电阻存储器装置和该电阻存储器装置的制造方法与流程

1.本公开总体上涉及电阻存储器装置和该电阻存储器装置的制造方法，更具体地，涉及一种可根据电阻的变化存储数据的电阻存储器装置和该电阻存储器装置的操作方法。


背景技术：

2.存储器装置可被分类为当供电中断时所存储的数据消失的易失性存储器装置和即使当供电中断时所存储的数据也保留的非易失性存储器装置。
3.非易失性存储器装置可包括nand闪存、nor闪存、电阻随机存取存储器(reram)、相变随机存取存储器(pram)、磁阻随机存取存储器(mram)、铁电随机存取存储器(fram)、自旋转移矩随机存取存储器(stt-ram)等。
4.这其中，reram可根据可变电阻层的电阻变化存储数据。例如，reram可包括施加有电压的顶电极和底电极，并且包括位于顶电极和底电极之间的可变电阻层，以存储数据。可变电阻层可根据施加到顶电极和底电极的电压被编程为高电阻状态或低电阻状态，并且维持在作为先前状态的高电阻状态或低电阻状态，直至另一电压施加到顶电极或底电极之前。


技术实现要素：

5.根据本公开的一方面，提供了一种电阻存储器装置，该电阻存储器装置包括：层叠结构，其中多个层间绝缘层和多个导电层交替地层叠；孔，其通过多个层间绝缘层和多个导电层穿透层叠结构；多个绝缘图案，其形成在多个层间绝缘层中的每一个的在孔内的侧壁上；沟道层，其沿着多个导电层中的每一个的在孔内的侧壁和各个绝缘图案的在孔内的侧壁形成，其中，沟道层包括与绝缘图案相邻并且关于孔的中央部分以凸形形成的凸形区域，并且包括与多个导电层相邻并且关于孔的中央部分以凹形形成的凹形区域；以及可变电阻层，其与沟道层的凹形区域接触。
6.根据本公开的另一方面，提供了一种电阻存储器装置，该电阻存储器装置包括：层叠结构，其中多个层间绝缘层和多个导电层交替地层叠；孔，其通过多个层间绝缘层和多个导电层穿透层叠结构；沟道层，其沿着孔的侧壁形成；以及多个可变电阻层，其仅形成在沟道层的一些区域上，其中，多个层间绝缘层中的每一个的在孔内的侧壁表面以凸形形成，并且多个导电层中的每一个的在孔内的侧壁表面以凹形形成。
7.根据本公开的另一方面，提供了一种制造电阻存储器装置的方法，该方法包括以下步骤：形成层叠结构，其中多个第一材料层和多个第二材料层交替地层叠；形成通过多个第一材料层和多个第二材料层穿透层叠结构的孔；通过在各个第一材料层的通过孔暴露的侧壁上形成绝缘图案来形成孔的不平侧壁；沿着孔的不平侧壁形成栅极绝缘层和沟道层，其中，沟道层包括关于孔的中央部分的凸形区域和凸形区域之间的关于孔的中央部分的凹形区域；以及在沟道层的凹形区域上形成可变电阻层。
8.根据本公开的另一方面，提供了一种制造电阻存储器装置的方法，该方法包括以
下步骤：形成层叠结构，其中第一材料层和第二材料层交替地层叠；形成通过多个第一材料层和多个第二材料层穿透层叠结构的孔；在各个第一材料层的通过孔暴露的侧壁上形成绝缘图案；通过将各个第二材料层的侧壁蚀刻至特定深度来形成孔的不平侧壁；沿着孔的不平侧壁形成栅极绝缘层和沟道层，其中，沟道层包括关于孔的中央部分的凸形区域和凸形区域之间的关于孔的中央部分的凹形区域；以及在沟道层的凹形区域上形成可变电阻层。
附图说明
9.现在将在下文参照附图更充分地描述示例实施方式；然而，其可按照不同的形式具体实现，不应被解释为限于本文所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式以使得本公开将彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分传达示例实施方式的范围。
10.在附图中，为了例示清晰，尺寸可能被夸大。将理解，当元件被称为在两个元件“之间”时，其可以是这两个元件之间的仅有元件，或者也可存在一个或更多个中间元件。相似的标号始终表示相似的元件。
11.图1是示出根据本公开的实施方式的电阻存储器装置的图。
12.图2是示出根据本公开的实施方式的电阻随机存取存储器单元的状态的示图。
13.图3是示出根据本公开的实施方式的电阻存储器装置的截面图。
14.图4a至图4e是示出根据本公开的实施方式的电阻存储器装置的制造方法的截面图。
15.图5a至图5f是示出根据本公开的另一实施方式的电阻存储器装置的制造方法的截面图。
16.图6是示出根据本公开的另一实施方式的电阻存储器装置的截面图。
17.图7a至图7d是示出根据本公开的另一实施方式的电阻存储器装置的制造方法的截面图。
18.图8a至图8g是示出根据本公开的另一实施方式的电阻存储器装置的制造方法的截面图。
19.图9是示出应用了本公开的电阻存储器装置的存储卡系统的图。
20.图10是示出应用了本公开的电阻存储器装置的固态驱动器(ssd)系统的图。
具体实施方式
21.为了描述根据本公开的概念的实施方式，本文所公开的具体结构或功能描述仅是例示性的。根据本公开的概念的实施方式可按照各种形式实现，不能被解释为限于本文所阐述的实施方式。
22.实施方式提供了一种电阻存储器装置和该电阻存储器装置的制造方法，其中可变电阻层的长度形成为相对短于存储器单元的有效沟道长度。
23.图1是示出根据本公开的实施方式的电阻存储器装置的图。
24.参照图1，电阻存储器装置1100可包括存储数据的存储器单元阵列110以及能够执行编程操作、读操作或擦除操作的外围电路120至170。
25.存储器单元阵列110可包括存储数据的多个存储块。各个存储块可包括电阻随机存取存储器单元，并且电阻随机存取存储器单元可被实现为电阻随机存取存储器单元在垂
直方向上层叠在基板上方的三维结构。电阻随机存取存储器单元可被配置为使得电阻根据施加到电极的电压而改变。
26.外围电路120至170可包括行解码器120、电压发生器130、页缓冲器组140、列解码器150、输入/输出电路160和控制逻辑电路170。
27.行解码器120可根据行地址radd选择包括在存储器单元阵列110中的存储块当中的一个存储块，并且可将操作电压vop传输至所选存储块。
28.电压发生器130可响应于操作码opcd而生成和输出各种操作所需的操作电压vop。例如，电压发生器130可响应于操作码opcd而生成设定电压、重置电压、导通电压、截止电压、读电压、擦除电压等，并且选择性地输出所生成的电压。根据该实施方式，电压发生器130可生成0v或更高的电压作为要施加到字线的电压，并且可能不包括用于生成低于0v的负电压的装置。
29.页缓冲器组140可通过位线连接到存储器单元阵列110。例如，页缓冲器组140可包括连接到相应位线的页缓冲器。页缓冲器可响应于页缓冲器控制信号pbsig而同时操作，并且可在编程操作或读操作中暂时存储数据。页缓冲器可在读操作或验证操作中感测根据存储器单元的阈值电压而变化的位线的电压。例如，当电阻随机存取存储器单元的电阻变高时，位线的电流减小。当电阻随机存取存储器单元的电阻变低时，位线的电流增加。因此，页缓冲器可被配置为感测根据所选存储器单元的电阻而改变的位线的电流。
30.列解码器150可根据列地址cadd在输入/输出电路160和页缓冲器组140之间传输数据data。
31.输入/输出电路160可通过输入/输出线io连接到外部装置。例如，外部装置可以是能够向电阻存储器装置1100发送命令cmd、地址add或数据data的控制器。输入/输出电路160可通过输入/输出线io输入/输出命令cmd、地址add和数据data。例如，输入/输出电路160可通过输入/输出线io将从外部装置接收的命令cmd和地址add发送至控制逻辑电路170，并且通过输入/输出线io将从外部装置接收的数据data发送至列解码器150。输入/输出电路160可通过输入/输出线io将从列解码器150接收的数据data输出至外部装置。
32.控制逻辑电路170可响应于命令cmd和地址add而输出操作码opcd、行地址radd、页缓冲器控制信号pbsig和列地址cadd。例如，控制逻辑电路170可包括用于响应于命令cmd而执行算法的软件和用于输出地址add和各种控制信号的硬件。
33.图2是示出根据本公开的实施方式的电阻随机存取存储器单元的状态的示图。
34.参照图2，电阻随机存取存储器单元mc可包括底电极be、顶电极te和可变电阻层vrl。底电极be和顶电极te可由导电材料形成，可变电阻层vrl可由可变电阻材料形成。
35.底电极be和顶电极te可由铝(al)、铜(cu)、氮化钛(tin)、氮化钛铝(ti
x
alynz)、铱(ir)、铂(pt)、银(ag)、金(au)、多晶硅、钨(w)、钛(ti)、钽(ta)、氮化钽(tan)、氮化钨(wn)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、锑(sb)、铁(fe)、钼(mo)、钯(pd)、锡(sn)、锆(zr)、锌(zn)、氧化铱(iro2)和氧化锆酸锶(stzro3)当中的任一种材料或两种或更多种材料形成。
36.可变电阻层vrl可由双极电阻存储器材料或单极电阻存储器材料形成。双极电阻存储器材料可根据施加到底电极be和顶电极te的不同电压而变为设定或重置状态。基于钙钛矿的材料可用作双极电阻存储器材料。单极电阻存储器材料可甚至通过具有相同极性的电压脉冲被编程为设定或重置状态。诸如氧化镍(nio
x
)、氧化钛(tio
x
)等的过渡金属氧化物
可用作单极电阻存储器材料。
37.在可变电阻层vrl中存在原子的空白空间，其被称为空位vc。由于空位vc具有极性，所以空位vc可根据施加到顶电极te和底电极be的电压而移动。例如，当重置电压vreset施加到顶电极te并且接地电压gnd施加到底电极be时，空位vc可朝着顶电极te移动。重置电压vreset可以是低于0v的负电压。当空位vc集中在顶电极te或底电极be上时，在顶电极te和底电极be之间不会形成任何导电丝(filament)，因此，可变电阻层vrl的电阻可变高。当可变电阻层vrl的电阻变高时，电阻随机存取存储器单元mc可处于高电阻状态hrs，并且由于高电阻，任何电流不会流过电阻随机存取存储器单元mc。
38.当设定电压vset施加到处于高电阻状态hrs的电阻随机存取存储器单元mc的顶电极te并且接地电压gnd施加到底电极be时，已集中在顶电极te上的一些空位vc可移动到底电极be，因此，可在顶电极te和底电极be之间形成导电丝。当在顶电极te和底电极be之间形成导电丝时，可变电阻层vrl的电阻变低，因此，电阻随机存取存储器单元mc可变为低电阻状态lrs。在处于低电阻状态lrs的电阻随机存取存储器单元mc中，电流可流过顶电极te和底电极be之间的导电丝。
39.即，在高电阻状态hrs下，可变电阻层vrl的电阻增加，因此，电流可变低或者可能不流动。在低电阻状态lrs下，可变电阻层vrl的电阻减小，因此，电流可变高。电阻随机存取存储器单元mc可根据电阻状态的改变而被编程或擦除为设定或重置状态。
40.图3是示出根据本公开的实施方式的电阻存储器装置的截面图。
41.参照图3，电阻存储器装置可包括存储块，存储块包括多个电阻随机存取存储器单元，图3中示出包括在存储块中的串的一部分。
42.串可包括多个电阻随机存取存储器单元mc，并且多个电阻随机存取存储器单元mc可连接到与字线对应的导电层cdl。层间绝缘层isl可形成在导电层cdl之间。导电层cdl和层间绝缘层isl可在作为平行于基板的方向的x方向上延伸。例如，层间绝缘层isl和导电层cdl可交替地层叠在下结构(未示出)的顶部。下结构可包括基板或形成在基板上的源极线、源极选择线和外围电路中的至少一个。导电层cdl可用作字线或选择线。例如，当假设层间绝缘层isl和导电层cdl交替地层叠在基板上时，导电层cdl可包括字线和漏极选择线。层间绝缘层isl可由氧化物形成，导电层cdl可由诸如钨的金属材料形成。
43.在作为垂直于基板的方向的z方向上穿透层间绝缘层isl和导电层cdl的垂直孔vh可形成在串中，并且具有半圆形形状的绝缘图案ip可设置在层间绝缘层isl的与垂直孔vh相邻的各个侧壁上。栅极绝缘层gis、沟道层chl、可变电阻层vrl和垂直绝缘层vis可形成在垂直孔vh内部。例如，垂直孔vh可形成为圆柱形状，绝缘图案ip可设置在层间绝缘层isl的在垂直孔vh的内壁中的各个侧壁上，并且栅极绝缘层gis和沟道层chl可沿着导电层cdl的侧壁和绝缘图案ip的侧壁形成。由于设置在各个层间绝缘层isl的侧壁上的绝缘图案ip，沟道层chl可在与导电层cdl相邻的区域中具有凹部并且在与层间绝缘层isl相邻的区域中具有凸部。可变电阻层vrl可设置在沟道层chl的凹部。即，可变电阻层vrl可形成在沟道层chl的与导电层cdl相邻的凹部，并且相邻的可变电阻层vrl可由于沟道层chl的凸部而在物理上彼此间隔开。垂直绝缘层vis可形成在垂直孔vh的芯部。另外，可变电阻层vrl的面向各个导电层cdl的侧壁长度可形成为短于导电层cdl的侧壁长度。
44.在此实施方式中，可变电阻层vrl可用作用于存储数据的层，沟道层chl可用于允
许电流在串中流动。
45.栅极绝缘层gis和垂直绝缘层vis可由氧化物形成。沟道层chl可由多晶硅形成。相变材料、基于钙钛矿的材料和过渡金属氧化物(例如，nio
x
、hfo
x
、tao
x
、tio
x
或sihfo
x
)中的至少一种可用于可变电阻层vrl。
46.在电阻随机存取存储器单元mc中，要减小沟道长度ch_l以减少相邻电阻随机存取存储器单元之间的干扰并改进元件的编程擦除操作的偏置条件。然而，当减小与字线对应的导电层cdl的厚度以减小沟道长度ch_l时，由于rc延迟的增加而引起的元件的操作速度特性可能劣化。因此，如上所述，在本公开的实施方式中，在维持与字线对应的导电层cdl的厚度的状态下，沟道层chl可形成为包括凹部和凸部的不平形状，并且可变电阻层vrl可设置在沟道层chl的凹部中。因此，可变电阻层vrl的垂直长度vr_l可形成为短于沟道长度ch_l。因此，用于元件的编程擦除操作的偏置可减小。另外，与各个电阻随机存取存储器单元mc对应的可变电阻层vrl在物理上彼此间隔开，以使得单元间干扰现象可减少。
47.图4a至图4e是示出根据本公开的实施方式的电阻存储器装置的制造方法的截面图。
48.参照图4a，可在基板sub上形成层叠结构st。层叠结构st可包括交替地层叠的第一材料层11和第二材料层12。第一材料层11和第二材料层12可在第一方向x上延伸，第一方向x在水平于基板sub的方向上延伸。第一材料层11和第二材料层12可在第二方向z上层叠，第二方向z垂直于基板sub。第一材料层11和第二材料层12可通过诸如化学气相沉积(cvd)的沉积工艺形成。
49.第一材料层11可包括相对于第二材料层12具有高蚀刻选择性的材料。在示例中，第一材料层11可包括诸如氧化物的绝缘材料，第二材料层12可包括诸如氮化物的牺牲材料。在另一示例中，第一材料层11可包括诸如氧化物的绝缘材料，第二材料层12可包括诸如多晶硅、钨、钼或金属的导电材料。
50.随后，可形成穿透层叠结构st的孔h。孔h可具有在第二方向z上延伸的圆柱形状。
51.参照图4b，可通过执行选择性氧化工艺在第一材料层11的通过孔h暴露的各个侧壁上形成绝缘图案13。绝缘图案13可形成为半圆形凸形状。绝缘图案13可朝着孔h比第二材料层12的侧壁突出更远。因此，由于绝缘图案13的侧壁和第二材料层12的侧壁，孔h的侧壁可形成为不平的。
52.参照图4c，可沿着孔h的不平侧壁依次形成栅极绝缘层14、沟道层15和可变电阻层16。
53.栅极绝缘层14可由氧化物形成。沟道层15可由多晶硅形成。相变材料、基于钙钛矿的材料和过渡金属氧化物(例如，nio
x
、hfo
x
、tao
x
、tio
x
或sihfo
x
)中的至少一种可用于可变电阻层16。
54.由于沟道层15沿着孔h的不平侧壁形成，所以沟道层15的一些区域可关于孔h的中央部分以凸形形成，并且以凸形形成的区域之间的区域可关于孔h的中央部分相对以凹形形成。例如，沟道层15的与第一材料层11和绝缘图案13相邻的区域可被定义为凸形区域，沟道层15的与第二材料层12相邻的区域可被定义为凹形区域。
55.参照图4d，执行蚀刻工艺，其中可变电阻层16的一部分被蚀刻以使得沟道层15的凸形区域的一部分暴露。可变电阻层16可保留在沟道层15的凹形区域上。可变电阻层16可
形成为由于凸形区域的沟道层15而彼此间隔开的多个图案。即，多个构图的可变电阻层16中的每一个可保留在沟道层15的与第二材料层12相邻的凹形区域上，并且由于沟道层15的与第一材料层11相邻的凸形区域，多个构图的可变电阻层16可在第二方向z上彼此间隔开。
56.参照图4e，可形成垂直绝缘层17，使得孔的内部被掩埋。垂直绝缘层17可由氧化物形成。
57.随后，可利用第三材料层18替换第二材料层(图4b中所示的12)。在示例中，当第二材料层12包括牺牲材料并且第一材料层11包括绝缘材料时，可利用导电层替换第二材料层12。第三材料层18可包括诸如多晶硅、钨、钼或金属的导电材料。在示例中，可通过形成狭缝来暴露第一材料层11和第二材料层12的侧壁，并且可去除通过狭缝暴露的第二材料层12。随后，可利用第三材料层18填充第二材料层12被去除的空间。
58.在另一示例中，当第一材料层11包括绝缘材料并且第二材料层12包括导电材料时，可跳过利用第三材料层18替换第二材料层12的工艺。
59.图5a至图5f是示出根据本公开的另一实施方式的电阻存储器装置的制造方法的截面图。
60.参照图5a，可在基板sub上形成层叠结构st。层叠结构st可包括交替地层叠的第一材料层21和第二材料层22。第一材料层21和第二材料层22可在第一方向x上延伸，第一方向x在水平于基板sub的方向上延伸。第一材料层21和第二材料层22可在第二方向z上层叠，第二方向z垂直于基板sub。第一材料层21和第二材料层22可通过诸如化学气相沉积(cvd)的沉积工艺形成。
61.第一材料层21可包括相对于第二材料层22具有高蚀刻选择性的材料。在示例中，第一材料层21可包括诸如氧化物的绝缘材料，第二材料层22可包括诸如氮化物的牺牲材料。在另一示例中，第一材料层21可包括诸如氧化物的绝缘材料，第二材料层22可包括诸如多晶硅、钨、钼或金属的导电材料。
62.随后，可形成穿透层叠结构st的孔h。孔h可具有在第二方向z上延伸的圆柱形状。
63.参照图5b，可通过将通过孔暴露的第一材料层21蚀刻至特定水平深度来形成凹陷区域r，该深度在水平方向上测量。即，第一材料层21的侧壁可被蚀刻至特定深度，使得第二材料层22在水平方向上比第一材料层21突出更远。
64.参照图5c，可在凹陷区域r中形成种子图案23。例如，可通过沿着凹陷区域r和孔h的表面形成多晶硅层并通过蚀刻工艺允许多晶硅层仅在凹陷区域r中来形成种子图案23。
65.参照图5d，通过使种子图案氧化来形成绝缘图案23’。绝缘图案23’可优选形成为比相邻第二材料层22的侧壁突出更远。比第二材料层22的侧壁突出更远的绝缘图案23’的侧壁的表面可具有圆形形状。因此，由于绝缘图案23’的突出侧壁和第二材料层22的侧壁，孔h的侧壁可形成为不平的。
66.参照图5e，可沿着孔h的不平侧壁依次形成栅极绝缘层24、沟道层25和可变电阻层26。
67.栅极绝缘层24可由氧化物形成。沟道层25可由多晶硅形成。相变材料、基于钙钛矿的材料和过渡金属氧化物(例如，nio
x
、hfo
x
、tao
x
、tio
x
或sihfo
x
)中的至少一种可用于可变电阻层26。
68.由于沟道层25沿着孔h的不平侧壁形成，所以沟道层25的一些区域可关于孔h的中
央部分以凸形形成，并且以凸形形成的区域之间的区域可关于孔h的中央部分相对以凹形形成。例如，沟道层25的与第一材料层21和绝缘图案23’相邻的区域可被定义为凸形区域，沟道层25的与第二材料层22相邻的区域可被定义为凹形区域。
69.随后，执行蚀刻工艺，其中可变电阻层26的一部分被蚀刻以使得沟道层25的凸形区域的一部分暴露。可变电阻层26可保留在沟道层25的凹形区域上。可变电阻层26可形成为由于沟道层25的凸形区域而彼此间隔开的多个图案。即，多个构图的可变电阻层26中的每一个可保留在沟道层25的与第二材料层22相邻的凹形区域上，并且多个构图的可变电阻层26由于沟道层25的与第一材料层21和绝缘图案23’相邻的凸形区域而在第二方向z上彼此间隔开。
70.参照图5f，可形成垂直绝缘层27，使得孔的内部被掩埋。垂直绝缘层27可由氧化物形成。
71.随后，可利用第三材料层28替换第二材料层(图5e中所示的22)。在示例中，当第二材料层22包括牺牲材料并且第一材料层21包括绝缘材料时，可利用导电层替换第二材料层22。第三材料层28可包括诸如多晶硅、钨、钼或金属的导电材料。
72.在另一示例中，当第一材料层21包括绝缘材料并且第二材料层22包括导电材料时，可跳过利用第三材料层28替换第二材料层22的工艺。
73.图6是示出根据本公开的另一实施方式的电阻存储器装置的截面图。
74.参照图6，电阻存储器装置可包括存储块，存储块包括多个电阻随机存取存储器单元，图6中示出包括在存储块中的串的一部分。
75.串可包括多个电阻随机存取存储器单元mc，并且多个电阻随机存取存储器单元mc可连接到与字线对应的导电层cdl。层间绝缘层isl可形成在导电层cdl之间。导电层cdl和层间绝缘层isl可在x方向上延伸，x方向在平行于基板的方向上延伸。例如，层间绝缘层isl和导电层cdl可交替地层叠在下结构(未示出)的顶部。下结构可包括基板或形成在基板上的源极线、源极选择线和外围电路中的至少一个。导电层cdl可用作字线或选择线。例如，当假设层间绝缘层isl和导电层cdl交替地层叠在基板上时，导电层cdl可包括字线和漏极选择线。层间绝缘层isl可由氧化物形成，导电层cdl可由诸如钨的金属材料形成。
76.在z方向(z方向垂直于基板)上穿透层间绝缘层isl和导电层cdl的垂直孔vh可形成在串中，并且具有半圆形形状的绝缘图案ip可设置在层间绝缘层isl的与垂直孔vh相邻的各个侧壁上。导电层cdl的与垂直孔vh相邻的侧壁可以凹形形成。因此，由于层间绝缘层isl基于绝缘图案ip的半圆形形状突出，从而导致凸形侧壁，并且导电层cdl具有凹形侧壁，垂直孔vh的侧壁可为不平的。栅极绝缘层gis、沟道层chl、可变电阻层vrl和垂直绝缘层vis可形成在垂直孔vh内部。例如，垂直孔vh可形成为圆柱形状，绝缘图案ip可设置在层间绝缘层isl的在垂直孔vh的内壁中的各个侧壁上，并且栅极绝缘层gis和沟道层chl可沿着导电层cdl的侧壁和绝缘图案ip的侧壁形成。由于绝缘图案ip设置在具有凹形侧壁的导电层和层间绝缘层isl中的每一个的侧壁上，沟道层chl可在与导电层cdl相邻的区域中具有凹部并且在与层间绝缘层isl相邻的区域中具有凸部。可变电阻层vrl可设置在沟道层chl的凹部。即，可变电阻层vrl可形成在沟道层chl的与导电层cdl相邻的凹部cc，并且相邻的可变电阻层vrl可由于沟道层chl的凸部而在物理上彼此间隔开。垂直绝缘层vis可形成在垂直孔vh的芯部。
77.在此实施方式中，可变电阻层vrl可用作用于存储数据的层，并且沟道层chl可用于允许电流在串中流动。
78.栅极绝缘层gis和垂直绝缘层vis可由氧化物形成。沟道层chl可由多晶硅形成。相变材料、基于钙钛矿的材料和过渡金属氧化物(例如，nio
x
、hfo
x
、tao
x
、tio
x
或sihfo
x
)中的至少一种可用于可变电阻层vrl。
79.图7a至图7d是示出根据本公开的另一实施方式的电阻存储器装置的制造方法的截面图。
80.参照图7a，可在基板sub上形成层叠结构st。层叠结构st可包括交替地层叠的第一材料层31和第二材料层32。第一材料层31和第二材料层32可在第一方向x上延伸，第一方向x在水平于基板sub的方向上延伸。第一材料层31和第二材料层32可在第二方向z上层叠，第二方向z垂直于基板sub。第一材料层31和第二材料层32可使用诸如化学气相沉积(cvd)的沉积工艺来形成。
81.第一材料层31可包括相对于第二材料层32具有高蚀刻选择性的材料。在示例中，第一材料层31可包括诸如氧化物的绝缘材料，第二材料层32可包括诸如氮化物的牺牲材料。在另一示例中，第一材料层31可包括诸如氧化物的绝缘材料，第二材料层32可包括诸如多晶硅、钨、钼或金属的导电材料。
82.随后，可形成穿透层叠结构st的孔h。孔h可具有在第二方向z上延伸的圆柱形状。
83.参照图7b，可通过执行选择性氧化工艺在第一材料层31的通过孔h暴露的各个侧壁上形成绝缘图案33。绝缘图案33可形成为半圆形凸形状。绝缘图案33可朝着孔h比第二材料层32的侧壁突出更远。
84.随后，可通过将第二材料层32的暴露的侧壁蚀刻至特定深度来形成凹陷区域r。即，第二材料层32的侧壁可被蚀刻至特定深度，使得第一材料层31在水平方向上比第二材料层32突出更远。第二材料层32的侧壁可按凹形蚀刻成圆形形状。
85.因此，由于绝缘图案33的侧壁和第二材料层32的侧壁，孔h的侧壁可形成为不平的。
86.在本公开的实施方式中，描述了在形成绝缘图案33之后蚀刻第二材料层32的侧壁。然而，可在蚀刻第二材料层32的侧壁之后在第一材料层31的各个侧壁上形成绝缘图案33。
87.参照图7c，可沿着孔h的不平侧壁依次形成栅极绝缘层34和沟道层35。
88.栅极绝缘层34可由氧化物形成。沟道层35可由多晶硅形成。
89.由于沟道层35沿着孔h的不平侧壁形成，所以沟道层35的一些区域可关于孔h的中央部分以凸形形成，并且以凸形形成的区域之间的区域可关于孔h的中央部分相对以凹形形成。例如，沟道层35的与第一材料层31和绝缘图案33相邻的区域可被定义为凸形区域，沟道层35的与第二材料层32相邻的区域可被定义为凹形区域。
90.参照图7d，可沿着沟道层35的表面形成可变电阻层36。相变材料、基于钙钛矿的材料和过渡金属氧化物(例如，nio
x
、hfo
x
、tao
x
、tio
x
或sihfo
x
)中的至少一种可用于可变电阻层36。
91.随后，可执行蚀刻工艺，其中可变电阻层36的一部分被蚀刻以使得沟道层35的凸形区域的一部分暴露。可变电阻层36可保留在沟道层35的凹形区域上。可变电阻层36可形
成为由于凸形区域的沟道层35而彼此间隔开的多个图案。即，多个构图的可变电阻层36中的每一个可保留在沟道层35的与第二材料层32相邻的凹形区域上，并且多个构图的可变电阻层36可由于沟道层35的与第一材料层31相邻的凸形区域而在第二方向z上彼此间隔开。
92.随后，可形成垂直绝缘层37，使得孔的内部被掩埋。垂直绝缘层37可由氧化物形成。
93.随后，可利用第三材料层38替换第二材料层(图7c中所示的32)。在示例中，当第二材料层32包括牺牲材料并且第一材料层31包括绝缘材料时，可利用导电层替换第二材料层32。第三材料层38可包括诸如多晶硅、钨、钼或金属的导电材料。
94.在另一示例中，当第一材料层31包括绝缘材料并且第二材料层32包括导电材料时，可跳过利用第三材料层38替换第二材料层32的工艺。
95.图8a至图8g是示出根据本公开的另一实施方式的电阻存储器装置的制造方法的截面图。
96.参照图8a，可在基板sub上形成层叠结构st。层叠结构st可包括交替地层叠的第一材料层41和第二材料层42。第一材料层41和第二材料层42可在作为水平于基板sub的方向的第一方向x上延伸。第一材料层41和第二材料层42可在第二方向z上层叠，第二方向z垂直于基板sub。第一材料层41和第二材料层42可通过诸如化学气相沉积(cvd)的沉积工艺形成。
97.第一材料层41可包括相对于第二材料层42具有高蚀刻选择性的材料。在示例中，第一材料层41可包括诸如氧化物的绝缘材料，第二材料层42可包括诸如氮化物的牺牲材料。在另一示例中，第一材料层41可包括诸如氧化物的绝缘材料，第二材料层42可包括诸如多晶硅、钨、钼或金属的导电材料。
98.随后，可形成穿透层叠结构st的孔h。孔h可具有在第二方向z上延伸的圆柱形状。
99.参照图8b，通过在水平方向上将通过孔h暴露的第一材料层41蚀刻至特定深度来形成第一凹陷区域r1。即，第一材料层41的侧壁可被蚀刻至特定深度，使得第二材料层42在水平方向上比第一材料层41突出更远。
100.参照图8c，可在第一凹陷区域r1中形成种子图案43。例如，可通过沿着孔h和第一凹陷区域r1的表面形成多晶硅层并通过蚀刻工艺允许多晶硅层仅在第一凹陷区域r1中来形成种子图案43。
101.参照图8d，可通过使种子图案氧化来形成绝缘图案43’。绝缘图案43’可优选形成为比相邻第二材料层42的侧壁突出更远。比第二材料层42的侧壁突出更远的绝缘图案43’的侧壁的表面可具有圆形形状。
102.参照图8e，可通过将第二材料层42的暴露侧壁蚀刻至特定深度来形成第二凹陷区域r2。第二材料层42的侧壁可按凹形蚀刻为圆形形状。
103.因此，由于绝缘图案43’的侧壁和第二材料层42的侧壁，孔h的侧壁可形成为不平的。
104.参照图8f，可沿着孔h的不平侧壁依次形成栅极绝缘层44、沟道层45和可变电阻层46。
105.栅极绝缘层44可由氧化物形成。沟道层45可由多晶硅形成。相变材料、基于钙钛矿的材料和过渡金属氧化物(例如，nio
x
、hfo
x
、tao
x
、tio
x
或sihfo
x
)中的至少一种可用于可变
电阻层46。
106.由于沟道层45沿着孔h的不平侧壁形成，所以沟道层45的一些区域可关于孔h的中央部分以凸形形成，并且以凸形形成的区域之间的区域可关于孔h的中央部分相对以凹形形成。例如，沟道层45的与第一材料层41和绝缘图案43’相邻的区域可被定义为凸形区域，沟道层45的与第二材料层42相邻的区域可被定义为凹形区域。
107.随后，可执行蚀刻工艺，其中可变电阻层46的一部分被蚀刻以使得沟道层45的凸形区域的一部分暴露。可变电阻层46可保留在沟道层45的凹形区域上。可变电阻层46可形成为由于凸形区域的沟道层45而彼此间隔开的多个图案。即，多个构图的可变电阻层46中的每一个可保留在沟道层45的与第二材料层42相邻的凹形区域上，并且多个构图的可变电阻层46可由于沟道层45的与第一材料层41和绝缘图案43’相邻的凸形区域而在第二方向z上彼此间隔开。
108.参照图8g，可形成垂直绝缘层47，使得孔的内部被掩埋。垂直绝缘层47可由氧化物形成。
109.随后，可利用第三材料层48替换第二材料层(图8f中所示的42)。在示例中，当第二材料层42包括牺牲材料并且第一材料层41包括绝缘材料时，可利用导电层替换第二材料层42。第三材料层48可包括诸如多晶硅、钨、钼或金属的导电材料。
110.在另一示例中，当第一材料层41包括绝缘材料并且第二材料层42包括导电材料时，可跳过利用第三材料层48替换第二材料层42的工艺。
111.图9是示出应用了本公开的电阻存储器装置的存储卡系统的图。
112.参照图9，存储卡系统3000可包括控制器3100、存储器装置3200和连接器3300。
113.控制器3100可连接到存储器装置3200。控制器3100可访问存储器装置3200。例如，控制器3100可控制编程操作、读操作或擦除操作，或者可控制存储器装置3200的后台操作。控制器3100可在存储器装置3200和主机之间提供接口。控制器3100可驱动用于控制存储器装置3200的固件。例如，控制器3100可包括诸如随机存取存储器(ram)、处理单元、主机接口、存储器接口和纠错器的组件。
114.控制器3100可通过连接器3300与外部装置通信。控制器3100可根据特定通信协议与外部装置(例如，主机)通信。示例性地，控制器3100可通过诸如通用串行总线(usb)、多媒体卡(mmc)、嵌入式mmc(emmc)、外围组件互连(pci)、高速pci(pcie)、高级技术附件(ata)、串行ata(sata)、并行ata(pata)、小型计算机系统接口(scsi)、增强小型磁盘接口(esdi)、集成驱动电子设备(ide)、火线、通用闪存(ufs)、wi-fi、蓝牙和nvme的各种通信协议中的至少一种来与外部装置通信。示例性地，连接器3300可由上述各种通信协议中的至少一种定义。
115.存储器装置3200可包括电阻随机存取存储器单元并且可与图1所示的电阻存储器装置1100相同地配置。
116.控制器3100和存储器装置3200可被集成到单个半导体装置中，以构成存储卡。例如，控制器3100和存储器装置3200可构成诸如pc卡(个人计算机存储卡国际协会(pcmcia))、紧凑闪存(cf)卡、智能媒体卡(sm和smc)、记忆棒、多媒体卡(mmc、rs-mmc、mmcmicro和emmc)、sd卡(sd、minisd、microsd和sdhc)和通用闪存(ufs)的存储卡。
117.图10是示出应用了本公开的电阻存储器装置的固态驱动器(ssd)系统的图。
0009493的优先权，其完整公开通过引用并入本文。

技术特征：
1.一种电阻存储器装置，该电阻存储器装置包括：层叠结构，其中多个层间绝缘层和多个导电层交替地层叠；孔，该孔通过所述多个层间绝缘层和所述多个导电层穿透所述层叠结构；多个绝缘图案，所述多个绝缘图案形成在所述多个层间绝缘层中的每一个的在所述孔内的侧壁上；沟道层，该沟道层沿着所述多个导电层中的每一个的在所述孔内的侧壁和所述多个绝缘图案中的每一个的在所述孔内的侧壁形成，其中，所述沟道层包括与所述绝缘图案相邻并且关于所述孔的中央部分以凸形形成的凸形区域并且包括与所述多个导电层相邻并且关于所述孔的所述中央部分以凹形形成的凹形区域；以及可变电阻层，所述可变电阻层与所述沟道层的所述凹形区域接触。2.根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其中，在所述多个层间绝缘层和所述多个导电层层叠的方向上彼此相邻的所述可变电阻层由于所述沟道层的所述凸形区域而在物理上彼此间隔开。3.根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其中，所述可变电阻层的面向所述多个导电层当中的相邻导电层的侧壁长度比所述多个导电层的侧壁长度短。4.根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其中，各个所述绝缘图案的侧壁具有半圆形形状。5.根据权利要求1所述的电阻存储器装置，该电阻存储器装置还包括形成在所述沟道层的部分之间的栅极绝缘层。6.根据权利要求1所述的电阻存储器装置，其中，所述多个导电层朝着所述孔的所述中央部分比所述多个层间绝缘层突出更远。7.根据权利要求6所述的电阻存储器装置，其中，所述绝缘图案设置在突出的所述多个导电层之间的空间中。8.一种电阻存储器装置，该电阻存储器装置包括：层叠结构，其中多个层间绝缘层和多个导电层交替地层叠；孔，该孔通过所述多个层间绝缘层和所述多个导电层穿透所述层叠结构；沟道层，该沟道层沿着所述孔的侧壁形成；以及多个可变电阻层，所述多个可变电阻层仅形成在所述沟道层的一些区域上，其中，所述多个层间绝缘层中的每一个的在所述孔内的侧壁表面以凸形形成，并且其中，所述多个导电层中的每一个的在所述孔内的侧壁表面以凹形形成。9.根据权利要求8所述的电阻存储器装置，其中，所述多个可变电阻层中的每一个形成为与所述多个导电层中的每一个相邻。10.根据权利要求8所述的电阻存储器装置，其中，由于所述多个层间绝缘层中的每一个的在所述孔内的侧壁表面和所述多个导电层中的每一个的在所述孔内的侧壁表面，所述孔的侧壁形成为不平的。11.根据权利要求10所述的电阻存储器装置，其中，所述沟道层沿着所述孔的不平侧壁形成，所述沟道层包括与所述多个层间绝缘层相邻并且关于所述孔的中央部分以凸形形成的凸形区域，并且包括与所述多个导电层相邻并且关于所述孔的所述中央部分以凹形形成的凹形区域。
12.根据权利要求11所述的电阻存储器装置，其中，所述可变电阻层与所述沟道层的所述凹形区域接触。13.根据权利要求12所述的电阻存储器装置，其中，在所述多个层间绝缘层和所述多个导电层层叠的方向上彼此相邻的所述可变电阻层由于所述沟道层的所述凸形区域而在物理上彼此间隔开。14.根据权利要求8所述的电阻存储器装置，该电阻存储器装置还包括形成在所述沟道层和所述孔的侧壁之间的栅极绝缘层。15.一种制造电阻存储器装置的方法，该方法包括以下步骤：形成层叠结构，其中多个第一材料层和多个第二材料层交替地层叠；形成通过所述多个第一材料层和所述多个第二材料层穿透所述层叠结构的孔；通过在各个所述第一材料层的通过所述孔暴露的侧壁上形成绝缘图案来形成所述孔的不平侧壁；沿着所述孔的不平侧壁形成栅极绝缘层和沟道层，其中，所述沟道层包括关于所述孔的中央部分的凸形区域以及所述凸形区域之间的关于所述孔的所述中央部分的凹形区域；以及在所述沟道层的所述凹形区域上形成可变电阻层。16.根据权利要求15所述的方法，其中，形成所述可变电阻层的步骤包括：沿着所述沟道层的表面形成所述可变电阻层；以及通过执行蚀刻工艺来暴露所述沟道层的所述凸形区域，以使得所述可变电阻层仅保留在所述沟道层的所述凹形区域上。17.根据权利要求15所述的方法，该方法还包括：在所述孔的内部形成垂直绝缘层。18.根据权利要求15所述的方法，该方法还包括：在形成穿透所述层叠结构的狭缝之后，去除通过所述狭缝暴露的所述第二材料层，并且利用第三材料层填充所述第二材料层被去除的空间。19.根据权利要求15所述的方法，其中，在形成所述绝缘图案的步骤中，通过选择性地氧化所述第一材料层的通过所述孔暴露的侧壁来形成所述绝缘图案。20.根据权利要求15所述的方法，其中，形成所述绝缘图案的步骤包括：通过将所述第一材料层的通过所述孔暴露的侧壁蚀刻至特定厚度来形成凹陷区域；在所述凹陷区域中形成牺牲层；以及通过使所述牺牲层氧化来形成比所述第二材料层突出更远的所述绝缘图案。21.一种制造电阻存储器装置的方法，该方法包括以下步骤：形成层叠结构，其中多个第一材料层和多个第二材料层交替地层叠；形成通过所述多个第一材料层和所述多个第二材料层穿透所述层叠结构的孔；在各个所述第一材料层的通过所述孔暴露的侧壁上形成绝缘图案；通过将各个所述第二材料层的侧壁蚀刻至特定深度来形成所述孔的不平侧壁；沿着所述孔的不平侧壁形成栅极绝缘层和沟道层，其中，所述沟道层包括关于所述孔的中央部分的凸形区域以及所述凸形区域之间的关于所述孔的所述中央部分的凹形区域；以及在所述沟道层的所述凹形区域上形成可变电阻层。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，形成所述可变电阻层的步骤包括：沿着所述沟道层的表面形成所述可变电阻层；以及通过执行蚀刻工艺来暴露所述沟道层的所述凸形区域，以使得所述可变电阻层仅保留在所述沟道层的所述凹形区域上。23.根据权利要求21所述的方法，该方法还包括：在所述孔的内部形成垂直绝缘层。24.根据权利要求21所述的方法，该方法还包括：在形成穿透所述层叠结构的狭缝之后，去除通过所述狭缝暴露的所述第二材料层，并且利用第三材料层填充所述第二材料层被去除的空间。25.根据权利要求21所述的方法，其中，在形成所述绝缘图案的步骤中，通过选择性地氧化所述第一材料层的通过所述孔暴露的侧壁来形成所述绝缘图案。26.根据权利要求21所述的方法，其中，形成所述绝缘图案的步骤包括：通过将所述第一材料层的通过所述孔暴露的侧壁蚀刻至特定厚度来形成凹陷区域；在所述凹陷区域中形成牺牲层；以及通过使所述牺牲层氧化来形成比所述第二材料层突出更远的所述绝缘图案。

技术总结
本申请涉及电阻存储器装置和该电阻存储器装置的制造方法。一种电阻存储器装置包括：层叠结构，其中多个层间绝缘层和多个导电层交替地层叠；孔，其通过多个层间绝缘层和多个导电层穿透层叠结构；多个绝缘图案，其形成在多个层间绝缘层中的每一个的在孔内的侧壁上；沟道层，其沿着多个导电层中的每一个的在孔内的侧壁和多个绝缘图案中的每一个的在孔内的侧壁形成，其中，沟道层包括与绝缘图案相邻并且关于孔的中央部分以凸形形成的凸形区域并且包括与多个导电层相邻并且关于孔的中央部分以凹形形成的凹形区域。以凹形形成的凹形区域。以凹形形成的凹形区域。


技术研发人员：姜仁求
受保护的技术使用者：爱思开海力士有限公司
技术研发日：2022.07.18
技术公布日：2023/7/31