[发明专利]一种存储器装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于基于相变存储材料(包括基于硫属化物(chalcogenide)的材料)以及基于其它可编程电阻材料的高密度存储器装置以及制造这种装置的方法。

背景技术

利用适合在集成电路中实施的电流电平，可造成基于相变的存储材料(像基于硫属化物的材料以及类似的材料)在非晶态(amorphous state)与晶态(crystalline state)之间改变相位(phase)。以非晶态为主的特征在于电阻率高于以晶态为主，而后者容易被感测以指示数据。这些特性已经引起了人们对利用可编程电阻材料来形成非易失性存储器电路的关注，这种非易失性存储器电路可通过随机存取来进行读写。

从非晶态变成晶态通常是低电流操作。从晶态变成非晶态(本说明书中称为复位(reset))则通常是高电流操作，其包括较短的高电流密度脉冲以将晶体结构熔化或分解，然后相变材料迅速冷却下来，使熔化的相变材料骤冷(quenching)，且使得相变材料的至少一部分能够稳定在非晶态。

复位所需的电流强度可通过减小存储单元中的相变材料元件的尺寸与/或电极与相变材料之间的接触面积来减小，以利用流经相变材料的较小绝对电流值(absolute current value)来达到高电流密度。

使存储单元中的相变元件的尺寸减小的一种方法是通过刻蚀一层相变材料来形成小相变元件。然而，通过刻蚀来减小相变元件的尺寸会因为与刻蚀剂的反应不均匀而对相变材料造成损害，导致空隙(voids)、成分及粘合变异(compositional and bonding variation)的形成以及非易失性副产物的形成。这种损害会导致整个存储单元阵列中的相变元件出现形状差异与不均匀，造成存储单元的电性能与机械性能问题。

另外，为了得到高密度存储器装置，想要减小存储单元阵列中的个体存储单元的横剖面积或占地面积(footprint)。然而，传统的场效应晶体管(field effect transistor)存取装置是具有水平导向栅极(horizontally orientedgate)的水平结构，此水平导向栅极位于水平导向的通道区上面，这造成场效应晶体管具有较大的横剖面积，限制了存储单元阵列的密度。试图减小水平导向场效应晶体管的横剖面积会因场效应晶体管的较低的电流驱动而在获取诱发相变所需的电流时出现问题。

因此，目前推荐的是既包括垂直导向场效应晶体管又包括水平导向场效应晶体管的存储器装置。例如，参见美国专利第7,116,593号。然而，垂直导向场效应晶体管与水平导向场效应晶体管的整合(integration)很难，且加深了设计与制造过程的复杂度。因此，既包括垂直导向场效应晶体管又包括水平导向场效应晶体管的存储器装置需要解决的问题有制造成本与简单性。

虽然双极结晶体管(bipolar junction transistors)与二极管能够提供比场效应晶体管大的电流驱动，但是要使用双极结晶体管或二极管来控制存储单元中的电流以使电流足以进行多位操作(multi-bit operation)却很难。另外，双极结晶体管与互补式金属氧化物半导体(complementary metaloxide semiconductor，CMOS)周边电路的整合也很难，且可能导致设计与制造过程高度复杂。

因此，为了应用于高密度存储器装置以及需要在一个芯片上具备两种晶体管的其它元件，想要在相同的基底上提供垂直导向场效应晶体管与水平导向场效应晶体管。此外，也想要提供能够提供诱发相变所需的电流以及解决上述的刻蚀损害问题的存储器装置。

发明内容

将要描述的是既包括垂直导向场效应晶体管又包括水平导向场效应晶体管的装置以及其制造方法。本说明书所述的一种装置包括基底，此基底具有第一区域与第二区域。第一区域包括第一场效应晶体管，此第一场效应晶体管包括基底内的第一掺杂区与第二掺杂区，其被水平通道区隔开。第一场效应晶体管的栅极位于水平通道区上面，且第一介电层覆盖此栅极。基底的第二区域包括第二场效应晶体管，此第二场效应晶体管包括：第一端，穿过第一介电层而延伸以接触基底；第二端，位于第一端上面，且具有一顶面；以及垂直通道区，将第一端与第二端隔开。第二场效应晶体管的栅极位于第一介电层上，且邻近垂直通道区。此栅极具有一顶面，此顶面与第二端的顶面共面(co-planar)。第二介电层将第二场效应晶体管的栅极与垂直通道区隔开。