具有独立大小元件的存储器单元的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明大体上涉及半导体装置，且更特定地说，涉及存储器单元架构及其形成方法。
【背景技术】
[0002]在计算机或其它电子装置中，通常提供存储器装置作为内部、半导体、集成电路。存在许多不同类型的存储器，尤其包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(R0M)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、电阻可变式存储器及快闪存储器。电阻可变式存储器的类型尤其包含相变材料(PCM)存储器、可编程导体存储器及电阻式随机存取存储器(RRAM)。
[0003]在需要高存储器密度、高可靠性及无电数据保持时，利用非易失性存储器作为用于广泛电子应用范围的存储器装置。非易失性存储器可用于(例如)个人计算机、可携式存储器棒、固态硬盘(SSD)、数码相机、蜂窝电话、可携式音乐播放器(例如MP3播放器)、电影播放器及其它电子装置。
[0004]与存储器装置制造相关的不断挑战在于减小存储器装置的大小、增加存储器装置的存储密度、减小功耗及/或限制存储器装置成本。一些存储器装置包含布置于二维阵列中的存储器单元，其中存储器单元均布置于相同平面中。相反地，各种存储器装置包含布置到具有多个存储器单元层级的三维(3D)阵列中的存储器单元。
【附图说明】
[0005]图1是根据本发明的数个实施例的存储器阵列的部分的透视图。
[0006]图2说明根据本发明的数个实施例的三维存储器阵列。
[0007]图3A及3B说明根据本发明的数个实施例的在垂直方向上的存储器单元的横截面图。
[0008]图4A及4B说明对应于根据本发明的数个实施例的存储器单元的不同大小堆叠的相同横截面的横截面图。
[0009]图5A及5B说明对应于根据本发明的数个实施例的具有不同大小存储器元件的存储器单元的堆叠的横截面图。
[0010]图6A及6B说明对应于根据本发明的数个实施例的具有不同大小开关元件的存储器单元的堆叠的横截面图。
[0011]图7A及7B说明对应于根据本发明的数个实施例的具有不同大小存储器元件及开关元件的存储器单元的堆叠的横截面图。
[0012]图8A及SB说明对应于根据本发明的数个实施例的具有非垂直堆叠壁及不同大小开关元件的存储器单元的堆叠的横截面图。
【具体实施方式】
[0013]提供存储器单元架构及其形成方法。实例存储器单元可包含开关元件及与开关元件串联而形成的存储器元件。开关元件的最小横向尺寸不同于存储器元件的最小横向尺寸。
[0014]本发明的实施例实施在交叉点存储器阵列中的存储器单元，其中开关元件的尺寸独立于存储器元件的尺寸。在开关元件与存储器元件之间的大小独立性允许相对于选择元件大小的存储器元件大小的无限制数目的组合，此继而促进处理与特定交叉点阵列应用相关联的具体电性质。凭借独立地对(例如，使用相变材料(PCM))形成交叉点阵列中的存储器单元的相同堆叠材料中的开关元件及存储器元件制定大小的能力，存储器元件的电流密度可不同于开关元件的电流密度。举例而言，在不引起在开关元件上的过度开关应力的情况下，可改善存储器元件中的相变机构。
[0015]本文的图遵循编号习惯，其中第一(或若干)数字对应于图式图号且剩余数字识别在图式中的元件或组件。在不同图之间的类似元件或组件可使用类似数字来识别。举例而言，106可指代图1中的元件“06”，且类似元件在图3A中可经引用为306。同样地，如本文所使用，“数个”特定元件及/或特征可指代此类元件及/或特征中的一或多者。
[0016]如本文所使用，术语“实质上”意指经修改的特性不一定是绝对的，但是足够接近以实现特性的优点。举例而言，“实质上平行”不限于绝对平行，且可包含至少比垂直定向更接近于平行定向的定向。类似地，“实质上正交”不限于绝对正交，且可包含至少比平行定向更接近于垂直定向的定向。
[0017]图1是根据本发明的数个实施例的存储器阵列100的部分的透视图。在图1中所展示的实例中，存储器阵列100是交叉点存储器/开关存储器阵列(例如，相变存储器阵列)。然而，本发明的实施例并非如此受到限制。本发明的实施例可包括二维(2D)交叉点存储器阵列，或在字线与位线之间具有更多板的三维(3D)交叉点存储器阵列。
[0018]阵列100可为具有定位于在本文中可被称为字线的数个导电线(例如，存取线104)及在本文中可被称为位线的数个导电线(例如，数据/感测线106)的交叉处的存储器单元102的交叉点阵列。如图1中所说明，字线104可平行于或实质上平行于彼此且可正交于位线106，位线106可平行于或实质上平行于彼此。然而，实施例并非如此受到限制。字线104及/或位线106可以为导电材料，(举例而言)例如钨、铜、钛、铝及/或其它金属。然而，实施例并非如此受到限制。在数个实施例中，阵列100可为三维阵列(例如，多层级阵列)的部分(例如，层级)，(进一步关于图2所描述)其中类似于阵列100的其它阵列处于不同层级(例如，在阵列100上方及/或在阵列100下方)。
[0019]每一存储器单元102可包含与相应开关元件110(例如，选择器装置及/或存取装置)串联耦合的存储器元件114(例如，存储元件)。存储器单元可具有邻近存储器元件114及开关元件110的数个电极，其包含第一(例如，顶部)电极、第二(例如，中间)电极及/或第三(例如，底部)电极。存储器元件114可为(例如)电阻式存储器元件。存储器元件114可在一对电极(例如，第一电极116及第二电极112)之间形成。存储器元件可由电阻可变式材料(举例而言，例如相变存储器(PCM)材料)组成。作为实例，除了其它相变存储器材料之外，PCM材料尤其可为硫属化物合金(例如锗-锑-碲(GST)材料)，例如锗-锑-碲材料(例如Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2TehGe1Sb4Te7Je8Sb5TehGe4Sb4Te7等等)或铟(In)-锑(Sb)-碲(Te) (1ST)材料(例如In2Sb2Te5、ImSb2Te4、ImSb4Te7等等)。如本文所使用，带有连字符的化学组成符号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学计量法。其它相变存储器材料可包含(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，本发明的实施例不限于特定类型的PCM材料。此外，实施例不限于包括PCM材料的存储器元件。例如，存储器元件可包括数个电阻可变式材料，尤其例如二元金属氧化物、巨磁阻材料及/或各种基于聚合物的电阻可变式材料。
[0020]为了简明起见，图1展示具有类似尺寸的存储器元件114及开关元件110。然而，如在下文所讨论，可用具有不同于开关元件110的(若干)尺寸(例如，临界尺寸、横截面积等等)的存储器元件114形成存储器单元102。
[0021]开关元件110可为双终端装置，例如二极管、双向阈值开关(OTS)或双向存储器开关(OMS)。然而，本发明的实施例不限于特定类型的开关元件110。举例而言，开关元件110可为(除其它类型的选择器装置之外)场效应晶体管(FET)、双极结型晶体管(BJT)或二极管。可在一对电极(例如，第二电极112与第三电极108)之间形成开关元件110。虽然图1说明具有在开关元件110上方形成的存储器元件114的配置，但是本发明的实施例并非如此受到限制。根据本发明的各种实施例，(例如)可在存储器元件114上方形成开关元件110。
[0022]电极108、112及/或116可包括材料，例如1^3、胃^1、0、2匕他、]\10、!^、8、(:、上述材料的导电氮化物(例如，TiN、TaN、WN、CN等等)及/或其组合。
[0023]在数个实施例中，对应于存储器单元102的开关元件110可为具有硫属化物选择器装置材料的0TS。在此类实施例中，开关元件110的硫属化物材料可非主动地(例如)在非晶与结晶之间变相，例如存储器元件的硫属化物电阻可变式材料。相反地，取决于跨存储器单元102施加的电压电势，开关元件的硫属化物材料可在“开”及“关”状态之间改变。举例而言，OTS的“状态”可在通