述存储器元件为铁电或一次性可编程存储器元件。

15、为了实现上述目的，本发明还提供一种存储器器件，包括：利用存储器元件存储数据的装置；以及控制与所述存储器元件串联耦合的所述存储器器件的漏电流的装置，其中当所述存储器元件处于未选择状态时，用于控制漏电流的所述装置配置为处于不导电状态中，其中用于控制漏电流的所述装置的开启电压大于在未选择状态中的所述存储器器件的偏置电压，所述存储器元件为铁电或一次性可编程存储器元件。

16、可选的，所述存储器器件配置为在开启状态中以第一电压偏置，并且，其中用于控制漏电流的所述装置的开启电压小于或等于所述第一电压。

17、可选的，还包括在用于控制漏电流的所述装置和所述电阻式存储器元件之间的中间电极。

18、可选的，所述中间电极包括从由polysilicon,ruo,ru,w,al,pd、ag、ti、zr、hf、mo、co、crcu、bicu、timo、tiw、si、ge、tio2、hfo2、tan、tin、ptsi、pdsi、掺杂si,硼化物和碳化物构成的组中选择的材料。

19、可选的，所述中间电极和用于控制漏电流的所述装置包括不同的材料。

20、为了实现上述目的，本发明还提供一种存储器器件，包括：存储器元件；选择器，所述选择器与所述存储器器件存储器元件串连耦合，用于将所述选择器置于导电状态中的电压为第三电压，用于将所述存储器器件置于有效但不可存取状态的电压为第四电压，所述第三电压大于所述第四电压，在所述导电状态中的所述选择器配置为在正向偏置方向和反向偏置方向上具有相同的电阻值，所述存储器元件为铁电或一次性可编程存储器元件。

21、可选的，偏置所述存储器器件，以在第三电压下是可存取的和在第四电压下是不可存取的，并且其中所述选择器的第一电压大于所述第四电压。

22、可选的，所述选择器的第一电压小于或等于所述存储器器件的第三电压。

23、可选的，当所述选择器在所述导电状态中时，所述选择器配置为允许电流在正向偏置方向和反向偏置方向上流动。

24、可选的，还包括：位线，所述位线耦合到所述电阻式存储器元件；以及字线，所述字线耦合到所述选择器，使得所述位线、所述铁电或otp式存储器器件存储器元件、所述选择器、以及所述字线串联耦合。

25、可选的，还包括在所述选择器和所述电阻式存储器元件之间的中间电极。

26、可选的，其中所述中间电极包括从由polysilicon,ruo,ru,w,al,pd、ag、ti、zr、hf、mo、co、crcu、bicu、timo、tiw、si、ge、tio2、hfo2、tan、tin、ptsi、pdsi、掺杂si,硼化物和碳化物构成的组中选择的材料。

27、可选的，其中所述中间电极和所述选择器包括不同的材料。

28、可选的，其中所述选择器包括双向阈值开关(ots)，所述双向阈值开关包括从由astegesi、astegesin、gete、gese、和znte等构成的组中选择的硫族化物相变材料。

29、可选的，还包括：第一导体，所述第一导体耦合到所述选择器；以及第二导体，所述第二导体耦合到所述电阻式存储器元件；其中所述第一电压和所述第二电压各自经由所述第一导体和第二导体施加到与所述电阻式存储器元件串联耦合的所述选择器上。

30、为了实现上述目的，本发明还提供一种三维铁电电容式非易失性存储器器件，包括存储器元件，所述存储器元件位于导电层与竖向延伸的多层导电柱结构的交接处，所述存储器元件包括：

31、垂直导线，位于所述多层导电柱结构的中心；

32、第一选择器层，为包围所述垂直导线的筒状结构；

33、第一铁电层，为包围所述第一选择器层的筒状结构；

34、第二选择器层，为包围所述第一铁电层的筒状结构。

35、可选的，所述第一选择器层和第二选择器层是对称双向选择器，所述第一选择器层和第二选择器层的开启电压大于在未选择状态中的所述存储器器件的偏置电压。

36、可选的，所述第一选择器层和第二选择器层组成双向阈值开关，所述双向阈值开关包括从由astegesi、astegesin、gete、gese、和znte构成的组中选择的硫族化物相变材料。

37、可选的，还包括在所述对称双向选择器与所述第一铁电层之间设置的中间电极或接触电极。

38、可选的，还包括：

39、字线，耦合到所述存储器元件；

40、位线，耦合到所述对称双向选择器，所述位线、所述存储器元件、所述对称双向选择器以及所述字线串联耦合。

41、可选的，包括多层所述导电层，还包括位于相邻的导电层之间的绝缘层。

42、可选的，还包括第二铁电层，所述第二铁电层位于至少一所述导电层和与该导电层分别在上下相邻的绝缘层之间。

43、可选的，所述第一铁电层包括掺杂si、zr、y、al、gd、sr、la中的至少一种元素的hf02基薄膜。

44、为了实现上述目的，本发明还提供一种存储器器件的制造方法，包括：

45、形成交替叠设的导电层和绝缘层；

46、形成竖向贯穿至少一所述导电层和至少一所述绝缘层的孔；

47、在所述孔的侧壁形成筒状的第二选择器层；

48、在所述第二选择器层的内壁形成筒状的第一铁电层；

49、在所述第一铁电层的内壁形成筒状的第一选择器层；

50、在所述孔的中心部形成被所述第一选择器层包围的垂直导线。

51、可选的，所述存储器器件是铁电存储器，所述形成交替叠设的导电层和绝缘层的步骤包括形成多个叠设的重复单元，每个重复单元包括：

52、所述导电层；

53、所述绝缘层，包括位于所述导电层上方的第一绝缘层和位于所述导电层下方的第二绝缘层；

54、第二铁电层，位于所述导电层与所述第一绝缘层之间，以及位于所述导电层与所述第二绝缘层之间。