[发明专利]在每一存储器元件周围使用包围式晶体管的具有栅格阵列的可变电阻存储器

说明书

技术领域

本发明实施例涉及半导体装置，且更明确地说，涉及可变电阻存储器阵列及其形成 和使用方法。

背景技术

非易失性存储器由于其在缺少电源的情况下维持数据的能力而成为有用的存储装 置。已研究了供在非易失性存储器单元中使用的材料。一种类别的可编程电阻材料为相 变材料，例如硫族化物合金，其能够稳定地在非晶相与结晶相之间转变。每一相展现特 定电阻状态，且电阻状态辨别用此类材料形成的存储器元件的逻辑值。具体地说，非晶 态展现相对较高的电阻，且结晶态展现相对较低的电阻。

常规的相变存储器元件1(图1A和图1B中所说明)经常在第一与第二电极2、4 之间具有一层相变材料8。第一电极2在介电材料6内。相变材料8根据施加在第一与 第二电极2、4之间的电流量而被设置为特定电阻状态。为了获得非晶态(图1B)，通过 相变存储器元件1施加相对较高的写入电流脉冲(复位脉冲)以熔化相变材料8的覆盖 第一电极2的至少一部分9持续第一时间周期。移除所述电流，且相变材料8快速冷却 到低于结晶温度的温度，这导致相变材料8的覆盖第一电极2的部分9具有非晶态。为 了获得结晶态(图1A)，向相变存储器元件1施加较低电流写入脉冲(设置脉冲)持续 第二时间周期(通常在持续时间上比第一时间周期和非晶相变材料的结晶时间长)以将 相变材料8的非晶部分9加热到低于其熔点但高于其结晶温度的温度。这致使相变材料 8的非晶部分9重新结晶到结晶态，一旦移除所述电流且相变存储器元件1冷却，所述 结晶态便得到维持。通过施加读取电压来读取相变存储器元件1，所述读取电压不会改 变相变材料8的相态。

常规相变存储器元件的一个缺点是需要较大编程电流来实现相变。此要求导致较大 存取晶体管以实现充分的电流驱动。因此，需要具有带有减少的编程要求的相变存储器 元件。还需要实施具有较大电流驱动的新颖晶体管或提供可在相同硅区域内提供较多晶 体管电流驱动的创新电路布局或所述两者。

附图说明

图1A和1B说明常规的相变存储器元件的横截面图。

图2说明根据第一实施例的相变存储器阵列的俯视图。

图3A说明图2的相变存储器阵列的扩展俯视图。

图3B说明图3A的相变存储器阵列的沿线3B-3B截取的横截面。

图4A说明图2的相变存储器阵列在第一制作方法的初始阶段的扩展俯视图。

图4B说明图4A的相变存储器阵列的沿线4B-4B截取的横截面。

图5A说明图2的相变存储器阵列在图4A之后的制作阶段的俯视图。

图5B说明图5A的相变存储器阵列的沿线5B-5B截取的横截面。

图6A说明图2的相变存储器阵列在第二制作方法的初始阶段的扩展俯视图。

图6B说明图6A的相变存储器阵列的沿线6B-6B截取的横截面。

图7A说明图2的相变存储器阵列在图6A之后的制作阶段的俯视图。

图7B说明图7A的相变存储器阵列的沿线7B-7B截取的横截面。

图8A说明图2的相变存储器阵列在图7A之后的制作阶段的俯视图。

图8B说明图8A的相变存储器阵列的沿线8B-8B截取的横截面。

图9A说明图2的相变存储器阵列在图8A之后的制作阶段的俯视图。

图9B说明图9A的相变存储器阵列的沿线9B-9B截取的横截面。

图10A说明图2的相变存储器阵列在图9A之后的制作阶段的俯视图。

图10B说明图10A的相变存储器阵列的沿线10B-10B截取的横截面。

图11A说明图2的相变存储器阵列在第三制作方法的初始阶段的扩展俯视图。

图11B说明图11A的相变存储器阵列的沿线11B-11B截取的横截面。

图12A说明图2的相变存储器阵列在图11A之后的制作阶段的俯视图。

图12B说明图12A的相变存储器阵列的沿线12B-12B截取的横截面。

图13A说明图2的相变存储器阵列在第四制作方法的初始阶段的扩展俯视图。

图13B说明图13A的相变存储器阵列的沿线13B-13B截取的横截面。

图14说明根据第二实施例的相变存储器阵列的俯视图。

图15A说明图14的相变存储器阵列的扩展俯视图。