具有獨立大小元件的存儲器單元的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明大體上涉及半導體裝置，且更特定地說，涉及存儲器單元架構及其形成方法。
【背景技術】
[0002]在計算機或其它電子裝置中，通常提供存儲器裝置作為內部、半導體、集成電路。存在許多不同類型的存儲器，尤其包含隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(R0M)、動態隨機存取存儲器(DRAM)、同步動態隨機存取存儲器(SDRAM)、電阻可變式存儲器及快閃存儲器。電阻可變式存儲器的類型尤其包含相變材料(PCM)存儲器、可編程導體存儲器及電阻式隨機存取存儲器(RRAM)。
[0003]在需要高存儲器密度、高可靠性及無電數據保持時，利用非易失性存儲器作為用于廣泛電子應用范圍的存儲器裝置。非易失性存儲器可用于(例如)個人計算機、可攜式存儲器棒、固態硬盤(SSD)、數碼相機、蜂窩電話、可攜式音樂播放器(例如MP3播放器)、電影播放器及其它電子裝置。
[0004]與存儲器裝置制造相關的不斷挑戰在于減小存儲器裝置的大小、增加存儲器裝置的存儲密度、減小功耗及/或限制存儲器裝置成本。一些存儲器裝置包含布置于二維陣列中的存儲器單元，其中存儲器單元均布置于相同平面中。相反地，各種存儲器裝置包含布置到具有多個存儲器單元層級的三維(3D)陣列中的存儲器單元。
【附圖說明】
[0005]圖1是根據本發明的數個實施例的存儲器陣列的部分的透視圖。
[0006]圖2說明根據本發明的數個實施例的三維存儲器陣列。
[0007]圖3A及3B說明根據本發明的數個實施例的在垂直方向上的存儲器單元的橫截面圖。
[0008]圖4A及4B說明對應于根據本發明的數個實施例的存儲器單元的不同大小堆疊的相同橫截面的橫截面圖。
[0009]圖5A及5B說明對應于根據本發明的數個實施例的具有不同大小存儲器元件的存儲器單元的堆疊的橫截面圖。
[0010]圖6A及6B說明對應于根據本發明的數個實施例的具有不同大小開關元件的存儲器單元的堆疊的橫截面圖。
[0011]圖7A及7B說明對應于根據本發明的數個實施例的具有不同大小存儲器元件及開關元件的存儲器單元的堆疊的橫截面圖。
[0012]圖8A及SB說明對應于根據本發明的數個實施例的具有非垂直堆疊壁及不同大小開關元件的存儲器單元的堆疊的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0013]提供存儲器單元架構及其形成方法。實例存儲器單元可包含開關元件及與開關元件串聯而形成的存儲器元件。開關元件的最小橫向尺寸不同于存儲器元件的最小橫向尺寸。
[0014]本發明的實施例實施在交叉點存儲器陣列中的存儲器單元，其中開關元件的尺寸獨立于存儲器元件的尺寸。在開關元件與存儲器元件之間的大小獨立性允許相對于選擇元件大小的存儲器元件大小的無限制數目的組合，此繼而促進處理與特定交叉點陣列應用相關聯的具體電性質。憑借獨立地對(例如，使用相變材料(PCM))形成交叉點陣列中的存儲器單元的相同堆疊材料中的開關元件及存儲器元件制定大小的能力，存儲器元件的電流密度可不同于開關元件的電流密度。舉例而言，在不引起在開關元件上的過度開關應力的情況下，可改善存儲器元件中的相變機構。
[0015]本文的圖遵循編號習慣，其中第一(或若干)數字對應于圖式圖號且剩余數字識別在圖式中的元件或組件。在不同圖之間的類似元件或組件可使用類似數字來識別。舉例而言，106可指代圖1中的元件“06”，且類似元件在圖3A中可經引用為306。同樣地，如本文所使用，“數個”特定元件及/或特征可指代此類元件及/或特征中的一或多者。
[0016]如本文所使用，術語“實質上”意指經修改的特性不一定是絕對的，但是足夠接近以實現特性的優點。舉例而言，“實質上平行”不限于絕對平行，且可包含至少比垂直定向更接近于平行定向的定向。類似地，“實質上正交”不限于絕對正交，且可包含至少比平行定向更接近于垂直定向的定向。
[0017]圖1是根據本發明的數個實施例的存儲器陣列100的部分的透視圖。在圖1中所展示的實例中，存儲器陣列100是交叉點存儲器/開關存儲器陣列(例如，相變存儲器陣列)。然而，本發明的實施例并非如此受到限制。本發明的實施例可包括二維(2D)交叉點存儲器陣列，或在字線與位線之間具有更多板的三維(3D)交叉點存儲器陣列。
[0018]陣列100可為具有定位于在本文中可被稱為字線的數個導電線(例如，存取線104)及在本文中可被稱為位線的數個導電線(例如，數據/感測線106)的交叉處的存儲器單元102的交叉點陣列。如圖1中所說明，字線104可平行于或實質上平行于彼此且可正交于位線106，位線106可平行于或實質上平行于彼此。然而，實施例并非如此受到限制。字線104及/或位線106可以為導電材料，(舉例而言)例如鎢、銅、鈦、鋁及/或其它金屬。然而，實施例并非如此受到限制。在數個實施例中，陣列100可為三維陣列(例如，多層級陣列)的部分(例如，層級)，(進一步關于圖2所描述)其中類似于陣列100的其它陣列處于不同層級(例如，在陣列100上方及/或在陣列100下方)。
[0019]每一存儲器單元102可包含與相應開關元件110(例如，選擇器裝置及/或存取裝置)串聯耦合的存儲器元件114(例如，存儲元件)。存儲器單元可具有鄰近存儲器元件114及開關元件110的數個電極，其包含第一(例如，頂部)電極、第二(例如，中間)電極及/或第三(例如，底部)電極。存儲器元件114可為(例如)電阻式存儲器元件。存儲器元件114可在一對電極(例如，第一電極116及第二電極112)之間形成。存儲器元件可由電阻可變式材料(舉例而言，例如相變存儲器(PCM)材料)組成。作為實例，除了其它相變存儲器材料之外，PCM材料尤其可為硫屬化物合金(例如鍺-銻-碲(GST)材料)，例如鍺-銻-碲材料(例如Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2TehGe1Sb4Te7Je8Sb5TehGe4Sb4Te7等等)或銦(In)-銻(Sb)-碲(Te) (1ST)材料(例如In2Sb2Te5、ImSb2Te4、ImSb4Te7等等)。如本文所使用，帶有連字符的化學組成符號指示包含于特定混合物或化合物中的元素，且意在表示涉及所指示的元素的所有化學計量法。其它相變存儲器材料可包含(例如)Ge-Te、In-Se、Sb-Te、Ga_Sb、In-Sb、As-Te、Al-Te、Ge-Sb_Te、Te-Ge-As、In-Sb-Te、Te-Sn-Se、Ge-Se-Ga、B1-Se_Sb、Ga_Se_Te、Sn-Sb-Te、In-Sb-Ge、Te-Ge-Sb-S、Te-Ge-Sn-0、Te-Ge-Sn-Au、Pd-Te-Ge-Sn、In-Se-T1-Co、Ge-Sb_Te-Pd、Ge-Sb-Te-Co、Sb-Te-B1-Se、Ag-1n-Sb_Te、Ge-Sb-Se_Te、Ge-Sn-Sb_Te、Ge-Te-Sn_N1、Ge-Te-Sn_Pd及Ge-Te-Sn-Pt。然而，本發明的實施例不限于特定類型的PCM材料。此外，實施例不限于包括PCM材料的存儲器元件。例如，存儲器元件可包括數個電阻可變式材料，尤其例如二元金屬氧化物、巨磁阻材料及/或各種基于聚合物的電阻可變式材料。
[0020]為了簡明起見，圖1展示具有類似尺寸的存儲器元件114及開關元件110。然而，如在下文所討論，可用具有不同于開關元件110的(若干)尺寸(例如，臨界尺寸、橫截面積等等)的存儲器元件114形成存儲器單元102。
[0021]開關元件110可為雙終端裝置，例如二極管、雙向閾值開關(OTS)或雙向存儲器開關(OMS)。然而，本發明的實施例不限于特定類型的開關元件110。舉例而言，開關元件110可為(除其它類型的選擇器裝置之外)場效應晶體管(FET)、雙極結型晶體管(BJT)或二極管。可在一對電極(例如，第二電極112與第三電極108)之間形成開關元件110。雖然圖1說明具有在開關元件110上方形成的存儲器元件114的配置，但是本發明的實施例并非如此受到限制。根據本發明的各種實施例，(例如)可在存儲器元件114上方形成開關元件110。
[0022]電極108、112及/或116可包括材料，例如1^3、胃^1、0、2匕他、]\10、!^、8、(:、上述材料的導電氮化物(例如，TiN、TaN、WN、CN等等)及/或其組合。
[0023]在數個實施例中，對應于存儲器單元102的開關元件110可為具有硫屬化物選擇器裝置材料的0TS。在此類實施例中，開關元件110的硫屬化物材料可非主動地(例如)在非晶與結晶之間變相，例如存儲器元件的硫屬化物電阻可變式材料。相反地，取決于跨存儲器單元102施加的電壓電勢，開關元件的硫屬化物材料可在“開”及“關”狀態之間改變。舉例而言，OTS的“狀態”可在通