可變電阻存儲裝置及其制造方法
【專利說明】可變電阻存儲裝置及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年10月15日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的申請?zhí)枮?0-2013-0122543的韓國專利申請優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過弓I用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明構(gòu)思的各種實施例涉及一種可變電阻存儲裝置及其制造方法，更具體地涉及一種具有多級單元的可變電阻存儲裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，隨著對具有高性能和低功率的半導(dǎo)體存儲裝置的需求，已經(jīng)研究了具有非易失性和非刷新的下一代半導(dǎo)體存儲裝置。作為下一代半導(dǎo)體存儲裝置之一，可變電阻存儲裝置被推薦，并且可變電阻存儲裝置的典型示例是相變隨機(jī)存取存儲裝置(PCRAMs)、電阻式隨機(jī)存取存儲器(ReRAMs)、磁性隨機(jī)存取存儲器(MRAMs)、自旋轉(zhuǎn)移扭矩磁阻隨機(jī)存取存儲器(STTMRAMs)或聚合物隨機(jī)存取存儲器(PoRAMs)。
[0005]在最近的可變電阻存儲裝置中，單元節(jié)距或一個單元所占據(jù)的面積被減小以實現(xiàn)高集成度。
[0006]然而，減小單元間距或單元面積來實現(xiàn)高集成度的工藝可能困難，且該工藝期間在數(shù)據(jù)儲存單元中形成的空隙導(dǎo)致可變電阻存儲裝置的電特性或可靠性下降。
[0007]因此，需要提出可以在一個存儲單元中儲存多個比特的多級單元，以實現(xiàn)具有高集成度和大容量的可變電阻存儲裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明構(gòu)思的各種示例性實施例涉及通過實現(xiàn)多級單元而具有高集成度和大容量的可變電阻存儲裝置及其制造方法。
[0009]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例，提供了一種可變電阻存儲裝置?？勺冸娮璐鎯ρb置可以包括多個存儲單元，存儲單元中的每一個都包括多個數(shù)據(jù)儲存區(qū)。多個數(shù)據(jù)儲存區(qū)可以彼此具有不同的寬度。
[0010]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一示例性實施例，提供了一種可變電阻存儲裝置?？勺冸娮璐鎯ρb置可以包括多個存儲單元。存儲單元中的任何一個包括:開關(guān)器件，形成在半導(dǎo)體襯底上；多個第一電極，形成在開關(guān)器件上并且彼此具有不同的高度；多個數(shù)據(jù)儲存單元，形成在相應(yīng)的第一電極上并且彼此具有不同的高度；以及多個第二電極，形成在相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲單元上并且彼此具有不同的高度。
[0011]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一示例性實施例，提供一種可變電阻存儲裝置?？勺冸娮璐鎯ρb置可以包括:存儲單元陣列，存儲單元陣列包括多個存儲單元，存儲單元中的每一個都包括彼此具有不同寬度的多個數(shù)據(jù)存儲區(qū)；以及控制電路，適于根據(jù)從外部輸入的命令來控制數(shù)據(jù)輸入至每一個存儲單元或數(shù)據(jù)從每一個存儲單元輸出。
[0012]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一示例性實施例，提供了一種制造可變電阻存儲裝置的方法。該方法可以包括:在半導(dǎo)體襯底上形成開關(guān)器件；在開關(guān)器件上形成絕緣層；通過刻蝕絕緣層來形成對應(yīng)于多個數(shù)據(jù)儲存區(qū)的多個孔，孔彼此具有不同的寬度并且暴露出開關(guān)器件的上表面；在相應(yīng)的孔的底部上形成多個第一電極；在相應(yīng)的第一電極上形成多個數(shù)據(jù)儲存單元；以及在相應(yīng)的數(shù)據(jù)儲存單元上形成多個第二電極。
[0013]在以下標(biāo)題為“【具體實施方式】”的部分中描述這些和其他的特征、方面和實施例。
【附圖說明】
[0014]從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中將更加清楚地理解本公開的主題的以上和其他的方面、特征和其他優(yōu)點，在附圖中:
[0015]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置的部分配置的框圖；
[0016]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置的存儲單元的結(jié)構(gòu)的等效電路圖；
[0017]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置的存儲單元的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0018]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置的存儲單元的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0019]圖5A-5E是順序示出了制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置的存儲單元的方法的截面圖。
【具體實施方式】
[0020]在下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述示例性實施例。
[0021]在本文參照截面圖描述了示例性的實施例，截面圖是示例性實施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意性說明。照此，可以預(yù)料到圖示的形狀變化緣自例如制造技術(shù)和/或公差。因而，示例性實施例不應(yīng)被解釋為限于本文中所示的區(qū)域的特定形狀，而可以包括例如緣自制造的形狀差異。在附圖中，為了清楚起見，可以對層和區(qū)域的長度和尺寸進(jìn)行夸大。附圖中的相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。還將理解當(dāng)提及一層在另一層或襯底“上”時，其可以直接在另一層或襯底上、或者還可以存在中間層。還應(yīng)注意的是，在本說明書中，“連接/耦接”不僅指一個部件直接與另一個部件耦接，還指一個部件通過中間部件與另一個部件間接耦接。另外，只要未在句子中特意提到，單數(shù)形式可以包括復(fù)數(shù)形式。
[0022]盡管將示出并且描述本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解的是:在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的原理和精神的情況下，可以對這些示例性實施例作出變化。
[0023]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置的部分配置的框圖，以及圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置的存儲單元的結(jié)構(gòu)的等效電路圖。
[0024]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置100可以包括存儲單元陣列110、列解碼器120、行解碼器130、檢測放大器140、寫驅(qū)動器150和控制電路160。
[0025]存儲單元陣列110可以包括多個存儲單元MC，存儲單元MC可以儲存從外部輸入的數(shù)據(jù)。在本文中，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置100中的一個存儲單元MC可以是多級單元，多級單元具有可以儲存兩個數(shù)據(jù)塊或更多數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)儲存區(qū)。將參照示出了一個存儲單元組的結(jié)構(gòu)的圖2來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置的存儲單元MC。一個存儲單元MC可以包括可以儲存兩個數(shù)據(jù)塊或更多數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)儲存單元DS以及串聯(lián)連接至數(shù)據(jù)儲存單元DS的開關(guān)器件SW。在本文中，數(shù)據(jù)儲存單元DS可以包括可變電阻材料。隨后將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置100的存儲單元MC的結(jié)構(gòu)。
[0026]列解碼器120接收列地址，并且對列地址進(jìn)行解碼來指定多個存儲單元MC的將被讀取或?qū)懭氲牧小?br>[0027]行解碼器130接收行地址，并且對行地址進(jìn)行解碼來指定多個存儲單元MC的將被讀取或?qū)懭氲男小?br>[0028]檢測放大器140檢驗存儲單元的電阻值是否在預(yù)設(shè)的電阻窗口內(nèi)，并且其將檢驗結(jié)果提供至控制電路160。
[0029]寫驅(qū)動器150提供寫電流以在多個存儲單元MC中儲存數(shù)據(jù)，并且響應(yīng)于由控制電路160提供的控制信號來增大或減小寫電流量。
[0030]控制電路160控制兩個數(shù)據(jù)塊或更多數(shù)據(jù)塊被儲存在一個存儲單元MC中，并且根據(jù)檢測放大器140的檢測結(jié)果將用于增大或減小寫入電流量的控制信號提供至寫驅(qū)動器150。
[0031]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置的存儲單元的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0032]參照圖3，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置100的存儲單元MC可以包括多個數(shù)據(jù)儲存區(qū)。例如，存儲單元MC可以包括第一數(shù)據(jù)儲存區(qū)301、第二數(shù)據(jù)儲存區(qū)302和第三數(shù)據(jù)儲存區(qū)303。盡管以一個存儲單元包括三個數(shù)據(jù)儲存區(qū)的方式來描述了實施例，但本發(fā)明構(gòu)思不限于此。如果需要，包括在一個存儲單元中的數(shù)據(jù)儲存區(qū)的數(shù)量可以被控制為其他值。
[0033]組成根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的可變電阻存儲裝置100的存儲單元MC的數(shù)據(jù)儲存區(qū)301、302、303可以具有彼此不同的寬度。在示例性實施例中，數(shù)據(jù)儲存區(qū)301、302、303可被形成為使得第一數(shù)據(jù)儲存區(qū)301的寬度W1、第二數(shù)據(jù)儲存區(qū)302的寬度W2和第三數(shù)據(jù)儲存區(qū)303的寬度為W1〈W2〈W3。
[0034]數(shù)據(jù)儲存區(qū)301、302、303的每一個可以包括:字線區(qū)320，可以形成在半導(dǎo)體襯底310上來作為字線；開關(guān)器件340 (Sff)，形成在字線區(qū)320上；第一電極350，形成在開關(guān)器件340上；數(shù)據(jù)儲存單元360，形成在第一電極350上；第二電極370，形成在數(shù)據(jù)儲存單元360上。附圖標(biāo)記330表示絕緣層。在本文中，在第一數(shù)據(jù)儲存區(qū)301、第二儲存區(qū)302以及第三儲存區(qū)303中，數(shù)據(jù)儲存單元360和第二電極370可以被形成為具有彼此不同的高度。例如，參照圖3，數(shù)據(jù)儲存單元360可以被形成為使得第一數(shù)據(jù)儲存區(qū)301的數(shù)據(jù)儲存單元360的高度DHl、第二數(shù)據(jù)儲存區(qū)302的數(shù)據(jù)儲存單元360的高度DH2以及第三數(shù)據(jù)儲存區(qū)303的數(shù)據(jù)儲存單元360的高度DH3為DH1>DH2>DH3。根據(jù)數(shù)據(jù)儲存區(qū)301、302和303中具有彼此不同高度的數(shù)據(jù)存儲單元360，第二電極370可以被形成為使得第一數(shù)據(jù)儲存區(qū)301的第二電極370的高度TEHl、第二數(shù)據(jù)儲存區(qū)302的第二電極370的高度TEH2以及第三數(shù)據(jù)儲存區(qū)303的第二電極370的高度TEH3為ΤΕΗ1〈??Η2