機電存儲器件及其製造方法
2023-05-20 21:26:06 2
專利名稱：機電存儲器件及其製造方法
技術領域：
半導體存儲器件包括存儲單元，用於存儲電信息。非易失性存儲 器件受到廣泛使用，由於它們的相關單元可以即使在沒有或者除去了 電源供應的時候保持信息。該特性使得非易失性存儲器件特別適用於 可攜式電子設備中。隨著朝著更高集成度的持續趨勢，對著這些器件 來說，高密度布局、低功耗操作以及高操作速度是共同的考慮因素。
背景技術：
一種稱為快閃記憶體的非易失性器件，由於它製造相對廉價，並且由於 它以相對低的功率需求操作而變得流行，然而，已知快閃記憶體通常經受低 操作速度、相對差的數據保持可靠性和相對短的壽命的影響。此外， 這種器件是基於傳統電晶體的操作，並且隨著進一步集成化的壓力， 它們越來越經受短溝道效應、擊穿電壓的降低以及隨著重複的編程/擦 除循環的柵結的可靠性的降低的影響。此外，隨著電晶體尺寸降低， 更加有單元間幹擾的可能性，這可以對性能和可靠性具有進一步的不
利影響。
發明內容
本發明的實施裡涉及機電存儲器件及其製造方法，關注於並且減 輕了傳統器件的上述限制。具體，本發明的實施裡提供機電存儲器件， 其實現了其他特性中的高密度存儲、低電壓編程和擦除電壓、高速操 作、增強的數據保持、以及高度長時間耐久，以及這種器件的形成方
法。本發明的實施裡可以應用到非易失性和易失性存儲器件格式。在一個方面，存儲器件包括襯底；襯底上的第一字線結構，該 第一字線結構在第一方向上延伸；位線，在第一字線結構上並且通過第一間隔(gap)與第一字線分開，該位線在橫斷於(transverse to)第一方向的第二方向上延伸；以及第二字線結構，在位線之上並且通過 第二間隔與位線分開，該第二字線結構在第一方向上延伸，其中位線 在第一字線結構和第二字線結構之間浮置(suspend)，使得在第一彎 折(bent)位置上位線偏轉(deflect)以通過第一間隔與第一字線結構 的頂部電耦合，並且在第二彎折位置上位線偏轉以通過第二間隔與第 二字線結構的底部電耦合，並且在重置位置(reset position)上位線與 第一字線結構和第二字線結構相隔離。在一個實施例中，第一字線結構包括寫入字線，並且其中第二字 線結構包括讀取字線。在另一實施例中，位線包括在沿著第一字線結構的側壁方向延伸 的第一和第二部分，以及在第一和第二部分之間沿著第一字線結構的頂部的方向中延伸的第三部分。在另一實施例中，第一間隔在位線的第一和第二部分與第一字線 結構之間，並且在位線的第三部分和第一字線結構之間延伸。在另一實施例中，存儲器件進一步包括在襯底和位線上的介質層， 並且其中第二間隔在位線的第三部分和第二字線結構之間延伸，以及 在位線的第一和第二部分與介質層之間延伸。在另一實施例中，第二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之 間延伸。
在另一實施例中，位線包括彈性可變形材料。
在另一實施例中，位線包括選自包括金、銀、銅、鋁、鎢、TiN、 導電金屬、成形的記憶合金以及納米管的組的至少一種材料。
在另一實施例中，第一字線結構和第二字線結構每個包括導體， 並且其中存儲器件包括易失性存儲器件。
在另一實施例中，第一字線結構和第二字線結構的至少一個包括 導電層；以及導電層和位線之間的電荷俘獲結構，並且其通過第一和 第二間隔的相應一個與位線分開，並且其中存儲器件包括非易失性存 儲器件。
在另一實施例中，在第一彎折位置和第二彎折位置的至少一個中， 位線電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構的相應的至少一個的 電荷俘獲結構。
在另一實施例中，在第一彎折位置和第二彎折位置的至少一個中， 位線還電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構的相應的至少一個 的導電層。
在另一實施例中，電荷俘獲結構包括選自包括氧化物-氮化物-氧化
物(ONO)結構以及氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)結構的組的一種結 構。
在另一實施例中，存儲器件還包括在第一和第二字線結構的至少 一個的導電層和電荷俘獲結構之間的轉換層。
在另一實施例中，第一和第二字線結構的一個包括寫入字線結構， 並且其中第一和第二字線結構的另一個包括讀取字線結構，並且其中， 在非易失性存儲器件的編程操作期間，通過在寫入字線結構和位線之 間施加第一電壓電勢，位線被放置在與寫入字線結構相接觸的彎折位 置和重置位置之一中。在另一實施例中，在導致位線被放置在與寫入字線結構相接觸的 彎折位置中的非易失性存儲器件的第一狀態的編程操作期間，響應於 寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢，位線彎折以在彎折位置上 與寫入字線結構的電荷俘獲結構相接觸，並且其中，由於在寫入字線 結構的電荷俘獲結構中所俘獲的電荷，當除去寫入字線結構與位線之 間的電壓電勢時，位線保持在彎折位置。在另一實施例中，在第一狀態的非易失性存儲器件的讀取操作期 間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電勢，並且其中讀取操 作導致當位線保持在與寫入字線結構相接觸的彎折位置時，確定第一 狀態，而不管第二電壓電勢的施加。在另一實施例中，在導致位線被放置在重置位置中的非易失性存 儲器件的第二狀態的編程操作期間，響應於在寫入字線結構和位線之 間的第一電壓電勢，位線與在重置位置中的寫入字線結構的電荷俘獲 結構相隔離，並且其中，當除去寫入字線結構和位線之間的第一電壓 電勢時，位線保留在該重置位置上。在另一實施例中，在第二狀態的非易失性存儲器件的讀取操作期 間，將第二電壓電勢施加到位線和讀取字線結構之間，並且其中當由 於所施加的第二電壓電勢，位線被放置在與讀取字線結構相接觸的彎 折位置時，讀取操作導致第二狀態的確定。在另一實施例中，第一字線結構包括導電層和導電層上的電荷俘 獲結構，該電荷俘獲結構在第一字線結構的導電層和位線之間，並且 通過第一間隔將該電荷俘獲結構與位線分開，並且其中存儲器件包括 非易失性存儲器件。在另一實施例中，第二字線結構包括導電層和在該導電層之下的 電荷俘獲結構，該電荷俘獲結構在第二字線結構的導電層和位線之間， 並且通過第二間隔將該電荷俘獲結構與位線分開，並且其中存儲器件 包括非易失性存儲器件。在另一實施例中，存儲器件包括襯底；襯底上的第一字線結構， 該第一字線結構在第一方向上延伸；位線，在第一字線結構之上並且 通過第一間隔與第一字線分開，該位線在與第一方向橫斷的第二方向 上延伸；以及第二字線結構，在位線之上並且通過第二間隔與位線分 開，該第二字線結構在第一方向上延伸，其中第一字線結構和第二字 線結構之一包括字線結構之一的導電層和位線之間的電荷俘獲結構， 其中電荷俘獲結構通過第一和第二間隔的相應一個與位線分開，並且 其中位線在第一字線結構和第二字線結構之間浮置，使得位線偏轉以 在第一彎折位置通過第一間隔與第一字線結構的頂部電耦合，並且偏轉以在第二彎折位置中通過第二間隔與第二字線結構的底部電耦合， 並且與重置位置的第一字線結構和第二字線結構相隔離。在一個實施例中，第一和第二字線結構之一包括寫入字線，並且 其中第一和第二字線結構的另一個包括讀取字線。在另一實施例中，位線包括在沿著第一字線結構的側壁的方向上 延伸的第一和第二部分，以及在沿著第一和第二部分之間的第一字線 結構的頂的方向上延伸的第三部分。在另一實施例中，第一間隔在位線的第一和第二部分與第一字線 結構之間以及在位線的第三部分與第一字線結構之間延伸。在另一實施例中，存儲器件還包括在襯底和位線上的介質層，並
且其中第二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之間延伸，並且在 位線的第一和第二部分與介質層之間延伸。
在另一實施例中，第二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之 間延伸。
在另一實施例中，位線包括彈性可變形材料。
在另一實施例中，位線包括選自包括金、銀、銅、鋁、鎢、TiN、 導電金屬、成形的記憶合金以及納米管的組的至少一種材料。
在另一實施例中，在第一彎折位置和第二彎折位置的至少一個中， 位線電容地耦合到相應的至少一個第一字線結構和第二字線結構的電 荷俘獲結構。
在另一實施例中，在第一彎折位置和第二彎折位置的至少一個中， 位線進一步電容地耦合到相應至少"個第一字線結構和第二字線結構 的導電層上。
在另一實施例中，電荷俘獲結構包括選自包括氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結構和氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)的組的結構。
在另一實施例中，存儲器件還包括在第一和第二字線結構的至少 一個的導電層和電荷俘獲結構之間的轉換層。
在另一實施例中，第一和第二字線結構之一包括寫入字線結構， 並且其中第一和第二字線結構的另一個包括讀取字線結構，並且其中， 在非易失性存儲器件的編程操作期間，通過在寫入字線結構和位線之 間施加第一電壓電勢，位線位於與寫入字線結構相接觸的彎折位置與 重置位置之一。在另一實施例中，在導致位線被放置在與寫入字線結構相接觸的 彎折位置的非易失性存儲器件的第一狀態的編程操作期間，響應於寫 入字線結構和位線之間的第一電壓電勢，位線彎折以在彎折位置與寫 入字線結構的電荷俘獲結構相接觸，並且其中，當除去寫入字線結構 和位線之間的第一電壓電勢時，由於在寫入字線結構的電荷俘獲結構 中所俘獲的電荷，位線保持在彎折位置。在另一實施例中，在第一狀態下的非易失性存儲器件的讀取操作 期間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電勢，並且其中讀取 操作導致當位線保持在與寫入字線結構相接觸的彎折位置中時，第一 狀態的確定，而不管第二電壓電勢的施加。在另一實施例中，在導致位線被放置在重置位置的非易失性存儲 器件的第二狀態的編程操作期間，響應於寫入字線結構和位線之間的 第一電壓電勢，位線與在重置位置的寫入字線結構的電荷俘獲結構相 隔離，並且其中，當除去在寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢 時，位線保留在重置位置。在另一實施例中，在第二狀態的非易失性存儲器件的讀取操作期 間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電勢，並且其中讀取操 作導致當由於所施加的第二電壓電勢，位線被放置在與讀取字線結構 相接觸的彎折位置中時，第二狀態的確定。在另一實施例中，層疊的存儲器件包括第一器件層，包括存儲 單元的第一陣列；第二器件層，包括存儲器件的第二陣列；第三器件 層，包括用於存取存儲單元的第一陣列以及存儲單元的第二陣列的控 制電路，該第一、第二和第三器件層相對於彼此垂直地排列，其中存 儲單元的第一陣列和存儲單元的第二陣列的存儲單元每個包括第一 字線結構；與第一字線結構分開的第二字線結構；以及位線，其在第
一字線結構的上表面之上以及在第二字線結構的下表面之下延伸，該 位線與第一字線結構分開第一間隔，並且與第二字線結構分開第二間 隔，位線在第一字線結構和第二字線結構之間浮置。在一個實施例中，存儲單元的第一陣列的存儲單元是非易失性存 儲單元，以及存儲單元的第二陣列的存儲單元是易失性存儲單元。在另一實施例中，存儲單元的第一陣列和存儲單元的第二陣列的 存儲單元是易失性存儲單元。在另一實施例中，存儲單元的第一陣列和存儲單元的第二陣列的 存儲單元是非易失性存儲單元。在另一實施例中，在每個存儲單元中，位線包括在沿著第一字線 結構的側壁的方向上延伸的第一和第二部分，以及在沿著第一和第二 部分之間的第一字線結構的頂的方向上延伸的第三部分。在另一實施例中，第一間隔在位線的第一和第二部分與第一字線 結構之間以及在位線的第三部分與第一字線結構之間延伸。在另一實施例中，權利要求43的層疊的存儲器件還包括襯底和位 線上的介質層，其中第二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之間 延伸並且在位線的第一和第二部分與介質層之間延伸。在另一實施例中，第二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之 間延伸。在另一實施例中，位線包括彈性可變形的材料。在另一實施例中，位線包括選自包括金、銀、銅、鋁、鎢、TiN、 導電金屬、成形的記憶合金以及納米管的組的至少一種材料。在另一實施例中，第一陣列和第二陣列的至少一個的存儲單元包 括易失性存儲單元，並且在至少一個陣列中，第一字線結構和第二字 線結構每個包括導體。在另一實施例中，在每個存儲單元中，位線在第一字線結構和第 二字線結構之間浮置，使得位線偏轉以在第一彎折位置通過第一間隔 與第一字線結構的頂部電耦合，並且偏轉以在第二彎折位置通過第二 間隔與第二字線結構的底部電耦合，並且在重置位置與第一字線結構和第二字線結構相隔離。在另一實施例中，在每個存儲單元中，電極包括彈性可變形材料。在另一實施例中，第一陣列和第二陣列的至少一個的存儲單元包 括非易失性存儲單元，並且在至少一個陣列的存儲單元中，第一字線 結構和第二字線結構的至少一個包括導電層；以及電荷俘獲結構， 其在導電層和位線之間，並且與位線分開第一和第二間隔的至少一個。在另一實施例中，在第一彎折部分和第二彎折部分的至少一個中， 位線電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構的相應至少一個的電 荷俘獲結構上。在另一實施例中，在第一彎折部分和第二彎折部分的至少一個中， 位線還電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構的相應至少一個的 導電層上。在另 一實施例中，電荷俘獲結構包括選自包括氧化物-氮化物-氧化 物(ONO)結構以及氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)結構的組的一種結 構。
在另一實施例中，層疊的存儲器件還包括至少一個陣列的存儲單 元、導電層和第一和第二字線結構的至少一個的電荷俘獲結構之間的 轉換層。在另一實施例中，第一和第二字線結構之一包括寫入字線結構， 並且其中第一和第二字線結構的另一個包括讀取字線結構，並且其中，在非易失性存儲器件的編程操作期間，通過在寫入字線結構和位線之 間施加第一電壓電勢，位線被放置在與讀取字線結構相接觸的彎折位 置與重置位置之一上。在另一實施例中，在導致位線被放置在與寫入字線結構相接觸的 彎折位置的非易失性存儲器件的第一狀態的編程操作期間，響應於在 寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢，位線彎折以在彎折位置與 寫入字線結構的電荷俘獲結構相接觸，並且其中，當除去在寫入字線 結構和位線之間的第一電壓電勢時，由於在寫入字線結構的電荷俘獲 結構中所俘獲的電荷，位線保留在彎折位置。在另一實施例中，在第一狀態的非易失性存儲器件的讀取操作期 間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電勢，並且其中讀取操 作導致當位線保留在與寫入字線結構相接觸的彎折位置時，第一狀態 的確定，而不管第二電壓電勢的施加。在另一實施例中，在導致位線被放置在重置位置的非易失性存儲 器件的第二狀態的編程操作期間，響應於寫入字線結構和位線之間的 第一電壓電勢，在重置位置上位線與寫入字線結構的電荷俘獲結構相 隔離，並且其中，當除去寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢時， 位線保留在重置位置。在另一實施例中，在第二狀態的非易失性存儲器件的讀取操作期
間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電勢，以及其中讀取操 作導致當由於所施加的第二電壓電勢位線被放置在與讀取字線結構相 接觸的彎折位置上時，第二狀態的確定。在另一方面，形成存儲器件的方法包括在襯底上設置第一字線 結構，沿著第一方向延伸；在第一字線結構上設置第一犧牲層；在第 一犧牲層上設置位線，沿著與第一方向橫斷的第二方向延伸；以及在 位線上設置第二犧牲層；在第二犧牲層上設置第二字線結構，該第二 字線結構在第一方向上延伸；以及除去第一和第二犧牲層，以形成位 線和第一字線結構之間的第一間隔以及形成位線和第二字線結構之間 的第二間隔。在一個實施例中，位線在第一字線結構和第二字線結構之間浮置， 使得位線偏轉以在第一彎折位置上通過第一間隔與第一字線結構的頂 部電耦合，並且偏轉以在第二彎折位置上通過第二間隔與第二字線結 構的底部電耦合，並且在重置位置上與第一字線結構和第二字線結構 相隔離。在另一實施例中，該方法還包括在設置第一犧牲層之前和設置第 一犧牲層之後，構圖第一字線結構，構圖第一犧牲層。在另一實施例中，該方法還包括在設置第二字線結構之前，構圖 第二犧牲層。在另一實施例中，該方法還包括同時地構圖第二字線結構和第二 犧牲層。在另一實施例中，位線包括在沿著第一字線結構的側壁的方向上 延伸的第一第二和部分，以及在沿著第一和第二部分之間的第一字線 結構的頂的方向上延伸的第三部分。
在另一實施例中，第一間隔在位線的第一和第二部分與第一字線 結構之間以及位線的第三部分與第一字線結構之間延伸。在另一實施例中，該方法還包括襯底和位線上的介質層，其中第 二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之間延伸，並且在位線的第 一和第二部分與介質層之間延伸。在另一實施例中，第二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之 間延伸。在另一實施例中，位線包括彈性可變形材料。在另一實施例中，位線包括選自包括金、銀、銅、鋁、鎢、TiN、導電金屬、成形的記憶合金以及納米管的組的至少一種材料。在另一實施例中，第一字線結構和第二字線結構每個包括導體， 並且其中存儲器件包括易失性存儲器件。在另一實施例中，第一字線結構和第二字線結構的至少一個包括-導電層；以及電荷俘獲結構，在導電層和位線之間，並且與位線分開 第一和第二間隔的相應一個，並且其中存儲器件包括非易失性存儲器件。在另一實施例中，在第一彎折位置和第二彎折位置的至少一個中， 位線電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構的相應至少一個的電 荷俘獲結構。在另一實施例中，在第一彎折位置和第二彎折位置的至少一個中， 位線還電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構的相應至少一個的
導電層。
在另 一實施例中，電荷俘獲結構包括選自包括氧化物-氮化物-氧化 物(ONO)結構以及氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)結構的組的一種結 構。在另一實施例中，該方法還包括在第一和第二字線結構的至少一 個的導電層和電荷俘獲結構之間的轉換層。在另一實施例中，第一和第二字線結構的一個包括寫入字線結構， 並且其中第一和第二字線結構的另一個包括讀取字線結構，並且其中， 在非易失性存儲器件的編程操作期間，通過在寫入字線結構和位線之 間施加第一電壓電勢，位線被放置在與寫入字線結構相接觸的彎折位 置和重置位置之一中。
在另一實施例中，在導致位線被放置在與寫入字線結構相接觸的 彎折位置中的非易失性存儲器件的第一狀態的編程操作期間，響應於 寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢，位線彎折以在彎折位置上 與寫入字線結構的電荷俘獲結構相接觸，並且其中，由於在寫入字線 結構的電荷俘獲結構中所俘獲的電荷，當除去寫入字線結構與位線之 間的第一電壓電勢時，位線保持在彎折位置。
在另一實施例中，在第一狀態的非易失性存儲器件的讀取操作期 間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電勢，並且其中讀取操 作導致當位線保持在與寫入字線結構相接觸的彎折位置時，確定第一 狀態，而不管第二電壓電勢的施加。
在另一實施例中，在導致位線被放置在重置位置中的非易失性存 儲器件的第二狀態的編程操作期間，響應於在寫入字線結構和位線之 間的第一電壓電勢，位線與在重置位置中的寫入字線結構的電荷俘獲 結構相隔離，並且其中，當除去寫入字線結構和位線之間的第一電壓 電勢時，位線保留在該重置位置上。在另一實施例中，在第二狀態的非易失性存儲器件的讀取操作期 間，將第二電壓電勢施加到位線和讀取字線結構之間，並且其中讀取 操作導致當由於所施加的第二電壓電勢，位線被放置在與讀取字線結 構相接觸的彎折位置時，第二狀態的確定。
從如附圖所示的本發明的優選實施例的更具體的說明，本發明的 特性和優勢將更加顯而易見，在附圖的不同視圖中，相同參考標號指 示相同部件。附圖不必按比例，重點放在說明本發明的原理上。在附 圖中圖1是傳統類型存儲器件的說明性實施例的截面圖，該傳統類型 存儲器件利用機電交互用於編程器件的狀態；圖2A是根據本發明的實施例，機電非易失性存儲器件的透視圖； 圖2B是沿著圖2A的截線I-I'所取的截面圖；圖2C是沿著圖2A的截線n-ir所取的截面圖；圖3A是用於執行圖2A-2C的單位存儲單元實施例的編程、寫入、 擦除和讀取操作的所施加電壓的例子圖表；圖3B是位線電極的狀態的圖，為在施加到位線Vbl和寫入字踐VwwL的電壓電平之間的所施加電 壓差的函數；圖4A和4B是第一狀態的單位存儲單元以及在第一狀態的單位存 儲單元的讀取操作的截面圖，用於圖2A-2C的非易失性存儲器件實施 例；圖5A和5B是第二狀態的單位存儲單元以及在第二狀態的單位存 儲單元的讀取操作的截面圖，用於圖2A-2C的非易失性存儲器件實施 例；圖6A-14A是根據本發明的實施例，用於形成機電非易失性存儲 器件的方法的透視圖；圖6B-14B分別是沿著圖6A-14A的截線I-I'所
取的截面圖；圖6C-14C分別是沿著圖6A-14A的截線II-II'所取的截面圖,'圖15A-22A是根據本發明的另一實施例，用於形成機電非易失性 存儲器件的方法的透視圖；圖15B-22B分別是沿著圖15A-22A的截線 I-I，所取的截面圖；圖15C-22C分別是沿著圖15A-22A的截線II-n，所 取的截面圖；圖23是根據本發明的實施例的機電易失性存儲器件的截面圖；圖24A和24B是第一狀態的單位存儲單元以及在第一狀態的單位 存儲單元的讀取操作的截面圖，用於圖23的易失性存儲器件實施例；圖25A和25B是第二狀態的單位存儲單元以及在第二狀態的單位 存儲單元的讀取操作的截面圖，用於圖23的易失性存儲器件實施例；圖26是根據本發明的實施例的包括機電存儲單元的多個層的層疊 的存儲器件的截面圖；以及圖27是根據本發明的實施例，包括機電存儲單元的多個層的層疊 的存儲器件的截面圖， 一個層包括易失性存儲單元以及另一個層包括 非易失性存儲單元。
具體實施方式
現在將參照附圖更詳細地說明本發明的實施例，在附圖中說明本 發明的優選實施例。然而，本發明可以以不同的形式實施，而不應被 構造為限制於在此闡述的實施例。在整個說明書中相同參考標號指示 相同部件。應理解，儘管在此使用術語第一、第二等來說明不同的元件，這 些元件不被這些術語所限制。這些術語用於將一個元件與其他元件區 分開來。例如，第一元件可以被稱為第二元件，並且相似地，第二元 件可以被稱為第一元件，而不背離本發明的範圍。如在次使用，術語 "和/或"包括相關列項的任何和所有組合。應理解，當元件被稱為在另一元件"之上"或"連接到"另一元
件或者"耦接"到另一元件上時，它可以直接在其上或者耦接到其他 元間或者可以存在插入元間。相反地，當元件被稱為"直接在另一元 件上"或者"直接連接到"或者"直接耦合到"另一元件時，不存在 插入元件。用於描述元件之間的關係的其他用語應當以相同的方式來 解釋(例如"之間"與"直接之間"，"相鄰"與"直接相鄰"等)。 當元件被稱為在另一元件"之上"時，它可以在其他元件之上或之下， 並且直接耦接到其他元件，或者存在插入元件，或者元件可以通過空 隙或者間隙隔開。如在此使用，術語"字線結構"可以包括導電字線 本身，或者導電字線和相應的電荷俘獲結構，或者與字線相關的額外 的結構或者元件。
在此使用的術語是為了描述具體實施例的目的，並且不旨在限制
本發明。如在此使用，單數形式"a" 、 "an"和"the"旨在也包括復 數形式，除非上下文清楚地另外指示。還應理解，當使用術語 "comprises" 、 "comprising"和/或"including"時，指明所述特性、 整數、步驟、操作、元件、和/或組件的存在，但是不包括一個或多個 其他特性、整數、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在。
由於與目前快閃記憶體器件平臺相關的限制，正在發展下一代正在出現 的技術。由Jaiprakash等人的美國專利申請公開2004/0181630公開了 一個這種設計，其內容在此引入作為參考。圖1是在Jaiprakash等人的 參考文獻中公開的器件類型的說明性實施例的截面圖。
在圖1中，該系統依賴於操作為機械開關的柔性結構(flexible fabric) 154，該柔性結構154浮置於第一和第二電極16S、 112之間的 間隔174中。結構154相對於電極168、 122的位置被編程為提供數據 狀態，使得器件操作為開關。柔性結構154由碳納米管材料所形成， 其生產昂貴，並且其在半導體製造工藝中的精確放置難以控制。此外， 該器件沒有以單元的密集陣列的形式可製造，因此，其對於低成本、 高密度半導體器件的應用被某種程度上限制了。
在此說明的本發明的實施例提供了機電存儲器件，在其他特性中 其提供高密度存儲、低電壓編程和擦除電壓、高速操作、增強的數據 保持和長使用壽命，以及這種器件的形成方法。通過庫侖力而不是通 過電子遂穿確保數據保持。這導致增強的使用壽命和更長並且更可靠 的數據保持。此外，器件的進一步集成不受短溝道效應或者擊穿電壓 的降低的限制。同樣，通過重複的編程/擦除循環維持器件使用壽命， 由於這種循環不依賴於柵絕緣材料的屬性。此外，減輕或消除了了單 元間影響，由於機械地而不是電子地確定單元數據狀態。使用標準制 造技術，可以使用相對簡單的製造工序來形成器件。圖2A是根據本發明的實施例，機電非易失性存儲器件的透視圖。圖2B是沿著圖2A的截線I-I'所取的截面圖。圖2C是沿著圖2A的截線n-ir所取的截面圖。參照圖2A-2C，多個下字線結構22在第一方向上在襯底10上延 伸。下字線結構22每個包括導電字線20和在導電字線20上的電荷俘 獲結構30。下字線結構22被構圖為在襯底上彼此分開，以使得形成陣 列。在襯底上和在字線結構22上設置多個位線50。位線50在與第一 方向相橫斷的襯底的第二方向上延伸，並且被構圖為彼此分開以形成 陣列。位線50在垂直方向上通過下間隔84A與下字線結構22分開。 以這種方式，位線50和下字線結構22彼此交叉，並且每個交叉點與 器件的存儲單元相對應。如在此使用，當參照不同元件的延伸的第一 和第二方向時，術語"橫斷"表示除了彼此平行之外的延伸的相對方 向，並且包括例如包括相對於彼此90度的任何角度。位線50每個包括第一部分52和第二部分51，該第一部分52通常 在平行於襯底10的上表面的水平方向上延伸，該第二部分51通常在 相對於襯底的垂直方向上延伸。以這種方式，每個位線50形成弧形結 構，該弧形結構在在下交叉的下字線結構22之上懸置，並且與該下字
線結構22分開。多個上字線結構70在位線50和下字線結構22之上形成，並且相 似於下字線結構22，在襯底10的第一方向上延伸以交叉位線50。在 該實施例中，上字線結構70包括導電字線，然而，電荷俘獲結構可以 替換地或者額外地形成在上字線結構70的下側，這取決於應用。在垂 直方向上，每個上字線結構70通過上間隔70與在下、交叉的位線50 分隔。由第一層間介質層80支撐上字線結構70。在本實施例中，上間 隔84B沿著位線50的第一和第二部分52、 51的長度，在位線50和第 一介質層80之間以及在位線50和上字線結構70之間延伸。在延伸的第一方向上彼此相鄰的單位存儲單元104共用公共下字 線結構22和公共上字線結構70，並且在延伸的第二方向上彼此相鄰的 單位存儲單元共用公共位線50。在一個實施例中，電荷俘獲結構30對應於下字線20並形成在該 下字線20上，如所示，因此，下字線20操作為用於相應存儲單元104 的寫入字線，並且上字線70操作為用於相應存儲單元104的讀取字線。 在另一實施例中，電荷俘獲結構30可以形成在上字線70之下，並且 在該實施例中，下字線20操作為用於相應存儲單元的讀取字線，並且 上字線70操作為用於相應存儲單元104的寫入字線。將在下文中詳細 說明器件的讀取和寫入字線的操作。在圖2A-2C中所述的說明性實施例中，位線50浮置在下字線結構 22和上字線70之間的下和上間隙84A、 84B之間的位置上，並且由彈 性可變形材料所形成，以使得可以通過下和上間隙84A、 84B移動。通 過控制位線50在間隙84A、 84B中的位置，位線50可以例如在嚙合位 置上與下字線結構22的電荷俘獲結構30相接觸，或者與上字線70相 接觸，或者例如可以在電荷俘獲結構30和上字線70之間的重置位置 上浮置而不互相接觸。通過控制施加到位線50以及施加到獨立的寫入
和讀取字線20、 70的電壓的各電壓電平，可以執行每個存儲單元104
的編程、擦除和讀取操作，如下詳細所述。例如，通過將適宜的電壓
電平施加到寫入字線20，並且通過將適宜的電壓電平施加到讀取字線 70,存儲單元104的狀態可以被編程為"1"狀態或者"0"狀態。隨 後，通過將適宜的電壓電平施加到位線50和讀取字線70，可以執行存 儲單元104的狀態的讀取操作，如下所述。
圖3A是用於執行圖2A-2C的單位存儲單元實施例的編程、寫入、 擦除和讀取操作的所施加電壓的例子圖表。圖3B是位線電極的狀態的
圖，作為在施加到位線VBL和寫入字線VwwL的電壓電平之間的所施加
電壓差的函數。
參照圖3A，在寫入是"0"狀態的情況下，位線電極50被放置在 與相應寫入字線20的電荷俘獲結構30相接觸的位置上。該狀態在圖 5A中示出，在下面說明。為了達到此，使得位線vbl和寫入字線Vwwl 之間的電壓差為正值。例如，VBL=2V以及VWWL=-2V。包括所選擇的 讀取字線70以及任何未選擇的位線和讀取及寫入字線的其他線，被放 置在接地或浮置狀態。在該實例中，拉入(pull-in)狀態的閾值是4伏， 其中"拉入"是指使得位線電極50與寫入字線20或者相應的電荷俘 獲結構30相接觸的位線的位置。
在寫入是"1"狀態的情況下，位線電極50被放置在寫入字線20 的在下電荷俘獲結構30與讀取字線70之間的間隙84A、84B中的浮置 位置。在圖4A中示出該狀態，其將在下面說明。為使能此，使得位線 V肌和寫入字線VWWL之間的電壓差為小的正值或小的負值。例如， VBL=-2V以及VWWI=OV。包括所選擇的讀取字線40以及任何未選擇的 位線和讀取及寫入字線的其他線，被放置在接地或浮置狀態。在該情 況下，所施加的靜電力的方向是從寫入字線VWWl20到連接到位線VBl 的位線電極50的向上方向，其將位線電極50從它的在先位置恢復到 在所選擇寫入字線20的在下電荷俘獲結構30與讀取字線70之間的間 隙84A、 84B中浮置的狀態，所述在先位置可以包括與在下電荷俘獲結 構30相接觸的位置。所施加的靜電力的恢復力因此克服在耦合到所選 擇的位線的位線50與所選擇的寫入字線20的電荷俘獲結構30之間的 靜電力或庫侖力。在編程操作的情況下，全部存儲單元被放置在"0"狀態下，艮卩， 器件中的全部位線電極50被放置在與相應寫入字線20的電荷俘獲結 構30相接觸的位置上。為了達到此，使得位線VB幾和全部寫入字線 VwwL之間的電壓差為大的正值。例如，VBL=~10V以及VWWL=~-10V。 以這種方式，所施加的靜電力導致位線電極50與相應寫入字線20的 電荷俘獲結構30相接觸，並且由於在電荷俘獲結構的電荷俘獲層中俘 獲電子，位線電極50通過位線電極50和電荷俘獲結構30之間的吸引 力，保持在彎折位置上。參照圖3A的表格，在該實例中，在編程操作 期間，位線的電壓V肌被設置為大的正值，由"++"表示，寫入字線 的電壓Vw肌被設置為大的負值，由"—"表示，並且讀取字線的電壓 VRWL被設置為中間值，例如地電壓GND。在擦除操作的情況下，所有存儲單元被置為"0"狀態，即，器件 中的所有位線電極50被放置在與相應寫入字線20的電荷俘獲結構30 相接觸的位置。為了獲得此，使得全部寫入字線VwwL和位線VBL之間 的電壓差為負值。例如，VBL=GND以及VWWI^ "-",其中"-"表示 適中的負值。以此方式，所施加的靜電力導致位線電極50與相應寫入 字線20的電荷俘獲結構30相接觸。在該實例中，所施加的靜電力是 向下方向的。因此，編程和擦除操作都導致存儲單位被放置在"0"狀態。操作 間的差異在於偏置電位。在編程操作中，施加大的偏壓以導致在電荷 俘獲結構30中發生能帶彎折並且因此Fower-Nordheim隧穿，由此在電 荷俘獲結構30中俘獲電子。在擦除操作中，所施加的偏壓不足以導致 能帶彎折，這意味著先前俘獲的電子不從電荷俘獲結構30中流出。
在讀取操作的情況下，讀取字線被偏置適中的負電壓"-",Vrwl，
例如-4V，而包括所選擇寫入字線20、所選擇位線50和未選擇位線和
讀取及寫入字線的其他線被放置在接地狀態。這導致所選擇的讀取字
線70和所選擇位線的位線電極50之間的電壓差為正值，因此所施加 的靜電力的方向是從位線電極50到讀取字線70的向上方向，這導致 位線電極50在朝向讀取字線70的向上方向上的運動，取決於位線電 極50和讀取字線70之間的間隙的在先狀態。如果位線電極50先前在 數據"O"狀態，即，在與在下寫入字線20的在下電荷俘獲層30相接 觸的狀態，那麼電極50和讀取字線70之間的間隙相對大。因此，在 位線電極50和讀取字線70之間所施加的靜電力與位線電極50的恢復 力相結合不足以克服位線電極50和在下寫入字線20的電荷俘獲層30 之間的吸引庫侖力。因此在讀取操作期間，位線電極50保留在向下彎 折位置，如圖5B所示，並且沒有電流被感應，導致確定讀取數據單元 是"O"值。另一方面，如果位線電極50先前處於數據"1"狀態，艮口， 在在下寫入字線20的在下電荷俘獲層30與讀取字線70之間的間隙中 浮置的狀態下，那麼位線電極50和讀取字線70之間的間隙84B相對 小。因此，在電極50和讀取字線70之間所施加的靜電力足以將位線 電極50放置為與讀取字線70相接觸。由此在讀取操作期間，位線電 極50被放置在向上彎折位置，如圖4B所示，並且感應到電流，導致 確定讀取操作讀取數據單元是值"1"。
圖3B是電極的狀態圖，作為在施加到位線V禮和寫入字線VWWL 的電壓電平之間的所施加電壓差的函數。當電壓差V^-Vwwt為正的足 夠的量時，位線電極移動以在向下的方向上偏轉，因此電極和寫入字 線之間的間隙Tgap變零。在圖3B中，足以導致該操作的所施加電壓 被稱為"拉入"電壓或者Vpull-in。相反地，當電壓差V肌-VwwL為負 的足夠的量時，位線電極移動以在向上的方向上偏轉，因此位線電極 和寫入字線之間的間隙Tgap存在。在圖3B中，足以導致該操作的所 施加電壓被稱為"拉出"電壓或者Vpull-out。在圖3B的曲線中，Vpull-in=VBL-VWWL>0，而VpuIl-out=VBL-VWWL<0。請注意，該圖表應 用到非易失性器件的例子，包括電荷俘獲結構30。在下面圖23-25中 所討論的易失性器件實施例中，例如，沒有電荷俘獲結構30, Vpull-out 將處於零電壓或者小的正電壓。在每個狀態"0"和"1"中，在相反地偏置的電極之間存在庫侖 (或電容性)力，並且恢復力或者回復力以位線電極50的自然傾向而 存在，以將其自身恢復到重置位置。在其他因素中，該恢復力與位線 材料的楊氏模數相關。圖4A和4B是第一狀態的單位存儲單元104以及在第一狀態的單 位存儲單元104的讀取操作的截面圖，用於圖2A-2C的非易失性存儲 器件實施例。參照圖4A，由於寫入操作，位線50位於重置位置，即，位於寫 入字線結構22的電荷俘獲結構30與讀取字線70之間的位置，並且不 與電荷俘獲結構30或者讀取字線70相耦合。為達到該狀態，在位線 電極50和寫入字線20之間沒有強的偏置電壓，位線50的恢復力操作 為克服位線50和寫入字線20之間的庫侖力。因此，位線50處於重置 位置。在一個實施例中，位線50的該位置對應於存儲單元104的"1" 二進位狀態，然而，在另外的實施例中，等同地認為位於這種重置位 置上的位線50與存儲單元104的"0" 二進位狀態相對應。在圖4A所示的狀態"1"中，位線50位於離讀取字線70適宜的 間隙距離，並且以非易失性的方式，不確定地保持在該位置處，直到 發生隨後的擦除、寫入或者編程操作，或者直到發生讀取操作，即使 除去了向該器件所施加的電源，其除去了施加到寫入字線20的任何電 壓。在隨後的存儲單元104的讀取操作期間，在讀取字線70和位線50 之間施加電壓電勢，其在大小上足以使得位線50從圖4A的重置位置 向圖4B示出的耦合位置偏移，由此位線50通過上間隙84B在向上方
向上彎折，並且使得位線50與讀取字線70的下表面相接觸。由在位
線50和讀取字線70之間的吸引庫侖力，將浮置的位線電極50在向上 方向上朝向讀取字線70拉動，直到它們耦合。在該耦合位置上，在讀 取字線70和位線50之間生成電流。由連接到器件的讀取字線的電流 感應電路來感應該電流，這導致讀取操作指示讀取存儲單元104的"1" 狀態。
圖5A和5B是第二狀態的單位存儲單元104以及在第二狀態的單 位存儲單元104的讀取操作的截面圖，用於圖2A-2C的非易失性存儲 器件實施例。
參照圖5A，由於寫入操作，位線電極50位於耦合位置，由此位 線50在向下方向上彎折，以與寫入字線結構22的電荷俘獲結構30的 上表面相接觸。為了達到此狀態，例如在編程或者擦除操作期間，當 位線電極50正偏置而寫入字線20負偏置時，位線電極50在向下方向 上彎折以與在下的電荷俘獲結構30相接觸，因為由於偏置克服了位線 50的恢復力，存在庫侖力。當隨後除去偏置時，例如，當從器件除去 電源時，位線電極50保持在彎折位置，因為在電荷俘獲結構30中所 俘獲的電子而保持了庫侖力。在一個實施例中，位線的該位置與存儲 單元104的"0" 二進位狀態相對應，然而，在另一實施例中，等同地 認為在這種彎折位置上的位線50與存儲單元104的"1" 二進位狀態 相對應。
在圖5A的狀態"0"中，位線電極50彎折，使得其與電荷俘獲結 構30的上表面相接觸，並以非易失性的方式不確定地保留在該位置處， 直到發生隨後的擦除、寫入或編程操作。在存儲單元104的隨後的讀 取操作期間，在讀取字線70和位線50之間施加電壓電勢。選擇用於 讀取操作的電壓電勢，其在大小上足以導致位線50從圖4A的重置位 置偏移到與讀取字線70的下表面耦合的位置，然而，用於讀取操作的 在讀取字線70和位線50之間所施加的相對小的電壓電勢與位線50的
恢復力相結合在大小上不足以克服電荷俘獲層30和位線50之間的吸引庫侖力。結果，在圖5A中所示的存儲單元104的讀取操作期間，位 線50保留在相同的位置，即，在與寫入字線結構22的電荷俘獲結構 30的上表面相耦合的位置。因此，在讀取操作期間，當將讀取電壓電 勢施加到讀取字線70以及位線50時，在讀取字線70位線50之間沒 有產生電流，因為在向下彎折位置的位線50不操作為閉合讀取字線70 和位線50之間的電流路徑。沒有電流，如由相應電流感應電路所檢測， 導致讀取操作，指示存儲單元104的"0"狀態的讀取。當器件的初始編程時，高偏置條件提供具有通過Fower-Nordheim 隧穿的電子遂穿的電荷俘獲結構30。不需要進一步的編程，由於所俘 獲的電子永久地佔據電荷俘獲結構30，因此，不需要進一步的高偏置 操作。通過寫入字線20和位線電極50的適中的偏置，獲得"1"和"0" 狀態的轉換，不導致進一步的Fower-Nordheim隧穿的適中的偏置電平。 結果，器件操作於適中的電源電平，導致高能量效率。為了確保器件中的準確和可靠的編程、讀取、寫入和擦除操作， 考慮位線電極50的彈性、下和上間隙84A、 84B的寬度以及所施加的 電壓的大小和極性。例如，位線電極50的彈性至少部分地取決於位線 50的第一和第二部分51、 52的各個長度、位線電極50的厚度以及位 線50的材料特性。下和上間隙寬度84A、 84B或距離影響位線50在與 讀取字線70相耦合的位置、重置位置和與寫入字線結構22的電荷俘 獲結構30相耦合的位置之間的移動總量。間隙距離影響用於在各個耦 合和重置位置之間移動位線50所需要的電壓電平。下和上間隙距離 84A、 84B可以相同或不同，取決於應用。位線50材料的彈性影響位 線50的彈回，以及其回到重置位置的特性，以及位線在寫入和讀取操 作的許多循環上的壽命。這些因素以及其他因素的每一個之間的妥協， 將有助於所得器件的操作速度、操作電壓和可靠性。圖6A-14A是根據本發明的實施例，用於形成機電非易失性存儲
器件的方法的透視圖。圖6B-14B分別是沿著圖6A-14A的截線I-I'所 取的截面圖。圖6C-14C分別是沿著圖6A-14A的截線II-II'所取的截面 圖。
參照圖6A-6C，下字線層20，在這種情況下，寫入字線層，被設 置在絕緣體(未示出)上，該絕緣體形成在襯底IO上，並且電荷俘獲 結構層30形成在下字線層20上。襯底IO可以包括例如半導體材料， 例如體矽。替換地，襯底10可包括絕緣體上矽(SOI)結構或者應用 到在下的體矽的柔性絕緣層，用於支撐。
寫入字線層20可以包括例如導電材料，例如金、銀、銅、鋁、鎢、 氮化鈦、多晶矽或者可以被構圖以形成字線20的任何其它適宜的導電 材料。電荷俘獲層結構30包括適宜的電荷俘獲結構，包括例如多層氧 化物/氮化物/氧化物(ONO)結構，其包括由熱氧化所形成隧道氧化物 層32，由化學氣象澱積(CVD)所形成的氮化物層34以及由CVD或 原子層澱積(ALD)所形成的阻擋氧化物層36。其他適合的電荷俘獲 結構材料例如氧化物/氮化物/氧化鋁(ONA)同樣地可應用於本發明的 實施例的器件及形成方法中。在一個實施例中，寫入字線層20包括導 電金屬層例如WSi2，其使用CVD工序形成為大約30-50nm的厚度， 並且電荷俘獲層30包括形成為大約10nm/20nm/10nm的各個厚度的氧 化物/氮化物/氧化物(ONO)層。
在寫入字線層20和電荷俘獲層30之間可以存在可選的轉換層。 可選的轉換層可以應用為在隧道氧化物層32中保持合適的特性。
參照圖7A-7C，使用標準光刻技術，構圖寫入字線層20和電荷俘 獲層結構30，以形成寫入字線層20和電荷俘獲結構30。在一個實施 例中，使用相同的掩模同時構圖所述的層。所得寫入字線層20和電荷 俘獲結構30在第一方向上在襯底上延伸。
參照圖8A-8C，在寫入字線20和電荷俘獲結構30的頂和側壁上 形成並構圖第一犧牲層40。例如，使用CVD工序，第一犧牲層40由 多晶矽、氮化物或者氧化物形成為大約10-300埃的厚度，並且例如使 用標準光刻技術或者通過使用硬掩模來構圖，在構圖第一犧牲層40之 後除去該硬掩模。參照圖9A-9C，形成並構圖位線層以在襯底IO上的絕緣體層(未 示出)上以及在第一犧牲層40上形成多個位線50。位線50在第二方 向上在襯底上延伸，該第二方向與寫入字線20的第一延伸方向橫斷， 以使得交叉寫入字線20。位線可以例如包括導電材料，例如金、銀、 銅、鋁、鎢、氮化鈦、多晶矽或者可以被構圖以形成位線20的任何其 它適宜的導電材料。位線進 一 步包括在美國專利申請公開 No.2004/0181630中所公開的類型的納米管結構，其在此引入作為參考。 在一個實施例中，位線層包括TiN材料，形成為在大約5nm和30nm 之間的範圍內的厚度，並且在一個實施例中，20nm，並使用多晶矽硬 掩模來構圖，該多晶矽硬掩模在構圖之後被除去。位線50每個包括通常在水平方向上延伸、平行於襯底10的上表 面的第一部分52，以及通常在相對於襯底10的垂直方向上延伸的第二 部分51。以這種方式，每個位線50形成弧形結構，其在在下、交叉的 下字線結構22之上浮置並且與其分開。參照圖10A-10C,在第一犧牲層40的頂和側壁上以及在位線50 的第一和第二部分52、 51上形成並構圖第二犧牲層60。例如，使用 CVD工序，第二犧牲層60由多晶矽、氮化物或者氧化物形成為大約 10-300埃的厚度，並且例如使用標準光刻技術或者通過使用硬掩模來 構圖，在構圖第二犧牲層60之後除去該硬掩模。參照圖11A-11C，在第二犧牲層60上形成並構圖讀取字線70。讀 取字線70可以例如包括導電材料，例如金、銀、銅、鋁、鎢、氮化鈦、 多晶矽或者可以被構圖以形成讀取字線70的任何其它適宜的導電材 料。在一個實施例中，讀取字線70包括導電金屬層，例如WSip其使用CVD工序形成為大約50rnn的厚度。讀取字線70形成在寫入字線 20之上，並且與寫入字線20相似，在襯底上在第一方向上延伸，與位 線50交叉。在所示出的實施例中，讀取字線70的寬度與在下寫入字 線結構22的寬度基本上相同，然而，各個寬度可以是不同的，取決於 應用。例如使用絕緣材料，例如氧化矽的化學氣象澱積(CVD)，將第 一層間介質層80應用到所的結構，以覆蓋所的結構，在一個實施例中， 然後執行化學機械拋光以除去第一層間介質層80的上部，以露出讀取 字線70的上部。在一個實施例中，第一層間介質層80包括氧化矽， 其形成為大約150nm的厚度。在替換實施例中，可以使用鑲嵌工序形成讀取字線70，由此初始 地形成第一層間介質層80，並且隨後在層間介質層80中形成限定讀取 字線70的位置的溝槽，以露出第二犧牲層60的上部。然後讀取字線 層被應用到該溝槽中以及第一層間介質層上，然後平整化讀取字線層 以形成分開的讀取字線70。參照圖12A-12C，通過選擇性地構圖層間介質層80以僅僅除去那 些不在位線20之上的部分，在位線50之間的第一層間介質層80中形 成溝槽82。這露出在位線50之間的部分第二犧牲層60。參照圖13A-13C，使用溼法蝕刻工序或者化學幹法蝕刻(CDE) 工序，除去第一犧牲層40和第二犧牲層60。除去第二犧牲層60破壞 讀取字線70，因此，在讀取字線70和位線50之間形成上間隔84B。 上間隔84B還在層間介質層80和位線50之間延伸。除去第一犧牲層 40破壞位線50，結果，在位線50和寫入字線結構22之間形成下間隔 84A,包括電荷俘獲結構30和寫入字線20。下間隔84B還在位線50
與電荷俘獲結構30和寫入字線20的側壁之間延伸。所應用的第一和第二犧牲層40、 60的厚度因此限定所得的第一和第二間隔距離84A、 84B。參照圖14A-14C,例如，使用如氧化矽的絕緣材料的化學氣象澱 積(CVD)，將第二層間介質層90應用到所得結構，以覆蓋所得結構。 在一個實施例中，然後執行化學機械拋光以除去第二層間介質層90的 上部，以露出讀取字線70的上部。參照圖2A-2C示出並且描述所得存 儲單元結構。圖2A-2C的說明示出了在應用第二層間介質層90之前的 工序期間的器件，如圖13A-13C所示，使得可以更容易地觀看到間隙 84A、 84B。在該實施例中，在其中位線50與寫入字線結構22和讀取 字線70交叉的區域中，下和上間隔84A、 84B鄰接位線50的整個弧形 部分。圖15A-22A是根據本發明的另一實施例，用於形成機電非易失性 存儲器件的方法的透視圖。圖15B-22B分別是沿著圖15A-22A的截線 I-I，所取的截面圖。圖15C-22C分別是沿著圖15A-22A的截線II-ir所 取的截面圖。參照圖22A-22C，在該實施例的所的器件中，在位線50 和讀取字線結構22之間的下間隔84A的結構與上述實施例中的相同， 然而，讀取字線和位線之間的上間隔84B的結構與上述實施例中的不 同。即，在本實施例中，間隙84B在讀取字線70和位線的僅僅第一部 分的位線50之間延伸，而位線50的剩餘的弧形部分被錨定到層間介 質層90上。此外，在該實施例中，使用鑲嵌工序形成第二犧牲層60 和讀取字線。參照圖15A-15C， 16A-16C， 17A-17C以及18A-18C,在這些圖中 所說明的工序步驟分別與上述參照圖6A-6C，7A-7C，8A-8C以及9A-9C所說明及描述的相同。因此，關於本實施例，不再重複這些圖的進一 步說明。 參照圖19A-19C,在第一犧牲層40的頂和側壁上以及在位線50 的第一部分52上形成並構圖第二犧牲層60。例如，使用CVD工序， 第二犧牲層60由多晶矽、氮化物或者氧化物形成為大約10-300埃的厚 度，並且例如使用標準光刻技術或者通過使用硬掩模來構圖，在構圖 第二犧牲層60之後除去該硬掩模。然後在第二犧牲層60上形成並構圖讀取字線70。讀取字線70可 以例如包括導電材料，例如金、銀、銅、鋁、鎢、氮化鈦、多晶矽或 者可以被構圖以形成讀取字線70的任何其它適宜的導電材料。在一個 實施例中，讀取字線70包括導電金屬層，例如WSi2，其使用CVD工 序形成為大約50nm的厚度。讀取字線70形成在寫入字線20之上，並 且與寫入字線20相似，在襯底上在第一方向上延伸，與位線50交叉。 在所示出的實施例中，讀取字線70的寬度與在下寫入字線結構22的 寬度基本上相同，然而，各個寬度可以是不同的，取決於應用。使用如氧化矽的絕緣材料的化學氣象澱積(CVD)，將第一層間 介質層80應用到所得結構，以覆蓋所得結構。在一個實施例中，然後 執行化學機械拋光，以除去第一層間介質層80的上部，以露出讀取字 線70的上部。在一個實施例中，第一層間介質層80包括形成為大約 150nm厚度的矽氧化物。在替換實施例中，可以使用鑲嵌工序形成第二犧牲層60和讀取字 線70，由此初始地形成第一層間介質層80，以及隨後在第一層間介質 層80中形成限定第二犧牲層60和讀取字線70的位置的溝槽，以露出 位線50的上表面和第一犧牲層40。根據鑲嵌工序，然後在該溝槽中應 用第二犧牲層60和讀取字線70。參照圖20A-20C，通過例如使用幹法蝕刻工序，選擇性地構圖層 間介質層80以僅僅除去位於位線20之上的那些部分以及在位線50兩 側附近的區域，在第一層間介質層80中形成溝槽82，以露出位線50。
這露出位於位線50之上的部分第二犧牲層60，以及位於位線之下的部分第一犧牲層40。參照圖21A-21C，使用溼法蝕刻工序或者CDE蝕刻，除去第一犧 牲層40和第二犧牲層60。除去第二犧牲層60確定讀取字線70以及因 此上間隙84B形成在讀取字線70和位線50的第一部分52之間。除去 第一犧牲層4破壞位線50以及因此下間隙84A形成在位線50和寫入 字線結構22之間，包括電荷俘獲結構30和寫入字線20。所應用的第 一和第二犧牲層40、60的厚度因此限定所得第一和第二間隙距離84A、 84B。參照圖22A-22C，使用如氧化矽的絕緣材料的化學氣象澱積 (CVD),將第二層間介質層90應用到所得結構，以覆蓋所得結構。 在一個實施例中，然後執行化學機械拋光，以除去第二層間介質層90 的上部，以露出讀取字線70的上部。在該實施例中，在其中位線50 交叉寫入字線結構22和讀取字線70的區域中，下間隙84A鄰近位線 50的整個弧形部分，並且上間隙84B限制到位線50的第一部分52， 位線50的上表面的剩餘部分與第二層間介質層90相接觸。儘管以上說明了根據本發明的實施例的機電存儲器件及其製造方 法的非易失性的實施例，本發明的原理可以等同地應用於易失性存儲 器件及其製造方法。在一個說明性例子中，圖23是根據本發明的實施 例的機電易失性存儲器件的截面圖。圖23所示的實施例基本上相似於上面結合圖22A-22C所述的實施 例，然而，在本實施例中，不存在上述非易失性存儲件實施例中的電 荷俘獲結構30。因此，在本實施例中，下和上間隙84A、 84B直接形 成在寫入字線20和位線50之間，並且直接在讀取字線70和位線50 之間。'沒有上述實施例的電荷俘獲結構，當從寫入字線20除去所施加 的電壓時，不保持被寫入的信息。在該實施例中，"寫入字線結構"
包括寫入字線本身，而沒有電荷俘獲結構。儘管結合圖22A-22C的結 構示出並說明了圖23的易失性存儲單元實施例，圖23的易失性存儲 單元實施例等同地應用於圖14A-14C的結構。圖24A和24B是第一狀態的單位存儲單元104以及在第一狀態的 單位存儲單元104的讀取操作的截面圖，用於圖23的易失性存儲器件 實施例。參照圖24A，由於寫入操作，位線電極50位於重置位置，g口，在 寫入字線20和讀取字線70之間的浮置位置，並且不與寫入字線30或 者讀取字線70相耦合。在一個實施例中，位線電極50的該位置對應 於存儲單元104的"1" 二進位狀態，然而，在另一實施例中，可以等 同地認為處於這種重置位置的位線50對應於存儲單元104的"0" 二 進位狀態。在如圖24A所示的狀態"1"中，位線電極50位於離讀取字線70 適宜的間隙距離，並保留在該位置直到出現隨後的寫入操作或者讀取 操作。在存儲單元104的隨後的讀取操作期間，在讀取字線70和位線 50之間施加電壓電勢，其在大小上足以使得位線50從圖24A的重置 位置偏移到圖24B所示的耦合位置，由此位線50通過上間隙84B在向 上方向上彎折，使得位線50與讀取字線70的下表面相接觸。在該耦 合位置，在讀取字線70和位線50之間產生電流。由連接到器件的讀 取字線70的電流感應電路感應該電流，這使得讀取操作指示讀取存儲 單元104的"1"狀態。圖25A和25B是第二狀態的單位存儲單元104以及在第二狀態的 單位存儲單元104的讀取操作的截面圖，用於圖23的非易失性存儲器 件實施例。參照圖25A，由於寫入操作，位線50位於耦合位置，由此位線50
電極在向下方向上彎折，以與寫入字線20的上表面相接觸。在一個實 施例中，位線的該位置對應於存儲單元104的"0" 二進位狀態，然而，在另一實施例中，可以等同地認為處於這種彎折位置的位線50對應於 存儲單元104的"1" 二進位狀態。在如圖25A所示的狀態"0"中，位線電極50彎折以與寫入字線 20的上表面相接觸，並且保持在該位置，假設將保持電壓施加到寫入 字線20，直到發生隨後的編程操作。在存儲單元104的隨後讀取操作 期間，在讀取字線70和位線50之間施加電壓電勢。選擇用於讀取操 作的電壓電勢，其能夠具有足夠的大小以使得位線50從圖24A的重置 位置偏移到與讀取字線70的下表面的耦合位置，然而，用於讀取操作 的在讀取字線70和位線50之間所施加的電壓電勢在大小上不足以克 服寫入字線20和位線50之間的吸引力。結果，在圖25A中所示的狀 態中的存儲單元104的讀取操作期間，位線50保留在相同位置，艮P, 在與寫入字線20的上表面的耦合位置。因此，在讀取操作期間，當將 讀取操作電壓電勢施加到讀取字線70和位線50時，在讀取字線70和 位線50之間不生成電流，因為在向下彎折位置的位線50不操作為閉 合讀取字線70和位線50之間的電流路徑。沒有電流，如相應的電流 感應電路所檢測，導致指示存儲單元104的"0"狀態的讀取的讀取操 作。圖26是根據本發明的實施例的包括機電存儲單元的多個層的層疊 的存儲器件的截面圖。在該實施例中，在第一存儲器件層120A上設置 例如上述的非易失性類型的存儲單元的第一陣列。在第一器件層120A 上設置絕緣層100，並且在第二存儲器件層120B上設置例如上述的非 易失性類型的存儲單元的第二陣列。在絕緣層100上設置第二存儲器 件層120B。第一和第二存儲器件層120A、 120B的每一個包括具有機 電存儲單元的存儲單元，該機電存儲單元具有在下字線結構22和上字 線70之間浮置的弧形位線50，如上所述。在第二存儲器件層120B之 上、或者在第一存儲器件層120A之下、或者第一和第二存儲器件層120A、 120B之間存在額外的器件層。該額外的器件層可包括存儲單元和/或可以包括支持電路，例如層疊的存儲器件的驅動電路。圖27是根據本發明的實施例，包括機電存儲單元的多個層的層疊的存儲器件的截面圖，這些層之一包括易失性存儲單元以及另一個層包括非易失性存儲單元。在該實施例中，在第一存儲器件層122A上設 置例如上述的易失性類型的存儲單元的第一陣列。在第一器件層122A 上設置絕緣層100，並且在第二存儲器件層122B上設置例如上述的非 易失性類型的不同類型的存儲單元的第二陣列。在絕緣層100上設置 第二存儲器件層122B。第一和第二存儲器件層122A、 122B的每一個 包括具有弧形位線50的存儲單元，該弧形位線50在下字線結構22和 上字線70之間浮置，如上所述。在第二存儲器件層1220B之上、或者 在第一存儲器件層122A之下、或者第一和第二存儲器件層122A、122B 之間存在額外的器件層。該額外的器件層可包括存儲單元和/或可以包 括支持電路，例如層疊的存儲器件的驅動電路。儘管圖26和27的層疊存儲器件使用了結合圖14A-14C在上所示 和所述的類型的存儲單元，圖26和27的層疊的存儲器件等同地可應 用於圖22A-22C的存儲單元。這種層疊的存儲器件導致所得器件中增 加的密度。以這種方式，上述的用於機電存儲器件及其製造方法的實施例強 調並減輕傳統器件的上述限制。具體，本發明的實施例提供機電存儲 器件，其在其他特性中，實現了高密度存儲、低電壓編程和擦除電壓、 高速操作、增強的數據保持以及長壽命耐久，以及形成這種器件的方 法。本發明的實施例可以應用到非易失性存儲器件和易失性存儲器件。儘管參照其優選實施例具體地示出並描述了本發明，本領域技術 人員將理解，可以做出形勢和細節上的各種變化，而不背離如所附的權利要求所限定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1. 一種存儲器件，包括-襯底；襯底上的第一字線結構，該第一字線結構在第一方向上延伸；位線，在第一字線結構上並且與第一字線分開第一間隔，該位線 在橫斷於第一方向的第二方向上延伸；以及第二字線結構，在位線之上並且與位線分開第二間隔，該第二字 線結構在第一方向上延伸，其中位線在第一字線結構和第二字線結構之間浮置，使得位線偏 轉以在第一彎折位置上通過第一間隔與第一字線結構的頂部電耦合， 並且位線偏轉以在第二彎折位置上通過第二間隔與第二字線結構的底 部電耦合，並且在重置位置上該位線與第一字線結構和第二字線結構 相隔離。
2. 如權利要求l的存儲器件，其中第一字線結構包括寫入字線， 並且其中第二字線結構包括讀取字線。
3. 如權利要求1的存儲器件，其中位線包括在沿著第一字線結構 的側壁方向中延伸的第一和第二部分，以及沿著在第一和第二部分之 間的第一字線結構的頂的方向中延伸的第三部分。
4. 如權利要求3的存儲器件，其中第一間隔在位線的第一和第二 部分與第一字線結構之間，並且在位線的第三部分和第一字線結構之間延伸。
5. 如權利要求3的存儲器件，進一步包括在襯底和位線上的介質 層，並且其中第二間隔在位線的第三部分和第二字線結構之間延伸， 以及在位線的第一和第二部分與介質層之間延伸。
6. 如權利要求3的存儲器件，其中第二間隔在位線的第三部分與 第二字線結構之間延伸。
7. 如權利要求l的存儲器件，其中位線包括彈性可變形材料。
8. 如權利要求7的存儲器件，其中位線包括選自包括金、銀、銅、 鋁、鎢、TiN、導電金屬、成形的記憶合金以及納米管的組的至少一種 材料。
9. 如權利要求l的存儲器件，其中第一字線結構和第二字線結構 每個包括導體，並且其中存儲器件包括易失性存儲器件。
10. 如權利要求1的存儲器件，其中第一字線結構和第二字線結 構的至少一個包括導電層以及電荷俘獲結構，其在導電層和位線之間，並且與位線分開第一和 第二間隔的相應一個，並且其中存儲器件包括非易失性存儲器件。
11. 如權利要求IO的存儲器件，其中在第一彎折位置和第二彎折 位置的至少一個中，位線電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構 的相應至少一個的電荷俘獲結構。
12. 如權利要求11的存儲器件，其中在第一彎折位置和第二彎折 位置的至少一個中，位線還電容地耦合到第一字線結構和第二字線結 構的相應至少一個的導電層。
13. 如權利要求IO的存儲器件，其中電荷俘獲結構包括選自包括 氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結構以及氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA) 結構的組的結構。
14. 如權利要求IO的存儲器件，還包括在導電層和第一和第二字 線結構的至少一個的電荷俘獲結構之間的轉換層。
15. 如權利要求IO的存儲器件，其中第一和第二字線結構的一個包括寫入字線結構，並且其中第一和第二字線結構的另一個包括讀取 字線結構，並且其中，在非易失性存儲器件的編程操作期間，通過在 寫入字線結構和位線之間施加第一電壓電勢，位線被放置在與寫入字 線結構相接觸的彎折位置和重置位置之一中。
16. 如權利要求15的存儲器件，其中在導致位線被放置在與寫入 字線結構相接觸的彎折位置中的非易失性存儲器件的第一狀態的編程 操作期間，響應於寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢，位線彎 折以在彎折位置上與寫入字線結構的電荷俘獲結構相接觸，並且其中， 由於在寫入字線結構的電荷俘獲結構中所俘獲的電荷，當除去寫入字 線結構與位線之間的電壓電勢時，位線保持在彎折位置。
17. 如權利要求16的存儲器件，其中在第一狀態的非易失性存儲 器件的讀取操作期間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電勢， 並且其中讀取操作導致當位線保持在與寫入字線結構相接觸的彎折位 置時，確定第一狀態，而不管第二電壓電勢的施加。
18. 如權利要求15的存儲器件，其中在導致位線被放置在重置位 置中的非易失性存儲器件的第二狀態的編程操作期間，響應於在寫入 字線結構和位線之間的第一電壓電勢，在重置位置中位線與寫入字線 結構的電荷俘獲結構相隔離，並且其中，當除去寫入字線結構和位線 之間的第一電壓電勢時，位線保留在該重置位置上。
19. 如權利要求18的存儲器件，其中在第二狀態的非易失性存儲 器件的讀取操作期間，將第二電壓電勢施加到位線和讀取字線結構之 間，並且其中讀取操作導致當由於所施加的第二電壓電勢，位線被放 置在與讀取字線結構相接觸的彎折位置時，第二狀態的確定。
20. 如權利要求1的存儲器件，其中第一字線結構包括導電層和導電層上的電荷俘獲結構，該電荷俘獲結構在第一字線結構的導電層 和位線之間，並且該電荷俘獲結構與位線分開第一間隔，並且其中存 儲器件包括非易失性存儲器件。
21. 如權利要求1的存儲器件，其中第二字線結構包括導電層和 在該導電層之下的電荷俘獲結構，該電荷俘獲結構在第二字線結構的 導電層和位線之間，並且該電荷俘獲結構與位線分開第二間隔，並且 其中存儲器件包括非易失性存儲器件。
22. —種存儲器件，包括襯底；襯底上的第一字線結構，該第一字線結構在第一方向上延伸；位線，在第一字線結構之上並且與第一字線分開第一間隔，該位 線在與第一方向橫斷的第二方向上延伸；以及第二字線結構，在位線之上並且與位線分開第二間隔，該第二字 線結構在第一方向上延伸，其中第一字線結構和第二字線結構之一包括字線結構之一的導電 層和位線之間的電荷俘獲結構，其中電荷俘獲結構與位線分開第一和 第二間隔的相應一個，並且其中位線在第一字線結構和第二字線結構之間浮置，使得位線偏 轉以在第一彎折位置通過第一間隔與第一字線結構的頂部電耦合，並 且位線偏轉以在第二彎折位置通過第二間隔與第二字線結構的底部電 耦合，並且在重置位置與第一字線結構和第二字線結構相隔離。
23. 如權利要求22的存儲器件，其中第一和第二字線結構之一包 括寫入字線，並且其中第一和第二字線結構的另一個包括讀取字線。
24. 如權利要求22的存儲器件，其中位線包括在沿著第一字線結構的側壁的方向上延伸的第一和第二部分，以及在沿著第一和第二部 分之間的第一字線結構的頂的方向上延伸的第三部分。
25. 如權利要求24的存儲器件，其中第一間隔在位線的第一和第 二部分與第一字線結構之間以及在位線的第三部分與第一字線結構之 間延伸。
26. 如權利要求24的存儲器件，還包括在襯底和位線上的介質層， 並且其中第二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之間延伸，並且在位線的第一和第二部分與介質層之間延伸。
27. 如權利要求24的存儲器件，其中第二間隔在位線的第三部分 與第二字線結構之間延伸。
28. 如權利要求22的存儲器件，其中位線包括彈性可變形材料。
29. 如權利要求28的存儲器件，其中位線包括選自包括金、銀、 銅、鋁、鎢、TiN、導電金屬、成形的記憶合金以及納米管的組的至少 一種材料。
30. 如權利要求22的存儲器件，其中在第一彎折位置和第二彎折 位置的至少一個中，位線電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構 的相應至少一個的電荷俘獲結構。
31. 如權利要求30的存儲器件，其中在第一彎折位置和第二彎折 位置的至少一個中，位線進一步電容地耦合到第一字線結構和第二字 線結構的相應至少一個的導電層上。
32. 如權利要求22的存儲器件，其中電荷俘獲結構包括選自包括 氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結構和氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA) 的組的結構。
33. 如權利要求22的存儲器件，還包括在第一和第二字線結構的 至少一個的導電層和電荷俘獲結構之間的轉換層。
34. 如權利要求22的存儲器件，其中第一和第二字線結構之一包 括寫入字線結構，並且其中第一和第二字線結構的另一個包括讀取字 線結構，並且其中，在非易失性存儲器件的編程操作期間，通過在寫 入字線結構和位線之間施加第一電壓電勢，位線位於與寫入字線結構 相接觸的彎折位置與重置位置之一。
35. 如權利要求34的存儲器件，其中在導致位線被放置在與寫入 字線結構相接觸的彎折位置的非易失性存儲器件的第一狀態的編程操 作期間，響應於在寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢，位線彎 折以在彎折位置與寫入字線結構的電荷俘獲結構相接觸，並且其中， 當除去寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢時，由於在寫入字線 結構的電荷俘獲結構中所俘獲的電荷，位線保持在彎折位置。
36. 如權利要求35的存儲器件，其中在第一狀態下的非易失性存 儲器件的讀取操作期間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電 勢，並且其中讀取操作導致當位線保持在與寫入字線結構相接觸的彎 折位置中時第一狀態的確定，而不管第二電壓電勢的施加。
37. 如權利要求34的存儲器件，其中在導致位線被放置在重置位 置的非易失性存儲器件的第二狀態的編程操作期間，響應於在寫入字 線結構和位線之間的第一電壓電勢，在重置位置中位線與寫入字線結 構的電荷俘獲結構相隔離，並且其中，當除去在寫入字線結構和位線 之間的第一電壓電勢時，位線保留在重置位置。
38. 如權利要求37的存儲器件，其中在第二狀態的非易失性存儲器件的讀取操作期間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電勢， 並且其中讀取操作導致當由於所施加的第二電壓電勢，位線被放置在 與讀取字線結構相接觸的彎折位置中時，第二狀態的確定。
39. —種層疊的存儲器件，包括 第一器件層，包括存儲單元的第一陣列； 第二器件層，包括存儲器件的第二陣列；第三器件層，包括用於存取存儲單元的第一陣列以及存儲單元的 第二陣列的控制電路，該第一、第二和第三器件層相對於彼此垂直地 排列，其中存儲單元的第一陣列和存儲單元的第二陣列的存儲單元每個 包括第一字線結構；與第一字線結構分開的第二字線結構；以及位線，其在第一字線結構的上表面之上以及在第二字線結構的下 表面之下延伸，該位線與第一字線結構分開第一間隔，並且與第二字 線結構分開第二間隔，該位線在第一字線結構和第二字線結構之間浮 置。
40. 如權利要求39的層疊的存儲器件，其中存儲單元的第一陣列 的存儲單元是非易失性存儲單元，以及存儲單元的第二陣列的存儲單 元是易失性存儲單元。
41. 如權利要求39的層疊的存儲器件，其中存儲單元的第一陣列 和存儲單元的第二陣列的存儲單元是易失性存儲單元。
42. 如權利要求39的層疊的存儲器件，其中存儲單元的第一陣列 和存儲單元的第二陣列的存儲單元是非易失性存儲單元。
43. 如權利要求39的層疊的存儲器件，其中在每個存儲單元中，位線包括在沿著第一字線結構的側壁的方向上延伸的第一和第二部 分，以及在沿著第一和第二部分之間的第一字線結構的頂的方向上延 伸的第三部分。
44. 如權利要求43的層疊的存儲器件，其中第一間隔在位線的第 一和第二部分與第一字線結構之間以及在位線的第三部分與第一字線 結構之間延伸。
45. 如權利要求43的層疊的存儲器件，還包括襯底和位線上的介 質層，並且其中第二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之間延伸 並且在位線的第一和第二部分與介質層之間延伸。
46. 如權利要求43的層疊的存儲器件，其中第二間隔在位線的第 三部分與第二字線結構之間延伸。
47. 如權利要求39的層疊的存儲器件，其中位線包括彈性可變形 的材料。
48. 如權利要求47的層疊的存儲器件，其中位線包括選自包括金、 銀、銅、鋁、鴿、TiN、導電金屬、成形的記憶合金以及納米管的組的 至少一種材料。
49. 如權利要求39的層疊的存儲器件，其中第一陣列和第二陣列 的至少一個的存儲單元包括易失性存儲單元，並且在至少一個陣列中， 第一字線結構和第二字線結構每個包括導體。
50. 如權利要求39的層疊的存儲器件，其中在每個存儲單元中， 位線在第一字線結構和第二字線結構之間浮置，使得位線偏轉以在第 一彎折位置上通過第一間隔與第一字線結構的頂部電耦合，並且偏轉 以在第二彎折位置上通過第二間隔與第二字線結構的底部電耦合，並 且在重置位置與第一字線結構和第二字線結構相隔離。
51. 如權利要求39的層疊的存儲器件，其中在每個存儲單元中， 電極包括彈性可變形材料。
52. 如權利要求51的層疊的存儲器件，其中第一陣列和第二陣列 的至少一個的存儲單元包括非易失性存儲單元，並且在至少一個陣列的存儲單元中，第一字線結構和第二字線結構的至少一個包括 導電層；以及電荷俘獲結構，其在導電層和位線之間，並且與位線分開第一和 第二間隔的相應一個。
53. 如權利要求52的層疊的存儲器件，其中在第一彎折部分和第 二彎折部分的至少一個中，位線電容地耦合到第一字線結構和第二字 線結構的相應至少一個的電荷俘獲結構上。
54. 如權利要求53的層疊的存儲器件，其中在第一彎折部分和第 二彎折部分的至少一個中，位線還電容地耦合到第一字線結構和第二 字線結構的相應至少一個的導電層上。
55. 如權利要求52的層疊的存儲器件，其中電荷俘獲結構包括選 自包括氧化物-氮化物-氧化物(ONO)結構以及氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)結構的組的結構。
56. 如權利要求52的層疊的存儲器件，還包括在至少一個陣列的 存儲單元中，導電層與第一和第二字線結構的至少一個的電荷俘獲結 構之間的轉換層。
57. 如權利要求52的層疊的存儲器件，其中第一和第二字線結構 之一包括寫入字線結構，並且其中第一和第二字線結構的另一個包括 讀取字線結構，並且其中，在非易失性存儲器件的編程操作期間，通 過在寫入字線結構和位線之間施加第一電壓電勢，位線被放置在與讀 取字線結構相接觸的彎折位置與重置位置之一上。
58. 如權利要求57的層疊的存儲器件，其中在導致位線被放置在 與寫入字線結構相接觸的彎折位置的非易失性存儲器件的第一狀態的 編程操作期間，響應於在寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢， 位線彎折以在彎折位置上與寫入字線結構的電荷俘獲結構相接觸，並 且其中，當除去在寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢時，由於 在寫入字線結構的電荷俘獲結構中所俘獲的電荷，位線保留在彎折位 置中。
59. 如權利要求58的層疊的存儲器件，其中在第一狀態的非易失 性存儲器件的讀取操作期間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電 壓電勢，並且其中讀取操作導致當位線保留在與寫入字線結構相接觸 的彎折位置時，第一狀態的確定，而不管第二電壓電勢的施加。
60. 如權利要求57的層疊的存儲器件，其中在導致位線被放置在 重置位置的非易失性存儲器件的第二狀態的編程操作期間，響應於寫 入字線結構和位線之間的第一電壓電勢，在重置位置上位線與寫入字 線結構的電荷俘獲結構相隔離，並且其中，當除去寫入字線結構和位 線之間的第一電壓電勢時，位線保留在該重置位置。
61. 如權利要求60的層疊的存儲器件，其中在第二狀態的非易失 性存儲器件的讀取操作期間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電 壓電勢，以及其中讀取操作導致當由於所施加的第二電壓電勢，位線 被放置在與讀取字線結構相接觸的彎折位置上時，第二狀態的確定。
62. —種形成存儲器件的方法，包括 在襯底上設置第一字線結構，其沿著第一方向延伸； 在第一字線結構上設置第一犧牲層；在第一犧牲層上設置位線，其沿著與第一方向橫斷的第二方向延 伸；以及在位線上設置第二犧牲層；在第二犧牲層上設置第二字線結構，該第二字線結構在第一方向 上延伸；以及除去第一和第二犧牲層，以形成在位線和第一字線結構之間的第 一間隔，以及形成位線和第二字線結構之間的第二間隔。
63. 如權利要求62的方法，其中位線在第一字線結構和第二字線 結構之間浮置，使得位線偏轉以在第一彎折位置上通過第一間隔與第 一字線結構的頂部電耦合，並且偏轉以在第二彎折位置上通過第二間 隔與第二字線結構的底部電耦合，並且在重置位置上與第一字線結構 和第二字線結構相隔離。
64. 如權利要求62的方法，還包括在設置第一犧牲層之前和設置 第一犧牲層之後，構圖第一字線結構，構圖第一犧牲層。
65. 如權利要求64的方法，還包括在設置第二字線結構之前，構 圖第二犧牲層。
66. 如權利要求64的方法，還包括同時地構圖第二字線結構和第 二犧牲層。
67. 如權利要求62的方法，其中位線包括在沿著第一字線結構的 側壁的方向上延伸的第一第二和部分，以及在沿著第一和第二部分之 間的第一字線結構的頂的方向上延伸的第三部分。
68. 如權利要求67的方法，其中第一間隔在位線的第一和第二部 分與第一字線結構之間以及位線的第三部分與第一字線結構之間延 伸。
69. 如權利要求67的方法，還包括襯底和位線上的介質層，並且 其中第二間隔在位線的第三部分與第二字線結構之間延伸，並且在位 線的第一和第二部分與介質層之間延伸。
70. 如權利要求67的方法，其中第二間隔在位線的第三部分與第 二字線結構之間延伸。
71. 如權利要求62的方法，其中位線包括彈性可變形材料。
72. 如權利要求71的方法，其中位線包括選自包括金、銀、銅、 鋁、鉤、TiN、導電金屬、成形的記憶合金以及納米管的組的至少一種 材料。
73. 如權利要求62的方法，其中第一字線結構和第二字線結構每 個包括導體，並且其中存儲器件包括易失性存儲器件。
74. 如權利要求62的方法，其中第一字線結構和第二字線結構的 至少一個包括導電層；以及電荷俘獲結構，其在導電層和位線之間，並且與位線分開第一和 第二間隔的相應一個，並且其中存儲器件包括非易失性存儲器件。
75. 如權利要求74的方法，其中在第一彎折位置和第二彎折位置 的至少一個中，位線電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構的相 應至少一個的電荷俘獲結構。
76. 如權利要求75的方法，其中在第一彎折位置和第二彎折位置 的至少一個中，位線還電容地耦合到第一字線結構和第二字線結構的 相應至少一個的導電層。
77. 如權利要求74的方法，其中電荷俘獲結構包括選自包括氧化 物-氮化物-氧化物(ONO)結構以及氧化物-氮化物-氧化鋁(ONA)結 構的組的結構。
78. 如權利要求74的方法，還包括在導電層和第一和第二字線結 構的至少一個的電荷俘獲結構之間的轉換層。
79. 如權利要求74的方法，其中第一和第二字線結構的一個包括 寫入字線結構，並且其中第一和第二字線結構的另一個包括讀取字線 結構，並且其中，在非易失性存儲器件的編程操作期間，通過在寫入 字線結構和位線之間施加第一電壓電勢，位線被放置在與寫入字線結 構相接觸的彎折位置和重置位置之一中。
80. 如權利要求79的方法，其中在導致位線被放置在與寫入字線 結構相接觸的彎折位置中的非易失性存儲器件的第一狀態的編程操作 期間，響應於在寫入字線結構和位線之間的第一電壓電勢，位線彎折 以在彎折位置上與寫入字線結構的電荷俘獲結構相接觸，並且其中， 由於在寫入字線結構的電荷俘獲結構中所俘獲的電荷，當除去寫入字 線結構與位線之間的第一電壓電勢時，位線保持在彎折位置。
81. 如權利要求80的方法，其中在第一狀態的非易失性存儲器件 的讀取操作期間，在位線和讀取字線結構之間施加第二電壓電勢，並 且其中讀取操作導致當位線保持在與寫入字線結構相接觸的彎折位置時，確定第一狀態，而不管第二電壓電勢的施加。
82. 如權利要求79的方法，其中在導致位線被放置在重置位置中 的非易失性存儲器件的第二狀態的編程操作期間，響應於在寫入字線 結構和位線之間的第一電壓電勢，在重置位置上位線與寫入字線結構 的電荷俘獲結構相隔離，並且其中，當除去寫入字線結構和位線之間 的第一電壓電勢時，位線保留在該重置位置上。
83.如權利要求82的方法，其中在第二狀態的非易失性存儲器件 的讀取操作期間，將第二電壓電勢施加到位線和讀取字線結構之間， 並且其中讀取操作導致當由於所施加的第二電壓電勢，位線被放置在 與讀取字線結構相接觸的彎折位置時，第二狀態的確定。
全文摘要
在存儲器件和形成其的方法中，在一個實施例中，存儲器件包括襯底上的第一字線結構，該第一字線結構在第一方向上延伸。位線設置在第一字線結構上並且與第一字線分開第一間隔，該位線在橫斷於第一方向的第二方向上延伸。第二字線結構設置在位線之上並且與位線分開第二間隔，該第二字線結構在第一方向上延伸。位線在第一字線結構和第二字線結構之間浮置，使得位線偏轉以在第一彎折位置上通過第一間隔與第一字線結構的頂部電耦合，並且位線偏轉以在第二彎折位置上通過第二間隔與第二字線結構的底部電耦合，並且在重置位置上該位線與第一字線結構和第二字線結構相隔離。
文檔編號H01L21/70GK101123244SQ20071009709
公開日2008年2月13日 申請日期2007年4月17日 優先權日2006年8月7日
發明者尹恩貞, 樸賢雨, 李成泳, 金洞院 申請人:三星電子株式會社