[发明专利]具有垂直沟道的隧穿晶体管、可变电阻存储器及制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年2月27日提交的申请号为10-2014-0023366的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的各种实施例总体而言涉及半导体器件及其制造方法，更具体而言，涉及隧穿晶体管、包括其的可变电阻存储器件及其制造方法。

背景技术

随着移动和数字信息通信以及消费电子行业的快速发展，对于现存的电荷控制器件的研究已公开了其限制性。因而，需要开发应用新概念的新功能存储器件。具体地，需要开发具有大容量、超高速度和超低功率的下一代存储器件以满足大容量存储器的需求。

已经提出了利用电阻材料作为存储媒介的可变电阻存储器件作为下一代存储器件。可变电阻存储器件的典型实例为相变随机存取存储器(PCRAM)、阻变RAM(ReRAM)或者磁性RAM(MRAM)。

典型地，可变电阻存储器件可以利用开关器件和电阻器件来形成，并且可以根据电阻器件的状态来储存诸如“0”或“1”的数据。

即使在可变电阻存储器件中，首先要提高集成度，并且要将尽可能多地将存储器单元集成在有限的面积中。

为了满足需求，还在阻变存储器件中使用了三维(3D)晶体管结构。因而，3D晶体管可以包括在与半导体衬底的表面垂直的方向上延伸的沟道，并且具有被形成为包围所述沟道的栅极。

需要提供高的操作电流至3D晶体管以保持高的电阻可变特性。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种隧穿晶体管可以包括：半导体衬底，其具有形成在上部区域中的源极，并且包括第一半导体材料层；柱体，其形成在半导体衬底上并且具有顺序层叠的沟道层和漏极；栅极，其形成为包围柱体的周缘；以及第二半导体材料层，其构成源极的一部分，形成在源极和沟道层之间，具有与源极相同的导电类型，以及具有比第一半导体材料层更小的带隙。源极和漏极可以具有彼此相反的导电类型。

根据本发明的一个实施例，一种可变电阻存储器件可以包括：半导体衬底，其具有形成在上部区域中的源极，并且包括第一半导体材料层；柱体，其形成在半导体衬底上，并且具有顺序地层叠的沟道层和漏极，所述漏极包含具有与源极相反的导电类型的掺杂剂；栅极，其形成为包围柱体的周缘；第二半导体材料层，其构成源极的一部分，形成在源极和沟道层之间，具有与源极相同的导电类型，以及具有比第一半导体材料层更小的带隙；加热电极，其形成在漏极上；以及可变电阻层，其形成在加热电极上。

根据本发明的一个实施例，一种制造隧穿晶体管的方法可以包括：在包括第一半导体材料层的半导体衬底上形成源极，所述源极包括具有比第一半导体材料层更小的带隙的第二半导体材料层；在半导体衬底上顺序地层叠沟道层和漏极；形成包括沟道层和漏极的柱体；在柱体的表面上形成栅绝缘层；以及形成栅极以包围柱体的外周缘，其中，源极和漏极可以具有彼此相反的导电类型。

以下详细地描述这些和其他的特征、方面和实施例。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中将更加清楚地理解本公开的以上和其他的方面、特征和优点，其中：

图1是说明根据本发明的一个实施例的制造具有垂直沟道的隧穿晶体管的方法的截面图；

图2是说明根据本发明的一个实施例的制造具有垂直沟道的隧穿晶体管的方法的截面图；

图3是说明根据本发明的一个实施例的制造具有垂直沟道的隧穿晶体管的方法的截面图；

图4是说明根据本发明的一个实施例的制造具有垂直沟道的隧穿晶体管的方法的截面图；

图5是说明根据本发明的一个实施例的利用隧穿晶体管作为开关器件的可变电阻存储器件的截面图；

图6是说明根据本发明的一个实施例的隧穿晶体管的操作特性的能带图；

图7是说明根据本发明的一个实施例的隧穿晶体管的操作特性的能带图；

图8是说明根据本发明的一个实施例的隧穿晶体管的截面图；

图9是说明根据本发明的一个实施例的隧穿晶体管的截面图；

图10是说明根据本发明的一个实施例的隧穿晶体管的截面图；

图11是说明根据本发明的一个实施例的隧穿晶体管的截面图；

图12是说明根据本发明的一个实施例的隧穿晶体管的截面图；

图13是说明根据本发明的一个实施例的可变电阻存储器件的操作的示意性电路图；

图14是说明根据本发明的一个实施例的可变电阻存储器件的操作的示意性电路图；