[发明专利]包含多层存储单元的非易失性存储器及其制造方法

权利要求书

1.一种非易失性存储器，其特征在于，通过在半导体基底上层叠半导体层而形成多层结构的半导体层，并在所述半导体基底与层叠于该半导体基底上的半导体层之间、以及层叠为所述多层结构的半导体层之间形成层间绝缘层，其中，在所述半导体基底上或所述多层结构的各半导体层上形成具有不同台阶的第一台阶单元和第二台阶单元，而所述第一台阶单元和第二台阶单元分别由层叠为导电层(第一电极)-可变电阻(中间层)-金属层(第二电极)-半导体层的结构体、层叠为金属层(第一电极)-可变电阻(中间层)-半导体层(第二电极)的结构体、层叠为导电层(第一电极)-绝缘膜(中间层)-金属层(第二电极)-半导体层的结构体、层叠为金属层(第一电极)-绝缘膜(中间层)-半导体层(第二电极)的结构体中的某一种所构成，且所述第一台阶单元以台阶较高的水平面为基准形成而所述第二台阶单元以台阶较低水平面为基准形成，从而将存储单元构成为多层结构。

2.如权利要求1所述的非易失性存储器，其特征在于，构成所述第一台阶单元和第二台阶单元的半导体层包含低浓度扩散区域和高浓度扩散区域而形成为复层形态。

3.如权利要求2所述的非易失性存储器，其特征在于，所述高浓度扩散区域位于所述低浓度扩散区域的下部，并与所述低浓度扩散区域形成为复层，使得能够将固有阻抗小于低浓度扩散区域的高浓度扩散区域使用为字线或位线，从而不增加附加性的水平面积而提高运行速度。

4.如权利要求1所述的非易失性存储器，其特征在于，所述第一台阶单元以半导体基底表面或半导体层表面为基准而形成单元，而所述第二台阶单元以沟道底面为基准而形成单元。

5.如权利要求1所述的非易失性存储器，其特征在于，所述第一台阶单元与第二台阶单元之间的侧壁上形成侧壁间隔层，从而抑制可能在包含所述第一台阶单元与第二台阶单元之间区域的范围内寄生的晶体管的产生。

6.如权利要求2或3所述的非易失性存储器，其特征在于，第一电极连接于字线而半导体层的低浓度扩散区域或高浓度扩散区域连接于位线，或者，第一电极连接于位线而半导体层的低浓度扩散区域或高浓度扩散区域连接于字线，而从平面上来看，所述第一台阶单元或第二台阶单元形成于字线与位线交叉的区域。

7.一种非易失性存储器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

在半导体基底上形成第一台阶单元和第二台阶单元，该步骤包括如下步骤：对应于第二台阶单元所要形成的位置而在半导体基底上朝内部沿一个方向形成沟道；在所述沟道侧壁上形成侧壁间隔层；以自对准方式形成扩散区域；在半导体基底的表面形成第一台阶单元；在所述沟道的底面形成第二台阶单元；形成所述第一台阶单元和第二台阶单元的第一电极；

在形成有所述第一台阶单元和第二台阶单元的半导体基底上形成层间绝缘层；

在所述层间绝缘层上层叠半导体层；

在所述半导体层上形成第一台阶单元和第二台阶单元，该步骤包括如下步骤：对应于第二台阶单元所要形成的位置而在半导体层上朝内部沿一个方向形成沟道；在所述沟道侧壁上形成侧壁间隔层；以自对准方式形成扩散区域；在半导体层的表面形成第一台阶单元；在所述沟道的底面形成第二台阶单元；形成所述第一台阶单元和第二台阶单元的第一电极；

其中，所述第一台阶单元和第二台阶单元分别由层叠为导电层(第一电极)-可变电阻(中间层)-金属层(第二电极)-半导体层的结构体、层叠为金属层(第一电极)-可变电阻(中间层)-半导体层(第二电极)的结构体、层叠为导电层(第一电极)-绝缘膜(中间层)-金属层(第二电极)-半导体层的结构体、层叠为金属层(第一电极)-绝缘膜(中间层)-半导体层(第二电极)的结构体中的某一种所构成。

8.如权利要求7所述的非易失性存储器的制造方法，其特征在于，构成所述第一台阶单元和第二台阶单元的半导体层包含低浓度扩散区域和高浓度扩散区域而形成为复层形态。

9.如权利要求7或8所述的非易失性存储器的制造方法，其特征在于，通过将互补于半导体基底或半导体层中所含掺杂物的掺杂物以高浓度进行掺入而形成高浓度扩散区域之后，在该区域上部进行低浓度掺入而形成低浓度扩散区域，使所述高浓度扩散区域位于所述低浓度扩散区域的下部并与所述低浓度扩散区域形成为复层，从而不增加附加性的水平面积而提高运行速度。

10.如权利要求7所述的非易失性存储器的制造方法，其特征在于，在金属层(第二电极)上热生长构成所述第一台阶单元和第二台阶单元的绝缘膜(中间层)时，在将绝缘膜予以热生长之前，事先在金属层(第二电极)上蒸镀多晶硅层并形成图案后热生长出绝缘膜(中间层)，以用于应对生长在第二电极上的绝缘膜的厚度或特性有异于生长在半导体表面的绝缘膜的情况。