專利名稱：三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器，尤其涉及一種三維立體堆疊的 電阻轉(zhuǎn)換存儲器；此外，本發(fā)明還涉及上述三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法。
背景技術(shù)：
數(shù)十年以來，存儲器的密度隨著摩爾定律的發(fā)展不斷提升，海量信息的需求繼續(xù)驅(qū)動著 高密度存儲器的發(fā)展，除了對半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行提升，制造立體多層的存儲器結(jié)構(gòu)也成為 提升存儲器密度的重要發(fā)展方向。
相變隨機(jī)存儲器的原理是基于器件中相變材料的可逆相變造成的電阻的可逆轉(zhuǎn)變，利用 相變材料在高、低電阻之間的轉(zhuǎn)變實現(xiàn)數(shù)據(jù)"O"、 "1"的存儲，它被認(rèn)為是下一代半導(dǎo)體存儲器 最有希望的候選，有望在32nmCMOS技術(shù)節(jié)點(diǎn)以后全面地替代FLASH (閃存)，成為一種通 用的存儲器，從而在日常生活中得到廣泛的應(yīng)用。相變存儲器集高密度、高速、低成本等優(yōu) 勢于一體，其在多級存儲方面的潛在優(yōu)勢更是使其受到了各方的青睞，全球各大半導(dǎo)體公司 都進(jìn)行了深入的開發(fā)和研究，相變存儲器產(chǎn)品將在未來的一兩年內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。除了相變存 儲器，另外一種基于存儲材料電阻轉(zhuǎn)變的存儲器件——電阻隨機(jī)存儲器也受到了很多的關(guān)注。 此外，在諸如此類的存儲器中，選通單元器件是重要的組成部分，二極管(包括PN二極管和 肖特基二極管)因為較小的面積，相比于場效應(yīng)晶體管在高密度存儲芯片的競爭中更具優(yōu)勢， 因為在同一技術(shù)節(jié)點(diǎn)下，場效應(yīng)晶體管單元面積是二極管的兩到三倍，大大限制了存儲芯片 的密度。因此，在高密度電阻轉(zhuǎn)換存儲器的應(yīng)用中，二極管選通將成為主要的選擇。
對于相變存儲器，三維立體堆疊也將是未來提升密度的重要選擇手段，在中國專利《相 變存儲裝置》(申請日2003年4月3日，申請人株式會社東芝，發(fā)明人戶田春希)和中 國專利《相變存儲器裝置》(申請日2003年3月18日，申請人株式會社東芝，發(fā)明人戶 田春希)中就采用了PN二極管以及肖特基二極管來選通硫系化合物相變存儲器。此外，三維 二極管結(jié)構(gòu)也在其它應(yīng)用領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如三維堆疊的反熔絲結(jié)構(gòu)的多晶硅肖特基二極管 在美國專禾!j《Method for programming a three-dimensional memory array incorporating serial chain diode stack》(申請日2002年9月24日，申請人Bendik Kleveland等人)中得到闡述，其應(yīng) 用領(lǐng)域為一次性編程存儲器。
上述的前兩項技術(shù)方案，肖特基二極管都是基于單晶硅與金屬之間的金屬一半導(dǎo)體接觸，因此限制了肖特基二極管在三維立體電路中的應(yīng)用，因為要得到高質(zhì)量的單晶硅，只能采用 高溫的外延法或者圓晶鍵合法，兩種方法的成本都相當(dāng)昂貴，此外，高溫外延對基底上的現(xiàn) 有電路具有很大的破壞性，極大限制了其應(yīng)用，而圓晶鍵合的成品率低，且鍵合也需要高溫
的處理過程。
本發(fā)明與上述最后一項專利的技術(shù)方案的不同之處還在于應(yīng)用領(lǐng)域的完全不同，本發(fā)明 的應(yīng)用領(lǐng)域為高密度隨機(jī)存儲器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，在較低的沉 積溫度下形成高質(zhì)量的金屬一半導(dǎo)體接觸，從而采用簡單的工藝制造立體堆疊的存儲陣列， 制造成本較低，有望在獲得三維高密度、低成本的固態(tài)存儲器的競爭中獲得較大優(yōu)勢。
此外，本發(fā)明還提供上述三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法。
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)明提出一種基于多晶半導(dǎo)體肖特基二極管的立體堆疊電阻轉(zhuǎn)換存儲器，本發(fā)明采用 多晶半導(dǎo)體作為肖特基二極管，而不是傳統(tǒng)的單晶PN二極管或者肖特基二極管，提出了較低 溫度的多晶硅二極管的制造工藝，并提出新的器件結(jié)構(gòu)以及該種結(jié)構(gòu)的電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制 造方法，并且不局限于硫系化合物相變存儲器。
一種三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其包括基底、若干第一布線、若干第二布線、若 干存儲單元陣列。多個平行設(shè)置的第一布線設(shè)置于所述基底上，所述各個第一布線至少形成 一層第一布線層；多個相互平行的第二布線設(shè)置于所述基底上、與所述第一布線絕緣分離、 并與所述第一布線交叉配置；所述各個第二布線至少形成一層第二布線層；呈矩陣排列的存 儲單元陣列層疊設(shè)置于所述基底上，上下相鄰的兩個存儲單元陣列之間、存儲單元陣列與所
述基底之間至少設(shè)置第一布線、第二布線中的一個；所述存儲單元陣列包括電阻轉(zhuǎn)換存儲單 元、多晶半導(dǎo)體肖特基二極管。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述肖特基二極管的半導(dǎo)體材料為多晶硅、或為多晶鍺、
或為多晶ni-v族半導(dǎo)體。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述多晶半導(dǎo)體肖特基二極管中的多晶半導(dǎo)體的制備方法 為金屬誘導(dǎo)法，或為氣相沉積法，或為準(zhǔn)分子激光脈沖法。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述多晶半導(dǎo)體肖特基二極管中，采用的金屬與輕摻雜多 晶半導(dǎo)體層之間形成穩(wěn)定的肖特基接觸，采用的金屬為金屬單質(zhì)、或為合金。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述多晶半導(dǎo)體肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層至少為一層。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述存儲單元陣列位于第一布線及第二布線的交叉處；所 述第一布線為字/位線，所述第二布線為位/字線。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述多晶半導(dǎo)體肖特基二極管的半導(dǎo)體層的摻雜濃度呈現(xiàn)
連續(xù)的梯度變化，或呈現(xiàn)不連續(xù)變化。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述存儲單元陣列形成的各層中，層與層之間的肖特基二 極管方向相同、或者不同。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述存儲器包括高低阻轉(zhuǎn)換單元，高低阻轉(zhuǎn)換單元通過電 信號的編程，使存儲器實現(xiàn)器件在高電阻、低電阻之間的可逆轉(zhuǎn)變。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電阻轉(zhuǎn)換存儲器為相變存儲器，或為電阻隨機(jī)存儲器； 所述存儲器的數(shù)據(jù)存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述基底包括外圍電路；所述電阻轉(zhuǎn)換存儲單元的周圍設(shè) 置側(cè)墻，以減少其與金屬層的接觸面積。
一種制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，該方法包括如下步驟 (Al)在基底上制造外圍電路；
(A2)在制造有電路的基底上沉積第一類型導(dǎo)電材料，通過光刻工藝制造出導(dǎo)電第一布
線；
(A3)沉積重?fù)诫s多晶半導(dǎo)體以及輕摻雜多晶半導(dǎo)體、或沉積具有梯度變化摻雜濃度的 多晶半導(dǎo)體，隨后沉積第二類型金屬材料； (A4)退火處理；
(A5)通過光刻制造出肖特基二極管陣列；
(A6)填充介質(zhì)材料，在肖特基二極管上方刻蝕出窗口；
(A7)在窗口中制造側(cè)墻，減小隨后沉積的電阻轉(zhuǎn)換材料與第二類型金屬的接觸面積； (A8)通過電阻轉(zhuǎn)換材料薄膜的沉積和化學(xué)機(jī)械拋光工藝自對準(zhǔn)地在肖特基二極管單元 的上方制造出與其相互對應(yīng)的電阻轉(zhuǎn)換存儲單元；
(A9)沉積第三類型的導(dǎo)電材料，制造出導(dǎo)電第二布線；
(A10)沉積重?fù)诫s多晶半導(dǎo)體以及輕摻雜多晶半導(dǎo)體、或沉積具有梯度變化摻雜濃度的 多晶半導(dǎo)體，隨后沉積第二類型金屬材料； (All)退火處理；
(A12)通過光刻制造出肖特基二極管陣列；(A13)填充介質(zhì)材料，在肖特基二極管上方刻蝕出窗口；
(A14)在窗口中制造側(cè)墻，減小隨后沉積的電阻轉(zhuǎn)換材料與第二類型金屬的接觸面積； (A15)沉積第三類型的導(dǎo)電材料，制造出另一條導(dǎo)電第一布線； (A16)重復(fù)步驟(A3)到步驟(A15)，直到得到足夠多的層數(shù)為止。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，采用的金屬與輕摻雜多晶半導(dǎo)體之間形成可靠的金屬一半 導(dǎo)體接觸，所述金屬為金屬單質(zhì)、或為合金。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述肖特基二極管的半導(dǎo)體層材料為多晶硅、或為多晶鍺、
或為多晶m-v族半導(dǎo)體。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層的制備方法為金屬誘導(dǎo)
法，或為氣相沉積法，或為準(zhǔn)分子激光脈沖法。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層至少為一層。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電阻轉(zhuǎn)換單元和肖特基二極管位于第一布線與第二布
線的交叉處；所述第一布線為字/位線，所述第二布線為位/字線。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述肖特基二極管的半導(dǎo)體層的摻雜濃度呈現(xiàn)連續(xù)的梯度
變化、或呈現(xiàn)不連續(xù)變化。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在電信號的編程下，所述存儲器的器件單元能夠?qū)崿F(xiàn)在高 電阻、低電阻之間的可逆變化。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述存儲器的數(shù)據(jù)存儲為雙級存儲，或為多級存儲。 另一種制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，該方法包括如下步驟 (Bl)在基底上制造外圍電路； (B2)在基底上沉積第一類型導(dǎo)電材料；
(B3)沉積重?fù)诫s多晶半導(dǎo)體以及輕摻雜多晶半導(dǎo)體、或沉積摻雜濃度連續(xù)變化的梯度 多晶半導(dǎo)體，隨后沉積第二類型金屬材料； (B4)沉積電阻轉(zhuǎn)換薄膜；
(B5)通過光刻工藝，通過兩相互垂直的淺溝道，形成第一字/位線，并在第一字/位線的 上方制造出多個肖特基二極管單元以及二極管上方的阻轉(zhuǎn)換存儲單元； (B6)沉積介質(zhì)材料，隨后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光平坦化；
(B7)沉積第三類型的導(dǎo)電材料，作為隨后制造出的導(dǎo)電第一位/字線的材料；
(B8)重復(fù)步驟(B3)到步驟(B7)，直到得到足夠多的層數(shù)為止。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，采用的金屬與輕摻雜多晶半導(dǎo)體之間形成可靠的金屬一半導(dǎo)體接觸，所述金屬為金屬單質(zhì)、或為合金。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述肖特基二極管的半導(dǎo)體層材料為多晶硅、或為多晶鍺、
或為多品m-v族半導(dǎo)體。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層的制備方法為金屬誘導(dǎo) 法，或為氣相沉積法，或為準(zhǔn)分子激光脈沖法。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層至少為一層。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電阻轉(zhuǎn)換單元和肖特基二極管位于位線與字線的交叉處。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述肖特基二極管的半導(dǎo)體層的摻雜濃度呈現(xiàn)連續(xù)的梯度 變化、或呈現(xiàn)不連續(xù)變化。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在電信號的編程下，所述存儲器的器件單元能夠?qū)崿F(xiàn)在高 電阻、低電阻之間的可逆變化。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述存儲器的數(shù)據(jù)存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出一種基于多晶硅的肖特基二極管，通過多晶硅材料 和金屬材料在較低溫度條件下的沉積，輔助以低溫的退火，形成高質(zhì)量的金屬—半導(dǎo)體接觸， 制造出實用的肖特基二極管，并應(yīng)用到制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器中。該方法有望 在獲得三維高密度、低成本的固態(tài)存儲器的競爭中獲得較大優(yōu)勢。


圖1A-圖1B為三維四層堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為三維四層堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器電路示意圖。
圖3A-圖3P為四層三維立體堆疊的相變存儲器制造流程示意圖。
圖4A-圖4N為另一種三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器制造流程示意圖。
圖5A-圖5J為肖特基二極管背靠背三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器制造流程示意圖。
圖6為肖特基二極管背靠背兩層堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器電路示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
12實施例一
本發(fā)明揭示了一種三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，請參閱圖lA-圖1B。 圖1A為本發(fā)明揭示的一種三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器的截面示意圖。圖中所示的基 底上可包含外圍電路(圖未示)，在制造有外圍電路的基底上方分布有第一金屬字線，字線 WL1的上方是重?fù)诫s與輕摻雜的兩層多晶半導(dǎo)體材料(圖中所示為n型的半導(dǎo)體)，多晶半導(dǎo) 體重?fù)诫s的目的是避免在金屬字線與半導(dǎo)體之間形成肖特基接觸，輕摻雜的目的則是形成肖
特基二極管。多晶半導(dǎo)體材料的首選為多晶硅，其他的多晶半導(dǎo)體如多晶鍺以及多晶m-v族
半導(dǎo)體也可以作為多晶半導(dǎo)體應(yīng)用到該發(fā)明中。
在輕摻雜的多晶半導(dǎo)體的上方分布有金屬層，該金屬層目的有二其一，與輕摻雜的多 晶半導(dǎo)體之間形成肖特基接觸，作為肖特基二極管；其二，作為其上方電阻轉(zhuǎn)換材料的電極。 在金屬層的上方分布的是電阻轉(zhuǎn)換材料，在實施例中，電阻轉(zhuǎn)換材料可以通過側(cè)墻的制造來 縮小其與金屬層的接觸面積，降低存儲器的功耗并提升變成可靠性。在電阻轉(zhuǎn)換單元的上方 分布有第一金屬位線，因此電阻轉(zhuǎn)換單元以及肖特基二極管單元就位于位線與字線的交叉處， 通過特定字線與位線的選擇就可以選擇特定的存儲單元。在金屬位線BU的上方，與其接觸 的是重?fù)诫s的多晶半導(dǎo)體，目的同上，還是為了消除肖特基接觸。在位線BL1的上方，依次 形成肖特基二極管和電阻轉(zhuǎn)換存儲單元以及字線，各二極管和存儲單元之間通過絕緣介質(zhì)分 隔開。通過多層的肖特基二極管層和電阻轉(zhuǎn)換存儲層的堆積，形成了多層的存儲器結(jié)構(gòu)，圖 1A中所示為四層，當(dāng)然并不局限于四層，層數(shù)可以根據(jù)需求而定。在此結(jié)構(gòu)中，采用的多層 的不同摻雜濃度的多晶半導(dǎo)體層可以用摻雜濃度連續(xù)變化的梯度多晶半導(dǎo)體層來代替，例如， 在圖1A中，將N-7N+的半導(dǎo)體替換為下方濃度較高上方濃度較低的摻雜濃度呈現(xiàn)梯度變化的 多晶半導(dǎo)體，在此半導(dǎo)體中摻雜濃度連續(xù)變化，下方較高的摻雜濃度是為了避免與金屬接觸 形成的肖特基接觸，而上方的較低的摻雜濃度則就是為了形成肖特基接觸，進(jìn)而形成肖特基 二極管。
圖1A中沿A-A方向的投影如圖1B所示。本發(fā)明提供的電阻轉(zhuǎn)換存儲器可以為相變存儲 器，也可以為電阻隨機(jī)存儲器。在圖所示的結(jié)構(gòu)中，肖特基二極管的排列方向相同，這種二 極管排列結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于工藝相對簡單(因為只需要制造一種類型的二極管)，在讀取或者編 程的時候，對上下各層的數(shù)據(jù)狀態(tài)影響較小。當(dāng)然，本發(fā)明并不排除二極管方向不同的情況。
圖2所示為圖1所示四層堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器結(jié)構(gòu)的電路示意圖，上述的結(jié)構(gòu)具有3 層字線，2層位線，字線與位線之間的交點(diǎn)處分別擁有一個電阻存儲單元和一個肖特基二極管， 兩者一起共同形成了 lD+lR結(jié)構(gòu)(一個肖特基二極管+—個電阻存儲單元)。由圖可顯而易見
13同一位/字線上下方對應(yīng)的肖特基二極管方向相反。 實施例二
本實施例揭示一種三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，請參閱圖3A-圖3P。該 方法包括如下步驟-
Al、在制造有外圍電路的基底l上沉積第一類型金屬材料，采用光刻法制造金屬字線2， 得到的結(jié)構(gòu)的截面圖如圖3A所示，圖中沿B-B方向的投影如圖3B所示。
A2、在字線2上通過薄膜的沉積和光刻工藝，制造出重?fù)诫s多晶半導(dǎo)體3、輕摻雜多晶 半導(dǎo)體4單元和第二類型金屬5，本實施例中沉積多晶半導(dǎo)體的方法為氣相沉積法，并在沉積 過程中引入摻雜源，光刻后在同一字線的上方形成了數(shù)個肖特基二極管單元，如圖3C所示。
A3、沉積介質(zhì)材料6通過化學(xué)機(jī)械拋光平坦化后得到如圖3D所示的結(jié)構(gòu)，隨后在肖特 基二極管的上方將介質(zhì)材料刻蝕后形成窗口 7,如圖3E所示。
A4、繼續(xù)在上述結(jié)構(gòu)上沉積犧牲層，通過回刻工藝，在窗口7內(nèi)制造出側(cè)墻8，如圖3F 所示。
A5、沉積電阻轉(zhuǎn)換材料，釆用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化，去除多余的電阻轉(zhuǎn)換材料，自對準(zhǔn) 地在肖特基二極管上方形成了電阻轉(zhuǎn)換單元，得到如圖3G所示的結(jié)構(gòu)，電阻存儲單元9被側(cè) 墻包圍，其底部與第二金屬接觸的區(qū)域由于被側(cè)墻所限制面積大幅縮小，有利于降低功耗， 提升穩(wěn)定性；另外，側(cè)墻形成的上方具有較大開口的結(jié)構(gòu)有利于薄膜的沉積，因此，沉積電 阻轉(zhuǎn)換材料時可以采用成本較低的濺射法。
A6、通過第三類型金屬的沉積和光刻工藝制造第一位線10，如圖3H所示，圖中沿C-C 方向的投影如圖3I所示。由此可見，電阻轉(zhuǎn)換存儲單元與肖特基二極管位于各根位線與字線 的交叉點(diǎn)。
A7、采用同上類似的工藝制造出第二層肖特基二極管，如圖3J所示，圖中11， 12， 13 分別為重?fù)诫s多晶半導(dǎo)體，輕摻雜多晶半導(dǎo)體和第二類型金屬。
A8、通過介質(zhì)材料的沉積、平坦化以及窗口的刻蝕，形成了如圖3K所示的結(jié)構(gòu)，隨后， 在窗口 15中形成側(cè)墻16，如圖3L所示。
A9、圖3M所示為制造了第二層電阻轉(zhuǎn)換存儲單元17后的結(jié)構(gòu)示意圖，而圖3N所示為 制造了第二字線后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
AIO、通過重復(fù)上述的工藝，再制造出兩層的電阻轉(zhuǎn)換存儲層和肖特基二極管層，如圖 30所示。圖中重慘雜多晶半導(dǎo)體3、 19和輕摻雜多晶半導(dǎo)體4、 20分別與金屬5和金屬21
14之間形成了肖特基二極管28，用于對存儲單元進(jìn)行選通。最后得到的結(jié)構(gòu)中，擁有三層字線， 分別為2， 18和27;還有兩層位線10和23。圖30中沿D-D方向的投影如圖3P所示。
本實施例中，多晶半導(dǎo)體可以為多晶硅，也可以為多晶鍺，或為多晶ni-v族半導(dǎo)體。在
沉積多晶硅的過程中，采用的方法也可為金屬誘導(dǎo)法，或為準(zhǔn)分子激光脈沖法，這幾種方法 的特點(diǎn)在于所需的基底溫度較低(低于50(TC)，不會對已制造的外圍電路和器件結(jié)構(gòu)造成嚴(yán) 重的損害。在上述的多晶半導(dǎo)體的制造中，通過同步的摻雜形成輕摻雜或者重?fù)诫s的半導(dǎo)體， 或者形成摻雜濃度呈現(xiàn)梯度變化的多晶半導(dǎo)體層，當(dāng)然，多晶半導(dǎo)體的摻雜也可以采用本征 多晶半導(dǎo)體薄膜沉積之后的離子注入來實現(xiàn)。
實施例三
請參閱圖4A-圖4N，本實施例介紹三維結(jié)構(gòu)的電阻轉(zhuǎn)換存儲器的另一種制造方法，該方 法工藝更加簡單，具體包括如下步驟
Bl、在半導(dǎo)體基底31上，通過離子注入形成如圖4A所示的結(jié)構(gòu)，重?fù)诫s的半導(dǎo)體層32 將作為導(dǎo)電字線，在薄膜沉積的過程中形成摻雜濃度為梯度變化的摻雜層33，摻雜層33靠近 半導(dǎo)體層32的摻雜濃度遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離基底一端的濃度，遠(yuǎn)離基底端的摻雜濃度為輕摻雜。
B2、在上述的基底上，依次沉積金屬層34和電阻轉(zhuǎn)換材料35，如圖4B所示。
B3、采用光刻工藝，在基底上通過深度較深的淺溝道36，制造出字線，淺溝道還將各層 薄膜也分隔成獨(dú)立的線條，在圖4B中沿E-E方向的投影如圖4C所示。
B4、制造垂直于深度較深淺溝道36的淺溝道37，其深度淺于36的深度，制造時刻蝕深 度直到重?fù)诫s半導(dǎo)體字線32的上方，目的是將半導(dǎo)體字線上的肖特基二極管和存儲單元分隔 開，制造出的結(jié)構(gòu)在圖4C中沿F-F方向的投影如圖4D所示，可見， 一根字線的上方具有多 個肖特基二極管和存儲單元。
B5、沉積介質(zhì)材料38，并進(jìn)行平坦化，結(jié)構(gòu)如圖4E所示，顯然，此時沿G-G方向的投 影如圖4F所示。
B6、制造第一位線39，如圖4G所示，沿H-H方向的投影如圖4H所示，電阻轉(zhuǎn)換存儲 單元和肖特基二極管單元位于位線與字線的各個交叉處。通過類似的工藝，制造出肖特基二 極管，其中，多晶半導(dǎo)體層在制造過程中形成了摻雜濃度的梯度變化，即在靠近金屬第一位 線段，多晶半導(dǎo)體為重?fù)诫s，其摻雜濃度隨著厚度變化而變化，摻雜濃度隨著遠(yuǎn)離基底慢慢 地降低，在半導(dǎo)體層40與金屬層41的交界處為輕摻雜。
B7、半導(dǎo)體層40與第一位線交界處的重?fù)诫s目的是消除與其的肖特基接觸，而與金屬
1541的交界處的輕摻雜目的是形成肖特基二極管。肖特基二極管與存儲單元42同樣被較深的淺 溝道43和較淺的淺溝道分隔成獨(dú)立的單元，如圖4I所示；隨著介質(zhì)材料的沉積和平坦化，結(jié) 構(gòu)如圖4J所示；而制造第二字線45之后的截面圖如圖4K所示，圖中，沿I-I方向的投影如 圖4L所示。
B8、重復(fù)上述的工藝制造出四層存儲結(jié)構(gòu)，如圖4M所示。
該結(jié)構(gòu)與圖3的不同之處在于肖特基二極管55由一層金屬層47和一層摻雜濃度梯度變 化的多晶半導(dǎo)體46組成，且不具備側(cè)墻結(jié)構(gòu)，制造方法更為簡單。在多晶半導(dǎo)體的制備中， 可釆用氣相沉積法，或采用金屬原子誘導(dǎo)法，這些方法具有較低的襯底溫度，不僅不會破壞 原有的外圍電路也不會破壞多層結(jié)構(gòu)的制造，因此適合多層堆疊結(jié)構(gòu)的制造。圖4M中沿J-J 方向的投影如圖4N所示。
實施例四
請參閱圖5A-圖5J，本實施例揭示另一種制造多層電阻轉(zhuǎn)換存儲器的方法，具體包括如 下步驟
Cl、在基底61上沉積第一類型金屬62，如圖5A所示，應(yīng)該理解基底61可能具有外圍 電路。
C2、依次沉積電阻轉(zhuǎn)換材料薄膜63，第二類型金屬64，輕摻雜多晶半導(dǎo)體65和重?fù)诫s 多晶半導(dǎo)體66，如5B所示。
C3、采用雙淺溝道隔離技術(shù)，采用較深的淺溝道制造出位線，圖5B中沿K-K方向的投 影如圖5C所示。
C4、隨即采用較淺的淺溝道68在同一位線上方制造出分立的相變材料單元和肖特基單 元，圖5C中沿L-L方向的投影如圖5D所示。
C5、通過介質(zhì)材料69的填充和平坦化得到如圖5E和5F的結(jié)構(gòu),5F為圖5E沿M-M方向 的投影，采用介質(zhì)材料分隔各根字線以及肖特基二極管和存儲單元。
C6、制造第一位線70后的結(jié)構(gòu)如圖5G所示，圖中N-N方向的投影如圖5H所示。
C7、通過兩層多晶半導(dǎo)體、金屬和電阻轉(zhuǎn)換材料的沉積，通過光刻制造出方向相反的肖 特基二極管71與存儲單元72，肖特基二極管71與下方共享同一位線的肖特基二極管的方向 相反，如圖5I所示。
C8、通過介質(zhì)材料的填充和平坦化，再制造出第二字線74，形成如圖5J的結(jié)構(gòu)。 上述工藝步驟僅僅演示具有兩層堆疊結(jié)構(gòu)的存儲器，根據(jù)所需的要求，經(jīng)過重復(fù)以上的工藝步驟可以得到所需的層數(shù)。
圖6所示為圖5中闡述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器結(jié)構(gòu)的電路示意圖。從圖中看到，字線WL2與 位線BL1以及位線BL1與字線WL1之間的肖特基二極管背靠背，方向相反，這種二極管背 靠背的結(jié)構(gòu)不同于圖2的電路結(jié)構(gòu)。
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施例中。這 里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替 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)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部 件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進(jìn)行其他變形 和改變。
如，所述存儲單元陣列形成的各層中，層與層之間的肖特基二極管方向相同、或者不同； 同時，所述存儲器包括高低阻轉(zhuǎn)換單元，高低阻轉(zhuǎn)換單元通過電信號的編程，使存儲器實現(xiàn) 器件在高電阻、低電阻之間的可逆轉(zhuǎn)變；所述電阻轉(zhuǎn)換存儲器為相變存儲器、或為電阻隨機(jī) 存儲器，所述存儲器的數(shù)據(jù)存儲為雙級存儲、或為多級存儲；另外，發(fā)明中所述的字線和位 線也可以作為多晶半導(dǎo)體肖特基二極管的金屬層使用，即字線或位線與輕摻雜多晶半導(dǎo)體形 成肖特基接觸。
權(quán)利要求
1、一種三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于，其包括基底；設(shè)置于所述基底上的多個平行設(shè)置的第一布線；所述各個第一布線至少形成一層第一布線層；設(shè)置于所述基底上、與所述第一布線絕緣分離、并與所述第一布線交叉配置的多個相互平行的第二布線；所述各個第二布線至少形成一層第二布線層；層疊設(shè)置于所述基底上呈矩陣排列的存儲單元陣列，上下相鄰的兩個存儲單元陣列之間、存儲單元陣列與所述基底之間至少設(shè)置第一布線、第二布線中的一個；所述存儲單元陣列包括電阻轉(zhuǎn)換存儲單元、多晶半導(dǎo)體肖特基二極管。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述肖特基二極管的半導(dǎo)體材料為多晶硅、或為多晶鍺、或為多晶III-V族半導(dǎo)體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述多晶半導(dǎo)體肖特基二極管中的多晶半導(dǎo)體的制備方法為金屬誘導(dǎo)法，或為氣相沉積法，或為準(zhǔn)分子激光脈沖法。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述多晶半導(dǎo)體肖特基二極管中，采用的金屬與輕摻雜多晶半導(dǎo)體層之間形成穩(wěn)定的肖特基接觸，采用的金屬為金屬單質(zhì)、或為合金。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述多晶半導(dǎo)體肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層至少為一層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述存儲單元陣列位于第一布線及第二布線的交叉處；所述第一布線為字/位線，所述第二布線為位/字線。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述多晶半導(dǎo)體肖特基二極管的半導(dǎo)體層的摻雜濃度呈現(xiàn)連續(xù)的梯度變化，或呈現(xiàn)不連續(xù)變化。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于-所述存儲單元陣列形成的各層中，層與層之間的肖特基二極管方向相同、或者不同。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述存儲器包括高低阻轉(zhuǎn)換單元，高低阻轉(zhuǎn)換單元通過電信號的編程，使存儲器實現(xiàn)器件在高電阻、低電阻之間的可逆轉(zhuǎn)變。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述電阻轉(zhuǎn)換存儲器為相變存儲器，或為電阻隨機(jī)存儲器；所述存儲器的數(shù)據(jù)存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述基底包括外圍電路；所述電阻轉(zhuǎn)換存儲單元的周圍設(shè)置側(cè)墻，以減少其與金屬層的接觸面積。
12、 一種制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(Al)在基底上制造外圍電路；(A2)在制造有電路的基底上沉積第一類型導(dǎo)電材料，通過光刻工藝制造出導(dǎo)電第一布線；(A3)沉積重?fù)诫s多晶半導(dǎo)體以及輕摻雜多晶半導(dǎo)體、或沉積具有梯度變化摻雜濃度的多晶半導(dǎo)體，隨后沉積第二類型金屬材料；(A4)退火處理；(A5)通過光刻制造出肖特基二極管陣列；(A6)填充介質(zhì)材料，在肖特基二極管上方刻蝕出窗口；(A7)在窗口中制造側(cè)墻，減小隨后沉積的電阻轉(zhuǎn)換材料與第二類型金屬的接觸面積；(A8)通過電阻轉(zhuǎn)換材料薄膜的沉積和化學(xué)機(jī)械拋光工藝自對準(zhǔn)地在肖特基二極管單元的上方制造出與其相互對應(yīng)的電阻轉(zhuǎn)換存儲單元；(A9)沉積第三類型的導(dǎo)電材料，制造出導(dǎo)電第二布線；(A10)沉積重?fù)诫s多晶半導(dǎo)體以及輕摻雜多晶半導(dǎo)體、或沉積具有梯度變化摻雜濃度的多晶半導(dǎo)體，隨后沉積第二類型金屬材料；(All)退火處理；(A12)通過光刻制造出肖特基二極管陣列；(A13)填充介質(zhì)材料，在肖特基二極管上方刻蝕出窗口；(A14)在窗口中制造側(cè)墻，減小隨后沉積的電阻轉(zhuǎn)換材料與第二類型金屬的接觸面積；(A15)沉積第三類型的導(dǎo)電材料，制造出另一條導(dǎo)電第一布線；(A16)重復(fù)步驟(A3)到步驟(A15)，直到得到足夠多的層數(shù)為止。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于采用的金屬與輕摻雜多晶半導(dǎo)體之間形成可靠的金屬一半導(dǎo)體接觸，所述金屬為金屬單質(zhì)、或為合金。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述肖特基二極管的半導(dǎo)體層材料為多晶硅、或為多晶鍺、或為多晶ni-v族半導(dǎo)體。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層的制備方法為金屬誘導(dǎo)法，或為氣相沉積法，或為準(zhǔn)分子激光脈沖法。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層至少為 一層。
17、 根據(jù)權(quán)利要求12至16任意一項所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述電阻轉(zhuǎn)換單元和肖特基二極管位于第一布線與第二布線的交叉處；所述第一布線為字/位線，所述第二布線為位/字線。
18、 根據(jù)權(quán)利要求12至16任意一項所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于 '所述肖特基二極管的半導(dǎo)體層的摻雜濃度呈現(xiàn)連續(xù)的梯度變化、或呈現(xiàn)不連續(xù)變化。
19、 根據(jù)權(quán)利要求12至16任意一項所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于在電信號的編程下，所述存儲器的器件單元能夠?qū)崿F(xiàn)在高電阻、低電阻之間的可逆變化。
20、 根據(jù)權(quán)利要求12至16任意一項所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述存儲器的數(shù)據(jù)存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
21、 一種制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(Bl)在基底上制造外圍電路；(B2)在基底上沉積第一類型導(dǎo)電材料；(B3)沉積重?fù)诫s多晶半導(dǎo)體以及輕摻雜多晶半導(dǎo)體、或沉積摻雜濃度連續(xù)變化的梯度多晶半導(dǎo)體，隨后沉積第二類型金屬材料；(B4)沉積電阻轉(zhuǎn)換薄膜；(B5)通過光刻工藝，通過兩相互垂直的淺溝道，形成第一字/位線，并在第一字/位線的上方制造出多個肖特基二極管單元以及二極管上方的阻轉(zhuǎn)換存儲單元；(B6)沉積介質(zhì)材料，隨后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光平坦化；(B7)沉積第三類型的導(dǎo)電材料，作為隨后制造出的導(dǎo)電第一位/字線的材料；(B8)重復(fù)步驟(B3)到步驟(B7)，直到得到足夠多的層數(shù)為止。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于采用的金屬與輕摻雜多晶半導(dǎo)體之間形成可靠的金屬一半導(dǎo)體接觸，所述金屬為金屬單質(zhì)、或為合金。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述肖特基二極管的半導(dǎo)體層材料為多晶硅、或為多晶鍺、或為多晶m-v族半導(dǎo)體。
24、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層的制備方法為金屬誘導(dǎo)法，或為氣相沉積法，或為準(zhǔn)分子激光脈沖法。
25、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述肖特基二極管的多晶半導(dǎo)體層至少為一層。
26、 根據(jù)權(quán)利要求21至25任意一項所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述電阻轉(zhuǎn)換單元和肖特基二極管位于位線與字線的交叉處。
27、 根據(jù)權(quán)利要求21至25任意一項所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于所述肖特基二極管的半導(dǎo)體層的摻雜濃度呈現(xiàn)連續(xù)的梯度變化、或呈現(xiàn)不連續(xù)變化。
28、 根據(jù)權(quán)利要求21至25任意一項所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于在電信號的編程下，所述存儲器的器件單元能夠?qū)崿F(xiàn)在高電阻、低電阻之間的可逆變化。 .
29、 根據(jù)權(quán)利要求21至25任意一項所述的制造三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法，其特征在于-所述存儲器的數(shù)據(jù)存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種三維立體堆疊的電阻轉(zhuǎn)換存儲器及其制造方法。電阻轉(zhuǎn)換存儲器包括基底、若干第一布線、若干第二布線、若干存儲單元陣列。多個平行設(shè)置的第一布線設(shè)置于基底上；多個相互平行的第二布線設(shè)置于基底上、與第一布線絕緣分離、并與第一布線交叉配置；呈矩陣排列的存儲單元陣列層疊設(shè)置于基底上，上下相鄰的兩個存儲單元陣列之間、存儲單元陣列與基底之間至少設(shè)置第一布線、第二布線中的一個；存儲單元陣列包括電阻轉(zhuǎn)換存儲單元、多晶半導(dǎo)體肖特基二極管。本方法可形成高質(zhì)量的金屬-半導(dǎo)體接觸，成本較低，有望在三維高密度、低成本的固態(tài)存儲器的競爭中獲得較大優(yōu)勢。
文檔編號H01L27/10GK101477987SQ20091004508
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者波 劉, 宋志棠, 封松林, 挺 張, 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