[發(fā)明專利]一種豎直二極管陣列的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110051916.6
• 申請(qǐng)日: 2011-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN102655090A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李凡;張海洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/329
• 分類號(hào): H01L21/329;H01L21/762;H01L45/00
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時(shí)云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及相變隨機(jī)存儲(chǔ)器的一種豎直二極管陣列的制造方法。

背景技術(shù)

相變隨機(jī)存儲(chǔ)器(phase?change?random?access?memory，PCRAM)是利用相變薄膜材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一種存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)單元的相變材料可以在不同振幅和持續(xù)時(shí)間的電流脈沖的熱處理下實(shí)現(xiàn)晶態(tài)和非晶態(tài)之間的可逆相變，并可獲得不同數(shù)量級(jí)的相變電阻，而PCRAM器件正是利用相變材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間轉(zhuǎn)變時(shí)的電阻差異來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)的。

目前，PCRAM器件通常包括相互異面垂直的字線和位線，其存儲(chǔ)單元(相變電阻)電性耦合在字線和位線之間。為了降低各存儲(chǔ)單元之間的干擾，各存儲(chǔ)單元都串聯(lián)一個(gè)選通元件，一般由雙極型晶體管，MOS器件或二極管等器件形成。目前，高密度PCRAM器件的制造一般采用選擇性外延生長(zhǎng)工藝形成豎直二極管陣列，來做存儲(chǔ)單元陣列的選通元件陣列。圖1A和圖1B分別是二極管陣列PCRAM器件的電路結(jié)構(gòu)示意圖和三維示意圖。與雙極型晶體管，MOS器件等相比，豎直的二極管能夠提供最高的相變存儲(chǔ)單元集成度和免干擾程度。

現(xiàn)有技術(shù)中，制造豎直二極管陣列的一般步驟包括：

第一步(如圖2A所示)，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100中形成有N/P型區(qū)101，外延層102，氮化硅硬掩膜層(SiN?HM)103及位線方向深溝槽填充結(jié)構(gòu)。所述位線方向深溝槽填充結(jié)構(gòu)包括第一氧化層106，多晶硅層105，第二氧化層107。

第二步(如圖2B所示)，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成圖案化的字線方向光刻膠(AA?PR)108。

第三步(如圖2C所示)，以AA?PR?108為掩膜，打開SiN?HM層103，得到埋層字線；再對(duì)第二氧化層107進(jìn)行凹槽刻蝕，形成凹槽109，作為字線隔離/位線隔離。本步驟中，如果凹槽109的特征尺寸太小，受刻蝕工藝精度限制，不可避免的會(huì)使得凹槽109殘留有第二氧化層側(cè)壁107a。

第四步(如圖2D所示)，沿AA方向，對(duì)所述位線方向深溝槽填充結(jié)構(gòu)與AA?PR108共同未覆蓋區(qū)域進(jìn)行刻蝕，形成淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)110，作為二極管隔離，將上述器件分割成二極管陣列前體，通過對(duì)中間未處理到的SiN?HM層103覆蓋的外延層102中做外延生長(zhǎng)工藝最終形成二極管陣列。由于本步驟之前沒有進(jìn)行凹槽109后清洗和AA?PR操作來去除殘留的第二氧化層側(cè)壁107a，就直接進(jìn)行STI結(jié)構(gòu)110的刻蝕，使得形成的STI結(jié)構(gòu)110的側(cè)壁高度增加，在其上進(jìn)行后續(xù)工藝(例如用相變材料制作相變單元)時(shí)，容易造成結(jié)漏電現(xiàn)象，再加上位線方向深槽結(jié)構(gòu)性能不佳，器件區(qū)N型或P型掩埋層長(zhǎng)度變短，引發(fā)器件的短短溝道效應(yīng)，影響后續(xù)相變存儲(chǔ)單元集成度和免干擾程度，降低PCRAM器件的存儲(chǔ)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種豎直二極管陣列的制造方法，以解決目前制備過程中淺溝道隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁高度高，影響后續(xù)相變存儲(chǔ)單元集成度和免干擾程度，降低PCRAM器件的存儲(chǔ)性能的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種豎直二極管陣列的制造方法，該方法包括如下步驟：

提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)部形成有N/P型區(qū)，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有外延層、第一硬掩膜層和第二硬掩膜層；

沿位線方向進(jìn)行刻蝕，形成貫穿所述N/P型區(qū)的位線方向深溝槽；

移除所述第二硬掩膜層，并在所述第一硬掩膜層和位線方向深溝槽表面沉積第一氧化層；

在所述位線方向深溝槽中填充多晶硅，回刻蝕所述多晶硅后沉積第二氧化層并平坦化至所述第一硬掩膜層；

在所述第一硬掩膜層上形成與所述位線方向深溝槽垂直的圖案化的字線方向光刻膠；

以所述圖案化的字線方向光刻膠為掩膜，去除第一硬掩膜層，對(duì)所述第二氧化層進(jìn)行凹槽刻蝕，形成凹槽；

剝離所述圖案化的字線方向光刻膠，對(duì)所述凹槽進(jìn)行濕法清洗；

對(duì)所述位線方向深溝槽與所述圖案化的字線方向光刻膠所圍的區(qū)域進(jìn)行刻蝕，形成淺槽隔離結(jié)構(gòu)；

在所述位線方向上兩相鄰的所述淺槽隔離結(jié)構(gòu)之間區(qū)域的外延層中形成PN結(jié)，得到豎直二極管陣列。

進(jìn)一步的，所述第一氧化層為正硅酸乙酯熱分解SiO₂層。

進(jìn)一步的，所述形成所述N/P型區(qū)的位線方向深溝槽采用的刻蝕方式為垂直刻蝕或倒梯形傾斜刻蝕。

進(jìn)一步的，采用高深寬比工藝和高濃度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝沉積所述第二氧化層。