[发明专利]用于存储器件的方柱形开关元件及其制造方法

说明书

相关申请

本申请要求2009年4月3日提交的韩国专利申请10-2009-0029066的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明一般性涉及用于存储器件的开关元件及其制造方法，并且更具体涉及用于存储器件的方柱形开关元件及其制造方法。

背景技术

近来，已经进行研究以希望开发可高度集成并具有简单结构的具有非易失性存储器件特性的新型存储器件。研究中的一类新型存储器件是相转变存储器件。

通常，在相转变存储器件中，在上电极和下电极之间插入相转变膜。通过上电极和下电极之间的电流流动，相转变膜从有序结晶固态可逆地转变为无序非晶固态。因此，相转变存储器件可通过利用相转变膜的可变物理性能例如可变电阻以区分存储于单元中的信息而用作存储器件。例如，晶态相转变膜和非晶态相转变膜之间的电阻差异可用于确定存储于单元中的信息的逻辑水平。

在开发相转变存储器件时必须考虑的最重要的设计因素之一是最小化编程电流。一种减小编程电流的方法是采用垂直型PN二极管取代晶体管用作单元开关元件。由于与晶体管相比，垂直型PN二极管能够使得电流易于流动，由此导致编程电流减小，所以认为垂直型PN二极管可有利地用作单元开关元件。此外，垂直型PN二极管能够减小单元尺寸，因此垂直型PN二极管的应用有助于相转变存储器件的高度集成。

然而，采用PN二极管作为开关元件的常规相转变存储器件的问题在于：在PN二极管和P-型衬底之间形成寄生双极结晶体管，因此引起驱动电流损失。

此外，包括PN二极管的常规相转变存储器件具有其中PN二极管通过形成在有源区表面上的N+区域而电互连的结构。由于该结构，N+区域的电阻变高，导致单元之间驱动电流的变化，因此需要改善其设计和工艺。

此外，包括PN二极管的常规相转变存储器件的问题在于其制造工艺复杂，这是因为必须实施复杂的单元工艺例如外延工艺等以形成PN二极管。

此外，在包括PN二极管的常规相转变存储器件中，形成用于将字线连接至硅衬底的字线接触，以解决可归因于硅衬底高电阻的问题。然而，这引起制造相转变存储器件所需工艺数量的增加以及相转变存储器件所占用面积的增加，由此使得经济效率降低。

同时，为了解决可归因于硅衬底高电阻的问题，使用肖特基二极管作为相转变存储器件的开关元件。使用肖特基二极管作为开关元件的相转变存储器件可使硅衬底的电阻减小为三分之一。

这些肖特基二极管形成在利用圆柱形式的孔型掩模所形成的孔中。然而，在应用4F2技术的存储器件中，难以形成小尺寸的肖特基二极管。

换言之，随着存储器件高集成度的增加，通过曝光工艺很难实现作为肖特基二极管形成区域的小尺寸的孔。此外，孔之间距离减小，从而使得光敏膜的容限也减小，导致孔图案化工艺逐渐变得更难。

此外，由于作为肖特基二极管形成区域的孔是通过绝缘膜图案化工艺形成的，所以问题在于孔不能稳定地形成在期望区域中而是可形成为未对准的状态，因此肖特基二极管的特性会劣化。

发明内容

本发明的实施方案提供可防止单元之间驱动电流差异的用于存储器件的开关元件及其制造方法。

此外，本发明的实施方案提供减小其所需工艺数量及其面积的用于存储器件的开关元件及其制造方法。

此外，本发明的实施方案提供其中形成小尺寸二极管以有助于存储器件高度集成的用于存储器件的开关元件及其制造方法。

一方面，本发明提供一种用于存储器件的开关元件，包括：包括多个线型沟槽的基底层；在除沟槽以外的基底层上形成的第一绝缘图案；以薄膜形式在沟槽底部上形成的第一二极管部；在沟槽中的第一二极管部上形成并彼此间隔以在每个沟槽中形成孔的第二绝缘图案；和在孔中形成以便与第一二极管部接触的方柱形第二二极管部。

包括沟槽的基底层可由氧化物膜构成。

沟槽可具有直角倾斜。

第一绝缘图案可由选自非晶碳膜、氮化物膜、氮化硅膜和多晶硅膜(poly film)中的任意一种构成。

第一二极管部可由金属膜构成。

金属膜可由选自铝(Al)、钨(W)、钴(Co)、镍(Ni)和铜(Cu)中的任意一种制成。

第二绝缘图案可由氧化物膜构成。

第二二极管部可由P-型多晶硅膜构成。

第二二极管部可由N-型多晶硅膜构成。

用于存储器件的开关元件还可包括：插入在第一二极管部和第二二极管部之间的阻挡层。