[发明专利]三维电阻式存储器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种三维电阻式存储器及其制造方法。三维电阻式存储器包括通道柱、第一栅极柱、第一栅极介电层、第一与第二堆叠结构、可变电阻柱以及电极柱。通道柱配置在基底上。第一栅极柱配置在通道柱的第一侧的基底上。第一栅极介电层配置于通道柱与第一栅极柱之间。第一与第二堆叠结构分别配置于通道柱的彼此相对的第二与第三侧的基底上。第一与第二堆叠结构各自包括交互堆叠的多个导体材料层与多个绝缘材料层。可变电阻柱配置于第一堆叠结构的与通道柱相对的一侧的基底上。电极柱配置于基底上，且位于可变电阻柱的内部。本申请可通过对位于不同层的晶体管单元进行个别控制来抑制潜泄漏电，进而避免未选择的存储器单元意外地重置或设定。

技术领域

本发明涉及一种电阻式存储器及其制造方法，且尤其涉及一种三维电阻式存储器及其制造方法。

背景技术

电阻式随机存取存储器(resistive random access memory，RRAM)属于非易失性存储器的一种。因电阻式随机存取存储器具有结构简单、操作电压低、操作时间快速、可多比特存储、成本低、耐久性佳等优点，故目前被广泛地研究中。电阻式随机存取存储器常用的基本结构是以一个晶体管加上一个电阻(1T1R)或一个二极管加上一个电阻(1D1R)所组成。通过改变外加偏压的方式改变电阻的电阻值，使元件处于高电阻态(High resistancestate)或低电阻态(Low resistance state)，并借此判读数字信号的0或1。

三维非易失性存储器使存储器中单位面积的储存比特增加。交叉点阵列存储器(Cross Point Array Memory)是一种常见的三维非易失性存储器。然而，在具有多层结构的交叉点阵列存储器的制造方法中，在形成每一层的元件时皆需要进行图案化制程，因此制程步骤较为繁杂且昂贵。此外，交叉点阵列存储器具有潜泄漏电(sneak current)的问题，其将会意外地造成未选择的存储器单元重置(RESET)或设定(SET)，导致可靠度下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种三维电阻式存储器及其制造方法，其所制作的三维电阻式存储器具有彼此相连的晶体管元件与存储器元件。

本发明的一实施例提供一种三维电阻式存储器。三维电阻式存储器包括通道柱、第一栅极柱、第一栅极介电层、第一堆叠结构、第二堆叠结构、可变电阻柱以及电极柱。通道柱配置在基底上。第一栅极柱配置在通道柱的第一侧的基底上。第一栅极介电层配置于通道柱与第一栅极柱之间。第一堆叠结构与第二堆叠结构分别配置于通道柱的彼此相对的第二侧与第三侧的基底上，其中第一堆叠结构与第二堆叠结构各自包括交互堆叠的多个导体材料层与多个绝缘材料层。可变电阻柱配置于第一堆叠结构的与通道柱相对的一侧的基底上。电极柱配置于基底上，且位于可变电阻柱的内部。

依照本发明的一实施例所述，在上述三维电阻式存储器中，导体材料层的材料包括氮化钛或氮化钽。

依照本发明的一实施例所述，在上述三维电阻式存储器中，电极柱由外部往内部依序包括离子交换层、阻障层与电极层。

依照本发明的一实施例所述，在上述三维电阻式存储器中，还包括绝缘柱，其配置于基底上，且位于通道柱的内部。

依照本发明的一实施例所述，在上述三维电阻式存储器中，第一堆叠结构的与可变电阻柱连接的侧壁具有多个凹槽，且多个凹槽中的一者位于相邻两个导体材料层之间或相邻两个绝缘材料层之间。

依照本发明的一实施例所述，在上述三维电阻式存储器中，还包括第二栅极柱以及第二栅极介电层。第二栅极柱配置在通道柱的与第一侧相对的第四侧的基底上。第二栅极介电层配置于通道柱与第二栅极柱之间。

依照本发明的一实施例所述，在上述三维电阻式存储器中，还包括位线以及字线。位线电性连接电极柱。字线电性连接第一栅极柱与第二栅极柱中至少一者。位线与字线中至少一者的延伸方向与第二堆叠结构的延伸方向交错。