[發(fā)明專利]一種相變存儲(chǔ)器的陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910247551.7
• 申請(qǐng)日: 2009-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN101777571A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳東平;張世理
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/24
• 分類號(hào): H01L27/24;H01L23/532;H01L21/82;H01L21/768
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種相變存儲(chǔ)器的陣列結(jié)構(gòu)，同時(shí)，本發(fā)明還提出了一種相變存儲(chǔ)器的陣列結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)

相變存儲(chǔ)器(phase?change?memory)是利用硫族化合物在晶態(tài)和非晶態(tài)時(shí)的巨大導(dǎo)電性差異來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。相變硫族化物在由無定形相轉(zhuǎn)向結(jié)晶相時(shí)會(huì)表現(xiàn)出可逆的相變現(xiàn)象，在無定形相時(shí)，材料是高度無序的狀態(tài)，不存在結(jié)晶體的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在此種狀態(tài)下，材料具有高阻抗和高反射率。相反地，在結(jié)晶相，材料具有規(guī)律的晶體結(jié)構(gòu)，具有低阻抗和低反射率。相變存儲(chǔ)器利用的就是兩相間的阻抗差。由電流注入產(chǎn)生的劇烈的熱量可以引發(fā)材料的相變。相變后的材料性質(zhì)由注入的電流、電壓及操作時(shí)間決定。

與傳統(tǒng)的Flash浮柵存儲(chǔ)器相比，相變存儲(chǔ)器具備DRAM的高速存取和尋址特性，同時(shí)也具備像閃存那樣的非易失性存儲(chǔ)特征，同時(shí)還具有長循環(huán)壽命、低功耗、低成本、可縮微能力強(qiáng)以及與現(xiàn)有集成電路工藝相兼容等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此將可能成為未來半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主流產(chǎn)品之一，特別是在嵌入式與大容量存儲(chǔ)方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

高密度的相變存儲(chǔ)器一般采用豎直p-n結(jié)二極管作為相變存儲(chǔ)器的核心陣列器件來對(duì)相變材料進(jìn)行控制。和其它的器件如金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)(MOSFET)和雙極型晶體管相比，豎直p-n結(jié)二極管能提供最高的相變存儲(chǔ)單元的集成度。但是集成豎直p-n結(jié)二極管的技術(shù)具有很大的挑戰(zhàn)。其中一個(gè)主要的問題是連接多個(gè)存儲(chǔ)單元p-n結(jié)二極管的埋層字線(wordline)電阻率較高。通常以豎直p-n結(jié)二極管為核心陣列器件的相變存儲(chǔ)器的字線是利用高摻雜的硅襯底而形成，但是高摻雜的硅襯底的電阻率和一般的金屬相比較大，導(dǎo)致每條字線的能連接相變存儲(chǔ)單元p-n結(jié)二極管的數(shù)目較少，從而導(dǎo)致集成度降低以及相變存儲(chǔ)器的存取速度下降。因此如何減少用來連接連續(xù)多個(gè)豎直p-n結(jié)二極管陳列器件的埋層字線的電阻率是相變存儲(chǔ)器技術(shù)中的一個(gè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種相變存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)，該相變存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)可以通過簡單的工藝過程來形成，而且，該相變存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可以降低以豎直p-n結(jié)二極管為陣列器件的相變存儲(chǔ)器的埋層字線的電阻率。

本發(fā)明提出的相變存儲(chǔ)器的陣列結(jié)構(gòu)，用豎直p-n結(jié)二極管作為相變存儲(chǔ)單元的陣列器件，并用金屬硅化物埋層作為連接連續(xù)多個(gè)豎直p-n結(jié)二極管陣列器件的埋層字線。所述的金屬硅化物埋層置于半導(dǎo)體襯底內(nèi)部，所述的半導(dǎo)體襯底為單晶硅、多晶硅或者絕緣體上硅(SOI)。所述的金屬硅化物是硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳或硅化鉑，或者是它們之中幾種的混合物。所述的金屬硅化物埋層在水平方向上是連續(xù)不間斷的埋層。

本發(fā)明還提出了一種相變存儲(chǔ)器的陣列結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包括下列步驟：

提供一個(gè)具有第一種摻雜類型的半導(dǎo)體襯底；

形成器件的淺槽隔離結(jié)構(gòu)；

進(jìn)行離子注入，形成第二種摻雜類型的區(qū)域；

形成第一層絕緣介質(zhì)；

對(duì)絕緣介質(zhì)和襯底進(jìn)行刻蝕形成開口結(jié)構(gòu)；

進(jìn)行離子注入，形成第三種摻雜類型的區(qū)域；

形成一層刻蝕阻擋層；

對(duì)刻蝕阻擋層進(jìn)行各向異性刻蝕以露出用于形成金屬硅化物的硅區(qū)；

淀積第一層金屬層并退火，使之與所述硅區(qū)中的硅形成第一種金屬硅化物；

去除殘留的第一層金屬；

形成第二層絕緣介質(zhì)并將其平整化處理；

進(jìn)行離子注入形成第四種摻雜類型的區(qū)域；

去除剩余的第一層絕緣介質(zhì)以露出用于形成下述金屬硅化物的硅區(qū)；

淀積第二層金屬層并退火，使之與上述硅區(qū)中的硅形成第二種金屬硅化物；

去除殘留的第二層金屬；

依次淀積形成用作下電極的第三層金屬層、一層相變材料層和用作上電極的第四層金屬層；

第三層金屬層、相變材料層和第四層金屬層的圖形化和刻蝕；

形成由第五層金屬組成的位線。

所述的半導(dǎo)體襯底為單晶硅、多晶硅或者絕緣體上硅(SOI)。所述的第一層絕緣介質(zhì)為淀積形成的SiO₂、Si₃N₄或者它們之間相混合的絕緣材料，也可以為熱生長的SiO₂。所述的刻蝕阻擋層由SiO₂、Si₃N₄或者它們之間相混合的絕緣材料構(gòu)成。所述的第二層絕緣介質(zhì)為SiO₂、Si₃N₄或者它們之間相混合的絕緣材料。