垂直機電存儲器件及其制造方法

文檔序號：7233955閱讀：186來源：國知局

專利名稱：垂直機電存儲器件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種機電存儲器件及其制造方法。
背景技術：
半導體存儲器件包括用于存儲電子信息的存儲單元(memory cell )。由于即使當電源不工作或去除電源時非易失性存儲器件的相關存儲單元仍可以保持信息，因此非易失性存儲器件被廣泛地使用。這個特征使得非易失性存儲器件在便攜型電子產品的使用中備受關注。隨著追求更高的集成度的連續趨勢，高密度布局、低功率操作和高操作速度成為這類器件的共同考慮的因素。被稱作閃存的一種類型的非易失性器件由于其制造成本相對低且操作需要的功率低而變得普及；然而，公知的是，閃存通常操作速度低、數據保持的可靠性差并且壽命相對短。此外，這類器件是基于傳統的晶體管的操作，隨著進一步集成的壓力，閃存隨著重復的程序"寮除循環逐漸遭受短溝道效應、且擊穿電壓降低、柵極結點(gatejunction)的可靠性降低。此外，隨著晶體管尺寸的減小，單元之間干擾的可能性增加，這對于性能和可靠性會產生更不利的作用
發明內容
本發明的實施例提供解決和消除傳統器件的上述限制的機電存儲器件及其制造方法。具體地講，本發明的實施例提供了實現在其它特征中的高密度存儲、低電壓編程和擦除電壓、高速操作、增強的數據保持、高長期耐久性的機電存儲器件及這類器件的形成方法。本發明的實施例可應用于非易失性存儲器件模式和易失性存儲器件模式。在第一方面，存儲器件包括基底；第一電極，在相對于基底的垂直方向上延伸；第二電極，在相對于基底的垂直方向上延伸，第二電極通過電極間隙與第一電極分隔開；第三電極，在電極間隙中沿著垂直方向延伸，第三電極通過第一間隙與第一電極分隔開，第三電極通過第二間隙與第二電極分隔開，第三電極可彈性變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電才及電連接，在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。在一個實施例中，第一電極和第二電極沿第一方向通過電極間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向與第一電極和第二電極相鄰的介電層，其中，第三電極由介電層支撐。在另一實施例中，第一電極與器件的第一字線連接，其中，第二電極與器件的第二字線連接，其中，第三電極與器件的位線連接。在另一實施例中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器件的讀字線。在另一實施例中，第三電極包括彈性可變形材料。在另一實施例中，第三電極包括從由金、銀、銅、鋁、鴒、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。在另一實施例中，第一電極和第二電極均包括導體，其中，存儲器件包括易失性存儲器件。在另一實施例中，存儲器件還包括基底和第一電極之間的電荷捕獲結構，其中，存儲器件包括非易失性存儲器件。在另一實施例中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電極的電荷捕獲結構容性耦合。在另一實施例中，電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物(ONO) 結構和氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)結構組成的組中選擇的結構。在另一實施例中，第一電極包括寫電極，其中，第二電極包4舌讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。在另一實施例中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。在另一實施例中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。在另一實施例中，在導致第三電極位于靜止位置的存儲器裝置的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。在另一實施例中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。在另一方面，形成存儲器件的方法包括提供在相對于基底的垂直方向上延伸的第一電極；提供在相對于基底的垂直方向上延伸的第二電極，第二電極通過電極間隙與第一電極分隔開；提供在電極間隙中沿著垂直放向延伸的第三電極，第三電極通過第一間隙與第一電才及分隔開，第三電才及通過第二間隙與第二電極分隔開，第三電極可彈性地變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連接，在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。在一個實施例中，第一電極和第二電極沿第一方向通過電才及間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向與第一電極和第二電極相鄰的介電層，其中，第三電極由介電層支撐。在另一實施例中，所述方法還包括將第一電極與器件的第一字線連接，將第二電極與器件的第二字線連接，將第三電極與器件的位線連接。在另一實施例中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器
件的讀字線。在另一實施例中，第三電極包括彈性可變形材料。在另一實施例中，第三電極包括從由金、4艮、銅、鋁、鴒、TiN、導電金屬組成的組中選4%的至少一種材料。在另一實施例中，第一電極和第二電極均包括導體，其中，存儲器件包括易失性存儲器件。在另一實施例中，所述的方法還包括在基底和第一電極之間提供電荷捕獲結構，其中，存儲器件包括非易失性存儲器件。在另一實施例中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電極的電荷捕獲結構容性耦合。在另一實施例中，電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物(ONO) 結構和氧化物-氮-氧化鋁(ONA)結構組成的組中選才奪的結構。在另一實施例中，第一電極包括寫電極，其中，第二電極包4舌讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。在另一實施例中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。在另一實施例中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。在另一實施例中，在導致第三電極位于靜止位置的存儲裝置的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。在另一實施例中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。在另一方面，形成存儲器件的方法包括在基底上設置第一電極和第二
電極，第一電極和第二電極通過間隙分隔開；在間隙中設置犧4生層；在間隙中的犧牲層上設置第三電極，第三電極通過犧牲層與第一電極和第二電極分隔開；去除犧牲層，以形成第三電極和第一電極之間的第一間隙，并形成在第三電極和第二電極之間的第二間隙。在一個實施例中，第三電極可彈性變形，使得第三電極偏名牛以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連接，在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。在另一實施例中，所述方法還包括在基底和第一電極之間設置電荷捕獲結構，其中，存儲器件包括非易失性存儲器件。在另一實施例中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電極的電荷捕獲結構容性耦合。在另一實施例中，電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧^f匕物結構和氧化物-氮化物-氧化鋁結構組成的組中選擇的結構。在另一實施例中，第一電極包括寫電極，其中，第二電極包括讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。在另一實施例中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。在另一實施例中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。在另一實施例中，在導致第三電極位于靜止位置的存儲裝置的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。在另一實施例中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。
在另一實施例中，所述方法還包括將第一電極與器件的第一字線連接，將第二電極與器件的第二字線連接，將第三電極與器件的位線連4妻。在另一實施例中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器件的讀字線。在另一實施例中，第三電極包括彈性可變形材料。在另一實施例中，第三電極包括從由金、4艮、銅、鋁、鎢、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。在另一實施例中，第一電極和第二電極均包括導體，其中，存儲器件包括易失性存儲器件。在另一實施例中，在基底上設置第一電極和第二電極的步驟包括在基底上設置電極層；在基底上設置與第一電極層相鄰的介電層；在第一電極層中設置第一開口，以形成通過間隙彼此隔開的第一電極和第二電才及，其中，第三電極由介電層支撐。在另一實施例中，在間隙中設置犧牲層減小了間隙的寬度，其中，在間隙中的犧牲層上設置第三電極提供了在寬度減小的開口中的第三電極，使得當去除犧牲層時，第三電極分別通過第一間隙和第二間隙與第一電極和第二電極分隔開。在另一方面，堆疊的存儲器件包括第一器件層，包括晶體管器件的陣列；第二器件層，包括存儲器件的陣列，第一器件層和第二器件層相對于彼此垂直地布置，其中，第一陣列的存儲器件均包括第一電極、第二電極和第三電極，其中，第一電極在相對于基底的垂直方向上延伸，第二電極在相對于基底的垂直方向上延伸，第二電極通過電極間隙與第一電極分隔開，第三電極在電極間隙中沿著垂直方向延伸，第三電極通過第一間隙與第一電極分隔開，第三電極通過第二間隙與第二電極分隔開，第三電極可彈性變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連4妻，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連接，并在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。在一個實施例中，在每個存儲器件中，第一電極和第二電才及沿第一方向通過電極間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向與第一電極和第二電極相鄰的介電層，其中，第三電極由介電層支撐。在另一實施例中，在每個存儲器件中，第一電極與器件的第一字線連接，其中，第二電極與器件的第二字線連接，其中，第三電極與器件的位線連接。在另一實施例中，在每個存儲器件中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器件的讀字線。在另一實施例中，在每個存儲器件中，第三電極包括彈性可變形材料。在另一實施例中，在每個存儲器件中，第三電極包括從由金、銀、銅、鋁、鴒、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。在另一實施例中，在每個存儲器件中，第一電極和第二電極均包括導體，其中，存儲單元包括易失性存儲器件。在另一實施例中，每個存儲單元還包括在基底和第一電極之間的電荷捕獲結構，其中，存儲單元均包括非易失性存儲器件。在另一實施例中，在每個存儲單元中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電極的電荷捕獲結構容性耦合。在另一實施例中，在每個存儲單元中，電荷捕獲結構包括,人由氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結構和氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)結構組成的組中選擇的結構。在另一實施例中，在每個存儲單元中，第一電極包括寫電才及，其中，第二電極包括讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電才及和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。在另一實施例中，在每個存儲單元中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電才及接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。在另一實施例中，在每個存儲單元中，在處于第一狀態的存^f諸器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。在另一實施例中，在每個存儲單元中，在導致第三電極位于靜止位置的存儲裝置的第二狀態的寫操作中，響應寫電^l和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之
間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。在另一實施例中，在每個存儲單元中，在處于第二狀態的存4諸器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。在另一實施例中，陣列中的存儲單元是非易失性存儲單元。在另一實施例中，陣列中的存儲單元是易失性存儲單元。在另一方面，非易失性存儲器件包括基底；第一電荷捕獲結構，在基底上；第一電極，在第一電荷捕獲結構上，在相對于基底的垂直方向上延伸；第二電極，在相對于基底的垂直方向上延伸，第二電極通過電才及間隙與第一電極分隔開；第三電極，在電極間隙中沿著垂直方向延伸，第三電極通過第一間隙與第一電極分隔開，第三電極通過第二間隙與第二電才及分隔開，第三電極可彈性變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連4妻，并在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。在另一實施例中，第一電極和第二電極沿第一方向通過電才及間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向與第一電極和第二電極相鄰的介電層，其中，第三電極由介電層支撐。在另一實施例中，第一電極與器件的第一字線連接，其中，第二電極與器件的第二字線連接，其中，第三電極與器件的位線連接。在另一實施例中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器件的讀字線。在另一實施例中，第三電極包括彈性可變形材料。在另一實施例中，第三電極包括從由金、銀、銅、鋁、鴒、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。在另一實施例中，第一電極和第二電極均包括導體。在另一實施例中，所述器件還包括基底和第二電極之間的第二電荷捕獲結構。在另一實施例中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電荷捕獲結構容性耦合。在另一實施例中，第一電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結構和氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)結構組成的組中選擇的結構。
在另一實施例中，第一電極包括寫電極，其中，第二電極包括讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。在另一實施例中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。
在另一實施例中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。
在另一實施例中，在導致第三電極位于靜止位置的存儲裝置的笫二狀態的寫操作中，響應寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。
在另一實施例中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。
在另一方面，存儲器包括多個存儲器件，每個存儲器件包括寫電極、讀電極和過渡電極，其中，寫電極在相對于基底的垂直方向上延伸，讀電極在相對于基底的垂直方向上延伸，讀電極通過電極間隙與寫電極分隔開，過渡電極在電極間隙中沿著垂直方向延伸，過渡電極通過第一間隙與寫電極分隔開，過渡電極通過第二間隙與讀電極分隔開，過渡電極可彈性變形，使得過渡電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與寫電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與讀電極電連接，在靜止位置與寫電極和讀電^=及隔離，其中，多個存儲器件在行方向上沿著多行且在列方向上沿著多列布置成陣列；多條位線，在列方向上延伸，同一列的存儲器件的過渡電極連接到同一條位線；多條寫字線，在行方向上延伸，同一行的存儲器件的寫電極連接到同一條寫字線；多條讀字線，在行方向上延伸，同一行的件的讀電極連接到同一條讀字線。在一個實施例中，寫電極和讀電極沿第一方向通過電極間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向與寫電極和讀電極相鄰的介電層，其中，過渡電極由介電層支撐。在另一實施例中，過渡電極包括彈性可變形材料。在另一實施例中，過渡電極包括從由金、銀、銅、鋁、鎢、TiN、導電金屬組成的組中選"t奪的至少一種材料。在另一實施例中，寫電極和讀電極均包括導體，其中，存儲器件包括易失性存儲器件。在另一實施例中，存儲器件還包括基底和寫電極之間的電荷捕獲結構，其中，存儲器件包括非易失性存儲器件。在另一實施例中，在第一彎曲位置，過渡電極與寫電極的電荷捕獲結構容性耦合。在另一實施例中，電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物(ONO) 結構和氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)結構組成的組中選4奪的結構。在另一實施例中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和過渡電極之間施加第一電壓電勢，過度電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。在另一實施例中，在導致過渡電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和過渡電極之間的第一電壓電勢，過渡電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和過渡電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以過渡電極保持在彎曲位置。在另一實施例中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在過渡電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定過渡電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。在另一實施例中，在導致過渡電極位于靜止位置的存儲裝置的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和過渡電極之間的第一電壓電勢，過渡電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和過渡電極之間的第一電壓電勢時，過渡電極保持在靜止位置。在另一實施例中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在過渡電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作
導致確定過渡電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。

本發明實施例的上述和其它目標、特征和優點將從如在附圖中所示出的本發明的優選實施例的更具體的描述中清楚，在附圖部分，在不同的視圖中，相同的標號表示相同的部分。附圖不必要按比例，而是重點放在示出本發明的原理。在附圖中interaction)的傳統類型的存儲器件的示例性實施例的剖視圖；圖2是根據本發明實施例的易失性機電存儲器件的透視圖；圖3A是用于執行圖2和圖7中的單位存儲單元實施例的編程、寫、擦除和讀操作而施加的電壓的示例表；圖3B是作為施加到位線V肌的電壓電平和施加到寫字線VWWL的電壓電平之間的施加的電壓差的函數的過渡電極 (transition electrode )的狀態的曲線圖；圖4A和圖4B是對于圖2中的易失性機電存儲器件實施例的第一狀態下的存儲單元和第一狀態下的存儲單元的讀操作的透視圖；圖5A和圖5B是對于圖2中的易失性機電存儲器件實施例的第二狀態下的存儲單元和第二狀態下的存儲單元的讀操作的透視圖；圖6A至圖6I是用于形成根據本發明實施例的易失性機電存儲器件的方法的透一見圖；圖7是根據本發明實施例的非易失性機電存儲器件的透視圖；圖8A和圖8B是對于圖7的非易失性機電存儲器件實施例的第一狀態下的存儲單元和第一狀態下的存儲單元的讀操作的透視圖；圖9A和圖9B是對于圖7的非易失性機電存儲器件實施例的第二狀態下的存儲單元和第二狀態下的存儲單元的的讀操作透#見圖；圖10是用于形成根據本發明實施例的非易失性機電存儲器件的方法的透視圖；圖11是根據本發明實施例的堆疊的存儲器件的透視剖面圖，在該堆疊的存儲器件中，器件的層形成在位于包括機電存儲單元的層下面的器件層上；圖12是根據本發明實施例的非易失性機電存儲器件的透視圖；圖13A至圖13E是根據本發明實施例的形成圖12中的非易失性機電存
儲器件的方法的透視圖；圖14是根據本發明實施例的被寫入以包含狀態信息的圖12中的非易失性機電存儲器件的存儲單元的透視圖。
具體實施方式
下文中，將參照附圖來更充分地描述本發明的實施例，在附圖中示出了本發明的優選實施例。然而，本發明可以以不同的方式來實施，而不應該被理解為限于這里闡述的實施例。在整個說明書中，相同的標號表示相同的元件。應該理解的是，雖然術語"第一"、"第二"等在這里用來描述不同的元件，但是這些不應該受這些術語限制。這些術語用來將一個元件與另一個元件區分開。例如，在不脫離本發明的范圍的情況下，第一元件可以被稱作第二元件，類似地，第二元件可以-故稱作第一元件。如這里所z使用的，術語"和/或，，包括一個或多個相關所列項的任意和全部組合。應該理解的是，當元件被稱作在另一元件上或者連接或結合到另一元件時，它可以直接在另一元件上或者直接連接或結合到另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當元件被稱作直接在另一元件上，或者直接連接或直接結合到另一元件時，不存在中間元件。用來描述元件之間的關系的其它詞語應該以類似的方式來理解(例如，"在...之間"與"直接在...之間"，"相鄰，，與"直接相鄰，，等)。當元件在這里被稱作在另一元件上方時，它可以在另一元件上方或下方，可以直接結合到另一元件或者可存在中間元件，或者元件可分隔開空隙或間隙。如這里所使用的，術語"字線結構"可包括導電的字線自身，或者包括導電字線和對應的電荷捕獲結構，或者與字線相關的附加的結構或組件。這里使用的術語是出于描述特定實施例的目的，而不意在成為本發明的限制。如這里所使用的，除非上下文清楚地指出，否則單數形式也意在包括復數形式。還應該理解的是，術語"包括"和/或"包含"當在這里使用時，其表明所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組的存在或添加。如這里所使用的術語"橫向"當稱作各種組件的延伸的第一方向和第二方向時指除了彼此平行之外的延伸的相對方向，包括例如相對于彼此的任何角
度(包括90度)。正在開發的下一代的新興技術致力于解決與當前的閃存平臺相關的限制。Jaiprakash等人的第2004/0181630號美國專利申請7>開公開了一個這類的設計，其內容通過引用公開于此。圖1是引用的Jaiprakash等人公開的這類器件的示例性實施例的剖視圖。參照圖1，該系統依靠如機械開關操作的柔性結構(flexible fabric ) 54, 該柔性結構54懸于第一電極68和第二電極12之間的間隙74中。可將結構 54相對于電極68和12的位置編程為"提供數據狀態"，使得器件如開關般可操作。柔性結構54由制造成本高的碳納米管材料形成，且在半導體制造工藝中難以控制這種材料的精確布置。此外，該器件不容易制造成密集的單元陣列，因此，其對低成本、高密度的半導體器件的應用有點受到限制。如這里所示出的本發明的實施例提供了機電存儲器件及這類器件的形成方法，其中，在其它特征中，該機電存儲器件提供了高密度存儲、低壓編程和擦除電壓、高速操作、增強的數據保持和高壽命。通過庫倫力(Coulomb force)而不是通過電子穿隧(electron tunneling)來確保數據保持(data retention )。這樣使得壽命更長，且數據保持更長更可靠。此外，器件的進一步集成不受短溝道效應或者擊穿電壓降低的限制。另外，由于編程/擦除循環不取決于柵極絕緣材料的特性，因此經過重復的編程/擦除循環器件的壽命仍然保持。此外，因為單元數據狀態被機械地而不是電地確定，所以減輕或消除了單元間的干擾。利用標準的制造技術，可以使用相對簡單的制造工藝來形成器件。圖2是根據本發明實施例的易失性機電存儲器件的透視圖。參照圖2，單位存儲單元105包括在這里被稱作"寫電極"的第一電極110、在這里被稱作"讀電極"的第二電極112和在這里被稱作"過渡電極"的第三電極136。寫電極110和讀電極112位于基底IOO上，并都通過第一絕緣層101 與基底100絕緣。寫電極110和讀電極112通過形成在其間的溝槽116彼此分隔開。第二絕緣層104位于寫電極110和讀電極112的后側，導電的過渡電極端子132位于第二絕緣層104上。過渡電極端子132懸于溝槽116上方，并通過凹槽133與寫電極110和讀電極112隔開，其中，在過渡電極端子132 的下側與寫電極110和讀電極112的頂表面之間，凹槽133形成在過渡電極
端子132中。過渡電極136懸于寫電極IIO和讀電極112之間的溝槽116中，沿水平方向與寫電極110隔開第一間隙118A并沿水平方向與讀電極112隔開第二間隙118B。過渡電極136包括第一端135A和第二端135B,其中，第一端135A 固定到并電連接到過渡電極端子132的下側，第二端135B懸于寫電極110 和讀電極112之間的溝槽116中。在圖2中示出的示例性實施例中，存儲單元105可包含在存儲器件的存儲單元陣列中，在該陣列中，寫電極IIO連接到該器件的寫字線，讀電極112 連接到該器件的讀字線，過渡電極136和對應的過渡電極端子132連接到該器件的位線。位線的行在基底上沿著第一方向延伸，讀字線和寫字線的列在基底上沿著第二方向延伸，延伸的第二方向垂直于延伸的第一方向。以這種方式，位線與寫字線和讀字線彼此交叉，且每個交叉點與器件的存儲單元105 對應。在一個實施例中，沿延伸的第二方向彼此相鄰的單位存儲單元105共用公共的讀字線和寫字線，沿延伸的第一方向彼此相鄰的單位存儲單元105共用公共的位線。在圖2中示出的實施例中，過渡電極136懸于寫電4及110和讀電極112 間的第一間隙118A和第二間隙118B之間的位置中，并由彈性可變形的材料形成，以可移動地穿過第一間隙118A和第二間隙118B。通過控制過渡電極 136在間隙118A和118B中的位置，可以使過渡電極136例如在接合位置 (engaged position )與寫電極110的側面接觸或者與讀電極112的側面接觸，或者可以使過渡電極136在靜止(rest)位置懸于寫電極110和讀電極112之間，而不與寫電極110或讀電極112接觸。通過控制施加到與過渡電極136 連接的位線以及施加到與寫電極110和讀電極112分別連接的單獨的寫字線和讀字線的對應電壓的電壓電平，可以對圖2中示出的易失性機電存儲單元實施例執行每個存儲單元105的寫操作和讀操作，且可以對圖7中示出的非易失性機電存儲單元實施例執行每個存儲單元105的編程操作、擦除操作、寫操作和讀操作，如將在下面詳細描述的。例如，通過向與寫電極110連接的寫字線施加適當的電壓電平，通過向與讀電極112連接的讀字線施加適當的電壓電平，并通過向與過渡電極端子132連接的位線施加適當的電壓，存儲單元105的狀態可以;故寫成"r的狀態或"o"的狀態。隨后，通過向與過渡電極136連接的位線、與讀電極112連接的讀字線施加適當的電壓電平，可以執行存儲單元105的狀態的讀操作，如將在下面詳細描述的。圖3A是施加的用于對圖2和圖7中的單位存儲單元實施例或圖12中的器件陣列實施例執行讀、寫、編程和擦除操作的電壓的示例性表格。圖3B是對于圖7中的非易失性存儲單元實施例的作為施加到位線Vs/l的電壓電平和施加到寫字線VWWL的電壓電平之間的施加的電壓差的函數的過渡電極236 的狀態的曲線圖。關于圖3A,在寫入"O"狀態的情況下，過渡電極136、 236位于與寫電極 110、 210接觸的位置。在如下面所述的圖5A和圖9A中示出了這種狀態。為了使之可行，使得與過渡電極136、 236連接的位線V肌和連接到寫電極110、 220的寫字線VwwL之間的電壓差為正值。例如，VB/L=2V， VWWL=-2V。包括與讀電極112、 212連接的所選擇的讀字線和任何未選擇的位線、讀字線和寫字線的其它線處于接地狀態或懸浮狀態。在這個示例中，接通狀態(pull-in state)的閾值電壓是4伏，其中，接通指過渡電極136、 236與寫電極110、 210接觸的過渡電極136、 236的位置。在寫入'T，狀態的情況下，過渡電極136、 236在寫電極110、 210和讀電極112、 212之間位于懸浮于間隙118A、 118B、 218A和218B的位置。這種狀態在如下面描述的圖4A和圖8A中示出。為了使之可行，使得與過渡電極 136、 236連接的位線VB,l和連接到寫電極110， 220的所選l^的寫字線VWWL 之間的電壓差是小的正值或小的負值。例如，VB/L=2V， VWW1=0V。包括與讀電極112、 212連接的所選擇的讀字線和任何未選擇的位線、讀字線和寫字線的其它線處于接地狀態或懸浮狀態。在這種情況下，施加的靜電力的方向是從寫電極IIO、 210到過渡電極136、 236的方向，這將過渡電極136、 236從其先前的位置回復到在寫電極110、 210和讀電極112、 212之間的間隙118A、 118B、 218A和218B中的懸浮狀態，所述先前的位置可以包括與寫電極110、 210接觸的位置。從而，施加的靜電力的回復力(restoring force )克服了在與所選擇的位線連接的過渡電極136、 236和與所選擇的寫字線連接的寫電極 110、 210之間的靜電力或庫侖力。編程操作可應用于圖7至圖10中的非易失性機電存儲單元。在進行編程操作的情況下，所有的存儲單元205處于"0"狀態，即，器件中所有的過渡電極236位于與對應的寫電極210接觸的位置。為了使之可行，使得基底Vsub
和所有的寫字線VWWL之間的電壓差是大的正值。例如，VSUB=~10V， VWWL= -10V。以這種方式，施加的靜電力使得電子被捕獲在對應的電荷捕獲結構228A的電荷捕獲層222A中，過渡電極236由于過渡電才及236與位于寫電極210下面的電荷捕獲結構228A之間的引力而保持在彎曲位置。參照圖 3A中的表格，在這個示例中，在進行編程才喿作的過程中，基底VsuB的電壓被設置為用"++"表示的大的正值，與寫電極210連接的寫字線VwwL的電壓被設置為用"-"表示的大的負值，且與讀電極212連接的讀字線的電壓VRWL 和與過渡電極236連接的位線的電壓V肌被設置成中間值比如地電壓GND。擦除操作可以應用于圖7至圖10中的非易失性機電存儲單元實施例。在進行擦除操作的情況下，所有的存儲單元205處于"0"狀態下，即，器件中所有的過渡電極236位于與對應的寫電極210接觸的位置。為了使之可行，使得所有的寫字線VwwL和位線V肌之間的電壓差為負值。例如，VB/L=GND、 VRWL=GNDI VWWL="-，，，其中，"-，，表示中等大小的負電壓。以這種方式，施加的靜電力使得過渡電極236與對應的寫電極210接觸。因此，編程操作和擦除操作都導致存儲單元205處于"0"狀態。這兩個操作之間的差別在于偏置電平(biasing level )。在編程操作中，施加大的偏壓造成能帶彎曲，因此將在電荷捕獲結構228A中發生Fowler-Nordheim穿隧，從而將電子捕獲在電荷捕獲結構228A中。在擦除操作中，施加的偏壓不足以使得能帶彎曲，這意味著先前捕獲的電子不能從電荷捕獲結構228A中流出。讀操作既可應用于圖4至圖6中的易失性機電存儲單元實施例又可應用于圖7至圖10中的非易失性存儲單元實施例。在進行讀操作的情況下，與讀電極112、 212連接的所選擇的讀字線被偏置為中等大小的負電壓"-",例如 -4V的VRWL，而包括與寫電極IIO、 210連接的所選沖奪的寫字線、與過渡電極136、 236連接的所選擇的位線以及未選擇的位線、讀字線和寫字線的其它線處于接地狀態。這導致讀電極112、 212和過渡電極136、 236之間的電壓差為正值，從而施加的靜電力的方向是從過渡電極136、 236到讀電極112、 212的方向，這導致過渡電極236根據過渡電極136、 236和讀電極112、 212 之間的間隙的先前的狀態沿著向著讀電極112、 212的方向運動。如果過渡電極136、 236先前處于數據"0"的狀態，即處于與寫電極IIO、 210接觸的狀態，則過渡電極136、 236與讀電極112、 212之間的間隙相對大。因此，過渡電極136、 236的回復力結合的在過渡電極136、 236與讀電極112、 212之間施
加的靜電力，不足以克服過渡電極136、 236與寫電極110、 210之間的庫侖引力。因此，如圖5B和9B所示，過渡電極136、 236在讀操作期間保持向著寫電極IIO、 210的彎曲位置，沒有感測到電流，這導致讀數據元件的值被確定為"O"。另一方面，如果過渡電極136、 236先前處于數據'T，的狀態，即，處于懸浮于寫電極IIO、 210和讀電極112、 212之間的間隙的狀態，則過渡電極136、 236與讀電極112、 212之間的間隙118B、 218B的距離相對小。因此，在過渡電極136、 236和讀電極112、 212之間施加的靜電力足以使過渡電極136、 236與讀電極112、 212接觸。由此，如圖4B和圖8B所示，過渡電極136、 236在讀操作期間位于向著讀電極112、 212的彎曲位置，感測到電流，這導致讀數據元件的值被確定為'T，。圖3B是作為施加到與過渡電極136、 236連接的位線VB/l的電壓電平和與寫電極112、 212連接的寫字線VwwL的電壓電平之間的施加的電壓差的函數的過渡電極236的狀態的曲線圖。當電壓差VB/l-VwwL正的量足夠大時，過渡電極136、 236移動以沿著向著寫電極110、 210的方向偏斜，因此，過渡電極136、 236和寫電極110、 210之間的間隙TcAP變為0。足以導致這種作用的施加的電壓在圖3B中被稱作接通(pull-in)電壓或VPU1X-IN。相反，當電壓差V肌-VwwL負的量足夠大時，過渡電極136、 236移動以沿著向著讀電極112、 212的方向偏斜，因此在過渡電極136、 236和寫電極110、 210之間存在間隙TGAP。足以導致這種作用的施加的電壓在圖3B中^C稱作未接通 (pull-out)電壓或VPULL-0UT。在圖3B中的曲線圖中，VPULL-IN = VB/L —VWWL >0,而VPULL-0UT = VB/L-VWWL<0。注意到的是，這個曲線圖應用于包括電荷捕獲結構228a的圖7至圖10的非易失性機電存儲器件示例。例如在圖2 和圖4至圖6的易失性機電存儲器件實施例中不存在電荷捕獲結構228a。Vpuix.out將位于0電壓或小的正電壓。在"0"和"1"的每個狀態下，在反向偏置的電極之間存在庫侖(或電容性)力，在過渡電極136、 236的自然傾向(natural propensity)中存在恢復力或回復力，用于使過渡電極136、 236其自身回復到靜止位置。在其它因素中，這種回復力與過渡電極材料的楊氏模量有關。圖4A和圖4B分別是對于圖2中的易失性機電存儲器件實施例的處于第一狀態的存儲單元105和處于第一狀態的存儲單元105的讀操作的透視圖。參照圖4A，作為寫操作的結果，過渡電極處于靜止位置，即，處于寫電極110和讀電極112之間的懸浮位置，而不與寫電極IIO或讀電極112接合。為了實現這種狀態，在過渡電極136和寫電極110之間不存在大的偏置電壓，過渡電極136的回復力用于克服過渡電極136和寫電極110之間的庫侖力。因此，過渡電極處于靜止位置。在一個實施例中，過渡電極136的這個位置與存儲單元105的二進制狀態"1"對應，然而，在另一實施例中，處于這樣的靜止位置的過渡電極136可以同樣被認為是與存儲單元105的二進制狀態 "0"對應。在如圖4A所示的"1"狀態下，過渡電極136位于距離讀電極112適當間隙的位置處，并保持在這個位置直到發生隨后的寫操作或讀操作為止。在進行存儲單元105的隨后的讀操作的過程中，在讀電極112和過渡電極136 之間施加電壓電勢，該電壓電勢足夠大，從而使得過渡電極136從圖4A中的靜止位置偏斜到如圖4B所示的接合位置，由此，過渡電極136沿著穿過第二間隙118B的方向彎曲，并使得過渡電極136與讀電極112的側面接觸。在過渡電極136與讀電極112之間所存在的庫侖引力的作用下，懸浮的過渡電極136被沿著向著讀電極112的方向拉起，直到過渡電極136和讀電極112 接合。在這個接合的位置，在與讀電極112連接的讀字線和與過渡電極136 連接的位線之間產生電流。通過連接到器件的讀字線的電流感測電路來感測電流，這導致表示存儲單元105的讀取"1"狀態的讀操作。圖5A和圖5B分別是對于圖2中的易失性機電存儲器件實施例的處于第二狀態的存儲單元105和處于第二狀態的存儲單元105的讀操作的透視圖。參照圖5A，作為寫操作的結果，過渡電極136處于接合位置，由此，過渡電極136沿著使其與寫電極110的側面接觸的方向彎曲。為了實現這種狀態，當例如在寫操作的過程中過渡電極136被正偏置而寫電極110被負偏置時，因為作為偏壓的結果而存在的庫侖力克服了過渡電極136的回復力，所以過渡電極136沿著使其接觸寫電極110的方向彎曲。在下面的圖7至圖10 的非易失性實施例中，當隨后去除偏壓后，例如當從器件去除電源時，因為通過在位于寫電極210下面的電荷捕獲結構228A中捕獲的電子而保持庫侖力，所以過渡電極236保持在彎曲位置，與寫電極210接觸。在一個實施例中，過渡電極的這個位置與存儲單元105的二進制狀態"0"對應。然而，在另一實施例中，處于這種彎曲位置的過渡電極可以同樣地被認為是與存儲單元105的二進制狀態"1"對應。
在如圖5A中示出的"0"狀態下，過渡電極136彎曲使得過渡電極136 與寫電極110的側面接觸，并保持在這個位置直到發生隨后的寫操作或讀操作。在進行存儲單元105的隨后的讀操作的過程中，在讀電極112和過渡電極136之間施加電壓電勢。用于讀操作的電壓電勢被選擇作為將足以使過渡電極136從圖4A中的靜止位置偏斜到與讀電極112的側面接合的位置的電壓電勢。然而，與過渡電極136的回復力結合的用于讀操作的在讀電極112和過渡電極136之間施加的相對小的電壓電勢的大小，不足以克J良寫電極110 和過渡電極136之間的庫侖引力。結果，在進行處于圖5A中示出的狀態下的存儲單元105的讀操作的過程中，過渡電極136保持在相同的位置，即保持在與寫電極110的側面接合的位置。因此，在進^f亍讀操作的過程中，當讀操作電壓電勢被施加到讀電極112和過渡電極136時，因為處于彎曲位置的過渡電極136沒有操作使得讀電極112和過渡電極136之間的電流通路被截斷，所以在與讀電極112連接的讀字線和與過渡電極136連接的位線之間沒有產生電流。沒有如與器件的讀字線連接的對應的電流感測電路檢測的電流，導致表示用于讀取存儲單元105的"0"狀態的讀操作。在下面的圖7至圖IO的非易失性存儲單元實施例中，在對器件進行初始編程的情況下，高偏壓(high-bias )條件提供了通過Fowler-Nordheim穿隧具有電子穿隧的電荷捕獲結構228A。由于被捕獲的電子永久地占據電荷捕獲結構228A，所以不需要進一步的編程。因此，不需要進一步的高偏壓操作。通過將寫電極210和過渡電極236適度偏置來實現"1"狀態和"0"狀態的轉變，中等大小的偏壓電平不導致進一步的FowlerNordheim穿隧。結果，器件在中等大小的功率電平下可操作，這導致高的能量效率。為了保證器件中精確可靠的編程、擦除、寫和讀操作，要考慮過渡電極136、 236的彈性、第一間隙和第二間隙118A、 118B、 218A和218B的寬度以及施加的電壓的大小和極性。例如，過渡電極136、 236的彈性至少部分取決于過渡電極136、 236的長度、厚度和過渡電極136、 236的材料特性。第一間隙和第二間隙118A、 118B、 218A和218B的寬度或距離影響過渡電極 136與讀電極112、 212接合的位置和與寫電極110、 210接合的位置之間的過渡電極136的行進的量。間隙距離影響過渡電極136、 236在其不同的接合位置和靜止位置之間移動所需的電壓電平。根據應用的需要，第一間隙和第二間隙118A、 118B、 218A和218B的距離可以是相同的或不同的。過渡電極136、 236材料的彈性影響過渡電極136、 236的回彈性(resilience)和使過渡電極136、 236回復到靜止位置的傾向以及過渡電極136、 236經過多個循環的寫操作和讀操作的壽命。此外，由于過渡電極136、 236〗又是以其第一端 135A、 235A連接而其第二端135B、 235B可自由移動，所以這樣在所得器件中提供了過渡電極136、 236的增大的靈活性和降低的操作電壓。在這些因素中的每個和其它因素中權衡將對操作速度、操作電壓和最終器件的可靠性起作用。圖6A至圖61是形成根據本發明實施例的易失性機電存儲器件的方法的透視圖。參照圖6A,在基底IOO上設置例如包含氧化硅的第一絕緣層101。基底 101可包含例如半導體材料(比如體硅(bulk silicon ))。可選才奪地，基底100 可包含絕緣體上硅(silicon-on-insulator, SOI)結構或涂敷到用于支撐的下面的體結構的柔性絕緣層。如果基底100自身由絕緣材料形成，則在某些實施例中，第一絕緣層101可以不是必需的。利用標準的光刻技術在基底100上形成第一初步電極層并將其圖案化，從而形成單片電路(monolithic )的第一初步電極結構102。初步電極結構102 的高度正好與過渡電極136的最終的長度對應，因此初步電才及結構102的高度被選擇性地確定。用于形成初步電極結構102的第一初步電極層可包含例如導電材料(比如金、銀、銅、鋁、鴒、氮化鈦、多晶硅或任何其它合適的導電材料)，這些導電材料可以最終被圖案化以形成單元105的寫電極110和讀電極112。在一個實施例中，初步電極層包括導電金屬層，比如WSi2或Al，利用化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)工藝將所述導電金屬層形成為大約10nm-lfim的厚度。參照圖6B,在所得結構和基底上設置第二絕緣層104,第二絕緣層104 被平坦化至初步電極結構102的頂表面102A的高度，使得第二絕緣層104 位于初步電極結構102的一側。在一個示例中，第二絕緣層104包含例如利用CVD工藝形成的氧化物，之后利用化學-機械拋光(CMP)將第二絕緣層 104平坦化。參照圖6C,利用標準的CVD、光刻和蝕刻工藝在所得結構上設置第一硬掩模圖案(hard mask pattern) 106,根據標準的制造技術在第一硬掩模圖案 106元件的側壁形成側壁分隔件108。相鄰且相對的側壁分隔件108之間所得
的空間限定了所得溝槽116的寬度。可以通過控制用于側壁分隔件108的形成的蝕刻條件來調節側壁分隔件108之間的空間。
參照圖6D,在初步電極結構102中選擇性地蝕刻出溝槽116以暴露第一絕緣層101或基底100,由此將初步電極結構102分隔為第一電才及和第二電極，在一個實施例中，第一電極和第二電極與存儲單元的寫電極110和讀電極112對應。利用側壁分隔件108來形成溝槽116使得溝槽116形成為被控的寬度，該被控的寬度小于在用于形成第一石更掩模圖案的光刻工藝的分辨率限制條件下可實現的間隔。在對溝槽116進行蝕刻之后，隨后利用選擇性的濕蝕刻工序來去除第一硬掩模圖案106和側壁分隔件108。
參照圖6E,在所得結構上形成犧牲層118并將其圖案化，該犧牲層118 適形地涂覆寫電極IIO、讀電極112、第二絕^彖層104和溝槽116的內壁和底面。利用CVD工藝由例如多晶硅、氮化物或氧化物來形成犧牲層118，這導致在溝槽的側壁上形成為大約3nm-50nm厚的具有分隔形狀的結構 (spacer-shaped structure )。犧牲層ll8涂覆4旦不填充溝槽116,這導致在溝槽 116中限定出寬度減小的孔116A。犧牲層118的厚度限定孔116A的內部尺寸，從而將限定隨后將在孔116A中形成的過渡電極136的所纟尋的尺寸。
參照圖6F,在所得結構上形成第二硬掩模層并將其圖案化，所得的第二硬掩模圖案120填充孔116A,覆蓋與寫電極IIO和讀電極112的上表面102A 對應的區域，并與第二絕緣層104的相鄰的區i^疊置。利用CVD工藝由例如氮化物來形成第二硬掩模層，并利用標準的光刻工藝來將其圖案化。隨后，利用所得的第二硬掩模圖案120作為蝕刻掩模來選擇性地去除犧牲層122的暴露的部分。
參照圖6G，利用H2S04濕蝕刻工序從寫電極IIO和讀電極112的上表面 102A和孔116A去除第二硬掩模圖案120。之后，將第二電極層124涂敷到所得結構，填充了孔116A。第二電極層124可包括例如導電材料(比如金、銀、銅、鋁、鵪、氮化鈦、多晶硅或其它合適的導電材料)，這些導電材料可以被圖案化。第二電極層124還可包括通過上述的引用一皮包含的第 2004/0181630號美國申請7>開中7>開的納米管結構類型。在一個實施例中，第二電極層124包含TiN材料，第二電極層利用CVD來形成，^皮形成為其厚度范圍在大約5nm至大約50nm (在一個實施例中為20nm)之間，并利用在圖案化后被去除的多晶硅硬掩模來將其圖案化。
參照圖6H，在所得結構上形成第三硬掩模層并將其圖案化，以形成在所得結構上沿著與在溝槽116的相對兩側的寫電極IIO和讀電才及112的排列垂直的方向延伸的第三硬掩模圖案126。第三硬掩模圖案126用作掩模來圖案化下面的第二電極層124和第一圖案化的犧牲層122。結果，限定了過渡電極端子132，過渡電極端子132與孔116A中的過渡電極136連接。第三圖案化的犧牲層130保留在溝槽116中，在寫電極IIO和讀電極112的鄰近的上表面上以及第二絕緣層104的鄰近的上表面上。
參照圖61,從所得結構選擇性地去除第三硬掩模圖案126。利用濕蝕刻工藝或化學干蝕刻(CDE)工藝來選擇性地去除第三圖案化的犧牲層130。假設犧牲層130由多晶硅形成，那么可以使用對金屬材料具有高選擇性的包括HN03的濕蝕刻劑。第三圖案化的犧牲層130的去除形成所得的過渡電極 136與對應的寫電極110和讀電極112之間的第一間隙118A和第二間隙 118B,侵蝕掉(undermine)過渡電極端子132和過渡電極136之間的連接區域中過渡電極端子132下面的區域。結果，過渡電極136被懸浮在寫電極110 和讀電極112之間的溝槽116中且在溝槽116中可自由移動，同時過渡電極 136與過渡電極端子132都與寫電極110和讀電極112隔離開。在過渡電極 136和寫電極110之間形成第一間隙118A,在過渡電極136和讀電極112之間形成第二間隙118B。在過渡電極136和第一絕緣層101的上表面或基底100 的上表面之間還形成下間隙118C。以這種方式，因此，涂l丈的犧牲層118的厚度限定所得的第一間隙118A和第二間隙118B以及所得的過渡電極136的厚度。此外，寫電極110和讀電極112的高度限定所得的過渡電極136的長度。
雖然以上結合圖2和圖4至圖6A-6I描述了根據本發明的機電存儲器件的易失性實施例及其制造方法，但是本發明的原理同樣可應用于非易失性存儲器件及其制造方法。在一個示例性實施例中，圖7是根據本發明實施例的機電非易失性存儲器件的透視圖。這個實施例的構造與上面結合圖2和圖4 至圖6A-6I描述的易失性實施例的構造相近，然而，在本實施例中，分別在基底200與寫電極210和讀電極212之間設置第一電荷捕獲結構228A和第二電荷捕獲結構228B,以提供能夠非易失數據保留的最終器件。
參照圖7，單位存儲單元205包括在這里稱作"寫電極"的第一電極210 和在這里稱作"讀電極"的第二電極212以及在這里稱作"過渡電極"的第三電極236。寫電極210和讀電極212位于基底200上，并且通過對應的電荷捕獲結構228A和228B都與基底100絕緣。寫電極210和對應的電荷捕獲結構228A與讀電極212和對應的電荷捕獲結構228B通過形成在其間的溝槽 216彼此分隔開。
電荷捕獲結構228A和228B均包括合適的電荷捕獲構造，該電荷捕獲構造包括例如多層的氧化物/氮化物/氧化物(ONO)結構，該多層的氧化物/氮化物/氧化物(ONO)結構包括通過熱氧化形成的隧道氧化層220A和220B、通過化學氣相沉積(CVD )形成的氮化層222A和222B以及通過CVD或原子層沉積(ALD)形成的阻擋氧化層224A和224B。其它合適的電荷捕獲結構材料比如氧化物/氮化物/氧化鋁(ONA)同樣可應用于本發明實施例的器件和形成方法。
在寫電極210或讀電極212與對應的電荷捕獲結構228A和228B之間可以存在可選的過渡層(transition layer )。可選的過渡層可用于4呆持隧道氧化層 220的合適的特性。
第二絕緣層204位于寫電極210、讀電4及212和電荷捕獲結構228A、228B 的背面，導電的過渡電極端子232位于第二絕緣層204上。過渡電極端子232 懸于溝槽216之上，并通過凹槽233與寫電才及210和讀電極212隔離開，其中，凹槽233在過渡電極端子232的下面與寫電4及210和讀電才及212的頂表面之間形成在過渡電極端子232中。
過渡電極236懸于寫電極210和讀電極212和對應的電荷捕獲結構228A 和228B之間的溝槽216中，并在水平方向上通過第一間隙218A與寫電極210 和第一電荷捕獲結構228A分隔開，在水平方向上通過第二間隙218B與讀電極212和第二電荷捕獲結構228B分隔開。過渡電極236包4舌在寫電極210 和讀電極212之間的第一端235A和第二端235B,其中，第一端235A固定于且電連接到過渡電極端子232的下面，第二端235B懸于溝才曹216中。
在圖7的示例性實施例中，存儲單元205可以包含在存儲器件的存儲單元陣列中，在存儲單元陣列中，寫電極210連接到器件的寫字線，讀電極212 連接到器件的讀字線，過渡電極236和對應的過渡電極端子232連接到器件的位線。位線的行在基底上沿著第一方向延伸，讀字線和寫字線的列在基底上沿著第二方向延伸，延伸的第二方向垂直于延伸的第一方向。以這種方式，位線與讀字線和寫字線彼此交叉，各交叉點與器件的存儲單元205對應。在一個實施例中，在延伸的第二方向上彼此相鄰的單位存儲單元205共用公共的讀字線和寫字線，在延伸的第一方向上彼此相鄰的單位存儲單元205 共用公共的位線。在圖7中示出的實施例中，過渡電極236在寫電極210和讀電極212之間懸于第一間隙218A和第二間隙218B之間的位置中，并由彈性可變形的材料形成，從而可以移動穿過第一間隙218A和第二間隙218B。通過控制過渡電極236在間隙218A和218B中的位置，可以使過渡電極236在接合位置與例如寫電極210的側面接觸，或者與讀電才及212的側面接觸，或者可以使過渡電極236例如在靜止位置懸于寫電極210和讀電極212之間而不與寫電極 210或讀電極212接觸。通過控制施加到與過渡電極236連4妄的位線和施加到分別與寫電極210和讀電極212連接的單獨的寫字線和讀字線的電壓的對應的電壓電平，可以執行每個存儲單元205的編程、擦除、寫和讀操作，如將在下面詳細描述的。例如，通過向與寫電極210連接的寫字線施加適當的電壓電平和通過向與讀電極212連接的讀字線施加適當的電壓電平，可以將存儲單元205的狀態寫成"0"狀態或"1"狀態。隨后，通過向與過渡電極 236連接的位線和與讀電極212連接的讀字線施加適當的電壓電平，可以執行讀取存儲單元205的狀態的操作，如將在下面詳細描述的。圖8A和圖8B是對于圖7中的非易失性機電存儲器件實施例的處于第一狀態的存儲單元和處于第一狀態的存儲單元的讀操作的透視圖。參照圖8A,作為寫操作的結果，過渡電極236處于靜止4立置，即在寫電極210和讀電極212之間的懸浮位置，而不與寫電極210或只于應的第一電荷捕獲結構228A或者讀電極212或對應的第二電荷捕獲結構228B接合。為了實現這種狀態，在過渡電極236和寫電極210之間不存在強的偏置電壓，且不存在第一捕獲結構228A的庫侖引力，過渡電極236的回復力用于克服過渡電極236和寫電極210之間的庫侖力。因此，過渡電極236處于靜止位置。在一個實施例中，過渡電極236的這個位置與存儲單元205的二進制狀態"l" 對應。然而，在另一實施例中，處于這種靜止位置的過渡電才及236可以同樣被認為與存儲單元205的二進制狀態"0"對應。在如圖8A中所示的"1"狀態，以非易失性的方式，過渡電極236位于與讀電極212距離適當的間隙的位置，并保持在這個位置，直到發生隨后的擦除、編程、寫操作或讀操作。在進行存儲單元205隨后的讀4喿作的過程中，在讀電極212和過渡電極236之間施加電壓電勢，該電壓電勢的大小足以使得過渡電極236從圖8A中的靜止位置偏斜到如圖8B中示出的接合位置，由此，過渡電極236在穿過第二間隙218B的方向上彎曲，使得過渡電極236 與讀電極212的側面接觸。在過渡電極236和讀電極212之間存在的庫侖引力，懸浮的過渡電極236被向著讀電極212的方向拉起，直到過渡電極236 與讀電極212接合為止。過渡電極236與讀電極212的側面接觸，并可與第二電荷捕獲結構228B 的阻擋氧化層224B的側面接觸。然而，過渡電極236的長度為避免與第二電荷捕獲結構228B的氮化層222B的側面接觸的長度，因為這種4妄觸將會從氮化層222B去除存儲的電荷。在一個實施例中，通過在制造過程中控制溝槽 216的底部中的犧牲層118的厚度來確定過渡電極236的長度。在這個接合的位置，在與讀電極212連接的讀字線和與過渡電極236連接的位線之間產生電流。通過與器件的讀字線連接的電流感測電^各來感測電流，這導致表示讀取存儲單元205的"1"狀態的讀操作。圖9A和圖9B是對于圖7中的非易失性機電存儲器件實施例的處于第二狀態的存儲單元和處于第二狀態的存儲單元的讀操作的透視圖。參照圖9A，作為寫操作的結果，過渡電極236處于接合位置，由此，過渡電極236沿著使其與寫電極210的側面及對應的電荷捕獲結構228A的對應的阻擋氧化層224A的側面接觸的方向彎曲。為了實現這種一犬態，當例如在寫操作的過程中過渡電極236被正偏置而寫電極210被負偏置時，因為作為偏壓的結果而存在的庫侖力克服了過渡電極236的回復力，所以過渡電極 236沿著使其接觸寫電極210的方向彎曲。當去除該偏壓時，例如當從器件去除電源時，因為通過寫電極210下面的電荷捕獲結構228中的電子而保持庫侖力，所以過渡電極236保持在與寫電極210接觸的彎曲位置。以這種狀態，過渡電極236與寫電極210的側面接觸，并可與第一電荷捕獲結構228A的阻擋氧化層224A的側面接觸。然而，過渡電極236的長度為避免與第一電荷捕獲結構228A的氮化層222A的側面接觸的長度，因為這種接觸將會從氮化層222A去除存儲的電荷。如上所討論的，在一個實施例中，通過在制造過程中控制溝槽216的底部中的犧牲層118的厚度來確定過渡電極236的長度。在一個實施例中，過渡電極236的這個位置與存儲單元205的二進制狀
態"0"對應。然而，在另一實施例中，處于這種彎曲位置的過渡電極236可以同樣被認為與存儲單元205的二進制狀態"1"對應。在如圖9A中示出的"0"的狀態中，過渡電才及236彎曲^f吏4尋其與寫電極 210的側面接觸并保持在這個位置，直到發生隨后的擦除、寫或編程操作為止。在存儲單元205隨后的讀操作中，在讀電極212和過渡電才及236之間施加電壓電勢。用于讀操作的電壓電勢被選擇作為其大小將足以使過渡電極236 從圖8A中的靜止位置偏斜到與讀電極212的側面接合的位置的電壓電勢。然而，與過渡電極236的回復力結合的用于讀操^乍的在讀電才及212和過渡電極236之間施加的相對小的電壓電勢的大小，不足以克服寫電極210和過渡電極236之間的引力。結果，在進行處于圖9A中示出的狀態下的存儲單元 205的讀操作的過程中，過渡電極236保持在相同的位置，即^f呆持在與寫電極210的側面接合的位置。因此，在進行讀操作的過程中，當讀操作電壓電勢施加到讀電極212和過渡電極236時，因為處于彎曲位置的過渡電極236 沒有操作使得讀電極212和過渡電極236之間的電流通路^皮截斷，所以在與讀電極212連接的讀字線和與過渡電極236連接的位線之間-殳有產生電流。沒有如與器件的讀字線連接的對應的電流感測電^各檢測的電;充，導致表示用于讀取存儲單元205的"0"狀態的讀操作。在對器件進行初始編程的情況下，高偏壓條件提供了通過Fowler-Nordheim穿隧具有電子穿隧的電荷捕獲結構 228A。由于被捕獲的電子永久地占據電荷捕獲結構228A，所以不需要進一步的編程。因此，不需要進一步的高偏壓操作。通過將寫電極210和過渡電極 236適度偏置來實現"1"狀態和"0"狀態的轉變，中等大小的偏置電平不導致進一步的Fowler ordheim穿隧。結果，器件在中等大小的功率電平下可操作，這導致高的能量效率。圖10是形成根據本發明實施例的非易失性機電存儲器件的方法的透視圖。參照圖10,在基底200上i殳置電荷捕獲層228。基底200可包含例如半導體材料(比如體硅)。可選擇地，基底200可包含絕緣體上石圭結構或涂敷到用于支撐的下面的體結構上的柔性絕緣層。利用標準的光刻技術在電荷捕獲層228上形成第一初步電才及層并將其圖案化，從而形成單片電路的第一初步電極結構202。初步電才及結構202的高度正好與過渡電極236的最終的長度對應，因此初步電極結構202的高度被選擇性地確定。在一個實施例中，利用相同的光掩模(photomask)將初步電極結構202和下面的電荷捕獲層228同時圖案化。在一個實施例中，電荷捕獲層228包括氧化物/氮化物/氧化物(ONO )層，該ONO層形成為對應的厚度為大約10nm/20nm/10nm。在一個實施例中，ONO層包括通過熱氧化形成的隧道氧化層220、通過化學氣相沉積(CVD)形成的氮化層222以及通過 CVD或原子層沉積(ALD)形成的阻擋氧化層224。其它合適的電荷捕獲結構材料比如氧化物/氮化物/氧化鋁(ONA)同樣可應用于本發明實施例的器件和形成方法。根據圖IO中示出的本方法形成非易失性存儲器件并導致圖7至圖9中示出的非易失性機電存儲器件實施例的剩余的步驟，與上面描述的用于形成易失性存儲器件實施例的圖6A-6I中的步驟相似，因此將不重復對本實施例的描述。圖11是其中存儲器件的層形成在下面的器件層上的堆疊的存儲器件的透視的剖面圖。器件層301包括其上形成傳統的晶體管器件303的基底300。傳統的晶體管器件303包括具有柵氧化物302、多晶硅柵304和4冊覆蓋層306 的柵結構。絕緣的分隔件308形成在柵結構307的側壁，晶體管的源區和漏區310從柵結構307的側壁延伸地形成在基底中。層間介電層312形成在所得結構上，并用作應用的存儲單元層305的基體。包括存儲單元的存儲單元層305應用到所得結構上，在該實施例中存儲單元包括根據以上結合圖7至圖10描述的非易失性機電存儲單元。根據以上結合圖IO和圖6B至圖6I描述的方法來形成存儲單元。附加的器件層和/或存儲單元層可以形成在圖11中示出的器件層301和存儲單元層305的上面或下面或之間。根據器件期望的應用，附加的存儲單元層可包括非易失性機電存儲單元或易失性機電存儲單元。以這種方式，可以形成包4舌器件層和至少一個機電存儲單元層的多層存儲器件或堆疊的存儲器件。至少一個機電存儲單元層可包括非易失性存儲單元、易失性存儲單元或包括非易失性機電存儲單元和易失性機電存儲單元的多層。圖12是根據本發明實施例的非易失性機電存儲器件的透視圖。在該實施例中，將存儲單元405的陣列布置成在基底400上沿著第一方向和第二方向延伸。參照圖12，陣列的單位存儲單元405包括在這里稱作寫電極的第一電極426a、在這里稱作讀電極的第二電極426b和在這里稱作過〉度電極的第三電極438A。寫電極426a和讀電極426b位于基底400上，并都通過對應的電荷捕獲結構428a、 428b與基底400絕緣。寫電極426a和對應的電荷捕獲結構彼此分隔開。電荷捕獲結構428a、 428b都包括合適的電荷捕獲構造，該電荷捕獲構造包括例如多層的氧/氮/氧(ONO )結構，該多層的氧化物/氮化物/氧化物(ONO ) 結構包括如以上結合圖7中的描述形成的隧道氧化層420a和420b、氮化層 422a和422b以及阻擋氧化層424a和424b。其它合適的電荷捕獲結構材料比如氧化物/氮化物/氧化鋁(ONA)同樣可應用于本發明實施例的器件和形成方法。第二絕緣層412位于寫電極426a和讀電極426b以及電荷捕獲結構428a 和428b的背部，導電的過渡電極438A的端子位于第二絕纟彖層412上。過渡電極438A的端子懸于溝槽430A上方，并通過凹槽與寫電才及426a和讀電極 426b隔開，其中，凹槽在過渡電極端子的下部與寫電極和讀電極的頂表面之間形成在過渡電極端子中，如上面結合圖2和圖7中的實施例描述的。以與結合用于易失性實施例的圖2和用于非易失性實施例的圖7描述的相同的方式，過渡電極438A、 438B懸于溝槽430A、 430B中。第三絕緣層 440涂覆到所得結構的頂面，設置導電塞442以使其與寫電極426a、 426c接觸，設置導電塞444以使其與讀電極426b接觸。寫字線448A、 448B位于第三絕緣層440上并沿著延伸的第一方向501延伸。寫字線448A、 448B利用對應的塞442與下面的寫電極426a、 426c接觸。讀字線446A、 446B也位于第三絕緣層440上并沿著延伸的第一方向501延伸。讀字線446A、 446B利用對應的塞444與下面的讀電極426b接觸。在圖7的示例性實施例中，存儲單元205包含在存儲器件的存儲單元陣列中。存儲單元在基底上沿著第一水平方向501和第二水平方向503布置，如所示出的。在第一方向501上，各相鄰的存儲單元405包括第一寫電極426a、共用的讀電極426b和第二寫電極426c。共用的讀電極426b凈皮第一寫電極426a 和第二寫電極426c以及對應的第一過渡電極438A和第二過渡電極438B共用，以提供雙位(dual-bit)構造。沿著第二方向相鄰的存^諸單元405通過第二絕緣層412 4皮此隔離開。在圖12中示出的陣列中，第一寫電極426a連接到器件的寫字線448A，
讀電極426b連接到器件的讀字線446A，第一過渡電極438A連接到器件的第一位線436A,第二過渡電極438B連接到器件的第二位線436B。位線436A、 436B的行在基底400上沿著第二方向503延伸，讀字線446A和寫字線446B 的列在基底上沿著第一方向501延伸，延伸的第二方向垂直于延伸的第一方向。以這種方式，位線436A、 436B與讀字線446A、 446B和寫字線448A、 448B彼此交叉，各交叉點與器件的存儲單元405對應。沿著延伸的第一方向 501彼此相鄰的單位存儲單元405共用公共的讀字線446A和寫字線448A, 沿著延伸的第二方向503彼此相鄰的單位存儲單元405共用7>共的位線 436A、 436B。如在上面的實施例中描述的，在圖12中示出的實施例中，可以控制過渡電極438A、 438B的位置，以使其例如在接合位置與第一寫電才及426a和第二寫電極426c的側面或讀電極426b的側面接觸，或者可以使其例力。在靜止位置在寫電極426a、 426b和讀電極426c之間懸于溝槽430A、 430B中，而不于寫電極426a、 426b和讀電極426c彼此接觸。通過控制施加到與過渡電極 438A、 438B的位線436A、 436B和施加到分別與寫電極426a、 426b和讀電極426c連接的單獨的寫字線448A、 448B和讀字線446A、 446B的電壓的對應的電壓電平，可以執行各存儲單元405的編程、擦除、寫和讀才喿作，如上面戶斤ii的。圖13A至圖13E是根據本發明實施例的用于形成圖12中示出的類型的非易失性存儲器件陣列的方法的透一見圖。參照圖13A，在基底400上設置電荷捕獲層404、 406和408。基底400 可包括例如適于形成器件基底的如上所述的任何材料，或者其它基底材料。利用標準的光刻技術在電荷捕獲層上形成第一初步電極層并將其圖案化，以形成均沿著第一方向延伸的單片電路的第一初步電極結構410的陣列，如上面結合圖10和圖6A描述的。第二隔離層412設置在各第一初步電極結構410之間。以上面結合圖6C描述的方式，在所得結構上設置第一硬掩模圖案414和側壁分隔件416,第一硬掩模圖案414和側壁分隔件416的圖案沿著延伸的第二方向延伸。參照圖13B,以上面結合圖6D描述的方式，在初步電極結^勾中選"t奪性地蝕刻溝槽430。以這種方式，隔離的寫電極428a和讀電極428b由初步電極結構形成。
參照圖13C，以上面結合圖6E描述的方式，犧牲層432形成在所得結構上并被圖案化，這導致在溝槽中形成寬度減小的孔430。參照圖13D,執行上面結合圖6F、圖6G和圖6H描述的步驟，這些步驟導致形成過渡電極438A、 438B和對應的位線436A、 436B。參照圖13E,利用例如CVD和CMP工藝，在所得結構上形成第三絕緣層440。之后，寫字線448A、 448B和讀字線446A、 446B形成在第三絕緣層上并被圖案化，以利用居間相齊的塞(inter-level plug) 444、 442與下面的寫電極426a、 426c和讀電極426b電連接，這導致上面結合圖12描述和示出的存儲器件陣列結構。圖14是根據本發明實施例的被寫成包含狀態信息的圖12中的非易失性機電存儲器件陣列的存儲單元的透視圖。在這個實施例中，第一過渡電極 438A處于與第一寫電極426a接合的位置，作為寫操作的結果。這與結合圖 9A和圖9B的實施例描述的"0"狀態對應。此外，在這個實施例中，第二過渡電極438B處于與第二寫電極426c接合的位置，作為寫操作的結果。這與結合圖9A和圖9B的實施例描述的"0"狀態對應。讀電4及426可用于同時讀取共用讀電極的第一過渡電極438A和第二過渡電極438B的狀態，從而利用單個的讀電極來提供兩位的信息(在這個情況下是"0"和"0")。在其它實施例中，讀電極和寫電極的對可以被構造為存儲位的信息，使得可以單獨地存取各位的狀態，其中，每對讀電極和寫電才及具有專用的對應的過渡電極。以這種方式，描述了提出的解決和消除了傳統器件的上述限制的機電存儲器件及其制造方法的實施例。具體地講，本發明的實施例^提供了在其它特征中的實現高密度存儲、低電壓編程和低擦除電壓、高速操作、增強的數據保持和高的長期耐久性的機電存儲器件及形成這類器件的方法。本發明的實施例可應用于非易失性和易失性存儲器件才莫式，并可被構造為堆疊的布置和構造在器件的陣列中。雖然已經參照本發明的優選實施例具體示出和描述了本發明的實施例，但是本領域的技術人員應該理解，在不脫離如權利要求限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以對本發明的形式和細節做各種變化。
權利要求
1、一種存儲器件，包括基底；第一電極，在相對于基底的垂直方向上延伸；第二電極，在相對于基底的垂直方向上延伸，第二電才及通過電極間隙與第一電極分隔開；第三電極，在電極間隙中沿著垂直方向延伸，第三電才及通過第一間隙與第一電極分隔開，第三電極通過第二間隙與第二電極分隔開，第三電極可彈性地變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連接，并在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。
2、如權利要求1所述的存儲器件，其中，第一電極和第二電極沿第一方向通過電極間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向與第一電極和第二電極相鄰的介電層，其中，第三電極由介電層支撐。
3、如權利要求1所述的存儲器件，其中，第一電極與器件的第一字線連接，其中，第二電極與器件的第二字線連接，其中，第三電極與器件的位線連接。
4、如權利要求3所述的存儲器件，其中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器件的讀字線。
5、如權利要求1所述的存儲器件，其中，第三電極包括彈性可變形材料。
6、如權利要求5所述的存儲器件，其中，第三電極包括從由金、銀、銅、鋁、鴒、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。
7、如權利要求1所述的存儲器件，其中，第一電極和第二電極均包括導體，其中，存儲器件包括易失性存儲器件。
8、如權利要求1所述的存儲器件，還包括基底和第一電極之間的電荷捕獲結構，其中，存儲器件包括非易失性存儲器件。
9、如權利要求8所述的存儲器件，其中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電極的電荷捕獲結構容性耦合。
10、如權利要求8所述的存儲器件，其中，電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物結構和氧化物-氮化物-氧化鋁結構組成的組中選擇的結構。
11、如權利要求8所述的存儲器件，其中，第一電極包括寫電極，其中，第二電極包括讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。
12、如權利要求11所述的存儲器件，其中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。
13、如權利要求12所述的存儲器件，其中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。
14、如權利要求11所述的存儲器件，其中，在導致第三電極位于靜止位置的存儲器裝置的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。
15、如權利要求14所述的存儲器件，其中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。
16、一種形成存儲器件的方法，包括提供在相對于基底的垂直方向上延伸的第一電極；提供在相對于基底的垂直方向上延伸的第二電極，第二電極通過電極間隙與第一電極分隔開；提供在電極間隙中沿著垂直放向延伸的第三電極，第三電極通過第一間隙與第一電極分隔開，第三電極通過第二間隙與第二電極分隔開，第三電極可彈性地變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連4^，并在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。
17、如權利要求16所述的方法，其中，第一電極和第二電極沿第一方向通過電極間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向提供與第一電極和第二電極相鄰的介電層，其中，第三電極由介電層支撐。
18、如權利要求16所述的方法，還包括將第一電極與器件的第一字線連接，將第二電極與器件的第二字線連接，將第三電極與器件的位線連接。
19、如權利要求18所述的方法，其中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器件的讀字線。
20、如權利要求16所述的方法，其中，第三電極包括彈性可變形材料。
21、如權利要求20所述的方法，其中，第三電極包括從由金、銀、銅、鋁、鴒、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。
22、如權利要求16所述的方法，其中，第一電極和第二電極均包括導體，其中，存儲器件包括易失性存儲器件。
23、如權利要求16所述的方法，還包括在基底和第一電極之間提供電荷捕獲結構，其中，存儲器件包括非易失性存儲器件。
24、如權利要求23所述的方法，其中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電極的電荷捕獲結構容性耦合。
25、如權利要求23所述的方法，其中，電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物結構和氧化物-氮化物-氧化鋁結構組成的組中選擇的結構。
26、如權利要求23所述的方法，其中，第一電極包括寫電極，其中，第二電極包括讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。
27、如權利要求26所述的方法，其中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。
28、如權利要求27所述的方法，其中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。
29、如權利要求26所述的方法，其中，在導致第三電^l位于靜止位置的存儲器件的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。
30、如權利要求29所述的方法，其中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。
31、一種形成存儲器件的方法，包括在基底上設置第一電極和第二電極，第一電極和第二電4及通過間隙分隔開；在間隙中設置犧牲層；在間隙中的犧牲層上設置第三電極，第三電極通過犧牲層與第一電極和第二電極分隔開；去除犧牲層，以形成第三電極和第一電極之間的第一間隙，并形成在第三電極和第二電極之間的第二間隙。
32、如權利要求31所述的方法，其中，第三電極可彈性地變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連接，并在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。
33、如權利要求32所述的方法，還包括在基底和第一電極之間設置電荷捕獲結構，其中，存儲器件包括非易失性存儲器件。
34、如權利要求33所述的方法，其中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電極的電荷捕獲結構容性耦合。
35、如權利要求33所述的方法，其中，電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物結構和氧化物-氮化物-氧化鋁結構組成的組中選擇的結構。
36、如權利要求33所述的方法，其中，第一電極包括寫電極，其中，第二電極包括讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。
37、如權利要求36所述的方法，其中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。
38、如權利要求37所述的方法，其中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。
39、如權利要求36所述的方法，其中，在導致第三電極位于靜止位置的存儲器件的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。
40、如權利要求39所述的方法，其中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。
41、如權利要求31所述的方法，還包括將第一電極與器件的第一字線連接，將第二電極與器件的第二字線連接，將第三電極與器件的位線連接。
42、如權利要求41所述的方法，其中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器件的讀字線。
43、如權利要求31所述的方法，其中，第三電極包括彈性可變形材料。
44、如權利要求43所述的方法，其中，第三電極包括從由金、銀、銅、鋁、鉤、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。
45、如權利要求31所述的方法，其中，第一電極和第二電極均包括導體，其中，存儲器件包括易失性存儲器件。
46、如權利要求31所述的方法，其中，在基底上設置第一電極和第二電極，包括在基底上設置電極層；在基底上設置與電極層相鄰的介電層；在電極層中設置第一開口，以形成通過間隙彼此隔開的第一電極和第二電極，其中，第三電極由介電層支撐。
47、如權利要求31所述的方法，在間隙中設置犧牲層減小了間隙的寬度，其中，在間隙中的犧牲層上設置第三電極提供了在寬度減小的開口中的第三電極，使得當去除犧牲層時，第三電極分別通過第一間隙和第二間隙與第一電極和第二電極分隔開。
48、一種堆疊的存儲器件，包括第一器件層，包括晶體管器件的陣列；第二器件層，包括存儲器件的陣列，第一器件層和第二器件層相對于彼此垂直地布置，其中，陣列中的存儲器件均包括第一電極，在相對于基底的垂直方向上延伸；第二電極，在相對于基底的垂直方向上延伸，第二電極通過電極間隙與第一電極分隔開；第三電極，在電極間隙中沿著垂直方向延伸，第三電極通過第一間隙與第一電極分隔開，第三電極通過第二間隙與第二電極分隔開，第三電極可彈性地變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連接，并在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。
49、如權利要求48所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲器件中，第一電極和第二電極沿第一方向通過電極間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向與第一電極和第二電極相鄰的介電層，其中，第三電極由介電層支撐。
50、如權利要求48所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲器件中，第一電極與器件的第一字線連接，其中，第二電極與器件的第二字線連接。
51、如權利要求50所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲器件中，第三電極與器件的位線連接。
52、如權利要求50所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲器件中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器件的讀字線。
53、如權利要求48所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲器件中，第三電極包括彈性可變形材料。
54、如權利要求53所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲器件中，第三電極包括從由金、銀、銅、鋁、鎢、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。
55、如權利要求48所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲器件中，第一電極和第二電極均包括導體，其中，存儲單元包括易失性存儲器件。
56、如權利要求48所述的堆疊的存儲器件，其中，每個存儲單元還包括在基底和第一電極之間的電荷捕獲結構，其中，存儲單元均包括非易失性存儲器件。
57、如權利要求56所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲單元中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電極的電荷捕獲結構容性耦合。
58、如權利要求56所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲單元中，電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物結構和氧化物-氮化物-氧化鋁結構組成的組中選擇的結構。
59、如權利要求56所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲單元中，第一電極包括寫電極，其中，第二電極包括讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。
60、如權利要求59所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲單元中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。
61、如權利要求60所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲單元中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。
62、如權利要求59所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲單元中，在導致第三電極位于靜止位置的存儲裝置的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。
63、如權利要求62所述的堆疊的存儲器件，其中，在每個存儲單元中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。
64、如權利要求48所述的堆疊的存儲器件，其中，陣列中的存儲單元是非易失性存儲單元。
65、如權利要求48所述的堆疊的存儲器件，其中，陣列中的存儲單元是易失性存儲單元。
66、一種非易失性存儲器件，包括基底；第一電荷捕獲結構，在基底上；第一電極，在第一電荷捕獲結構上，在相對于基底的垂直方向上延伸；第二電極，在相對于基底的垂直方向上延伸，第二電極通過電極間隙與第一電極分隔開；第三電極，在電極間隙中沿著垂直方向延伸，第三電極通過第一間隙與第一電極分隔開，第三電極通過第二間隙與第二電極分隔開，第三電極可彈性地變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連接，并在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。
67、如權利要求66所述的非易失性存儲器件，其中，第一電極和第二電極沿第一方向通過電極間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向與第一電極和第二電極相鄰的介電層，其中，第三電極由介電層支撐。
68、如權利要求66所述的非易失性存儲器件，其中，第一電極與器件的第一字線連接，其中，第二電極與器件的第二字線連接，其中，第三電極與器件的位線連接。
69、如權利要求66所述的非易失性存儲器件，其中，第一字線包括器件的寫字線，其中，第二字線包括器件的讀字線。
70、如權利要求66所述的非易失性存儲器件，其中，第三電極包括彈性可變形材料。
71、如權利要求70所述的非易失性存儲器件，其中，第三電極包括從由金、銀、銅、鋁、鴒、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。
72、如權利要求66所述的非易失性存儲器件，其中，第一電極和第二電極均包括導體。
73、如權利要求66所述的非易失性存儲器件，還包括基底和第二電極之間的第二電荷捕獲結構。
74、如權利要求66所述的非易失性存儲器件，其中，在第一彎曲位置，第三電極與第一電荷捕獲結構容性耦合。
75、如權利要求66所述的非易失性存儲器件，其中，第一電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物結構和氧化物-氮化物-氧化鋁結構組成的組中選擇的結構。
76、如權利要求66所述的非易失性存儲器件，其中，第一電極包括寫電極，其中，第二電極包括讀電極，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和第三電極之間施加第一電壓電勢，第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。
77、如權利要求76所述的非易失性存儲器件，其中，在導致第三電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以第三電極保持在彎曲位置。
78、如權利要求77所述的非易失性存儲器件，其中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。
79、如權利要求76所述的非易失性存儲器件，其中，在導致第三電極位于靜止位置的存儲器裝置的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢，第三電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和第三電極之間的第一電壓電勢時，第三電極保持在靜止位置。
80、如權利要求79所述的存儲器件，其中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在第三電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定第三電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。
81、一種存儲器，包括多個存儲器件，每個存儲器件包括寫電極，在相對于基底的垂直方向上延伸；讀電極，在相對于基底的垂直方向上延伸，讀電極通過電4及間隙與寫電極分隔開；過渡電極，在電極間隙中沿著垂直方向延伸，過渡電極通過第一間隙與寫電極分隔開，過渡電極通過第二間隙與讀電極分隔開，過渡電極可彈性地變形，使得過渡電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與寫電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與讀電極電連接，并在靜止位置與寫電極和讀電才及隔離，多個存儲器件在行方向上沿著多行且在列方向上沿著多列布置成陣列；多條位線，每條位線在基底上沿著列方向延伸，同一列的存儲器件的過渡電極連接到同一條位線；多條寫字線，每條寫字線在基底上沿著行方向延伸，同一行的存儲器件的寫電極連接到同一條寫字線；多條讀字線，每條讀字線在基底上沿著行方向延伸，同一行的存儲器件的讀電極連接到同一條讀字線。
82、如權利要求81所述的存儲器件，其中，寫電極和讀電極沿第一方向通過電極間隙彼此分隔開，并還包括沿著垂直于第一方向的第二方向與寫電極和讀電極相鄰的介電層，其中，過渡電極由介電層支撐。
83、如權利要求81所述的存儲器件，其中，過渡電極包括彈性可變形材料。
84、如權利要求83所述的存儲器件，其中，過渡電極包括從由金、銀、銅、鋁、鎢、TiN、導電金屬組成的組中選擇的至少一種材料。
85、如權利要求81所述的存儲器件，其中，寫電極和讀電極均包括導體，其中，存儲器件包括易失性存儲器件。
86、如權利要求81所述的存儲器件，還包括基底和寫電極之間的電荷捕獲結構，其中，存儲器件包括非易失性存儲器件。
87、如權利要求86所述的存儲器件，其中，在第一彎曲位置，過渡電極與寫電極的電荷捕獲結構容性耦合。
88、如權利要求86所述的存儲器件，其中，電荷捕獲結構包括從由氧化物-氮化物-氧化物結構和氧化物-氮化物-氧化鋁結構組成的組中選擇的結構。
89、如權利要求86所述的存儲器件，其中，在存儲器件的寫操作中，通過在寫電極和過渡電極之間施加第一電壓電勢，過渡電極位于與寫電極接觸的彎曲位置和靜止位置中的一個。
90、如權利要求89所述的存儲器件，其中，在導致過渡電極位于與寫電極接觸的彎曲位置的存儲器件的第一狀態的寫操作的過程中，響應在寫電極和過渡電極之間的第一電壓電勢，過渡電極彎曲成在彎曲位置與寫電極接觸，其中，當去除寫電極和過渡電極之間的第一電壓電勢時，由于在寫電極的電荷捕獲結構中捕獲了電荷，所以過渡電極保持在彎曲位置。
91、如權利要求90所述的存儲器件，其中，在處于第一狀態的存儲器件的讀操作中，在過渡電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，盡管應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定過渡電極保持在與寫電極接觸的彎曲位置時的第一狀態。
92、如權利要求89所述的存儲器件，其中，在導致過渡電極位于靜止位置的存儲器件的第二狀態的寫操作中，響應寫電極和過渡電極之間的第一電壓電勢，過渡電極在靜止位置與寫電極隔離，其中，當去除寫電極和過渡電極之間的第一電壓電勢時，過渡電極保持在靜止位置。
93、如權利要求92所述的存儲器件，其中，在處于第二狀態的存儲器件的讀操作中，在過渡電極和讀電極之間施加第二電壓電勢，其中，由于應用了第二電壓電勢，讀操作導致確定過渡電極位于與讀電極接觸的彎曲位置時的第二狀態。
全文摘要
本發明提供了一種存儲器件及形成存儲器件的方法，該器件包括基底；第一電極，在相對于基底的垂直方向上延伸；第二電極，在相對于基底的垂直方向上延伸，第二電極通過電極間隙與第一電極分隔開。第三電極設置成在電極間隙中沿著垂直方向延伸，第三電極通過第一間隙與第一電極分隔開，第三電極通過第二間隙與第二電極分隔開，第三電極可彈性地變形，使得第三電極偏斜以穿過第一間隙在第一彎曲位置與第一電極電連接，穿過第二間隙在第二彎曲位置與第二電極電連接，并在靜止位置與第一電極和第二電極隔離。
文檔編號H01L23/532GK101123256SQ20071013901
公開日2008年2月13日申請日期2007年7月20日優先權日2006年8月10日
發明者尹恩貞, 李成泳, 金成玟, 金旻相申請人:三星電子株式會社

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