專(zhuān)利名稱(chēng)：用于存儲(chǔ)單元陣列的具有三維選擇結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)器件，更具體地，涉及包括多維存儲(chǔ)單元陣列的存儲(chǔ)器件。
背景技術(shù)：
隨著包括例如移動(dòng)通訊和計(jì)算機(jī)的電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)增大了對(duì)于具有諸如快速讀/寫(xiě)速度、非易失性和/或低操作電壓的半導(dǎo)體器件的需求。然而，當(dāng)前的存儲(chǔ)器件諸如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)和快閃存儲(chǔ)器不能滿(mǎn)足這些要求的一個(gè)或多個(gè)。例如，由于DRAM的單位單元通常包括單個(gè)電容器和用于控制該電容器的單個(gè)晶體管，所以DRAM的單位單元會(huì)要求比NAND快閃存儲(chǔ)器的單位單元更大的面積。而且，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電容器中的DRAM是需要刷新操作的易失性存儲(chǔ)器件。此外，SRAM操作速度高，但是它也是易失性存儲(chǔ)器件。此外，SRAM的單位單元可以包括6個(gè)晶體管，所以單位單元或SRAM也會(huì)占據(jù)大的面積。此外，盡管快閃存儲(chǔ)器是非易失性存儲(chǔ)器件并且(特別地，例如NAND快閃存儲(chǔ)器)具有當(dāng)前討論的存儲(chǔ)器件中的最高集成密度，但是快閃存儲(chǔ)器以較低的速度操作。由于至少上述原因，已經(jīng)對(duì)新存儲(chǔ)器件進(jìn)行了大量研究，所述新存儲(chǔ)器件能夠進(jìn)行更快的讀/寫(xiě)操作、表現(xiàn)非易失性、不需要刷新操作并且在較低的電壓操作。相位隨機(jī)存儲(chǔ)存儲(chǔ)器(PRAM)、磁RAM (MRAM)或電阻RAM (ReRAM)是下一代存儲(chǔ)器件，它們是滿(mǎn)足上述技術(shù)要求的候選者。雖然如此，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備能夠?qū)崿F(xiàn)市場(chǎng)要求的存儲(chǔ)容量的技術(shù)從而將這些下一代存儲(chǔ)器件投入批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主題的一些實(shí)施例提供了一種存儲(chǔ)器件，該存儲(chǔ)器件包括公共導(dǎo)電區(qū)以及設(shè)置在公共導(dǎo)電區(qū)上且電耦接到公共導(dǎo)電區(qū)的多個(gè)間隔開(kāi)的垂直半導(dǎo)體柱。該器件還包括:至少一條第一水平選擇線(xiàn)，在高于公共導(dǎo)電區(qū)的第一水平處鄰近至少一個(gè)半導(dǎo)體柱的至少一個(gè)側(cè)壁；以及至少一條第二水平選擇線(xiàn)，在高于公共導(dǎo)電區(qū)的第二水平處鄰近至少一個(gè)半導(dǎo)體柱的至少一個(gè)側(cè)壁。該器件還包括:多個(gè)垂直電極，各個(gè)垂直電極設(shè)置在半導(dǎo)體柱的相應(yīng)一個(gè)上并與之電耦接；以及多個(gè)水平電極，堆疊在基板上并鄰近垂直電極的側(cè)壁設(shè)置。可變電阻存儲(chǔ)元件插設(shè)在垂直電極與水平電極之間。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體柱可以二維地布置在公共導(dǎo)電區(qū)上。公共導(dǎo)電區(qū)可以具有至少為每個(gè)半導(dǎo)體柱的寬度的十倍的寬度。在另一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器件還可以包括至少一個(gè)電介質(zhì)區(qū)，插設(shè)在至少一個(gè)半導(dǎo)體柱的側(cè)壁與至少一條第一選擇線(xiàn)之間以及至少一個(gè)半導(dǎo)體柱的側(cè)壁與至少一條第二選擇線(xiàn)之間。在一些實(shí)施例中，公共導(dǎo)電區(qū)可以包括摻雜的半導(dǎo)體層。每個(gè)半導(dǎo)體柱可以包括分別鄰近公共導(dǎo)電區(qū)和垂直電極的下部區(qū)和上部區(qū)。下部區(qū)可以具有與公共導(dǎo)電區(qū)不同的導(dǎo)電類(lèi)型和/或不同的雜質(zhì)濃度。根據(jù)一些實(shí)施例，每個(gè)半導(dǎo)體柱可以包括分別鄰近公共導(dǎo)電區(qū)和垂直電極設(shè)置的下部區(qū)和上部區(qū)。至少一條第一選擇線(xiàn)和至少一條第二選擇線(xiàn)可以面對(duì)半導(dǎo)體柱的下部區(qū)。下部區(qū)可以具有與公共導(dǎo)電區(qū)不同的導(dǎo)電類(lèi)型，上部區(qū)可以具有與公共導(dǎo)電區(qū)相同的導(dǎo)電類(lèi)型。在另外的實(shí)施例中，所述至少一條第一選擇線(xiàn)在厚度、雜質(zhì)濃度、材料和/或?qū)挾壬喜煌谒鲋辽僖粭l第二選擇線(xiàn)。在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)元件被配置為提供整流。例如，每個(gè)存儲(chǔ)元件可以包括至少一個(gè)可變電阻元件和至少一個(gè)圖案，該至少一個(gè)圖案插設(shè)在水平和垂直電極中的至少一個(gè)與可變電阻元件之間并配置為提供整流。在另一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體柱可以穿過(guò)至少一條第一選擇線(xiàn)和至少一條第二選擇線(xiàn)。在一些實(shí)施例中，每個(gè)垂直電極可以包括鄰接存儲(chǔ)元件的內(nèi)側(cè)壁的第一導(dǎo)電區(qū)以及設(shè)置在由第一導(dǎo)電區(qū)限定的空間內(nèi)的第二導(dǎo)電區(qū)。第二導(dǎo)電區(qū)的底表面可以比第一導(dǎo)電區(qū)的底表面更靠近下面的半導(dǎo)體柱。第一導(dǎo)電區(qū)可以與下面的半導(dǎo)體柱間隔開(kāi)，第二導(dǎo)電區(qū)可以與下面的半導(dǎo)體柱直接接觸。每個(gè)存儲(chǔ)元件可以包括信息存儲(chǔ)圖案，該信息存儲(chǔ)圖案包括設(shè)置在水平電極的一個(gè)與第一導(dǎo)電區(qū)之間的垂直部分以及從垂直部分的底部向內(nèi)延伸以覆蓋第一導(dǎo)電區(qū)的底表面的水平部分，使得第一導(dǎo)電區(qū)通過(guò)水平部分與下面的半導(dǎo)體柱分離。在一些實(shí)施例中，該器件還可以包括插設(shè)在水平電極中的相鄰者之間的層間電介質(zhì)區(qū)。存儲(chǔ)元件可以通過(guò)層間電介質(zhì)區(qū)彼此垂直地分離。層間電介質(zhì)區(qū)可以在垂直分離的存儲(chǔ)元件之間的空間中與垂直電極直接接觸。在一些實(shí)施例中，垂直電極可以穿過(guò)水平電極。在一些實(shí)施例中，水平電極可以包括相應(yīng)水平板和/或水平電極可以包括在公共導(dǎo)電區(qū)上方設(shè)置在各自不同水平處的相應(yīng)多條平行線(xiàn)。所述至少一條第二選擇線(xiàn)可以設(shè)置在所述至少一條第一選擇線(xiàn)的與公共導(dǎo)電區(qū)相反的一側(cè)，至少一條第二選擇線(xiàn)可以與水平電極對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，選擇柵極電介質(zhì)區(qū)可以設(shè)置在半導(dǎo)體柱的側(cè)壁上。半導(dǎo)體柱的側(cè)壁可以被選擇柵極電介質(zhì)區(qū)覆蓋。選擇柵極電介質(zhì)區(qū)可以包括設(shè)置在至少一條第一選擇線(xiàn)的水平處的第一電介質(zhì)區(qū)以及設(shè)置在至少一條第二選擇線(xiàn)的水平處的第二電介質(zhì)區(qū)。本發(fā)明主題的另一些實(shí)施例提供了一種存儲(chǔ)器件，該存儲(chǔ)器件包括公共導(dǎo)電區(qū)以及設(shè)置在公共導(dǎo)電區(qū)上的選擇結(jié)構(gòu)。該選擇結(jié)構(gòu)包括:間隔開(kāi)的垂直半導(dǎo)體柱的陣列，電耦接到公共導(dǎo)電區(qū)；第一水平選擇線(xiàn)，在公共導(dǎo)電區(qū)上方平行地延伸并包括面對(duì)垂直半導(dǎo)體柱的側(cè)壁的側(cè)壁表面；第二水平選擇線(xiàn)，在第一水平選擇線(xiàn)上方并與其交叉地平行延伸，且包括面對(duì)垂直半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面的側(cè)壁表面；以及至少一個(gè)電介質(zhì)圖案，插設(shè)在第一水平選擇線(xiàn)與垂直半導(dǎo)體柱之間以及第二水平選擇線(xiàn)與垂直半導(dǎo)體柱之間。存儲(chǔ)器件還包括存儲(chǔ)單元陣列，設(shè)置在選擇結(jié)構(gòu)上并包括電耦接到垂直半導(dǎo)體柱的存儲(chǔ)單元。在一些實(shí)施例中，垂直半導(dǎo)體柱可以穿過(guò)第一和第二水平選擇線(xiàn)。 在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元陣列可以包括三維存儲(chǔ)單元陣列。三維存儲(chǔ)單元陣列可以包括:垂直電極，各個(gè)垂直電極設(shè)置在半導(dǎo)體柱的相應(yīng)一個(gè)上且與之電耦接；多個(gè)水平電極，堆疊在選擇結(jié)構(gòu)上并包括面對(duì)垂直電極的側(cè)壁表面的側(cè)壁表面；以及可變電阻存儲(chǔ)元件，插設(shè)在垂直電極與水平電極之間。垂直電極可以穿過(guò)水平電極中的開(kāi)口。水平電極可以包括板電極的疊層和/或在選擇結(jié)構(gòu)上方設(shè)置在各個(gè)水平處的多條平行線(xiàn)。


從以下結(jié)合附圖的簡(jiǎn)要描述，示例實(shí)施例將被更清楚地理解。圖1至圖29示出這里所述的非限制性示例實(shí)施例。圖1是示意地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的透視圖；圖2是示范性地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的選擇結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3和圖4是根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的選擇結(jié)構(gòu)的截面圖；圖5是示范地示出根據(jù)本發(fā)明主題的另一些示例實(shí)施例的選擇結(jié)構(gòu)的透視圖；圖6、圖7和圖8是示范地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的透視圖；圖9、圖10、圖11和圖12是根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的截面圖；圖13是示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的某些方面的透視圖；圖14和圖15是示范地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的單位單元結(jié)構(gòu)的截面圖；圖16是示出半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的一些示例的平面圖；圖17和圖18是示出圖16的單元陣列區(qū)域的示例的透視圖；圖19和圖20是示出半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的其他示例的平面圖和透視圖；圖21和圖22是示出半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的另一些示例的平面圖和透視圖；圖23和圖24是示出半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的又一些示例的平面圖和透視圖；圖25、圖26和圖27是示范地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)之間的連接結(jié)構(gòu)的截面圖；以及圖28和圖29是示意地示出包括根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電子裝置的方框圖。應(yīng)該注意到，這些圖旨在示出在一些示例實(shí)施例中使用的方法、結(jié)構(gòu)和/或材料的一般特性，并對(duì)下面提供的書(shū)面描述進(jìn)行補(bǔ)充。然而，這些圖沒(méi)有按比例繪制，且可以不精確地反映任何給出實(shí)施例的精確結(jié)構(gòu)或性能特征，且不應(yīng)被解釋為限定或限制由示例實(shí)施例包含的值的范圍或特性。例如，為了清晰，可以減小或夸大分子、層、區(qū)域和/或結(jié)構(gòu)元件的相對(duì)厚度和位置。在不同圖中的類(lèi)似或相同附圖標(biāo)記的使用旨在表示類(lèi)似或相同元件或特征的存在。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述本發(fā)明主題的示例實(shí)施例，附圖中示出了示例實(shí)施例。然而，本發(fā)明主題的示例實(shí)施例可以以多種不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的實(shí)施例；而是，提供這些實(shí)施例使得本公開(kāi)透徹和完整，并將示例實(shí)施例的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。在附圖中，為了清晰，層和區(qū)域的厚度被夸大。附圖中相似的附圖標(biāo)記指代相似的元件，因此將省略它們的描述。將理解，當(dāng)稱(chēng)一元件“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接到或耦接到另一元件，或者可以存在插入的元件。相反，當(dāng)稱(chēng)一個(gè)元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時(shí)，不存在插入的元件。相似的附圖標(biāo)記始終指示相似的元件。這里使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)所列相關(guān)項(xiàng)目的任何及所有組合。用于描述元件或?qū)又g的關(guān)系的其他詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)以類(lèi)似的方式解釋(例如，“在...之間”與“直接在...之間”、“與...相鄰”與“直接與...相鄰”、“在...上”與“直接在...上”)。將理解，雖然這里可以使用術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等描述各種元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受限于這些術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一元件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)別開(kāi)。因此，以下討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可以稱(chēng)為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分而不背離示例實(shí)施例的教導(dǎo)。為便于描述這里可以使用諸如“在…之下”、“在...下面”、“下”、“在…之上”、“上”
等空間相對(duì)性術(shù)語(yǔ)以描述如附圖所示的一個(gè)元件或特征與另一個(gè)(些)元件或特征之間的關(guān)系。將理解，空間相對(duì)性術(shù)語(yǔ)在圖中所示的取向之外還意在包括使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，被描述為“在”其他元件或特征“之下”或“下面”的元件將會(huì)在其他元件或特征的“上方”。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“在...下面”就能夠涵蓋之上和之下兩種取向。器件可以采取其他取向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他取向)，這里所用的空間相對(duì)性描述符做相應(yīng)解釋。這里所用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描 述特定實(shí)施例的目的，并非要限制示例實(shí)施例。這里使用時(shí)，除非上下文另有明確表述，否則單數(shù)形式“一”和“該”均同時(shí)旨在包括復(fù)數(shù)形式。將進(jìn)一步理解的是，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”，在這里使用時(shí)，指定了所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或增加。這里參照截面圖描述本發(fā)明主題的示例實(shí)施例，這些圖為示例實(shí)施例的理想化實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖。因而，由例如制造技術(shù)和/或公差引起的圖示形狀的變化是可能發(fā)生的。因此，本發(fā)明主題的示例實(shí)施例不應(yīng)被解釋為限于這里示出的區(qū)域的特定形狀，而是包括由例如制造引起的形狀偏差在內(nèi)。例如，圖示為矩形的注入?yún)^(qū)域可以具有圓化或彎曲的特征和/或在其邊緣處的注入濃度的梯度，而不是從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的二元變化。類(lèi)似地，通過(guò)注入形成的埋入?yún)^(qū)域可以導(dǎo)致在埋入?yún)^(qū)域與通過(guò)其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中的一些注入。因此，附圖所示的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀并非要示出器件的區(qū)域的實(shí)際形狀，也并非要限制示例實(shí)施例的范圍。除非另行定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))都具有本發(fā)明主題的示例實(shí)施例所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所通常理解的同樣的含義。將進(jìn)一步理解的是，諸如通用詞典中所定義的術(shù)語(yǔ)，除非此處加以明確定義，否則應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域的語(yǔ)境中的含義相一致的含義，而不應(yīng)被解釋為理想化的或過(guò)度形式化的意義。圖1是示意地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的透視圖。參照?qǐng)D1，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域可以包括下結(jié)構(gòu)100、在下結(jié)構(gòu)100上的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300以及在下結(jié)構(gòu)100與存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300之間的選擇結(jié)構(gòu)200。在示例實(shí)施例中，下結(jié)構(gòu)100可以用作用于形成選擇結(jié)構(gòu)200和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300的基底結(jié)構(gòu)。例如，下結(jié)構(gòu)100可以是包括半導(dǎo)體區(qū)域、電介質(zhì)區(qū)域和/或?qū)щ姴牧系幕濉Ｔ谝恍┦纠龑?shí)施例中，下結(jié)構(gòu)100可以包括硅晶片或硅基板。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以包括三維布置的存儲(chǔ)單元。例如，存儲(chǔ)單元可以布置為在下結(jié)構(gòu)100上方的不同垂直(Z)水平處基本上形成在χ-y平面上的二維陣列的疊層。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以包括多個(gè)水平電極以及與水平電極交叉的多個(gè)垂直電極，該多個(gè)水平電極基本上位于平行于下結(jié)構(gòu)100的x-y平面上。存儲(chǔ)單元可以插設(shè)在水平電極與垂直電極之間。選擇結(jié)構(gòu)200可以配置為能夠唯一地選擇存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300中的垂直電極中的一個(gè)。例如，選擇結(jié)構(gòu)200可以包括二維或三維地布置在下結(jié)構(gòu)100上的選擇器件，選擇器件可以物理地連接到垂直電極中的相應(yīng)一個(gè)。如將參照幾個(gè)示例更詳細(xì)描述的，選擇器件可以配置為使得它們電連接到垂直電極。圖2是示范性地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的選擇結(jié)構(gòu)的透視圖，圖3和圖4是根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的選擇結(jié)構(gòu)的截面圖。參照?qǐng)D2，選擇結(jié)構(gòu)200可以包括導(dǎo)電區(qū)210、設(shè)置在導(dǎo)電區(qū)210上的半導(dǎo)體柱220以及設(shè)置在導(dǎo)電區(qū)210上且水平地交叉半導(dǎo)體柱220的選擇線(xiàn)230。導(dǎo)電區(qū)210可以用作允許電信號(hào)(例如，電流或電壓)在存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300與外部電路之間傳遞的路徑。在示例實(shí)施例中，外部電路可以是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的位于單元陣列區(qū)域外面的部分。導(dǎo)電區(qū)210可以由具有比下結(jié)構(gòu)100或硅基板低的電阻率的一種或多種材料形成。例如，導(dǎo)電區(qū)210可以包括摻雜半導(dǎo)體、金屬、導(dǎo)電金屬氮化物、硅化物和納米結(jié)構(gòu)(諸如碳納米管或石墨烯)中的至少一種。在示例實(shí)施例中，下結(jié)構(gòu)100可以是硅基板，導(dǎo)電區(qū)210可以是具有不同于硅基板的導(dǎo)電類(lèi)型的高摻雜雜質(zhì)區(qū)。例如，導(dǎo)電區(qū)210可以通過(guò)用導(dǎo)電類(lèi)型不同于娃基板的雜質(zhì)對(duì)娃基板摻雜而形成。半導(dǎo)體柱220可以由能夠在與導(dǎo)電區(qū)210接觸的區(qū)域處表現(xiàn)非歐姆接觸電阻性質(zhì)的材料形成。例如，半導(dǎo)體柱220可以包括費(fèi)米能級(jí)與導(dǎo)電區(qū)210不同的半導(dǎo)體層或納米結(jié)構(gòu)(諸如碳納米管或石墨烯結(jié)構(gòu))。例如，如果導(dǎo)電區(qū)210由摻雜半導(dǎo)體材料形成，則半導(dǎo)體柱220可以包括導(dǎo)電類(lèi)型不同于導(dǎo)電區(qū)210的部分。例如，如圖3和圖4所示，每個(gè)半導(dǎo)體柱220可以包括上部區(qū)域222和插設(shè)在上部區(qū)域222與導(dǎo)電區(qū)210之間的下部區(qū)域221，在示例實(shí)施例中，上部區(qū)域222可以具有與導(dǎo)電區(qū)210相同的導(dǎo)電類(lèi)型，下部區(qū)域221可以具有與上部區(qū)域222不同的導(dǎo)電類(lèi)型。半導(dǎo)體柱220可以具有單晶或多晶結(jié)構(gòu)。在示例實(shí)施例中，每個(gè)半導(dǎo)體柱220可以包括通過(guò)使用導(dǎo)電區(qū)210或硅基板作為籽層生長(zhǎng)的外延層。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體柱220可以與導(dǎo)電區(qū)210的頂表面直接接觸，具有很少或沒(méi)有可觀察到的界面晶體缺陷。半導(dǎo)體柱220可以二維地布置在導(dǎo)電區(qū)210上。例如，半導(dǎo)體柱220可以共同連接到導(dǎo)電區(qū)210，導(dǎo)電區(qū)210可以用作被半導(dǎo)體柱220共享的公共互連線(xiàn)。在這個(gè)意義上，導(dǎo)電區(qū)210可以用作“公共源極區(qū)”，并可以在以下的描述中被如此指代。在示例實(shí)施例中，每個(gè)半導(dǎo)體柱220可以具有實(shí)心圓柱形狀，并且半導(dǎo)體柱220可以彼此間隔開(kāi)。選擇線(xiàn)230可以面對(duì)半導(dǎo)體柱220的側(cè)壁。選擇線(xiàn)230和半導(dǎo)體柱220的布置可以形成金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)電容器和/或選擇線(xiàn)230可以用作MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極，其中半導(dǎo)體柱220的上部區(qū)域222和下部區(qū)域221分別用作漏極電極和溝道區(qū)域。為了提供這樣的晶體管，選擇結(jié)構(gòu)200還可以包括插設(shè)在選擇線(xiàn)230與半導(dǎo)體柱220之間的選擇柵極電介質(zhì)250。每條選擇線(xiàn)230可以配置為通過(guò)電容耦合來(lái)控制鄰近其的半導(dǎo)體柱220的至少一個(gè)的電勢(shì)。例如,半導(dǎo)體柱220的能帶結(jié)構(gòu)可以通過(guò)施加到鄰近其的一條選擇線(xiàn)230的電壓而反轉(zhuǎn)，選擇柵極電介質(zhì)250可以形成為具有允許能帶結(jié)構(gòu)被反轉(zhuǎn)的厚度。在示例實(shí)施例中，選擇線(xiàn)230可以包括布置在第一 x-y平面上的多條第一選擇線(xiàn)231以及布置在處于不同于第一選擇線(xiàn)231的第二水平處的第二 x-y平面上的多條第二選擇線(xiàn)232。第一選擇線(xiàn)231可以交叉第二選擇線(xiàn)232。例如，第一選擇線(xiàn)231可以沿x方向平行地延伸，第二選擇線(xiàn)232可以設(shè)置在第一選擇線(xiàn)231上方并在y方向上平行地延伸。然而，本發(fā)明主題的示例實(shí)施例可以不被限制到這樣的布置。第一和第二選擇線(xiàn)231和232可以面對(duì)半導(dǎo)體柱220的一維排列的柱的側(cè)壁。第一和第二選擇線(xiàn)231和232可以用作MOS電容器的電極或用作MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極。在示例實(shí)施例中，第一和第二選擇線(xiàn)231和232可以在其中具有孔，半導(dǎo)體柱220可以穿過(guò)這些孔。在此示例中，每個(gè)選擇柵極電介質(zhì)250可以設(shè)置在相應(yīng)的一個(gè)孔的內(nèi)壁上以將選擇線(xiàn)230空間地和電地與半導(dǎo)體柱220分離。例如，如圖2和圖3示范示出的，選擇柵極電介質(zhì)250可以包括設(shè)置在第一選擇線(xiàn)231中的第一絕緣圖案251以及設(shè)置在第二選擇線(xiàn)232中且與第一絕緣圖案251垂直間隔開(kāi)的第二絕緣圖案252。或者，每個(gè)選擇柵極電介質(zhì)250可以從第一選擇線(xiàn)231向上延伸以插設(shè)在第二選擇線(xiàn)232與半導(dǎo)體柱220之間。例如，如圖4示范示出的，每個(gè)半導(dǎo)體柱220的整個(gè)側(cè)壁可以用相應(yīng)的一個(gè)選擇柵極電介質(zhì)250覆蓋。如上所述，在此示例中，第一和第二選擇線(xiàn)231和232可以彼此交叉，這能夠?qū)⒁粋€(gè)半導(dǎo)體柱中的上部區(qū)域222選擇性地連接到導(dǎo)電區(qū)210。例如，如果一條第一選擇線(xiàn)231和一條第二選擇線(xiàn)232被選擇，則位于其交叉處的下部區(qū)域221可以唯一地具有反轉(zhuǎn)的能
帶結(jié)構(gòu)。另外，為了將上部區(qū)域222電連接到導(dǎo)電區(qū)210，至少要求半導(dǎo)體柱220的分別鄰近第一和第二選擇線(xiàn)231和232的兩個(gè)部分具有反轉(zhuǎn)的能帶結(jié)構(gòu)并電連接到彼此。該要求可以通過(guò)兩種方式來(lái)滿(mǎn)足。例如，下部區(qū)域221還可以包括連接雜質(zhì)區(qū)(未示出)，其形成在第一和第二選擇線(xiàn)231和232之間(就垂直位置而言)并具有與上部區(qū)域222相同的導(dǎo)電類(lèi)型。于是，半導(dǎo)體柱220的被第一和第二選擇線(xiàn)231和232反轉(zhuǎn)的兩個(gè)部分可以通過(guò)連接雜質(zhì)區(qū)彼此串聯(lián)地連接?；蛘撸谝缓偷诙x擇線(xiàn)231和232可以垂直地足夠接近以允許反轉(zhuǎn)的兩個(gè)部分彼此交疊。于是，半導(dǎo)體柱220的兩個(gè)反轉(zhuǎn)部分可以直接彼此串聯(lián)地連接。在示例實(shí)施例中，第一選擇線(xiàn)231可以在厚度、雜質(zhì)濃度、材料或?qū)挾戎械闹辽僖粋€(gè)上不同于第二選擇線(xiàn)232。第一和第二選擇線(xiàn)231和232之間的該差異可以用于利用半導(dǎo)體柱220作為其有源區(qū)來(lái)控制MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電特性。在示例實(shí)施例中，第一選擇線(xiàn)231和第二選擇線(xiàn)232可以與半導(dǎo)體柱220和導(dǎo)電區(qū)210彼此電隔離。例如，選擇結(jié)構(gòu)200還可以包括插設(shè)在第一選擇線(xiàn)231之間、第一選擇線(xiàn)231與導(dǎo)電區(qū)210之間和/或第二選擇線(xiàn)232之間的至少一個(gè)絕緣層。例如，第一絕緣層241可以插設(shè)在第一選擇線(xiàn)231與導(dǎo)電區(qū)210之間。圖5是示范地示出根據(jù)本發(fā)明主題的另一些示例實(shí)施例的選擇結(jié)構(gòu)的透視圖。為了簡(jiǎn)潔的描述，可以省略之前參照?qǐng)D2至圖4描述的元件的重復(fù)描述。參照?qǐng)D5，根據(jù)本示例實(shí)施例，導(dǎo)電區(qū)210可以包括水平地彼此分離的多個(gè)線(xiàn)部分(在下文，稱(chēng)作“公共源極線(xiàn)”)，所有的選擇線(xiàn)230可以設(shè)置在單個(gè)xy平面上以交叉公共源極線(xiàn)210。在示例實(shí)施例中，公共源極線(xiàn)210可以彼此平行，它們的每個(gè)可以連接到設(shè)置在其上的多個(gè)半導(dǎo)體柱220。連接到公共源極線(xiàn)210的半導(dǎo)體柱220可以穿透選擇線(xiàn)230。例如，公共源極線(xiàn)210可以配置為將半導(dǎo)體柱220連接在一起，選擇線(xiàn)230可以沿著交叉公共源極線(xiàn)210的方向面對(duì)多個(gè)半導(dǎo)體柱220的側(cè)壁。因而，如果一條公共源極線(xiàn)210和一條選擇線(xiàn)230被選擇，則位于公共源極線(xiàn)210和該選擇線(xiàn)230的交叉處的相應(yīng)一個(gè)半導(dǎo)體柱220能夠被唯一地選擇。根據(jù)本示例實(shí)施例，公共源極線(xiàn)210、下部區(qū)域221和上部區(qū)域222可以用作MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極電極、溝道區(qū)域和漏極電極，其中選擇線(xiàn)230用于柵極電極。此外，選擇柵極電介質(zhì)250可以插設(shè)在半導(dǎo)體柱220與選擇線(xiàn)230之間以用作MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極絕緣層。圖6至圖8是示范地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的透視圖，圖9至圖12是根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的截面圖。圖13是示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的某些方面的透視圖，圖14和圖15是示范地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的單位單元結(jié)構(gòu)的截面圖。參照?qǐng)D6至圖8，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以包括:多個(gè)水平電極310，平行于x-y平面并堆疊在下部結(jié)構(gòu)100上；以及多個(gè)垂直電極320，沿與X-y平面正交的方向交叉水平電極310。此外，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300還可以包括插設(shè)在垂直電極320和水平電極310的側(cè)壁之間的信息存儲(chǔ)圖案330。在示例實(shí)施例中，如圖6所示，水平電極310可以具有板形。例如，在平面圖中，水平電極310的面積可以為半導(dǎo)體柱220的截面面積的十倍或更多倍，每個(gè)水平電極310可以具有穿過(guò)其的多個(gè)孔。垂直電極320穿過(guò)水平電極310的孔，每個(gè)垂直電極320可以連接到選擇結(jié)構(gòu)200的半導(dǎo)體柱220中的相應(yīng)一個(gè)。在其他的實(shí)施例中，如圖7所示，水平電極310可以具有交叉垂直電極320的線(xiàn)形。例如，每個(gè)水平電極310的長(zhǎng)度可以為每個(gè)半導(dǎo)體柱220的寬度的十倍或更多倍，每個(gè)水平電極310的寬度可以小于每個(gè)半導(dǎo)體柱220的寬度的三倍。每個(gè)水平電極310可以具有從其穿過(guò)的多個(gè)孔，垂直電極320可以垂直地穿過(guò)設(shè)置在不同水平處的水平電極310的孔。類(lèi)似于圖6的情形，每個(gè)垂直電極320可以連接到選擇結(jié)構(gòu)200的半導(dǎo)體柱220的相應(yīng)一個(gè)。
在另一些實(shí)施例中，如圖8所示，水平電極310可以具有交叉垂直電極320的線(xiàn)形。例如，垂直電極320可以至少在包括多個(gè)一維排列的垂直電極320的區(qū)域中彼此水平地分離。例如，設(shè)置在每個(gè)垂直電極320兩側(cè)處的一對(duì)水平電極310可以彼此水平地分離以能夠具有彼此不同的電勢(shì)。在示例實(shí)施例中，盡管沒(méi)有在附圖中示出，但是所述一對(duì)水平電極310中的一個(gè)可以經(jīng)由其左端部分連接到外部電路，而另一個(gè)可以經(jīng)由其右端部分連接到其它外部電路。在其他的實(shí)施例中，設(shè)置在每個(gè)垂直電極320兩側(cè)處的一對(duì)水平電極310可以電連接到彼此以處于等電勢(shì)狀態(tài)。例如，每個(gè)水平電極310可以形成為限定穿過(guò)其的至少一個(gè)孔，但是不同于參照?qǐng)D6和圖7描述的上述實(shí)施例，穿過(guò)每個(gè)孔可以提供多個(gè)垂直電極320。參照?qǐng)D9至圖12，層間電介質(zhì)351可以提供在垂直堆疊的水平電極310之間，因此，水平電極310可以彼此電分離。在示例實(shí)施例中，覆蓋層352可以提供在水平電極310中的最上面一個(gè)上。覆蓋層352可以由關(guān)于垂直電極320具有蝕刻選擇性的材料形成，因此，覆蓋層352可以在水平分離垂直電極320或信息存儲(chǔ)圖案330的節(jié)點(diǎn)分離工藝期間用作蝕刻停止層。此外，上絕緣層353可以提供為覆蓋垂直電極320的頂表面。每個(gè)垂直電極320可以包括一種或多種導(dǎo)電材料，諸如摻雜半導(dǎo)體、金屬、導(dǎo)電金屬氮化物、硅化物和/或納米結(jié)構(gòu)(例如，碳納米管或石墨烯)。在示例實(shí)施例中，垂直電極320可以由上述導(dǎo)電材料中的至少一種形成。例如，每個(gè)垂直電極320可以為具有實(shí)心圓柱結(jié)構(gòu)并具有基本上矩形的垂直截面的單個(gè)導(dǎo)電圖案，如圖9所示。在一些實(shí)施例中，每個(gè)垂直電極320可以是具有杯狀結(jié)構(gòu)并具有“U”形垂直截面的單個(gè)導(dǎo)電圖案，如圖10所示。在垂直電極320具有杯狀結(jié)構(gòu)的情形下，如圖10所示，絕緣間隙填充層360可以提供來(lái)填充垂直電極320的內(nèi)部空間。在一些實(shí)施例中，每個(gè)垂直電極320可以由上述導(dǎo)電材料中的至少兩種形成。例如，如圖11和圖12所示，垂直電極320可以包括像杯子一樣成形的第一垂直電極321以及填充第一垂直電極321的內(nèi)部空間且具有實(shí)心圓柱結(jié)構(gòu)的第二垂直電極322。第二垂直電極322可以由電阻率小于或基本上等于第一垂直電極321的材料形成。例如，第一垂直電極321可以由摻雜的多晶硅層形成，第二垂直電極322可以由金屬層或多晶硅層(其用具有與第一垂直電極321相同導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)高度摻雜)形成。每個(gè)信息存儲(chǔ)圖案330可以形成為覆蓋相應(yīng)一個(gè)垂直電極320的外側(cè)壁。例如，如圖9至圖11所示，每個(gè)信息存儲(chǔ)圖案330可以形成為貫穿多個(gè)垂直堆疊的水平電極310。因而，每個(gè)信息存儲(chǔ)圖案330可以經(jīng)由孔的內(nèi)壁或水平電極310的內(nèi)側(cè)壁而連接到多個(gè)水平電極310。在每個(gè)信息存儲(chǔ)圖案330中，鄰近水平電極310的部分可以用作存儲(chǔ)元件。例如，圖9至圖11所示的每個(gè)信息存儲(chǔ)圖案330可以包括多個(gè)垂直堆疊的存儲(chǔ)元件。在其他的實(shí)施例中，如圖12所示，每個(gè)垂直電極320可以與通過(guò)層間電介質(zhì)351彼此垂直地分離的多個(gè)信息存儲(chǔ)圖案330接觸。例如，層間電介質(zhì)351可以通過(guò)彼此垂直分離的信息存儲(chǔ)圖案330之間的空間而與垂直電極320的外側(cè)壁直接接觸，每個(gè)信息存儲(chǔ)圖案330可以提供在層間電介質(zhì)351之間以與相應(yīng)一個(gè)水平電極310的內(nèi)側(cè)壁接觸。根據(jù)圖12所示的示例實(shí)施例，每個(gè)信息存儲(chǔ)圖案330可以用作三維布置的存儲(chǔ)元件中的一個(gè)。
在示例實(shí)施例中，上絕緣層353可以形成為覆蓋垂直電極320的整個(gè)頂表面。因而，垂直電極320的頂表面不能用作用于傳遞電信號(hào)的路徑。例如，如圖13所示，互連線(xiàn)400可以提供在垂直電極320上方，但是由于上絕緣層353的存在，垂直電極320可以不直接連接到互連線(xiàn)400。本發(fā)明主題的實(shí)施例不限于此。在其他的實(shí)施例中，如將參照?qǐng)D25至圖27描述的，垂直電極320和信息存儲(chǔ)圖案330的結(jié)構(gòu)可以變形以實(shí)現(xiàn)垂直電極320與半導(dǎo)體柱220之間的穩(wěn)定的電連接。信息存儲(chǔ)圖案330可以包括至少一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料。例如，信息存儲(chǔ)圖案330可以包括一種或多種可變電阻材料，該可變電阻材料具有可被流經(jīng)信息存儲(chǔ)圖案330的電流選擇性地改變的電阻。在示例實(shí)施例中，信息存儲(chǔ)圖案330可以包括至少一種材料(例如，硫族化物)，其具有可利用由流經(jīng)信息存儲(chǔ)圖案330的電流產(chǎn)生的熱能而改變的電阻。硫族化物可以包括例如銻(Sb)、碲(Te)和/或硒(Se)。例如，信息存儲(chǔ)圖案330可以包括硫族化物，該硫族化物包括約20至約80的原子百分比濃度的碲(Te)、約5至約50原子百分比濃度的銻(Sb)以及具有其余濃度的鍺(Ge)。此外，用于信息存儲(chǔ)圖案330的硫族化物還可以包括雜質(zhì)，該雜質(zhì)包括例如N、O、C、B1、In、B、Sn、S1、T1、Al、N1、Fe、Dy和/或La。在示例實(shí)施例中，信息存儲(chǔ)圖案330可以包括GeBiTe、InSb、GeSb和/或GaSb。在示例實(shí)施例中，信息存儲(chǔ)圖案330可以配置為具有一分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)具有可利用流經(jīng)信息存儲(chǔ)圖案330的電流的自旋轉(zhuǎn)移現(xiàn)象改變的電阻。例如，信息存儲(chǔ)圖案330可以配置為具有表現(xiàn)磁阻性質(zhì)的分層結(jié)構(gòu)并包括至少一種鐵磁材料和/或至少一種反鐵磁材料。在示例實(shí)施例中，信息存儲(chǔ)圖案330可以包括鈣鈦礦化合物(perovskite)和/或過(guò)渡金屬氧化物。例如，信息存儲(chǔ)圖案330可以包括鈮氧化物、鈦氧化物、鎳氧化物、鋯氧化物、釩氧化物、PCMO ( (Pr，Ca) MnO3)、鍶鈦氧化物、鋇鍶鈦氧化物、鍶鋯氧化物、鋇鋯氧化物和
/或鋇鍶鋯氧化物。此外，在示例實(shí)施例中，信息存儲(chǔ)圖案330可以包括在與水平電極310或垂直電極320的界面處除了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性質(zhì)之外還表現(xiàn)自整流性質(zhì)和/或非線(xiàn)性電流-電壓性質(zhì)的一種或多種材料。例如，信息存儲(chǔ)圖案330可以包括一種或多種過(guò)渡金屬氧化物，水平電極310或垂直電極320可以包括一種或多種金屬和/或金屬氮化物。在示例實(shí)施例中，用于信息存儲(chǔ)圖案330的過(guò)渡金屬氧化物可以包括鉿氧化物和/或鉭氧化物，水平電極310或垂直電極320可以包括鈦氮化物層、鋯和鈦氮化物的復(fù)合物和/或雙層結(jié)構(gòu)、和/或鋯/釕/鈦氮化物的復(fù)合物或多層結(jié)構(gòu)。例如，水平電極310、信息存儲(chǔ)圖案330和垂直電極320可以配置為具有 TiN/HfOx/TiN、TiN/TaOx/TiN、TiN/TaOx/Zr/TiN 或 TiN/TaOx/Zr/Ru/TiN 的多層結(jié)構(gòu)。在水平電極310由金屬性材料形成的情形下，信息存儲(chǔ)圖案330可以與水平電極310 一起提供肖特基結(jié)，存儲(chǔ)元件ME可以提供為包括信息存儲(chǔ)圖案330的結(jié)構(gòu)，如圖9至圖12和圖14所示。在一些實(shí)施例中，中間圖案340可以額外地提供在信息存儲(chǔ)圖案330與水平電極310之間，如圖15所示，以與水平電極310 —起提供用作整流器件RD的肖特基結(jié)。在示例實(shí)施例中，中間圖案340可以通過(guò)信息存儲(chǔ)圖案330與水平電極310之間的反應(yīng)形成，并具有與信息存儲(chǔ)圖案330不同的化學(xué)成分。
本發(fā)明主題的實(shí)施例不限于此。例如，如圖15所示，除了信息存儲(chǔ)圖案330之外，每個(gè)存儲(chǔ)元件ME還可以包括插設(shè)在水平電極310與信息存儲(chǔ)圖案330之間的二端整流器件RD。整流器件RD可以例如通過(guò)中間圖案340實(shí)現(xiàn)，中間圖案340可以插設(shè)在水平電極310與信息存儲(chǔ)圖案330之間并在導(dǎo)電類(lèi)型或功函數(shù)上與水平電極310不同。在水平電極310由半導(dǎo)體形成的情形下，水平電極310和中間圖案340可以提供PN 二極管。如果水平電極310由金屬性材料形成，則水平電極310和中間圖案340可以提供肖特基二極管。盡管沒(méi)有在附圖中示出，但是整流器件RD可以插設(shè)在垂直電極320與信息存儲(chǔ)圖案330之間。圖16是示出半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的一些示例的平面圖，圖17和圖18是示出圖16的單元陣列區(qū)域的示例的透視圖。為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，本示例的與之前示出和描述的元件或特征類(lèi)似的元件和特征將不再更詳細(xì)地描述。參照?qǐng)D16至圖18，選擇結(jié)構(gòu)200可以提供為包括導(dǎo)電區(qū)210以及第一和第二選擇線(xiàn)231和232的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電區(qū)210可以成形為板狀，第一和第二選擇線(xiàn)231和232可以彼此垂直地間隔開(kāi)并彼此交叉。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以提供為包括成形為板狀的水平電極310的結(jié)構(gòu)，如圖16所示。例如，如圖17和圖18所示，選擇結(jié)構(gòu)200和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以配置為分別具有與參照?qǐng)D2和圖6描述的那些基本相同的結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)200的半導(dǎo)體柱220可以分別連接到存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300的垂直電極320。圖19和圖20是示出半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的其他示例的平面圖和透視圖。為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，本示例的與之前示出和描述的元件或特征類(lèi)似的元件和特征將不再更詳細(xì)地描述。參照?qǐng)D19和圖20，根據(jù)本示例實(shí)施例，選擇結(jié)構(gòu)200可以提供為包括導(dǎo)電區(qū)210以及第一和第二選擇線(xiàn)231和232的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電區(qū)210可以成形為板狀，第一和第二選擇線(xiàn)231和232可以彼此垂直地間隔開(kāi)并彼此交叉，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以提供為包括成形為線(xiàn)狀的水平電極310的結(jié)構(gòu)，如圖19所示。例如，如圖20所示，選擇結(jié)構(gòu)200和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以配置為分別具有與參照?qǐng)D2和圖7描述的那些基本相同的結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)200的半導(dǎo)體柱220可以分別連接到存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300的垂直電極320。圖21和圖22是示出半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的另一些示例的平面圖和透視圖。為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，本示例的與之前示出和描述的元件或特征類(lèi)似的元件和特征將不再更詳細(xì)地描述。參照?qǐng)D21和圖22，根據(jù)本示例實(shí)施例，選擇結(jié)構(gòu)200可以提供為包括彼此水平地間隔開(kāi)的公共源極線(xiàn)210以及交叉公共源極線(xiàn)210的選擇線(xiàn)230的結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以提供為包括成形為線(xiàn)狀的水平電極310的結(jié)構(gòu)，如圖21所示。例如，如圖22所示，選擇結(jié)構(gòu)200和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以配置為分別具有與參照?qǐng)D5和圖7描述的那些基本相同的結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)200的半導(dǎo)體柱220可以分別連接到存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300的垂直電極320。在示例實(shí)施例中，水平電極310可以布置為平行于選擇線(xiàn)230。圖23和圖24是示出半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的單元陣列區(qū)域的另一些示例的平面圖和透視圖。為了簡(jiǎn)要起見(jiàn)，本示例的與之前示出和描述的元件或特征類(lèi)似的元件和特征將不再更詳細(xì)地描述。參照?qǐng)D23和圖24，根據(jù)本示例實(shí)施例，選擇結(jié)構(gòu)200可以提供為包括彼此水平地間隔開(kāi)的公共源極線(xiàn)210以及交叉公共源極線(xiàn)210的選擇線(xiàn)230的結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以提供為包括成形為線(xiàn)狀的水平電極310的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本示例實(shí)施例，設(shè)置在每個(gè)垂直電極320兩側(cè)的一對(duì)水平電極310可以彼此水平地分離。例如，如圖23所示，選擇結(jié)構(gòu)200和存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300可以配置為分別具有與參照?qǐng)D5和圖8描述的那些基本相同的結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)200的半導(dǎo)體柱220可以分別連接到存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)300的垂直電極320。在示例實(shí)施例中，水平電極310可以布置為平行于選擇線(xiàn)230。圖25至圖27是示范地示出根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的在存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)與選擇結(jié)構(gòu)之間的連接結(jié)構(gòu)的截面圖。參照?qǐng)D25，垂直電極320可以包括成形為管狀的第三垂直電極323以及填充第三垂直電極323的內(nèi)部空間的第四垂直電極324，信息存儲(chǔ)圖案330可以包括覆蓋第三垂直電極323的外側(cè)壁的垂直部分330V以及從垂直部分330V的底部向內(nèi)延伸以覆蓋第三垂直電極323的底表面的水平部分330H。由于水平部分330H的存在，第三垂直電極323的底表面可以與半導(dǎo)體柱220的上部區(qū)域222垂直地間隔開(kāi)。第四垂直電極324可以具有位于比第三垂直電極323低的水平處的底表面，因此，第四垂直電極324可以穿過(guò)信息存儲(chǔ)圖案330的水平部分330H而與半導(dǎo)體柱220的上部區(qū)域222直接接觸。在示例實(shí)施例中，水平部分330H可以與第四垂直電極324的下側(cè)壁直接接觸。第三和第四垂直電極323和324可以利用彼此不同的沉積工藝獨(dú)立地形成。例如，第三垂直電極323可以通過(guò)包括沉積和各向異性蝕刻步驟的間隔物形成工藝形成，以通過(guò)信息存儲(chǔ)圖案330暴露上部區(qū)域222。當(dāng)可以進(jìn)行信息存儲(chǔ)圖案330上的蝕刻工藝以暴露上部區(qū)域222時(shí)，由于第三垂直電極323的存在，可以防止信息存儲(chǔ)圖案330被損壞。參照?qǐng)D26，信息存儲(chǔ)圖案330可以形成為具有之前參照?qǐng)D12描述的結(jié)構(gòu)。例如，信息存儲(chǔ)圖案330可以局限在水平電極310的側(cè)壁上，因此，垂直電極320可以直接連接到半導(dǎo)體柱220的上部區(qū)域222，而沒(méi)有由信息存儲(chǔ)圖案330的存在引起的任何斷開(kāi)。參照?qǐng)D27，信息存儲(chǔ)圖案330可以從水平電極310和垂直電極320的側(cè)壁之間水平地延伸以覆蓋水平電極310的頂表面和底表面。例如，信息存儲(chǔ)圖案330可以形成為具有“U”形的垂直截面。在示例實(shí)施例中，信息存儲(chǔ)圖案330可以局限在鄰近水平電極310的區(qū)域中，因此，垂直電極320可以直接連接到半導(dǎo)體柱220的上部區(qū)域222，而沒(méi)有由于信息存儲(chǔ)圖案330的存在引起的任何斷開(kāi)。圖28和圖29是示意地示出包括根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電子裝置的方框圖。參照?qǐng)D28，包括根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電子裝置1300可以使用在個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、膝上型計(jì)算機(jī)、移動(dòng)計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本、無(wú)線(xiàn)電話(huà)、手機(jī)、數(shù)字音樂(lè)播放器、有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電子裝置、或者包括其中至少兩個(gè)的復(fù)合電子裝置之一中。電子裝置1300可以包括控制器1310、諸如鍵板、鍵盤(pán)、顯示器的輸入/輸出裝置1320、存儲(chǔ)器1330和無(wú)線(xiàn)接口 1340，它們通過(guò)總線(xiàn)1350結(jié)合到彼此?？刂破?310可以例如包括至少一個(gè)微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器等。存儲(chǔ)器1330可以配置為將被控制器1310使用的指令代碼或用戶(hù)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器1330可以包括根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。電子裝置1300可以使用無(wú)線(xiàn)接口 1340，該無(wú)線(xiàn)接口 1340配置為利用RF信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)到無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)或從無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)。無(wú)線(xiàn)接口 1340可以包括例如天線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)收發(fā)器等。電子系統(tǒng)1300可以用于通信系統(tǒng)的通信接口協(xié)議中，諸如CDMA、GSM、NADC、E-TDMA、WCDMA、CDMA2000、W1-F1、Muni W1-F1、Bluetooth、DECT、無(wú)線(xiàn) USB，F(xiàn)lash-OFDM、IEEE 802.20,GPRS,iBurst、WiBro、WiMAX、WiMAX-Advanced, UMTS-TDD, HSPA, EVDO, LTE-Advanced、MMDS 等。參照?qǐng)D29，將描述包括根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的存儲(chǔ)器系統(tǒng)。存儲(chǔ)器系統(tǒng)1400可以包括用于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器件1410和存儲(chǔ)器控制器1420。存儲(chǔ)器控制器1420控制存儲(chǔ)器件1410從而響應(yīng)主機(jī)1430的讀/寫(xiě)要求而讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器件1410中的數(shù)據(jù)或者將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到存儲(chǔ)器件1410中。存儲(chǔ)器控制器1420可以包括地址映射表，用于將從主機(jī)1430 (例如，移動(dòng)裝置或計(jì)算機(jī)系統(tǒng))提供的地址映射成存儲(chǔ)器件1410的物理地址。存儲(chǔ)器件1410可以是根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。以上公開(kāi)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件可以利用各種不同的封裝技術(shù)來(lái)封裝。例如，根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件可以利用層疊封裝(POP)技術(shù)、球柵陣列(BGAs)技術(shù)、芯片級(jí)封裝(CSPs)技術(shù)、帶引線(xiàn)的塑料芯片載體(PLCC)技術(shù)、塑料雙列直插封裝(PDIP)技術(shù)、華夫管芯封裝(die in waffle pack)技術(shù)、晶圓式管芯技術(shù)、板上芯片(COB)技術(shù)、陶瓷雙列直插封裝(CERDIP)技術(shù)、塑料四方扁平封裝(PQFP)技術(shù)、薄四方扁平封裝(TQFP)技術(shù)、小外形集成電路封裝(SOIC)技術(shù)、窄間距小外形封裝(SSOP)技術(shù)、薄小外形封裝(TSOP)技術(shù)、薄四方扁平封裝(TQFP )技術(shù)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP )技術(shù)、多芯片封裝(MCP )技術(shù)、晶圓級(jí)制造封裝(WFP)技術(shù)以及晶圓級(jí)處理堆疊封裝(WSP)技術(shù)中的任一種來(lái)封裝。安裝有根據(jù)以上實(shí)施例之一的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的封裝還可以包括控制該半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的至少一個(gè)半導(dǎo)體器件(例如，控制器和/或邏輯器件)。根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例，包括二維布置的垂直電極的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可以提供在下結(jié)構(gòu)上，配置為能夠選擇垂直電極之一的選擇結(jié)構(gòu)可以提供在下結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)之間。選擇結(jié)構(gòu)可以包括開(kāi)關(guān)器件，開(kāi)關(guān)器件可以利用半導(dǎo)體柱來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)半導(dǎo)體柱設(shè)置在相應(yīng)一個(gè)垂直電極下面。因而，可以減小開(kāi)關(guān)器件的占據(jù)面積，這能夠增加半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器容量。此外，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可以包括三維布置的存儲(chǔ)單元，因此，與包括二維布置的存儲(chǔ)單元的器件相比，可以增大根據(jù)本發(fā)明主題的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器容量。盡管已經(jīng)具體示出和描述了本發(fā)明主題的示例實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可以在其中進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的變化，而不背離所附權(quán)利要求的精神和范圍。本申請(qǐng)要求于2011年10月28日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.10_2011_0111235的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過(guò)引用整體結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)器件，包括: 公共導(dǎo)電區(qū)； 多個(gè)間隔開(kāi)的垂直的半導(dǎo)體柱，設(shè)置在公共導(dǎo)電區(qū)上且電耦接到所述公共導(dǎo)電區(qū)；水平的至少一條第一選擇線(xiàn)，在高于所述公共導(dǎo)電區(qū)的第一水平處與至少一個(gè)半導(dǎo)體柱的至少一個(gè)側(cè)壁相鄰； 水平的至少一條第二選擇線(xiàn)，在高于所述公共導(dǎo)電區(qū)的第二水平處與所述至少一個(gè)半導(dǎo)體柱的所述至少一個(gè)側(cè)壁相鄰； 多個(gè)垂直電極，各個(gè)垂直電極設(shè)置在所述半導(dǎo)體柱的相應(yīng)一個(gè)上并與之電耦接；以及 多個(gè)水平電極，堆疊在所述公共導(dǎo)電區(qū)上并與垂直電極的側(cè)壁相鄰設(shè)置；以及 存儲(chǔ)元件，插設(shè)在垂直電極與水平電極之間。
2.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體柱二維地布置在所述公共導(dǎo)電區(qū)上。
3.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中所述公共導(dǎo)電區(qū)具有至少為每個(gè)半導(dǎo)體柱的寬度的十倍的寬度。
4.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，還包括至少一個(gè)電介質(zhì)區(qū)，插設(shè)在所述至少一個(gè)半導(dǎo)體柱的所述側(cè)壁與所述至少一條第一選擇線(xiàn)之間以及所述至少一個(gè)半導(dǎo)體柱的所述側(cè)壁與所述至少一條第二選擇線(xiàn)之間。
5.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中所述公共導(dǎo)電區(qū)包括摻雜的半導(dǎo)體層，其中每個(gè)所述半導(dǎo)體柱包括分別與所述公共導(dǎo)電區(qū)和相應(yīng)垂直電極相鄰的下部區(qū)和上部區(qū)，其中所述下部區(qū)具有與所述公共導(dǎo)電區(qū)不同的導(dǎo)電類(lèi)型和/或不同的雜質(zhì)濃度。
6.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中每個(gè)所述半導(dǎo)體柱包括分別與所述公共導(dǎo)電區(qū)和所述垂直電極相鄰設(shè)置的下部區(qū)和上部區(qū)，其中所述至少一條第一選擇線(xiàn)和所述至少一條第二選擇線(xiàn)面對(duì)所述半導(dǎo)體柱的下部區(qū)，其中所述下部區(qū)具有與所述公共導(dǎo)電區(qū)不同的導(dǎo)電類(lèi)型，其中所述上部區(qū)具有與所述公共導(dǎo)電區(qū)相同的導(dǎo)電類(lèi)型。
7.按權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)器件，其中所述至少一條第一選擇線(xiàn)在厚度、雜質(zhì)濃度、材料和/或?qū)挾确矫娌煌谒鲋辽僖粭l第二選擇線(xiàn)。
8.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中所述存儲(chǔ)元件被配置為提供整流。
9.按權(quán)利要求8所述的存儲(chǔ)器件，其中每個(gè)所述存儲(chǔ)元件包括: 至少一個(gè)可變電阻元件；和 至少一個(gè)圖案，插設(shè)在所述水平電極和所述垂直電極中的至少一個(gè)與所述可變電阻元件之間并配置為提供整流。
10.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體柱穿過(guò)所述至少一條第一選擇線(xiàn)和所述至少一條第二選擇線(xiàn)。
11.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，還包括覆蓋所述垂直電極的頂表面的絕緣層。
12.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中每個(gè)所述垂直電極包括: 鄰接所述存儲(chǔ)元件的內(nèi)側(cè)壁的第一導(dǎo)電區(qū)；和 設(shè)置在由所述第一導(dǎo)電區(qū)限定的空間內(nèi)的第二導(dǎo)電區(qū)， 其中所述第二導(dǎo)電區(qū)的底表面比所述第一導(dǎo)電區(qū)的底表面更靠近下面的半導(dǎo)體柱。
13.按權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器件，其中所述第一導(dǎo)電區(qū)與下面的半導(dǎo)體柱間隔開(kāi)，其中所述第二導(dǎo)電區(qū)與下面的半導(dǎo)體柱直接接觸。
14.按權(quán)利要求12所述的存儲(chǔ)器件，其中每個(gè)所述存儲(chǔ)元件包括信息存儲(chǔ)圖案，該信息存儲(chǔ)圖案包括設(shè)置在其中一個(gè)水平電極與所述第一導(dǎo)電區(qū)之間的垂直部分以及從所述垂直部分的底部向內(nèi)延伸以覆蓋所述第一導(dǎo)電區(qū)的底表面的水平部分，使得所述第一導(dǎo)電區(qū)通過(guò)所述水平部分與下面的半導(dǎo)體柱分離。
15.按權(quán)利要 求1所述的存儲(chǔ)器件，還包括插設(shè)在所述水平電極中的相鄰者之間的層間電介質(zhì)區(qū)，其中所述存儲(chǔ)元件通過(guò)所述層間電介質(zhì)區(qū)彼此垂直地分離，并且其中所述層間電介質(zhì)區(qū)在垂直分離的存儲(chǔ)元件之間的空間中與所述垂直電極直接接觸。
16.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中所述垂直電極穿過(guò)所述水平電極。
17.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中所述水平電極包括相應(yīng)的水平板和/或其中所述水平電極包括在高于所述公共導(dǎo)電區(qū)的各自不同水平處設(shè)置的相應(yīng)多條平行線(xiàn)。
18.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，其中所述至少一條第二選擇線(xiàn)設(shè)置在所述至少一條第一選擇線(xiàn)的與所述公共導(dǎo)電區(qū)相反的一側(cè)，并且其中所述第二選擇線(xiàn)與所述水平電極對(duì)準(zhǔn)。
19.按權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器件，還包括設(shè)置在所述半導(dǎo)體柱的側(cè)壁上的選擇柵極電介質(zhì)區(qū)。
20.按權(quán)利要求19所述的存儲(chǔ)器件，其中所述半導(dǎo)體柱的側(cè)壁被所述選擇柵極電介質(zhì)區(qū)覆蓋。
21.按權(quán)利要求19所述的存儲(chǔ)器件，其中所述選擇柵極電介質(zhì)區(qū)包括設(shè)置在所述至少一條第一選擇線(xiàn)的水平處的第一電介質(zhì)區(qū)以及設(shè)置在所述至少一條第二選擇線(xiàn)的水平處的第二電介質(zhì)區(qū)。
22.一種存儲(chǔ)器件，包括: 公共導(dǎo)電區(qū)；和 選擇結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述公共導(dǎo)電區(qū)上并包括: 間隔開(kāi)的垂直半導(dǎo)體柱的陣列，電耦接到所述公共導(dǎo)電區(qū)； 第一水平選擇線(xiàn)，在所述公共導(dǎo)電區(qū)上方平行地延伸并包括面對(duì)所述垂直半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面的側(cè)壁表面； 第二水平選擇線(xiàn)，在所述第一水平選擇線(xiàn)上方平行地延伸并交叉所述第一水平選擇線(xiàn)，且包括面對(duì)所述垂直半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面的側(cè)壁表面；和 至少一個(gè)電介質(zhì)圖案，插設(shè)在所述第一水平選擇線(xiàn)與所述垂直半導(dǎo)體柱之間以及所述第二水平選擇線(xiàn)與所述垂直半導(dǎo)體柱之間；以及 存儲(chǔ)單元陣列，設(shè)置在所述選擇結(jié)構(gòu)上并包括電耦接到所述垂直半導(dǎo)體柱的存儲(chǔ)單J Li ο
23.按權(quán)利要求22所述的存儲(chǔ)器件，其中所述垂直半導(dǎo)體柱穿過(guò)所述第一水平選擇線(xiàn)和所述第二水平選擇線(xiàn)。
24.按權(quán)利要求22所述的存儲(chǔ)器件，其中所述存儲(chǔ)單元陣列是三維存儲(chǔ)單元陣列。
25.按權(quán)利要求24所述的存儲(chǔ)器件，其中所述三維存儲(chǔ)單元陣列包括: 多個(gè)垂直電極，各個(gè)垂直電極設(shè)置在所述半導(dǎo)體柱的相應(yīng)一個(gè)上且與之電耦接； 多個(gè)水平電極，堆疊在所述選擇結(jié)構(gòu)上并包括面對(duì)所述垂直電極的側(cè)壁表面的側(cè)壁表面；以及 存儲(chǔ)元件，插設(shè)在所述垂直電極與所述水平電極之間。
26.按權(quán)利要求25所述的存儲(chǔ)器件，其中所述垂直電極穿過(guò)所述水平電極中的開(kāi)口。
27.按權(quán)利要求25所述的存儲(chǔ)器件，其中 所述水平電極包括板電極的疊層。
28.按權(quán)利要求25所述的存儲(chǔ)器件，其中所述水平電極包括在所述選擇結(jié)構(gòu)上方設(shè)置在各自水平處的多條平行線(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于存儲(chǔ)單元陣列的具有三維選擇結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件。該存儲(chǔ)器件包括選擇結(jié)構(gòu)，該選擇結(jié)構(gòu)設(shè)置在公共導(dǎo)電區(qū)上并包括間隔開(kāi)的垂直半導(dǎo)體柱的陣列，電耦接到公共導(dǎo)電區(qū)；第一水平選擇線(xiàn)，在公共導(dǎo)電區(qū)上方平行地延伸并包括面對(duì)垂直半導(dǎo)體柱的側(cè)壁的側(cè)壁表面；第二水平選擇線(xiàn)，在第一水平選擇線(xiàn)上方并與其交叉地平行延伸，且包括面對(duì)垂直半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面的側(cè)壁表面；以及至少一個(gè)電介質(zhì)圖案，插設(shè)在第一水平選擇線(xiàn)與垂直半導(dǎo)體柱之間以及第二水平選擇線(xiàn)與垂直半導(dǎo)體柱之間。該存儲(chǔ)器件還包括存儲(chǔ)單元陣列，該存儲(chǔ)單元陣列設(shè)置在選擇結(jié)構(gòu)上并包括電耦接到垂直半導(dǎo)體柱的存儲(chǔ)單元。
文檔編號(hào)H01L27/24GK103094302SQ20121042113
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者黃榮南 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社