[發(fā)明專利]二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)的相變化存儲(chǔ)器及制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310040154.9
• 申請(qǐng)日: 2013-02-01
• 公開（公告）號(hào): CN103972383A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳秋峰;王興亞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門博佳琴電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 李寧;唐紹烈

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)的相變化存儲(chǔ)器及制造方法。

背景技術(shù)

相變隨機(jī)存儲(chǔ)器具有高讀取速度、低功率、高容量、高可靠度、高寫擦次數(shù)、低工作電壓/電流和低成本等特性，適合與CMOS工藝結(jié)合，用來作為較高密度的獨(dú)立式或嵌入式的存儲(chǔ)器應(yīng)用。

相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器包括具有相變層的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、連接到該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的晶體管和與晶體管接的PN結(jié)二極管。根據(jù)施加到其上的電壓，相變層從結(jié)晶態(tài)變成非結(jié)晶態(tài)，或與此相反。當(dāng)所施加的電壓為設(shè)置電壓，相變層從非結(jié)晶態(tài)變成結(jié)晶態(tài)。當(dāng)所施加的電壓為重置電壓，相變層從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變成非結(jié)晶態(tài)。

然而，現(xiàn)有技術(shù)相變隨機(jī)存儲(chǔ)器制作過程中PN結(jié)二極管是由外延硅或選擇性外延硅形成，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)相變隨機(jī)存儲(chǔ)器的PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)10，在P型半導(dǎo)體襯底101內(nèi)注入N型離子，形成掩埋N阱102；然后，在P型半導(dǎo)體襯底101上形成N型外延層103；在N型外延層103表面摻雜P型離子，形成P型擴(kuò)散層104。

現(xiàn)有技術(shù)形成相變隨機(jī)存儲(chǔ)器中的PN結(jié)二極管采用外延硅或選擇性外延硅作為材料，制造成本昂貴；另外，由于外延硅或選擇外延硅的沉積溫度高，對(duì)襯底表面要求高，使制造PN結(jié)二極管的工藝復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間長；同時(shí)，PN結(jié)二極管采用在襯底表面堆疊方式形成，其存在材料品質(zhì)問題。

相變隨機(jī)存儲(chǔ)器（PRAM）是通過施加不同大小的特殊脈沖，導(dǎo)致相變材料局部區(qū)域因不同溫度而產(chǎn)生非晶態(tài)與晶態(tài)。相變存儲(chǔ)器的優(yōu)越性在尺寸達(dá)到納米級(jí)能最大限度的體現(xiàn)。納米級(jí)電子器件的制備主要受工藝上的限制，如曝光技術(shù)，刻蝕技術(shù)等。現(xiàn)有技術(shù)中，納米級(jí)相變存儲(chǔ)器制造工藝在于工藝復(fù)雜，成本昂貴。無法用方便而簡潔的方法制備出納米級(jí)的接觸面，從而提高器件的響應(yīng)速度，減小功耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)的相變化存儲(chǔ)器及制造方法，該制造方法工藝簡單，對(duì)襯底表面要求較低，節(jié)約制造成本；由該方法形成二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)的相變化存儲(chǔ)器，成本較低，且品質(zhì)較好。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為：

二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)的相變化存儲(chǔ)器制造方法，包括以下步驟：

步驟一，在P型半導(dǎo)體襯底上間隔形成淺隔離槽，淺隔離槽之間形成胚體柱，其中之一為P結(jié)胚體柱，其余為N結(jié)胚體柱；

步驟二，在淺隔離槽中填滿絕緣層；

步驟三，在P型半導(dǎo)體襯底上形成N阱；

步驟四，在N阱上層掩埋第一P型擴(kuò)散層；

步驟五，在位于第一P型擴(kuò)散層上層的N結(jié)胚體柱上形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成二極管第一極；在位于第一P型擴(kuò)散層上層的P結(jié)胚體柱上延伸形成第二P型擴(kuò)散層，第二P型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與第二P型擴(kuò)散層連接形成二極管第二極；N阱一側(cè)上層形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成N阱的接觸點(diǎn)電極；

步驟六，在鎢插塞及絕緣層上依次沉積緩沖層和介質(zhì)層，在介質(zhì)層上沉積一層光阻層，并在光阻層上對(duì)應(yīng)N型擴(kuò)散層位置打開相變化存儲(chǔ)器區(qū)域；

步驟七，依次將相變化存儲(chǔ)器區(qū)域的介質(zhì)層和緩沖層蝕刻，使鎢插塞暴露；

步驟八，沉積一層氮化物，填滿相變化存儲(chǔ)器區(qū)域并覆蓋在介質(zhì)層上；

步驟九，執(zhí)行氮化物蝕刻，使鎢插塞暴露，同時(shí)在相變化存儲(chǔ)器區(qū)域側(cè)壁形成“斜坡狀”側(cè)墻；

步驟十，沉積一層相變化存儲(chǔ)器材料，填滿變化存儲(chǔ)器區(qū)域，與鎢插塞接觸；

步驟十一，研磨相變化存儲(chǔ)器材料，使相變化存儲(chǔ)器材料與介質(zhì)層齊平；在相變化存儲(chǔ)器材料上沉積一層低溫氮化物，并在低溫氮化物上沉積一層絕緣層；

步驟十二，將對(duì)應(yīng)相變化存儲(chǔ)器材料位置的絕緣層蝕刻，同時(shí)，將對(duì)應(yīng)第二P型擴(kuò)散層位置的絕緣層蝕刻，使低溫氮化物暴露，形成金屬層區(qū)域；

步驟十三，依次將對(duì)應(yīng)第二P型擴(kuò)散層位置的低溫氮化物及介質(zhì)層蝕刻，使緩沖層暴露，形成金屬層接觸窗區(qū)域；

步驟十四，將對(duì)應(yīng)第二P型擴(kuò)散層位置的緩沖層及對(duì)應(yīng)相變化存儲(chǔ)器材料位置的低溫氮化物蝕刻，使相變化存儲(chǔ)器材料及對(duì)應(yīng)第二P型擴(kuò)散層位置的鎢插塞暴露；

步驟十五，沉積一層金屬層，將對(duì)應(yīng)第二P型擴(kuò)散層位置的金屬層接觸窗區(qū)域及對(duì)應(yīng)相變化存儲(chǔ)器材料位置的金屬層區(qū)域填滿。

進(jìn)一步，步驟三中，采用N阱掩模、曝光、顯影工藝把N阱區(qū)域打開；用離子植入方式把N型離子植入N阱區(qū)域，執(zhí)行N阱驅(qū)入形成N阱，使淺隔離槽之間的胚體柱稀釋為輕摻雜P型擴(kuò)散層或輕摻雜N型擴(kuò)散層。