專利名稱：Pn結二極管、相變隨機存儲器及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其PN結二極管、相變隨機存儲器及其制作方法。
背景技術：
相變隨機存儲器具有高讀取速度、低功率、高容量、高可靠度、高寫擦次數、低工作 電壓/電流和低成本等特性，且非常適合與CMOS工藝結合，可用來作為較高密度的獨立式 或嵌入式的存儲器應用。目前，相變隨機存取存儲器包括具有相變層的存儲節(jié)點、連接到該存儲節(jié)點的晶 體管和與晶體管接的PN結二極管。根據施加到其上的電壓，相變層從結晶態(tài)變成非結晶 態(tài)，或與此相反。如果所施加的電壓為設置電壓，相變層從非結晶態(tài)變成結晶態(tài)。如果所施 加的電壓為重置電壓，相變層從結晶態(tài)轉變成非結晶態(tài)。在中國專利申請200710305197. X中提及的相變層的結晶態(tài)對應數據1，非結晶態(tài) 對應數據0。如果相變層處于結晶態(tài)，相變層的電阻可能小于處于非結晶態(tài)的相變層的電 阻。相變層處于結晶態(tài)時所測的電流大于相變層處于非結晶態(tài)時的電流?，F(xiàn)有相變隨機存儲器制作過程中PN結二極管是由外延硅或選擇性外延硅形成， 如圖1所示，對P型半導體襯底100內注入N型離子，形成掩埋N阱102 ；然后，于P型半導 體襯底100上形成N型外延層104 ；在N型外延層104表面摻雜P型離子，形成P型擴散層 106。現(xiàn)有技術形成相變隨機存儲器中的PN結二極管采用外延硅或選擇外延硅作為材 料，費用昂貴；另外，由于外延硅或選擇外延硅的沉積溫度高，對襯底表面要求高特點，使制 造二極管的工藝復雜，花費時間長。
發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種PN結二極管、相變隨機存儲器及其制作方法，防止 工藝復雜，費用及時間浪費。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種PN結二極管的制作方法，包括提供P型半導體 襯底，所述P型半導體襯底內形成有掩埋N阱；在掩埋N阱表面注入N型離子形成N型擴散 層；在P型半導體襯底上形成層間介質層，在所述層間介質層中形成有與掩埋N阱位置對應 的通孔；向通孔內填充滿多晶硅后，向多晶硅中注入P型離子，形成P型多晶硅插塞?？蛇x的，所述在掩埋N阱表面注入的N型離子為砷或銻離子，劑量為10E12/cm2 10E20/cm2，能量為 IOKev IOOKev0可選的，所述向多晶硅中注入的P型離子為硼離子，劑量為10E12/cm2 10E20/ cm2，能量為 IOKev lOOKev。 可選的，所述掩埋N阱的深度為0. 5 μ m 3 μ m?？蛇x的，填充多晶硅的方法為低壓化學氣相沉積法。本發(fā)明還提供一種PN結二極管，包括P型半導體襯底；位于P型半導體襯底內的掩埋N阱；位于掩埋N阱表面的N型擴散層；位于P型半導體襯底上的層間介質層；貫穿層 間介質層與N型擴散層接觸且與掩埋N阱位置對應的P型多晶硅插塞。本發(fā)明還提供一種相變隨機存儲器的制作方法，包括下列步驟提供P型半導體 襯底，所述P型半導體襯底內形成有掩埋N阱；在掩埋N阱表面注入N型離子形成N型擴散 層；在P型半導體襯底上形成層間介質層，在所述層間介質層中形成有與掩埋N阱位置對應 的通孔；向通孔內填充滿多晶硅后，向多晶硅中注入P型離子，形成P型多晶硅插塞；在P型 多晶硅插塞上依次形成第一電極、相變層和第二電極。可選的，所述在掩埋N阱表面注入的N型離子為砷或銻離子，劑量為10E17/cm2 10E20/cm2，能量為 IOKev IOOKev0可選的，所述向多晶硅中注入的P型離子為硼離子，劑量為10E12/cm2 10E20/ cm2，能量為 IOKev lOOKev?？蛇x的，所述掩埋N阱的深度為0. 5 μ m 3 μ m?？蛇x的，填充多晶硅的方法為低壓化學氣相沉積法。本發(fā)明還提供一種相變隨機存儲器，包括，P型半導體襯底；位于P型半導體襯底 內的掩埋N阱；位于掩埋N阱表面的N型擴散層；位于P型半導體襯底上的層間介質層；貫 穿層間介質層與N型擴散層接觸且與掩埋N阱位置對應的P型多晶硅插塞；位于P型多晶 硅插塞上的第一電極；位于第一電極上的相變層；位于相變層上的第二電極。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點將P型多晶硅插塞既作為PN結二極管中 的一個結，又作為連接相變隨機存儲器中的第一電極的導電插塞，不但節(jié)省了費用，還簡化 了步驟，提高了制作效率。
圖1是現(xiàn)有技術形成相變隨機存儲器中PN結二極管的示意圖；圖2是本發(fā)明形成相變隨機存儲器中PN結二極管的具體實施方式
流程圖；圖3至圖5是本發(fā)明形成相變隨機存儲器中PN結二極管的實施例示意圖；圖6是本發(fā)明形成相變隨機存儲器的具體實施方式
流程圖；圖3、圖4、圖5、圖7、圖8、圖9是本發(fā)明形成相變隨機存儲器的實施例示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明在制作相變隨機存儲器過程中PN結二極管的形成工藝如圖2所示，執(zhí)行步 驟S11，提供P型半導體襯底，所述P型半導體襯底內形成有掩埋N阱；執(zhí)行步驟S12，在掩 埋N阱表面注入N型離子形成N型擴散層；執(zhí)行步驟S13，在P型半導體襯底上形成層間介 質層，在所述層間介質層中形成有與掩埋N阱位置對應的通孔；執(zhí)行步驟S14，向通孔內填 充滿多晶硅后，向多晶硅中注入P型離子，形成P型多晶硅插塞?；谏鲜龉すに囆纬傻南嘧冸S機存儲器中的PN結二極管的結構包括P型半導體 襯底；位于P型半導體襯底內的掩埋N阱；位于掩埋N阱表面的N型擴散層；位于P型半導 體襯底上的層間介質層；貫穿層間介質層與N型擴散層接觸且與掩埋N阱位置對應的P型 多晶娃插塞。下面結合附圖對本發(fā)明相變隨機存儲器過程中PN結二極管的結構及形成方法做詳細的說明。如圖3所示，提供P型半導體襯底200 ；向P型半導體襯底200內摻雜N型離子， 形成掩埋N阱202，所述N型離子為砷離子或銻離子。本實施例中，形成掩埋N阱202時，注 入N型離子的劑量為10E17/cm2 10E20/cm2，能量為IOKev lOOKev。所述掩埋N阱202 的深度為0. 5 μ m 3 μ m。繼續(xù)參考圖3，向掩埋N阱202的表面注入N型離子，形成N型擴散層204，所述N 型離子為砷離子或銻離子或磷離子，形成N型擴散層204的作用為形成PN結的N并和掩埋N 阱連結。本實施例中，形成N型擴散層204時，注入N型離子的劑量為10E12/cm2 10E20/ cm2，能量為 IOKev lOOKev。參考圖4，用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法在P型半導體襯底200上形成厚 度為1000埃 10000埃的層間介質層206，所述層間介質層206的材料為氧化硅或氮氧化 硅。接著，在層間介質層206內形成通孔207，具體工藝如下在層間介質層206上旋涂光 刻膠層；經過曝光、顯影工藝后，在光刻膠層上形成通孔圖形；以光刻膠層為掩膜，刻蝕層 間介質層206至露出N型擴散層204，形成通孔207 ；接著，去除光刻膠層。如圖5所示，在通孔內形成P型多晶硅插塞208，所述P型多晶硅插塞208的位置與 掩埋N阱對應。具體工藝如下用化學氣相沉積法或低壓化學氣相沉積法在層間介質層206 上形成多晶硅層，且將多晶硅層填充滿通孔；用化學機械拋光法平坦化多晶硅層至露出層 間介質層206，在通孔內形成多晶硅插塞；然后，向多晶硅插塞內注入P型離子，形成P型 多晶硅插塞208，所述P型離子為硼離子，注入能量為IOKev lOOKev，注入劑量為10E12/ cm2 10E20/cm2。本實施例，將P型多晶硅插塞208既作為PN結二極管中的一個結，又作為連接相 變隨機存儲器中的第一電極的導電插塞，不但節(jié)省了費用，還簡化了步驟，提高了制作效率?；谏鲜鰧嵤├纬傻腜N結二極管，包括P型半導體襯底200 ；掩埋N阱202，位 于P型半導體襯底200內，與半導體襯底200的導電類型相反；N型擴散層204，位于掩埋N 阱202表面，其作用為形成PN結的N并和掩埋N阱連結；層間介質層206，位于P型半導體 襯底200上，用于器件間的絕緣隔離；P型多晶硅插塞208，貫穿層間介質層206，與N型擴 散層204接觸且與掩埋N阱202位置對應，其既作為PN結二極管中的一個結，又作為連接 相變隨機存儲器中的第一電極的導電插塞。本發(fā)明形成相變隨機存儲器的工藝如圖6所示，執(zhí)行步驟S21，提供P型半導體襯 底，所述P型半導體襯底內形成有掩埋N阱；執(zhí)行步驟S22，在掩埋N阱表面注入N型離子 形成N型擴散層；執(zhí)行步驟S23，在P型半導體襯底上形成層間介質層，在所述層間介質層 中形成有與掩埋N阱位置對應的通孔；執(zhí)行步驟S24，向通孔內填充滿多晶硅后，向多晶硅 中注入P型離子，形成P型多晶硅插塞；執(zhí)行步驟S25，在P型多晶硅插塞上依次形成第一 電極、相變層和第二電極?；谏鲜鰧嵤┓绞叫纬傻南嘧冸S機存儲器，包括P型半導體襯底；位于P型半導 體襯底內的掩埋N阱；位于掩埋N阱表面的N型擴散層；位于P型半導體襯底上的層間介 質層；貫穿層間介質層與N型擴散層接觸且與掩埋N阱位置對應的P型多晶硅插塞；位于P 型多晶硅插塞上的第一電極；位于第一電極上的相變層；位于相變層上的第二電極。
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下面結合附圖對本發(fā)明相變隨機存儲器的結構及形成方法做詳細的說明。如圖3所示，提供P型半導體襯底200 ；向P型半導體襯底200內摻雜N型離子， 形成掩埋N阱202，所述N型離子為砷離子或銻離子。本實施例中，形成掩埋N阱202時，注 入N型離子的劑量為10E17/cm2 10E20/cm2，能量為IOKev lOOKev。所述掩埋N阱202 的深度為0. 5 μ m 3 μ m。接著，向掩埋N阱202的表面注入N型離子，形成N型擴散層204，所述N型離子 為砷離子或銻離子或磷離子，形成N型擴散層204的作用為形成PN結的N并和掩埋N阱連 結。本實施例中，形成N型擴散層204時，注入N型離子的劑量為10E12/cm2 10E20/cm2， 能量為IOKev lOOKev。參考圖4，用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法在P型半導體襯底200上形成厚 度為1000埃 10000埃的層間介質層206，所述層間介質層206的材料為氧化硅或氮氧化 硅。接著，在層間介質層206內形成通孔207，具體工藝在上述形成PN結二極管的實施例中 所詳細記述，在此不再贅述。如圖5所示，在通孔內形成P型多晶硅插塞208，所述P型多晶硅插塞208的位置 與掩埋N阱對應。其中，形成多晶硅插塞的工藝在上述形成PN結二極管的實施例中所詳細 記述，在此不再贅述。然后，向多晶硅插塞內注入P型離子，形成P型多晶硅插塞208，所述 P型離子為硼離子，注入能量為IOKev lOOKev，注入劑量為10E12/cm2 10E20/cm2。本實施例，將P型多晶硅插塞208既作為PN結二極管中的一個結，又作為連接相 變隨機存儲器中的第一電極的導電插塞，不但節(jié)省了費用，還簡化了步驟，提高了制作效 率。如圖7所示，在層間介質層206上形成存儲器的第一電極210。具體實施工藝如 下用濺鍍法或化學氣相沉積法在層間介質層206上形成第一金屬層；接著用旋涂法在第 一金屬層上形成光刻膠層，經過光刻工藝后，定義出電極圖形；以光刻膠層為掩膜，沿電極 圖形刻蝕第一金屬層，形成第一電極210 ；接著，去除光刻膠層。如圖8所示，用低壓化學氣相沉積法或等離子體增強化學氣相沉積法在層間介質 層206和第一電極210上形成絕緣介質層212，所述絕緣介質層212的材料為氧化硅或氮氧 化硅或正硅酸乙酯等。在絕緣介質層212上旋涂光刻膠層，經過曝光、顯影工藝后，形成與 第一電極210位置對應的電極間接觸孔圖形；以光刻膠層為掩膜，沿電極間接觸孔圖形刻 蝕絕緣介質層212至露出第一電極210的電極間接觸孔。在絕緣介質層212上形成導電材 料層，且將導電材料填充滿電極間接觸孔；經過化學機械拋光工藝平坦化至露出絕緣介質 層212，形成電極間導電插塞214。如圖9所示，用物理氣相沉積法在絕緣介質層212上形成相變層216，所述相變層 216覆蓋電極間導電插塞214 ；相變層216的材料為GeSbTe(GST)硫族化物材料，例如是 鍺-銻-碲(Ge-Sb-Te)、氮-鍺-銻-碲(N-Ge-Sb-Te)、砷-銻-碲(As-Sb-Te)、銦-銻-碲 (In-Sb-Te)等。繼續(xù)參考圖9，用濺鍍法或化學氣相沉積法在相變層216上形成金屬層；然后，用 干法刻蝕法刻蝕金屬層和相變層216至露出絕緣介質層212，形成第二電極218，其中第二 電極218、相變層216及第一電極210構成相變隨機存儲器?；谏鲜鰧嵤├纬傻暮蠵N結二極管的相變隨機存儲器包括P型半導體襯底
6200 ；掩埋N阱202，位于P型半導體襯底200內；N型擴散層204，位于掩埋N阱202表面， 其作用為形成PN結的N并和掩埋N阱連結；層間介質層206，位于P型半導體襯底200上， 用于器件間的絕緣隔離；P型多晶硅插塞208，貫穿層間介質層206，與N型擴散層204接觸 且與掩埋N阱202位置對應，其既作為PN結二極管中的一個結，又作為連接相變隨機存儲 器中的第一電極的導電插塞；第一電極210，位于P型多晶硅插塞208上；絕緣介質層212， 位于層間介質層206上及覆蓋第一電極210 ；電極間導電插塞214，貫穿絕緣介質層212且 與第一電極210接觸；相變層216，位于絕緣介質層212和電極間導電插塞214上；第二電 極218，位于相變層216上。 雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
一種PN結二極管的制作方法，其特征在于，包括提供P型半導體襯底，所述P型半導體襯底內形成有掩埋N阱；在掩埋N阱表面注入N型離子形成N型擴散層；在P型半導體襯底上形成層間介質層，在所述層間介質層中形成有與掩埋N阱位置對應的通孔；向通孔內填充滿多晶硅后，向多晶硅中注入P型離子，形成P型多晶硅插塞。
2.根據權利要求1所述PN結二極管的制作方法，其特征在于，所述在掩埋N阱表面注 入的N型離子為砷或銻離子，劑量為10E12/cm2 10E20/cm2，能量為IOKev lOOKev。
3.根據權利要求1所述PN結二極管的制作方法，其特征在于，所述向多晶硅中注入的 P型離子為硼離子,劑量為10E12/cm2 10E20/cm2，能量為IOKev lOOKev。
4.根據權利要求1所述PN結二極管的制作方法，其特征在于，所述掩埋N阱的深度為 0. 5 μ m 3 μ m。
5.根據權利要求1所述PN結二極管的制作方法，其特征在于，填充多晶硅的方法為低 壓化學氣相沉積法。
6.一種PN結二極管，包括，P型半導體襯底，位于P型半導體襯底內的掩埋N阱；其中， 還包括位于掩埋N阱表面的N型擴散層；位于P型半導體襯底上的層間介質層；貫穿層間 介質層與N型擴散層接觸且與掩埋N阱位置對應的P型多晶硅插塞。
7.—種相變隨機存儲器的制作方法，其特征在于，包括下列步驟提供P型半導體襯底，所述P型半導體襯底內形成有掩埋N阱；在掩埋N阱表面注入N型離子形成N型擴散層；在P型半導體襯底上形成層間介質層，在所述層間介質層中形成有與掩埋N阱位置對 應的通孔；向通孔內填充滿多晶硅后，向多晶硅中注入P型離子，形成P型多晶硅插塞；在P型多晶硅插塞上依次形成第一電極、相變層和第二電極。
8.根據權利要求7所述相變隨機存儲器的制作方法，其特征在于，所述在掩埋N阱表面 注入的N型離子為砷或銻離子，劑量為10E12/cm2 10E20/cm2，能量為IOKev lOOKev。
9.根據權利要求7所述相變隨機存儲器的制作方法，其特征在于，所述向多晶硅中注 入的P型離子為硼離子，劑量為10E12/cm2 10E20/cm2，能量為IOKev lOOKev。
10.根據權利要求7所述相變隨機存儲器的制作方法，其特征在于，所述掩埋N阱的深 度為0. 5 μ m 3 μ m。
11.根據權利要求7所述相變隨機存儲器的制作方法，其特征在于，填充多晶硅的方法 為低壓化學氣相沉積法。
12.—種相變隨機存儲器，包括，P型半導體襯底，位于P型半導體襯底內的掩埋N阱； 其中，還包括位于掩埋N阱表面的N型擴散層；位于P型半導體襯底上的層間介質層；貫 穿層間介質層與N型擴散層接觸且與掩埋N阱位置對應的P型多晶硅插塞；位于P型多晶 硅插塞上的第一電極；位于第一電極上的相變層；位于相變層上的第二電極。
全文摘要
一種PN結二極管、相變隨機存儲器及其制作方法。其中，相變隨機存儲器的制作方法，包括下列步驟提供P型半導體襯底，所述P型半導體襯底內形成有掩埋N阱；在掩埋N阱表面注入N型離子形成N型擴散層；在P型半導體襯底上形成層間介質層，在所述層間介質層中形成有與掩埋N阱位置對應的通孔；向通孔內填充滿多晶硅后，向多晶硅中注入P型離子，形成P型多晶硅插塞；在P型多晶硅插塞上依次形成第一電極、相變層和第二電極。本發(fā)明不但節(jié)省了費用，還簡化了步驟，提高了制作效率。
文檔編號H01L27/24GK101958248SQ200910054959
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權日2009年7月16日
發(fā)明者吳關平, 肖德元 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司