用於阻變存儲裝置的高壓發生電路的製作方法
2023-05-03 15:02:56 2
用於阻變存儲裝置的高壓發生電路的製作方法
【專利摘要】提供了一種用於阻變存儲裝置的高壓發生電路。所述高壓發生電路包括與半導體襯底間隔開並且與半導體襯底電絕緣的電容器。與電容器電連接的開關器件與半導體襯底電絕緣。
【專利說明】用於阻變存儲裝置的高壓發生電路
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年12月14日向韓國知識產權局提交的申請號為10-2012-0146384的韓國專利申請的優先權，其全部內容通過引用合併於此。
【技術領域】
[0003]本發明構思涉及一種升壓電路，更具體而言，涉及一種用於阻變存儲裝置的高壓發生電路。
【背景技術】
[0004]高壓發生電路是配置成將輸入電壓升壓到期望的電平並且輸出升高的電壓的電路。
[0005]圖1是有關的聞壓發生電路的不意圖。
[0006]首先，當第一開關SI和第三開關S3閉合時,具有輸入電壓電平的電源電壓VDD充電到電容器CAP中。隨後，當第一開關SI和第三開關S3打開並且第二開關S2閉合時，值VDD*C充電到電容器CAP中並且保持在電容器CAP中。假定沒有輸出負載，則可以獲得為輸入電壓VDD兩倍的輸出電壓。
[0007]在半導體集成電路中，高壓發生電路一般使用MOS電晶體和MOS電容器來形成。由於MOS器件用在高壓發生電路中，所以只能使用矽襯底來製造高壓發生電路。構成MOS電晶體和MOS電容器的柵氧化物層具有低介電常數。因此，一般的高壓發生電路的佔據面積不可避免地與輸出電平成比例地增加。
[0008]阻變存儲裝置(尤其是相變隨機存取存儲器(PCRAM)裝置)需要大量的電流以轉變相變材料的結晶狀態，因而用於操作晶片中的存儲器單元所需的電壓電平不得不增加。用於操作PCRAM單元所需的高壓發生電路形成在外圍電路區中，以下將參照圖2來描述。
[0009]圖2是有關的阻變存儲裝置(例如，PCRAM器件)的示意圖。
[0010]半導體襯底101包括通過器件隔離層來限定的單元區C和外圍電路區P，並且存儲器單元107形成在單元區C中。更具體地，多個單位存儲器單元107形成在單元區C的有源區105上，並且每個單位存儲器單元107經由插塞與位線109電連接。有源區105經由字線接觸111和虛設圖案113與字線115電連接。附圖標記103表示阱區，附圖標記117表示全局位線。
[0011]外圍電路區P可以包括用於產生高壓的電容器區Cap、電晶體區Tr以及邏輯電路區 Tr-L0
[0012]如圖2中所示，形成在高壓發生區Cap和Tr中的電容器和電晶體是基於矽襯底的MOS器件。然而，MOS電晶體的柵氧化物層具有非常低的介電常數，因而MOS電容器的尺寸不可避免地隨著輸出電壓電平的增加而增加。
[0013]在近來研究的PCRAM中，晶片中的存儲電容器(reservoir capacitor)的面積份額大約為17.2%，並且存儲電容器在外圍電路區的面積份額大約為34.7%。晶片中的高壓發生電路的面積份額大約為8.4%，並且高壓發生電路在外圍電路區的面積份額大約為16.9%。因此，外圍電路區的由存儲電容器和高壓發生電路佔據的面積大約為51.6%。
[0014]半導體器件已經高度地集成並且越來越小型化，因而需要減小外圍電路區的佔據面積或尺寸。
【發明內容】
[0015]一種用於阻變存儲裝置的示例性高壓發生電路可以包括:電容器，所述電容器與半導體襯底間隔開，並且與半導體襯底電絕緣；以及開關器件，所述開關器件與半導體襯底間隔開並且與半導體襯底電絕緣，所述開關器件與電容器電連接。
[0016]—種不例性高壓發生單兀可以包括:第一金屬電容器，所述第一金屬電容器接收內部電壓；第一金屬二極體型開關器件，所述第一金屬二極體型開關器件將內部電壓或者前一級的高壓發生單元的輸出電壓傳送到第一金屬電容器的輸出端子；第二金屬二極體型開關器件，所述第二金屬二極體型開關器件連接在第一金屬電容器的輸出端子和高壓發生單元的輸出端子之間；以及第二金屬電容器，所述第二金屬電容器連接在高壓發生單元的輸出端子和內部電壓的供應端子之間。
[0017]在以下標題為「【具體實施方式】」的部分描述這些和其它的特點、方面以及實施方式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]從如下結合附圖的詳細描述中將更加清楚地理解本公開主題的以上和其它的方面、特徵以及其它的優點，其中:
[0019]圖1是有關的聞壓發生電路的不意圖；
[0020]圖2是有關的阻變存儲裝置的示意圖；
[0021]圖3是說明阻變存儲裝置的示例性高壓發生電路的圖；
[0022]圖4是示例性金屬電容器的示意圖；
[0023]圖5是說明阻變存儲器的示例性高壓發生電路的圖；
[0024]圖6是示例性的金屬二極體的示意圖；
[0025]圖7至圖10是說明阻變存儲裝置的示例性高壓發生電路的圖；以及
[0026]圖11是說明示例性的高壓發生單元的配置的圖。
【具體實施方式】
[0027]在下文中，將參照附圖來更詳細地描述示例性實施方式。
[0028]本文參照示例性實施方式(和中間結構)的示意性說明來描述示例性實施方式。如此，可以預料到圖示的形狀變化是例如製造技術和/或公差的結果。因而，示例性實施方式不應解釋為局限於本文說明的區域的特定形狀，而應解釋為包括產生於例如製造的形狀差異。在附圖中，為了清楚起見，可以誇大層和區域的長度和尺寸。相似的附圖標記在附圖中表示相似的元件。還可以理解的是:當提及一層在另一層或襯底「上」時，其不僅可以是直接在其它的層或襯底上，也可以存在中間層。
[0029]圖3是說明根據本發明構思的示例性實施方式的阻變存儲裝置的高壓發生電路的圖。
[0030]半導體襯底201通過器件隔離層被分成單元區C和外圍電路區P。多個單位存儲器單元207形成在有源區205上，有源區205形成在阱203中。這裡，每個單位存儲器單元207可以具有包括接入器件、下電極、相變材料層或上電極的層疊結構，但是，單位存儲器單元的結構不局限於此。單位存儲器單元207與相應的位線209電連接。有源區205經由字線接觸211和虛設圖案213與字線215連接。位線209以指定數目為單位與全局位線217連接。
[0031]外圍電路區P可以包括:被配置成產生高壓的電容器區Cap、開關器件區Tr以及邏輯電路區Tr_L。
[0032]具體地，在電容器區Cap (圖3所示)中，金屬電容器10可以與半導體襯底201間隔開，並且與半導體襯底201電絕緣。
[0033]金屬電容器10可以具有電介質層Dll插入在第一金屬層Mll (下金屬層)和第二金屬層M12 (上金屬層)之間的結構，並且被稱作為金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。金屬電容器10可以具有例如圖4中所示的各種結構。
[0034]如圖4 (a)所不的金屬電容器10具有層疊了金屬層M21、第一電介質層D21、多晶娃層P21以及第二金屬層M22的結構。
[0035]如圖4 (b)所不的金屬電容器10具有層疊了第一金屬層M31、第一多晶娃層P31、電介質層D31、第二多晶矽層P32以及第二金屬層M32的結構。
[0036]如圖4 (C)中所不的金屬電容器10具有層疊了第一金屬層M41、多晶娃層P41、電介質層D41以及第二金屬層M42的結構。
[0037]金屬電容器10的結構不局限於圖3和圖4的結構,將電介質層插入在一對金屬層之間的所有結構都可以應用於金屬電容器10。
[0038]當金屬電容器用作高壓發生電路的電容器時，可以引入具有高介電常數的電介質層。因此，可以提供具有高儲存性能的小尺寸電容器。另外，金屬電容器具有良好的線性和低寄生電容。
[0039]以下表1說明根據電介質材料的介電常數的電容值。
[0040][表 I]
【權利要求】
1.一種用於阻變存儲裝置的電路，所述電路產生存儲器單元的操作電壓，所述高壓發生電路包括: 電容器，所述電容器與半導體襯底間隔開，並且與所述半導體襯底電絕緣；以及開關器件，所述開關器件與所述半導體襯底間隔開並且與所述半導體襯底電絕緣，所述開關器件與所述電容器電連接。
2.如權利要求1所述的高壓發生電路，其中，所述電容器包括金屬-絕緣體-金屬電容器。
3.如權利要求2所述的高壓發生電路，其中，所述金屬-絕緣體-金屬電容器包括: 第一金屬層， 第一電介質層，所述第一電介質層形成在所述第一金屬層上， 多晶矽層，所述多晶矽層形成在所述第一電介質層上，以及 第二金屬層，所述第二金屬層形成在所述多晶矽層上。
4.如權利要求2所述的高壓發生電路，其中，所述金屬-絕緣體-金屬電容器包括: 第一金屬層， 第一多晶娃層，所述第一多晶娃層形成在所述第一金屬層上， 第一電介質層，所述第一電介質層形成在所述第一多晶娃層上， 第二多晶矽層，所述第二多晶矽層形成在所述第一電介質層上，以及 第二金屬層，所述第二金屬`層形成在所述第二多晶矽層上。
5.如權利要求2所述的高壓發生電路，其中，所述金屬-絕緣體-金屬電容器包括: 第一金屬層， 多晶矽層，所述多晶矽層形成在所述第一金屬層上， 電介質層，所述電介質層形成在所述多晶矽層上，以及 第二金屬層，所述第二金屬層形成在所述電介質層上。
6.如權利要求2所述的高壓發生電路，其中，所述存儲器單元是阻變存儲器單元，所述金屬-絕緣體-金屬電容器在形成有所述阻變存儲器單元的位線的層上形成。
7.如權利要求1所述的高壓發生電路，其中，所述開關器件是金屬二極體。
8.如權利要求7所述的高壓發生電路，其中，所述開關器件具有P型半導體材料插入在肖特基接觸層和歐姆接觸層之間的結構。
9.如權利要求7所述的高壓發生電路，其中，所述開關器件具有N型半導體材料插入在肖特基接觸層和歐姆接觸層之間的結構。
10.如權利要求7所述的高壓發生電路，其中，所述開關器件具有PN結半導體材料插入在肖特基接觸層和歐姆接觸層之間的結構。
11.如權利要求7所述的高壓發生電路，其中，所述存儲器單元是阻變存儲器單元，所述開關器件在形成有所述阻變存儲器單元的位線的層上形成。
12.如權利要求1所述的高壓發生電路，還包括: 邏輯開關電路，所述邏輯開關電路形成在所述電容器和所述開關器件之間的空間中。
13.一種用於阻變存儲裝置的高壓發生電路，所述高壓發生電路包括: 至少一級高壓發生單元，每級高壓發生單元包括: 第一金屬電容器，所述第一金屬電容器接收內部電壓；第一金屬二極體型開關器件，所述第一金屬二極體型開關器件將所述內部電壓或者前一級的高壓發生單兀的輸出電壓傳送到所述第一金屬電容器的輸出端子； 第二金屬二極體型開關器件，所述第二金屬二極體型開關器件連接在所述第一金屬電容器的輸出端子與所述高壓發生單元的輸出端子之間；以及 第二金屬電容器，所述第二金屬電容器連接在所述高壓發生單元的輸出端子和所述內部電壓的供應端子之間。
14.如權利要求13所述的高壓發生電路，其中，最後一級的高壓發生單元的第二金屬電容器是存儲電容器。
15.如權利要求13所述的高壓發生電路，其中，所述第一金屬電容器和所述第二金屬電容器中的每個與半導體襯底間隔開，並且與所述半導體襯底電絕緣。
16.如權利要求13所述的高壓發生電路，其中，所述第一金屬二極體型開關器件和所述第二金屬二極體型開關器件中的每個與半導體襯底間隔開，並且與所述半導體襯底電絕緣 。
【文檔編號】H01L27/02GK103872041SQ201310240856
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年6月18日 優先權日:2012年12月14日
【發明者】樸海贊 申請人:愛思開海力士有限公司