專利名稱：電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種存儲(chǔ)器裝置，尤其涉及一種電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ) 器裝置；同時(shí)，本發(fā)明還涉及上述電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的制造工藝。
背景技術(shù)：
當(dāng)代數(shù)據(jù)量隨著信息化的進(jìn)一步深入得到爆發(fā)式的增長，因此，存儲(chǔ)器的容量越 來越高。在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的應(yīng)用中，隨著摩爾定律的發(fā)展，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的容量不斷地提 升，并且新型的存儲(chǔ)器也是層出不窮。作為下一代非易失性半導(dǎo)體通用存儲(chǔ)器的重要候 選，電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器日益受到重視，其中相變存儲(chǔ)器已經(jīng)開始量產(chǎn)，而另外一種電阻存儲(chǔ) 器——電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器也吸引了眾多關(guān)注的目光。在這兩種電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器中，為了提升 存儲(chǔ)器的容量，在縮小存儲(chǔ)單元的同時(shí)，無一例外地在選通器件上做足了文章，面積較小的 二極管在密度上具有明顯的優(yōu)勢，因此在高密度電阻存儲(chǔ)器的應(yīng)用中占據(jù)了很大的優(yōu)勢， 受到了很多公司的青睞。 在已有的技術(shù)中，有采用外延法制造二極管(例如三星公司)，該方法制造得到的
二極管性能優(yōu)越，但是該方法的成本較高，較高的溫度也限制了某些工藝的開展。 此外，也有人提出了一些新型的結(jié)構(gòu)，例如在丹尼爾，徐的發(fā)明專利中就揭示了一
種雙淺溝道隔離的二極管陣列選通的相變存儲(chǔ)器(中國專利公開號(hào)CN1533606A)，這種存
儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是二極管由兩組相互正交(垂直)的淺溝道分隔開，通過垂直的雙淺溝道
隔離得到的二極管呈現(xiàn)矩形結(jié)構(gòu)，雙淺溝道通過氧化物隔離開。但該方法還有待改進(jìn)，在現(xiàn)
有的技術(shù)節(jié)點(diǎn)中，該結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體工藝上實(shí)現(xiàn)有較大的困難，獲得的結(jié)構(gòu)性能可能會(huì)有缺
陷，例如會(huì)有較大的串?dāng)_電流，并且獲得二極管的驅(qū)動(dòng)能力可能不夠，并且該方面不利于降
低器件的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)的 不足之處。
此外，本發(fā)明還提供上述電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的制造工藝。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明揭示一種由非正交淺溝道隔離形成而存儲(chǔ)器裝置，裝置中的二極管是由兩 組非正交(垂直)的淺溝道分隔開，兩個(gè)相交的淺溝道的中心線的夾角并不為直角，其角度 在45度和90度之間，形成的二極管的俯視圖位呈現(xiàn)非矩形的平行四邊形形狀。為了達(dá)到 所需要的電學(xué)條件，第一淺溝道的深度普遍超過1微米，典型的深度為1. 5微米，此深度相 對(duì)于第一淺溝道的寬度(典型寬度為100nm左右)有很高的深高比，大于10的深高比如果 采用氧化物的填充法基本不可行，必須要采用多晶硅作為雙淺溝道的填充隔離。而且，本發(fā) 明的應(yīng)用領(lǐng)域并不局限于相變存儲(chǔ)器，同樣可以應(yīng)用到其他電阻存儲(chǔ)器中。
—種電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，通過雙淺溝道隔離形成二極管陣列，深度不同的第一淺溝道與第二淺溝道非正交相交；第一淺溝道將第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線分隔 開，形成多根半導(dǎo)體線；第二淺溝道則在同一重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線上方隔離形成多個(gè)二極 管；二極管對(duì)應(yīng)所需選通的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器單元。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線的上方還包含導(dǎo)電通孔。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一淺溝道與第二淺溝道非正交相交，兩淺溝 道中心線之間的夾角在45度到89度之間。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述雙淺溝道采用絕緣材料形成電學(xué)隔離結(jié)構(gòu)；絕 緣材料為多晶硅，或?yàn)檠趸锖偷镏械囊环N或多種。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一淺溝道的深度要深于第二淺溝道的深度；
較深的第一淺溝道將第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線分隔開，形成多根半導(dǎo)體線；較
淺的第二淺溝道則在同一重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線上方隔離形成多個(gè)二極管。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，第一淺溝道的深度在700nm到5000nm之間，深度足
夠以形成分立的重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線，使重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線之間具有較差的導(dǎo)電性。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，第二淺溝道的深度在350nm到3000nm之間，深度要
至少達(dá)到重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線的頂部，在重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線上方形成分立的二極管。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，由第一淺溝道和第二淺溝道隔離得到的二極管的俯
視圖形狀為非矩形的平行四邊形。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，多個(gè)二極管共享一根重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器為相變存儲(chǔ)器或電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在第一淺溝道的底部有第二導(dǎo)電類型的摻雜，增強(qiáng) 第一淺溝道的電學(xué)隔離效果。
—種制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，所述工藝包括如下步驟
A、在第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底表面上形成的第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s；
B、在基底上方形成半導(dǎo)體單晶外延層； C、制造出第一淺溝道，第一淺溝道的深度要大于重?fù)诫s半導(dǎo)體層加上外延單晶層 的總厚度； D、通過調(diào)節(jié)和實(shí)現(xiàn)第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s層上方半導(dǎo)體單晶的摻雜種類和劑量，在 第一淺溝道隔離后形成的線條上形成PN結(jié)； E、制造第一淺溝道非正交相交的第二淺溝道，第二淺溝道的深度小于第一淺溝道 的深度，其深度又要大于或者等于上述單晶層的厚度，第一淺溝道和第二淺溝道隔離后形 成的區(qū)域即為分立的二極管，二極管的俯視圖形狀為非矩形的平行四邊形；
F、制造導(dǎo)電通孔，填充絕緣材料，實(shí)現(xiàn)電學(xué)隔離，化學(xué)機(jī)械拋光平坦化；
G、制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元，并制造位線。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟A中，重?fù)诫s層的厚度在700nm到5000nm之間， 重?fù)诫s的方案為擴(kuò)散法，或?yàn)殡x子注入法；步驟B中，通過外延法或金屬誘導(dǎo)法或激光退火 法在基底上方形成半導(dǎo)體單晶外延層，外延層為第二導(dǎo)電類型；步驟C中，第一淺溝道的深 度在710nm到6000nm之間。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，第二淺溝道的深度在350nm到3000nm之間。
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作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟F所述絕緣材料的填充材料為多晶硅，填充方 法為氣相沉積法。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，第一淺溝道與第二淺溝道非正交相交，兩者中心線 之間的夾角在45度到89度之間。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，由第一淺溝道和第二淺溝道隔離得到的二極管的俯 視圖形狀為非矩形的平行四邊形。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器為相變存儲(chǔ)器或電阻隨機(jī)存 儲(chǔ)器。
—種制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，所述工藝包括如下步驟 A'、在第一導(dǎo)電類型的基底上制造出第一淺溝道，形成多條半導(dǎo)體線； B'、采用化學(xué)氣相沉積法沉積保護(hù)層，通過回刻工藝，去除多余部分的保護(hù)層，僅
保留第一淺溝道底部的保護(hù)層； C'、通過化學(xué)氣相沉積法沉積含有第二導(dǎo)電類型摻雜物的材料，通過回刻工藝， 去除第一淺溝道開口處的含有第二導(dǎo)電類型摻雜物的材料； D'、通過退火進(jìn)行熱擴(kuò)散，對(duì)在通過第一淺溝道隔離分隔形成的半導(dǎo)體線進(jìn)行第 二導(dǎo)電類型重?fù)诫s，摻雜完成后形成了第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s的半導(dǎo)體字線，去除殘留的含 有摻雜物的材料； E'、通過離子注入法在第一淺溝道隔離后形成的線條上實(shí)現(xiàn)摻雜，形成PN結(jié)；
F'、采用刻蝕法，制造與第一淺溝道非正交相交的第二淺溝道，刻蝕深度要到達(dá) 重?fù)诫s層的頂部，但是小于第一淺溝道的深度，在第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s的半導(dǎo)體字線上方 形成多個(gè)二極管； G'、填充絕緣材料，實(shí)現(xiàn)電學(xué)隔離，化學(xué)機(jī)械拋光平坦化，制造通孔，引出第二導(dǎo)
電類型重?fù)诫s的半導(dǎo)體字線； H'、制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元和位線。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟A'中，第一淺溝道深度在700nm到6000nm 之間。優(yōu)選地，第一淺溝道的深度在710nm到6000nm之間。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，第二淺溝道的深度在350nm到3000nm之間。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟G'中所述絕緣材料的填充的材料為多晶硅，填
充方法為氣相沉積法。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，由第一淺溝道和第二淺溝道隔離得到的二極管的俯 視圖形狀為非矩形的平行四邊形。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器為相變存儲(chǔ)器或電阻隨機(jī)存 儲(chǔ)器。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第二導(dǎo)電類型的原子在高溫退火的下可擴(kuò)散到 第一導(dǎo)電類型的材料中。優(yōu)選地，所述退火處理?xiàng)l件為溫度在30(TC到150(TC之間，退火 時(shí)間在1分鐘到48小時(shí)之間。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第二導(dǎo)電類型的摻雜原子為砷、磷、銻、鉍、硫、 硒、碲、碘、硼、鋁、鎵、鉀、銦、鋰、鉀、鈹中的一種或者多種。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置及其制造工藝，不僅與現(xiàn)有的DRAM淺溝道工藝兼容，可以充分利用現(xiàn)有的設(shè)備和工藝條件，有效減少了半導(dǎo)體 工藝開發(fā)的時(shí)間，節(jié)省了成本，而且獲得的器件具有較高的密度和較好的電學(xué)性能。


圖1A-1C為夾角為89度的雙淺溝道電阻存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2A-2C為夾角為60度的雙淺溝道電阻存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3A-3J為本發(fā)明制造工藝示意圖(非按照比例繪制)。
圖4A-4N為本發(fā)明制造工藝示意圖(非按照比例繪制)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
實(shí)施例一 本發(fā)明揭示了一種電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，具有非正交形成的雙淺溝道隔離結(jié)構(gòu)， 一深一淺的雙淺溝道在基底上不僅形成分立的字線，并在字線上方形成分立的二極管。多 個(gè)二極管共享一根字線，字線上方還包含導(dǎo)電通孔。 圖1A-1C、2A-2C為以硅襯底為例說明該種電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，但要說明的是， 基底材料并不局限于硅，也可以是其它半導(dǎo)體基底，如Ge、GaAs、GaN、InP等，也包括具有絕 緣層的基底，例如SOI。 圖1A、圖1B所示為其中一種結(jié)構(gòu)的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，在N型硅基底11上有P 型重?fù)诫s的硅字線12，硅字線具有較低的電阻率，硅字線之間的電學(xué)隔絕是依靠較深的淺 溝道13b實(shí)現(xiàn)。在同一條硅字線上方，具有多個(gè)二極管，二極管由P型的硅字線與字線上方 的N型的硅材料層14構(gòu)成，硅材料層14可以是均勻的N型摻雜，也可以是呈現(xiàn)摻雜濃度梯 度變化的N型摻雜(具體表現(xiàn)在在靠近字線12的方向上具有較低的摻雜濃度，在遠(yuǎn)離字線 12的方向上具有較高的摻雜濃度)。同一條字線上方的多個(gè)二極管依靠較淺的淺溝道13a 隔離而成。在二極管上方，都有與之對(duì)應(yīng)的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器單元，圖1中所示為相變存儲(chǔ)器 單元，單元包含上下電極15和17 (都可包含過渡層)、相變材料層16，相變材料層可在電信 號(hào)的作用下在非晶和多晶之間實(shí)現(xiàn)可逆的反轉(zhuǎn)，并且表現(xiàn)在電阻的可逆轉(zhuǎn)變上。在存儲(chǔ)單 元的上方，多個(gè)存儲(chǔ)單元共享一根位線17，位線17的上方還可以有導(dǎo)電通孔，用以選通字 線，但是在本圖中沒有示意，但并非沒有。在此要說明相變存儲(chǔ)單元顯然可以用其他電阻轉(zhuǎn) 換存儲(chǔ)器替代，例如相變材料層可以改為一層單質(zhì)銻。在較深的淺溝道13b的底部，可以有 電學(xué)隔離區(qū)域19，它是通過與字線摻雜類型不同的摻雜獲得的，目的是減小字線之間的漏 電流，提升器件性能。 圖1B中沿A-A方向的俯視圖如圖1C所示，本發(fā)明與背景中提到的現(xiàn)有技術(shù)的不 同之處在于本發(fā)明提出的雙淺溝道是非正交的，在圖1C中顯示出了一種典型的結(jié)構(gòu)，可以 看到兩淺溝道中心法線之間的夾角并非是90度，而是89度，當(dāng)然夾角也可是是在45度到 89度之間的任何的角度。此外，典型的淺溝道隔離的尺寸約為1. 5微米，由于淺溝道的寬度 較小約為100nm左右，普通的絕緣介質(zhì)材料的填充會(huì)有較大的困難，在本實(shí)施例中采用了 本發(fā)明優(yōu)選的多晶硅進(jìn)行淺溝道的填充，實(shí)現(xiàn)字線之間、二極管之間的電學(xué)隔離，這也是一 個(gè)顯著的技術(shù)改進(jìn)。
圖2A-2C中顯示的是在P型的硅基底上制造雙淺溝道隔離電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置， 21為P型硅基底，在硅基底21的上方有N型重?fù)诫s的字線22， 23為N型輕摻雜的硅層，24 則為P型重?fù)诫s的硅層，N型輕摻雜的硅層23和P型重?fù)诫s的硅層24之間形成PN 二極管 結(jié)構(gòu)。 比較圖2A和2B可以發(fā)現(xiàn)，淺溝道28a與淺溝道28b相比具有較淺的深度，淺溝道 28a的深度到N型重?fù)诫s的字線22的頂部，用以分隔23和24之間形成的PN 二極管和電 阻存儲(chǔ)單元，而28b的深度則是深到足以電學(xué)隔絕N型重?fù)诫s的字線22。圖中所示的電阻 存儲(chǔ)器具有上下電極25、26，中間夾層為金屬氧化物電阻隨機(jī)存儲(chǔ)單元，可見與圖l所示不 同之處還在于存儲(chǔ)單元并非是相變存儲(chǔ)，而是電阻隨機(jī)存儲(chǔ)。根據(jù)圖2B中沿B-B方向的投 影所示(圖2C)，兩淺溝道中心法線之間的夾角并非是90度，而是60度，當(dāng)然夾角也可是 在45度到89度之間的任何的角度。本實(shí)施例中，淺溝道28a和28b的填充物為絕緣材料。 圖2中沒有繪出字線上方的導(dǎo)電通孔，但非沒有導(dǎo)電通孔。
實(shí)施例二 本實(shí)施例揭示一種制造該裝置的工藝，以下以N型硅材料作為基底材料為例，在 此應(yīng)當(dāng)理解為，在實(shí)際的應(yīng)用中，基底材料并不局限于硅材料，還可包括其他各種半導(dǎo)體材 料，例如Ge、 GaAs、 GaN、 InP等，其中還可以是絕緣基底，例如氧化硅以及具有絕緣層的硅 (SOI)。顯然，下面實(shí)施例中采用的N型硅基底也可以由P型硅代替，只需做相應(yīng)的簡單調(diào) 整。 步驟1、如圖3A所示，在N型硅基底31上，采用原子擴(kuò)散摻雜法在N型硅的表面擴(kuò) 散硼原子(B)，從而在硅基底的表面形成P型重?fù)诫s層32，摻雜濃度達(dá)到可以作為字/位線 應(yīng)用的要求，此案中B原子的擴(kuò)散平均深度為1. 5微米。在這里，重?fù)诫s采用擴(kuò)散法，顯然可 以采用離子注入法獲得，摻雜原子的種類及深度也都是可選擇的，深度在700nm到6000nm 之間，取決于采用的工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用的需求。P型摻雜還可以采用In，Al，Ga等受 主原子。 步驟2、通過硅外延，在上述P型重?fù)诫s硅32的表面形成單晶硅33，如圖3B所示， 單晶硅層33的厚度為500nm，單晶硅的厚度也可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行調(diào)整，厚度的范圍 在350-3000nm之間。 步驟3、通過曝光和刻蝕，在上述有外延硅的硅基底表面形成第一淺溝道34，得到 的結(jié)構(gòu)的截面圖如圖3C所示，淺溝道34的深度為2. 2微米，控制第一淺溝道深度的原則是 第一淺溝道的深度要深于表面硅厚度與重?fù)诫s層厚度的總和。經(jīng)第一淺溝道34隔離之后， 在N型硅基底31上就形成了 P型的導(dǎo)電字線35，且各根P型導(dǎo)電字線35之間理論上電學(xué) 不導(dǎo)通，在導(dǎo)電字線35的上方是單晶硅層。圖3C中，沿C-C方向的投影的局部如圖3D所 示。 步驟4、通過離子注入在重?fù)诫s硅上方形成PN結(jié)(35、36)，如圖3E所示(此步可 以根據(jù)實(shí)際情況的需要與下一步對(duì)換位置)。離子注入還在第一淺溝道底部的加重了字線 之間的N型摻雜，有助于降低P型字線之間的漏電。N型的表面硅層可以是均勻的N型硅， 也可以是不均勻的，具體表現(xiàn)在，靠近P型字線的一端擁有較低的N型摻雜濃度，在遠(yuǎn)離字 線的一端摻雜濃度較高。 步驟5、再次采用刻蝕法，制造形成與第一淺溝道相交卻不正交的第二淺溝道，在圖3F中，可以看到制造第二淺溝道后的效果，第二淺溝道將P型字線35上方的N型硅線36 分隔成分立的單元37，因此，在單根P型字線35上方就可擁有多個(gè)分立的二極管單元(37、 35)，字線35上除了二極管單元之外，還可以有引到電極的導(dǎo)電引線(通孔)，通孔需要與字 線同一類型的重?fù)诫s；這里，需要特別說明的是，在本實(shí)施例中，第二淺溝道與第一淺溝道 中心線之間的夾角并非為90度，而是89度，即非正交，即如案例一中的圖1C所示，當(dāng)然在 實(shí)際的應(yīng)用中，夾角可以為45度到89度之間的任意角度；第二淺溝道的深度為550nm，略 深于表面單晶硅層的厚度。 步驟6、通過熱氧化，在第一和第二淺溝道的側(cè)壁形成氧化硅層，隨后填充淺溝道， 采用氣相沉積法填充多晶硅材料進(jìn)行電學(xué)的隔離。例如，在一種典型的情況下，淺溝道的寬 度僅為100nm，而在本案中深度則為1500nm，深寬比為15 : 1，淺溝道(特別是第一淺溝道) 擁有極高的深寬比，因此需要采用填充能力更強(qiáng)的多晶硅來填充淺溝道，這也是本發(fā)明與 現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)明顯特點(diǎn)之一。 步驟7、化學(xué)機(jī)械拋光，去除多余的非晶硅，形成如圖3G所示的結(jié)構(gòu)，可見N型單元 37被多晶硅淺溝道38分隔開，圖中，沿著D-D方向的投影如圖3H所示，可以看到字線35的 上方擁有多個(gè)PN 二極管，字線上方還需要有一個(gè)或者多個(gè)P型重?fù)诫s的通孔，但是在此沒 有標(biāo)出。 步驟8、硅化，并且制造相變存儲(chǔ)器單元之后的結(jié)構(gòu)如圖31、圖3J所示，在PN 二極
管的上方有存儲(chǔ)單元40。填充絕緣介質(zhì)材料氧化硅41，絕緣材料也可以是多晶硅，也可以
是不同于多晶硅的其他絕緣材料，隨后制造金屬位線42。這里的存儲(chǔ)單元為相變存儲(chǔ)單元，
上下電極分別為WTi和TiN電極，存儲(chǔ)材料為SiSbTe材料，顯然材料可以由任何一種相變
材料取代，例如GeSbTe系列，GeSb及SiSb系列等，電極材料也是如此。 在本實(shí)施例中所論述到的各個(gè)尺寸都可以根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行調(diào)整，并不局限于
實(shí)施例中所提到的。 實(shí)施例三 本實(shí)施例揭示一種制造電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器裝置的工藝，以下以P型硅材料作為基底 材料，顯然如上所述，也可以選擇其他種類的基底材料。 步驟一、在P型硅基底上，采用離子注入法在P型硅的表面形成磷原子的N型重?fù)?雜，摻雜濃度達(dá)到可以作為字/位線應(yīng)用的要求，離子注入的深度為1微米，并在N型重?fù)?雜的字線上方形成N型輕摻雜的區(qū)域。N型摻雜的原子還可以是As， N， 0， Sb， Bi， I， S， Te 等施主原子中的一種或者多種。 步驟二、通過硅外延，在上述N型重?fù)诫s硅的表面形成單晶硅，厚度為450nm。
步驟三、通過刻蝕法，形成第一淺溝道，淺溝道的深度為1. 5微米，經(jīng)制造第一淺 溝道隔離之后，在P型硅基底上就形成多根N型的導(dǎo)電字線。 步驟四、通過離子注入在重?fù)诫s硅上方形成PN結(jié)。離子注入還在第一淺溝道底部 的加重了字線之間的P型摻雜，有助于降低N型字線之間的漏電。 步驟五、再次采用刻蝕法，制造形成第二淺溝道，第二淺溝道與第一淺溝道相交， 且兩者中心線之間的夾角為45度，；第二淺溝道的深度為500nm，深度小于第一淺溝道的深度。 步驟六、在熱氧化后，填充淺溝道，采用氣相沉積法填充多晶硅材料進(jìn)行電學(xué)的隔離。 步驟七、化學(xué)機(jī)械拋光，去除多余的非晶硅，并露出PN 二極管的表面，并制造導(dǎo)電
通孔以引出字線。 步驟八、硅化處理。 步驟九、制造電阻隨機(jī)存儲(chǔ)單元，形成也如圖31所示的結(jié)構(gòu)，只不過此實(shí)施例中， 存儲(chǔ)單元40中采用的存儲(chǔ)材料為電阻隨機(jī)存儲(chǔ)材料，為Ni0。
實(shí)施例四 本實(shí)施例揭示另外一種制造電阻存儲(chǔ)器裝置的工藝，以下以P型硅材料作為基底 材料。 步驟(1)、在潔凈的P型導(dǎo)電襯底51上，利用曝光和刻蝕工藝制造出深度為 1000nm的第一淺溝道52，淺溝道的寬度為100nm，刻蝕之后在基底上形成相互分開的突起 的線條；上述加工之后形成線條的截面圖如圖4A。需要注意的是，圖4中(包括前面的圖)， 所畫的示意圖都非按照比例繪制。 步驟(2)、通過薄膜沉積和半導(dǎo)體回刻工藝，在上述的結(jié)構(gòu)的底部制備并保留阻擋 層53，完成后如圖4B所示。 步驟(3)、采用化學(xué)氣相沉積法，在被淺溝道隔離線條的頂部、淺溝道52的側(cè)壁和 底部均勻沉積含As的玻璃薄膜54，如圖4C所示；利用回刻工藝去除線條上的含As玻璃層， 并去除淺溝道52洞口的含As玻璃薄膜，如此得到的截面如圖1D所示。
步驟(4)、在真空中進(jìn)行退火處理，退火溫度為100(TC6小時(shí)，使含As玻璃薄膜54 中的As原子擴(kuò)散到線條中，退火擴(kuò)散完成后，被第一淺溝道隔離形成的硅線條就被As重?fù)?雜，成為重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體，即形成了位線55，并具有較低的電阻率；如圖4E所示，因?yàn)?淺溝道的底部有阻擋材料53的保護(hù)，在淺溝道的底部并沒有擴(kuò)散進(jìn)大量的As原子。去除 剩余的含As玻璃后，結(jié)構(gòu)如圖4F所示。 步驟(5)、采用離子注入法，在位線55的上方注入形成P型區(qū)域56，其中區(qū)域56 可以包含多層摻雜，例如在靠近字線55的一側(cè)注入較小劑量的N型摻雜，而在遠(yuǎn)離字線55 的一側(cè)注入較大劑量的P型摻雜。于是55和56之間就形成了 P+/N-/N+結(jié)構(gòu)，如圖4G所 示；經(jīng)過此步工藝后，圖II中沿E-E方向的投影如圖4H所示。 步驟(6)、再一次采用光刻法，將因As原子擴(kuò)散而形成的字線56上方的硅分隔開， 形成如圖41所示的結(jié)構(gòu)，N型重?fù)诫s的硅字線的上方因?yàn)榈诙\溝道58的隔離形成了分 立的單元57， 57為PN二極管，如圖41所示，第二淺溝道的深度約為300nm。
步驟(7)、填充絕緣材料，絕緣材料可以為氧化物、氮化物或者多晶硅的一種或者 多種，在填充之前，可以增多一步硅熱氧化的過程，熱氧化能夠在硅線的四壁生長一層氧化 硅薄膜，有利于降低漏電流，提升填充效果。填充絕緣材料后，采用化學(xué)機(jī)械拋光，磨除多余 的填充物(或者氧化硅)后，形成了如圖4J所示的結(jié)構(gòu)，淺溝道59就將字線上方的二極管 57分隔成獨(dú)立的單元。圖中，沿F-F方向的投影上的截面如圖4K所示，可見，較深的淺溝道 60將字線分隔開，而較淺的淺溝道則將同一字線上方的PN 二極管分隔開。
步驟(8)、引出字線。 步驟(9)、硅化后的結(jié)構(gòu)如圖4L所示，形成例如SiCo等硅化物61。 步驟(10)、制造相變存儲(chǔ)單元62，存儲(chǔ)單元與二極管一一對(duì)應(yīng)，具有存儲(chǔ)材料層和上下電極的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中，存儲(chǔ)材料為Si2Sb2Te3。制造完成存儲(chǔ)單元后，結(jié)構(gòu)如圖 4M所示。 步驟(11)、通過填充絕緣材料和化學(xué)機(jī)械拋光，繼而制造金屬位線64，形成的最 終的結(jié)構(gòu)如圖4N所示。 這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例 中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí) 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明 的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、 材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn) 行其它變形和改變。 例如，實(shí)施例中采用的存儲(chǔ)單元，既然可以是相變存儲(chǔ)單元，也可以是電阻隨機(jī)存 儲(chǔ)器單元，采用的相變材料和電阻轉(zhuǎn)換材料顯然可以是相變材料和電阻轉(zhuǎn)換材料中的任意 一種，在必要的情況下，還可以是多種材料的組合，例如多層結(jié)構(gòu)。而采用何種摻雜類型作 為字/位線也都是可以選擇的，可以改變的還包括摻雜原子的種類，淺溝道的深度也是如 此。
權(quán)利要求
一種電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于通過雙淺溝道隔離形成二極管陣列，深度不同的第一淺溝道與第二淺溝道非正交相交；第一淺溝道將第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線分隔開，形成多根半導(dǎo)體線；第二淺溝道則在同一重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線上方隔離形成多個(gè)二極管；二極管對(duì)應(yīng)所需選通的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于 所述重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線的上方還包含導(dǎo)電通孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于所述第一淺溝道與第二淺溝道非正交相交，兩淺溝道中心線之間的夾角在45度到89 度之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于所述雙淺溝道采用絕緣材料形成電學(xué)隔離結(jié)構(gòu)；絕緣材料為多晶硅，或?yàn)檠趸锖偷?化物中的一種或多種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于 所述第一淺溝道的深度要深于第二淺溝道的深度；較深的第一淺溝道將第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線分隔開，形成多根半導(dǎo)體線；較淺的第二淺溝道則在同一重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線上方隔離形成多個(gè)二極管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于 第一淺溝道的深度在700nm到5000nm之間，深度足夠以形成分立的重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線，使重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線之間具有較差的導(dǎo)電性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于 第二淺溝道的深度在350nm到3000nm之間，深度要至少達(dá)到重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線的頂部，在重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線上方形成分立的二極管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于由第一淺溝道和第二淺溝道隔離得到的二極管的俯視圖形狀為非矩形的平行四邊形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于多個(gè)二極管共享一根重 摻雜導(dǎo)電半導(dǎo)體線。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器為相變存儲(chǔ)器或電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置，其特征在于 在第一淺溝道的底部有第二導(dǎo)電類型的摻雜，增強(qiáng)第一淺溝道的電學(xué)隔離效果。
12. —種制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于，所述工藝包括如下步驟A、 在第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基底表面上形成的第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s；B、 在基底上方形成半導(dǎo)體單晶外延層；C、 制造出第一淺溝道，第一淺溝道的深度要大于重?fù)诫s半導(dǎo)體層加上外延單晶層的總 厚度；D、 通過調(diào)節(jié)和實(shí)現(xiàn)第一導(dǎo)電類型重?fù)诫s層上方半導(dǎo)體單晶的摻雜種類和劑量，在第一淺溝道隔離后形成的線條上形成PN結(jié)；E、 制造第一淺溝道非正交相交的第二淺溝道，第二淺溝道的深度小于第一淺溝道的深度，其深度又要大于或者等于上述單晶層的厚度，第一淺溝道和第二淺溝道隔離后形成的區(qū)域即為分立的二極管，二極管的俯視圖形狀為非矩形的平行四邊形；F、 制造導(dǎo)電通孔，填充絕緣材料，實(shí)現(xiàn)電學(xué)隔離，化學(xué)機(jī)械拋光平坦化；G、 制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元，并制造位線。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 步驟A中，重?fù)诫s層的厚度在700hm到5000nm之間，重?fù)诫s的方案為擴(kuò)散法，或?yàn)殡x子注入法；步驟B中，通過外延法或金屬誘導(dǎo)法或激光退火法在基底上方形成半導(dǎo)體單晶外延 層，外延層為第二導(dǎo)電類型；步驟C中，第一淺溝道的深度在710nm到6000hm之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 第二淺溝道的深度在350hm到3000nm之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 步驟F所述絕緣材料的填充材料為多晶硅，填充方法為氣相沉積法。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 第一淺溝道與第二淺溝道非正交相交，兩者中心線之間的夾角在45度到89度之間。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 由第一淺溝道和第二淺溝道隔離得到的二極管的俯視圖形狀為非矩形的平行四邊形。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器為相變存儲(chǔ)器或電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器。
19. 一種制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于，所述工藝包括如下步驟 A'、在第一導(dǎo)電類型的基底上制造出第一淺溝道，形成多條半導(dǎo)體線；B'、采用化學(xué)氣相沉積法沉積保護(hù)層，通過回刻工藝，去除多余部分的保護(hù)層，僅保留 第一淺溝道底部的保護(hù)層；C'、通過化學(xué)氣相沉積法沉積含有第二導(dǎo)電類型摻雜物的材料，通過回刻工藝，去除 第一淺溝道開口處的含有第二導(dǎo)電類型摻雜物的材料；D'、通過退火進(jìn)行熱擴(kuò)散，對(duì)在通過第一淺溝道隔離分隔形成的半導(dǎo)體線進(jìn)行第二導(dǎo) 電類型重?fù)诫s，摻雜完成后形成了第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s的半導(dǎo)體字線，去除殘留的含有摻 雜物的材料；E'、通過離子注入法在第一淺溝道隔離后形成的線條上實(shí)現(xiàn)摻雜，形成PN結(jié)；F'、采用刻蝕法，制造與第一淺溝道非正交相交的第二淺溝道，刻蝕深度要到達(dá)重?fù)诫s層的頂部，但是小于第一淺溝道的深度，在第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s的半導(dǎo)體字線上方形成多個(gè)二極管；G'、填充絕緣材料，實(shí)現(xiàn)電學(xué)隔離，化學(xué)機(jī)械拋光平坦化，制造通孔，引出第二導(dǎo)電類 型重?fù)诫s的半導(dǎo)體字線；H'、制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元和位線。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于所述步驟A'中，第一淺溝道深度在700nm到6000nm之間。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 所述步驟A'中，第一淺溝道的深度在710nm到6000nm之間。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 第二淺溝道的深度在350nm到3000nm之間。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 步驟G'中所述絕緣材料的填充的材料為多晶硅，填充方法為氣相沉積法。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 由第一淺溝道和第二淺溝道隔離得到的二極管的俯視圖形狀為非矩形的平行四邊形。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器為相變存儲(chǔ)器或電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 所述第二導(dǎo)電類型的原子在高溫退火的下可擴(kuò)散到第一導(dǎo)電類型的材料中。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 所述退火處理?xiàng)l件為溫度在30(TC到150(TC之間，退火時(shí)間在1分鐘到48小時(shí)之間。
28. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置的工藝方法，其特征在于 所述第二導(dǎo)電類型的摻雜原子為砷、磷、銻、鉍、硫、硒、碲、碘、硼、鋁、鎵、鉀、銦、鋰、鉀、鈹中的一種或者多種。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置及其制造工藝，所述電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器裝置通過雙淺溝道隔離形成二極管陣列，深度不同的第一淺溝道與第二淺溝道非正交相交；第一淺溝道將第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線分隔開，形成多根半導(dǎo)體線；第二淺溝道則在同一重?fù)诫s導(dǎo)電半導(dǎo)體線上方隔離形成多個(gè)二極管；二極管對(duì)應(yīng)所需選通的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器單元。
文檔編號(hào)H01L27/24GK101794808SQ20101012729
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者劉波, 宋志棠, 封松林, 張挺, 陳邦明 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所