[发明专利]具有围绕栅极的垂直开关的三维存储器及其方法

权利要求书

1.一种具有存储器元件的三维存储器装置，所述存储器元件布置成三维图案，由具有x、y和z方向的直角坐标限定，并且具有堆叠在该z方向的多个平行平面，所述存储器装置具有在基板的顶部上的多层结构，该多层结构包括多平面存储器层，所述三维存储器装置还包括：

作为位线柱的导电柱的x-y平面中的二维阵列，延伸通过在该z方向的该多个平面，该位线柱的二维阵列在该x方向和该y方向分别由间隔Lx和间隔Ly分隔，并且间隔Ly和间隔Lx之差由间隔Ls给出；

该x-y平面中隔离的TFT沟道的二维阵列，每个TFT沟道与沿着该z方向的该位线柱之一成一线，并且具有连接到该位线柱之一的一端的第一端；

栅极材料层，围绕每个TFT沟道，但是由中间氧化物层与该TFT沟道隔离，所述栅极材料层具有的厚度使得其可填充相邻TFT沟道之间在x方向的间隔，以形成沿着y方向的选择栅极线，因此以围绕每个TFT沟道的所述厚度的至少一半留下选择栅极，同时留下相邻TFT沟道之间沿着y方向的间隔Ls；以及

沿着y方向的单独金属线，每个金属线与y方向一列位线之间的TFT沟道的第二端接触。

2.如权利要求1所述的三维存储器装置，其中：

每个TFT沟道还包括：

第一层N+掺杂多晶硅；

第二层P-掺杂多晶硅；以及

第三层N+掺杂多晶硅。

3.如权利要求1所述的三维存储器装置，其中：

该导电柱由多晶硅形成。

4.如权利要求1所述的三维存储器装置，其中：

隔离的氧化物层位于两个相邻的选择栅极线之间；并且

该隔离氧化物层具有由间隔Ls给出的厚度。

5.如权利要求1所述的三维存储器装置，其中：

该间隔Ls使该隔离氧化物层的厚度能承受操作电压而不会被电击穿。

6.如权利要求1所述的三维存储器装置，其中：

其中该存储器元件是非易失性可再编程存储器元件。

7.如权利要求6所述的三维存储器装置，其中：

该非易失性可再编程存储器元件的每一个具有电阻，该电阻在阻值上响应于施加到材料的电压或通过材料的电流进行可逆变化。

8.一种在具有存储器元件的三维存储器装置中形成垂直开关层的方法，所述存储器元件布置成三维图案，由具有x、y和z方向的直角坐标限定，并且具有堆叠在该z方向的多个平行平面，所述存储器装置具有在基板顶部上的多层结构，该多层结构包括多平面存储器层，所述方法包括：

在该多平面存储器层中提供作为位线柱的导电柱的x-y平面中的二维阵列，该位线柱在z方向延伸通过该多个平面，该位线柱的二维阵列在x方向和y方向分别以间隔Lx和间隔Ly分隔，并且间隔Ly和间隔Lx之差由间隔Ls给出；

通过在板层的该x-y平面中形成隔离的TFT沟道的二维阵列，在该多平面存储器层的顶部上形成垂直开关层的该板层，每个TFT沟道与沿着该z方向的该位线柱之一成一线，并且具有连接到该位线柱之一的一端的第一端；

在该板层上沉积栅极氧化物层；

通过在该栅极氧化物层上沉积栅极材料层而形成围绕每个TFT沟道的选择栅极，所述栅极材料层具有的厚度使得其可填充在相邻TFT沟道之间的在x方向的间隔，以形成沿着y方向的选择栅极线，因此以围绕每个TFT沟道的所述厚度的至少一半留下选择栅极，同时留下相邻TFT沟道之间沿着y方向的间隔Ls；

通过选择性回蚀刻该栅极材料而暴露每个TFT沟道的顶端，并且该氧化物沉积在每个TFT沟道的该顶端上；

通过沉积氧化物继之以平坦化而填充该垂直开关层中的任何凹陷；以及

沿着y方向形成单独的金属线，每个金属线与y方向的一列位线之间的TFT沟道的第二端接触。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述形成隔离的TFT沟道的二维阵列还包括：

沉积三层的掺杂多晶硅以形成排列在z方向的薄膜晶体管(TFT)的沟道结构；

设掩模且蚀刻该三层的掺杂多晶硅的部分以在该x-y平面中形成隔离的TFT沟道的二维阵列，每个TFT沟道与沿着z方向该位线柱之一成一线并且与该位线柱之一的一端连接。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述三层的掺杂多晶硅是第一层N+掺杂多晶硅、继之以第二层P-掺杂多晶硅和继之以第三层N+掺杂多晶硅。