專(zhuān)利名稱：二極管及電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二極管以及電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的制造方法，屬于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
當(dāng)代數(shù)據(jù)量隨著信息化的進(jìn)一步深入經(jīng)歷了爆發(fā)式的增長(zhǎng)，而且還在不斷地發(fā)展 中，由此，存儲(chǔ)器的容量越來(lái)越大，即便如此，還很難滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。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，與此同時(shí)三維立體堆疊因?yàn)槠湓诟呙芏壬系木薮髢?yōu)勢(shì)成為了下一代存儲(chǔ)器發(fā)展 的重要方向。目前來(lái)說(shuō)，三維立體堆疊的存儲(chǔ)器的成本有待降低，當(dāng)前的工藝與某些特定的 半導(dǎo)體工藝并不兼容，都是需要進(jìn)一步提升之處。二極管是半導(dǎo)體器件中常見(jiàn)的器件，它的制造對(duì)于單晶硅的質(zhì)量要求較高，因此 都需要采用硅基底或者外延法及鍵合法制造得到的單晶來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前商用的外延法工藝需 要較高的溫度，常見(jiàn)的外延溫度約為900度，且對(duì)設(shè)備要求很高(例如真空度)，制備得到的 單晶硅成本很高，此外，工藝所需的高溫會(huì)對(duì)基底上原有的CMOS電路造成很大的傷害，因 此，外延工藝大大限制了半導(dǎo)體制造工藝。而鍵合法雖然在三維電路中得到廣泛的應(yīng)用，然 而，鍵合對(duì)工藝要求較高，在成本上不具備強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力，且通常也需要高溫的smart-cut等 工藝，因此也就帶來(lái)上述同樣的問(wèn)題。近年來(lái)，研究人員開(kāi)始開(kāi)發(fā)一些較低溫度的單晶硅外延工藝，有效降低了單晶硅 的制備溫度，例如通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的分子束外延和超高真空的氣相沉積等，將外延溫度降到了 600度以下，然而，一方面這些外延方法離大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還有距離，另一方面，外延的溫 度還是相對(duì)較高。例如在相變存儲(chǔ)器的應(yīng)用中通常采用的GeSbTe存儲(chǔ)材料的熔點(diǎn)是600 度左右，當(dāng)后續(xù)的工藝溫度超過(guò)五六百度后，就給相關(guān)的器件帶來(lái)破壞，致使器件失效。因此，如何在制造二極管中實(shí)現(xiàn)低溫制造單晶硅已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決 的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造PN 二極管或肖特基二極管的方法，實(shí)現(xiàn)低溫制 造單晶硅，并進(jìn)而制造PN 二極管或肖特基二極管。本發(fā)明的另一目的在于提供一種制造二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器和三維立體堆 疊二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的方法。為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的制造PN 二極管的方法，包括方案一 或方案二，其中，所述方案一包括如下的步驟A.在表面有導(dǎo)電字線或位線的基底上沉積絕緣材料；B.采用光刻法對(duì)所述絕緣材料開(kāi)孔，以使所述字線或位線上方具有多個(gè)通孔；C.如果所述字線或位線的頂部已具有能夠誘導(dǎo)多晶硅結(jié)晶的第一含金屬材料，則進(jìn)行后續(xù)步驟，否則在具有多個(gè)通孔的基底上沉積所述第一含金屬材料，并通過(guò)半導(dǎo)體回 刻工藝或者化學(xué)機(jī)械拋光法去除各通孔外的第一含金屬材料；D.在具有所述第一含金屬材料的基底上沉積多晶硅，并通過(guò)退火，使得處于各通 孔內(nèi)的多晶硅在所述第一含金屬材料的誘導(dǎo)下，結(jié)晶形成單晶硅；E.各PN結(jié)形成步驟，其包括兩個(gè)子步驟a)對(duì)通孔內(nèi)具有單晶硅的基底進(jìn)行離子 注入以形成各PN結(jié)；b)對(duì)基底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以去除各通孔之外絕緣層上方的單晶硅 和多晶硅，所述兩個(gè)子步驟的先后順序不限；F.在具有PN結(jié)的基底上制造導(dǎo)電通孔，制造金屬上電極(其可含硅化層)，以形 成多個(gè)二極管；方案二包括如下的步驟A.在沉積有第一含金屬材料的基底上沉積多晶硅，并通過(guò)退火，使得多晶硅在第一含金屬材料的誘導(dǎo)下，轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч瑁籅.在已沉積有多晶硅的基底上制造字線或位線，其包括兩個(gè)子步驟a)在已沉積 有多晶硅的基底上進(jìn)行離子注入以形成PN結(jié)；和b)采用半導(dǎo)體工藝，在所述基底上制造出 字線或位線，并在同一根字線或位線上方形成多個(gè)單晶硅二極管單元，所述兩個(gè)子步驟的 先后順序不限；C.在形成了字線或位線的基底上沉積絕緣材料，以便電學(xué)隔離各字線和各二極管 單元或各位線和各二極管單元；D.對(duì)已沉積絕緣材料的基底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以去除多余的絕緣材料；E.在拋光后的基底上制造導(dǎo)電通孔，制造金屬上電極(其可含硅化層)，以形成二極管。其中，所述制造PN 二極管的方法還可包括一使各二極管的表面得到硅化處理的 步驟，所述硅化處理的步驟在方案一的步驟E和方案二的步驟D之后進(jìn)行。其中，所述第一含金屬材料是包含一種或者多種金屬元素的材料，金屬元素的范 圍優(yōu)選為鎳、鋁、金、銀、鈷、鉻、銅、鐵、鉬、鈦、鋅、鈀。其中，在所述方案一中，在“如果所述字線或位線的頂部具有能夠誘導(dǎo)多晶硅結(jié)晶 的第一含金屬材料”中，所述第一含金屬材料是在金屬字線或位線一體制造中得到，或是通 過(guò)在字線或位線上的薄膜沉積得到。其中，所述絕緣材料可為氧化物、氮化物、多晶硅中的一種或者多種的混合物。其中，在退火時(shí)，退火溫度范圍在150度到600度之間；退火時(shí)間在10分鐘到48 小時(shí)之間；退火的氣氛為真空、惰性氣體、和氮?dú)庵械囊环N或多種。其中，多晶硅的沉積可采用化學(xué)氣相沉積或采用物理沉積法。本發(fā)明提供的制造肖特基二極管的方法包括方案三或方案四，其中，所述方案三 包括如下的步驟A.在表面為導(dǎo)電字線或位線的基底上沉積絕緣材料；B.采用光刻法對(duì)所述絕緣材料開(kāi)孔，以使所述字線或位線上方具有多個(gè)通孔；C.如果所述字線或位線的頂部已具有能夠誘導(dǎo)多晶硅結(jié)晶的第一含金屬材料，則 進(jìn)行后續(xù)步驟，否則在具有多個(gè)通孔的基底結(jié)構(gòu)上沉積第一含金屬材料，并通過(guò)半導(dǎo)體回 刻工藝或者化學(xué)機(jī)械拋光法去除各通孔外的第一含金屬材料；
D.在具有所述第一含金屬材料的基底上沉積多晶硅，并通過(guò)退火，使得處于各通孔內(nèi)的多晶硅在所述第一含金屬材料的誘導(dǎo)下，結(jié)晶形成單晶硅；E.作為可選擇的一步，在已沉積有多晶硅的基底上進(jìn)行離子注入以實(shí)現(xiàn)所述單晶 硅的摻雜；F.在已摻雜(或未摻雜)的基底上沉積所述第二金屬材料；G.通過(guò)半導(dǎo)體工藝形成肖特基二極管，并制造出字線或位線上的導(dǎo)電通孔。方案四包括如下的步驟A.在沉積有第一含金屬材料的基底上沉積多晶硅，并通過(guò)退火，使得多晶硅在第 一含金屬材料的誘導(dǎo)下，轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч?；B.作為可選擇的一步，在已沉積有多晶硅的基底上進(jìn)行離子注入以實(shí)現(xiàn)所述單晶 硅的摻雜；C.在已摻雜(或未摻雜)的基底上沉積所述第二金屬材料；D.采用半導(dǎo)體工藝，在在具有第二金屬材料的基底上形成分立的線條，刻蝕深度 直到將基底上導(dǎo)電材料完全分隔開(kāi)，形成字線或位線，并使字線或位線上方形成多個(gè)肖特
基二極管單元；E.在已具有多個(gè)肖特基二極管單元的基底上沉積絕緣材料；F.對(duì)已沉積絕緣材料的基底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以去除多余的絕緣材料；G.在拋光后的基底上制造導(dǎo)電通孔，制造金屬上電極，以形成肖特基二極管。其中，所述第一含金屬材料是包含一種或者多種金屬元素的材料，所述金屬元素 的范圍為鎳、鋁、金、銀、鈷、鉻、銅、鐵、鉬、鈦、鋅、鈀。其中，所述第二金屬材料為單質(zhì)金屬或?yàn)楹辖稹Ｆ渲?，所述絕緣材料為氧化物、氮化物、和多晶硅中的一種或者多種混合物。其中，在退火時(shí)，退火溫度范圍在150度到600度之間；退火時(shí)間在10分鐘到48 小時(shí)間；退火的氣氛為真空、惰性氣體和氮?dú)庵械囊环N或多種。本發(fā)明提供的制造二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的方法是在前述形成PN 二極管陣 列或肖特基二極管陣列的基底上繼續(xù)沉積電極材料和電阻轉(zhuǎn)換材料，制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器 單元，此過(guò)程還包括絕緣材料填充、電極的制造和硅化工藝。本發(fā)明提供的制造三維立體堆疊二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的方法是在前述二 極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元形成后，在具有二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元的基底上繼續(xù)重 復(fù)進(jìn)行形成二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元的過(guò)程，以形成三維立體堆疊二極管選通電阻轉(zhuǎn) 換存儲(chǔ)器。其中，所形成的三維立體堆疊二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器中可具有不同類(lèi)型的電 阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元，例如既包含相變存儲(chǔ)單元，又包含電阻隨機(jī)存儲(chǔ)單元。綜上所述，本發(fā)明的二極管及電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的制造方法通過(guò)采用退火工藝，利 用特定金屬對(duì)多晶硅結(jié)晶的誘導(dǎo)作用，在較低溫度下使多晶硅薄膜結(jié)晶形成單晶硅，由此 實(shí)現(xiàn)低溫制造單晶硅。


圖1A-1K為本發(fā)明的制造二極管的工藝流程示意圖。
圖2為基于本發(fā)明的制造二極管的工藝流程所制造出的二極管的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ) 器結(jié)構(gòu)思意圖。圖3A-3G為本發(fā)明的制造肖特基二極管的工藝流程示意圖。圖4A-4E為本發(fā)明的制造多層堆疊電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的工藝流程示意圖。圖5A-5J為本發(fā)明的制造二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的工藝。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明的制造二極管的方法包括方案一或方案二，在此先結(jié)合附圖對(duì)方案一進(jìn)行 詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以硅基底進(jìn)行說(shuō)明，顯然要理解為基底并不局限于硅，可以是任何一種基底。請(qǐng)參見(jiàn)圖1A-1K，本發(fā)明的制造PN 二極管的方法包括以下步驟第一步，在硅基底11上制造導(dǎo)電字線13，字線之間填充有絕緣材料12，其俯視圖 如圖IA所示，在圖IA中，沿A-A方向的投影如圖IB所示，而沿B-B方向的投影如圖IC所 示。在此選用的金屬導(dǎo)電字線材料為鎳(Ni)材料，它有兩個(gè)功能，一是作為導(dǎo)電字線使用， 二是在下一步中作為誘導(dǎo)非晶硅材料結(jié)晶的誘導(dǎo)源；絕緣材料12為氧化硅，顯然可以是其 它類(lèi)型的絕緣材料，例如氮化硅、氮氧化硅等。在此顯然可以用其他具有類(lèi)似特性的含金屬 材料取代Ni，在此不再贅述。第二步，在硅基底11上沉積絕緣材料14，在此選用氮化硅材料，材料類(lèi)型可以與 絕緣材料12相同或者不同，也并不局限于氮化硅。第三步，通過(guò)半導(dǎo)體光刻法在字線13的上方開(kāi)窗口，得到的截面圖如圖ID所示， 而俯視圖如圖IE所示，圖IE中可見(jiàn)窗口的深度直到字線13的上方，圖中顯示的窗口為矩 形，自然也可以是其它的形狀，例如圓形或者菱形。第四步，由于字線13的頂部具有能夠誘導(dǎo)多晶硅結(jié)晶的第一含金屬材料一鎳，因 此可在硅基底11上沉積非晶硅(多晶硅)，在上述的窗口中需要沉積有非晶硅材料15，如 圖IF所示，沉積材料采用的方法優(yōu)選為化學(xué)氣相沉積法，也可以采用物理沉積法，在沉積 硅薄膜之后，得到的膜為非晶硅材料。第五步，在真空中將沉積有多晶硅的硅基底進(jìn)行退火處理，得到如圖IG所示的結(jié) 構(gòu)，由于鎳的誘導(dǎo)作用，經(jīng)過(guò)450度24小時(shí)的退火后，在于鎳接觸的窗口內(nèi)形成了單晶硅 (或者是結(jié)晶程度較好的多晶硅)16，其余部分的硅可以是多晶硅也可以是非晶硅。這里需 要說(shuō)明的是，退火過(guò)程中的氣氛可以是真空，也可以選用惰性氣氛保護(hù)，還可以是氮?dú)夥眨?甚至是上述氣氛的混合氣氛。第六步，在得到單晶硅后，采用化學(xué)機(jī)械拋光去除通孔外多余的材料，得到如圖IH 所示的結(jié)構(gòu)，顯然在窗口內(nèi)為單晶硅16，此時(shí)的俯視圖如圖II所示，單晶硅的柱子被氮化 硅14分隔開(kāi)。第七步，采用離子注入法，在單晶硅柱子16的內(nèi)部調(diào)節(jié)和形成摻雜，通過(guò)多次的 離子注入摻雜形成PN結(jié)17，注入完成后，PN單元17即為具備選通功能的二極管。在此需 要說(shuō)明的是，第六步的拋光處理也可在離子注入完成后進(jìn)行。第八步，在字線上得到二極管后，還需要制造導(dǎo)電通路實(shí)現(xiàn)字線的引出，形成的導(dǎo)電通路為18，材料為重?fù)诫s的硅，當(dāng)然也可以是金屬柱子。圖IJ所顯示的是一個(gè)不完整的 導(dǎo)電通路(僅包括一根字線的一部分)。制造位線19后就形成了二極管陣列，可以作為選通器件，如上所示的制造工藝的 特點(diǎn)在于采用較低的溫度(本案中為450度)實(shí)現(xiàn)二極管制造，采用常規(guī)的薄膜沉積技術(shù) 便可實(shí)現(xiàn)單晶硅。在得到如圖IJ和IK所示的二極管陣列后，隨后通過(guò)存儲(chǔ)單元的制 造，將存儲(chǔ)單 元與選通二極管相對(duì)應(yīng)，形成存儲(chǔ)陣列，如圖2所示，圖中的存儲(chǔ)單元20為相變存儲(chǔ)器， 它不僅擁有中間層相變材料層，還具有上下兩層電極，相變存儲(chǔ)單元20采用的存儲(chǔ)材料為 SiSbTe材料，顯而易見(jiàn)的，存儲(chǔ)材料可以是其它任何一種相變材料，例如GeSbTe。而本實(shí) 施例所呈現(xiàn)的相變存儲(chǔ)單元也可以是電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元，電阻隨機(jī)存儲(chǔ)單元也需要有上下 兩層電極，一較大的不同之處在于中間層為任何一種電阻隨機(jī)轉(zhuǎn)換材料，例如強(qiáng)相關(guān)材料 (Strongly Correlated, CER)，如NiO、PrCaMnO0在如圖2所示的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中，邏輯數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)建立在存儲(chǔ)單元20的基礎(chǔ)上，而存儲(chǔ)單元的選通則依靠二極管17實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例 所揭示的工藝中采用的硅基底上還可以包括外圍電路。若對(duì)本實(shí)施例做少許的修改，還可以制造肖特基二極管，在得到如圖IH所示的結(jié) 構(gòu)后，隨后進(jìn)行離子注入，然而其目的并不是為了形成PN 二極管，而是肖特基二極管所需 要的輕摻雜半導(dǎo)體，因此，在注入適量種類(lèi)和計(jì)量的摻雜原子后，在得到的輕摻雜單晶硅層 上上沉積金屬，并且要求該金屬與單晶硅之間具有較合適的肖特基勢(shì)壘，在制造出電極后 就形成了肖特基二極管陣列。在此就不再贅述。實(shí)施例2以下將以制造肖特基二極管為例(同樣也適用于PN 二極管)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。首先在表面不導(dǎo)電的基底31上先后沉積導(dǎo)電材料33和金屬層34，導(dǎo)電材料為 Cu，金屬層為Al (此金屬可以為含鎳、鋁、金、銀、鈷、鉻、銅、鐵、鉬、鈦、鋅、鈀中的一種或者 多種)，采用半導(dǎo)體工藝在基底上制造出多條線條，刻蝕的深度直到完全切斷Cu導(dǎo)電材料 到達(dá)基底31的上方，隨后沉積絕緣材料32，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光平坦化，獲得結(jié)構(gòu)的俯視 圖如圖3A所示，圖中沿C-C方向的投影如圖3B所示，而如圖D-D方向的投影如圖3C所示。繼續(xù)沉積非晶硅35，采用化學(xué)氣相沉積法或物理沉積法，隨后在高純氮?dú)獾谋Ｗo(hù) 中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550度，退火時(shí)間為6小時(shí)，經(jīng)過(guò)退火后，因?yàn)锳l材料對(duì)非晶 硅結(jié)晶的幫助作用，在靠近Al金屬層的一側(cè)形成了單晶硅層35，而在遠(yuǎn)離Al材料的一側(cè)因 為結(jié)晶并未完全完成，可能還有非晶硅存在，采用反應(yīng)離子刻蝕或者是化學(xué)機(jī)械拋光去除 表面的非晶硅，隨后通過(guò)離子注入形成摻雜，如果得到的單晶硅具備肖特基二極管的應(yīng)用 條件，那么離子注入的摻雜步驟可以省略。選擇一種金屬材料，選擇材料的標(biāo)準(zhǔn)是該金屬材料與上述形成的摻雜后的單晶硅 之間具有較為合適的肖特基勢(shì)壘，兩者之間能夠形成肖特基二極管結(jié)構(gòu)。沉積薄膜36，如圖 3E所示。采用半導(dǎo)體工藝，在導(dǎo)電線的上方制造出多個(gè)單元，單元間被隔離槽37分隔開(kāi)，顯 然得到的單元38即為肖特基二極管單元。通過(guò)隨后的工藝，可以進(jìn)一步制造出肖特基二極管選通的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器陣列， 如圖3G所示，圖中電阻隨機(jī)存儲(chǔ)單元41采用的存儲(chǔ)材料為CuO，上下電極為鉬電極，電阻隨 機(jī)存儲(chǔ)單元41可以在電信號(hào)的作用下實(shí)現(xiàn)單元電阻在高、低電阻之間的可逆轉(zhuǎn)換。此電阻隨機(jī)存儲(chǔ)單元自然可以選用其他的電阻轉(zhuǎn)換材料和電極，存儲(chǔ)材料甚至可以選用相變存儲(chǔ) 材料，從而通過(guò)上述的工藝制造出相變存儲(chǔ)單元，兩者的不同之處僅在于離子注入部分和 肖特基二極管金屬電極的制造部分，在此也不贅述，只是要理解為此實(shí)施例同樣適合相變 存儲(chǔ)器的制造。實(shí)施例3本實(shí)施例說(shuō)明制造三維立體堆疊二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的方法。在制造得到如圖2所示的單層的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)后，如需要制造多層的存儲(chǔ)器 結(jié)構(gòu)，則可繼續(xù)地制造位線57，如圖4A所示，圖中，51為基底，52為鈀金屬字線，54為PN 二 極管或者是肖特基二極管(在此以PN 二極管為例說(shuō)明)，53和56為絕緣材料，兩者材料組 份可以相同，也可以不同。圖中，沿E-E方向的投影如圖4B所示，位線57為鈀金屬位線。電 阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元 中選用的存儲(chǔ)介質(zhì)為SixSb2Te3相變材料。SixSb2Te3是一種納米復(fù)合相變材 料，相變材料納米晶由非晶的硅均勻分隔開(kāi)，因此，材料不僅具有較低的功耗、較快的速度， 還具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性，尤其是此材料在高溫下的穩(wěn)定性很適合三維立體的堆疊。沉積絕緣材料層60，通過(guò)半導(dǎo)體工藝在鈀金屬位線57上方開(kāi)窗口，并沉積非晶 硅，通過(guò)退火的處理獲得了單晶硅，并采用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化，獲得PN 二極管59，隨后制 造與PN 二極管對(duì)應(yīng)的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元61，如圖4C所示。具體的制造工藝可以參考前兩 者類(lèi)似的實(shí)施例。繼續(xù)制造第三層字/位線63，如圖4D所示，圖中沿F-F所示的結(jié)構(gòu)如圖4E所示。 如此，就制造出了兩層堆疊的基于SixSb2Te3納米復(fù)合相變材料的相變存儲(chǔ)器。顯然通過(guò)隨 后類(lèi)似的工藝可以繼續(xù)實(shí)行更多層的堆疊，直到獲得所需要的層數(shù)為止。雖然在本實(shí)施例中采用SixSb2Te3納米復(fù)合相變材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)，顯然也可以替 換為其他類(lèi)型的相變材料，并且也可以由不同電阻轉(zhuǎn)變機(jī)理的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)材料替換，各 層工藝中采用的各根金屬字/位線可以相同，也可以不同，根據(jù)實(shí)際的需要靈活掌握。在這 里需要特別指出，各層之間的存儲(chǔ)材料可以相同，也可以不同，例如在底層采用SixSb2Te3m 米復(fù)合相變材料，而頂層采用GeSbTe材料；還比如在底下基層采用強(qiáng)關(guān)聯(lián)的金屬氧化物存 儲(chǔ)材料，而上面幾層采用相變材料，總而言之，各層的存儲(chǔ)介質(zhì)甚至是機(jī)理都可以不同。并 且，單層字/位線也可以如實(shí)施例2描述的那樣由兩種材料組成。此外，工藝中使用到了多 次的絕緣材料，這些材料可以相同，也可以不同。實(shí)施例4通過(guò)與實(shí)施例1類(lèi)似的工藝流程，獲得如圖5A所示的結(jié)構(gòu)，71、72和73分別為基 底、導(dǎo)電字/位線和絕緣層，對(duì)應(yīng)的俯視圖如圖5B所示。沉積具有誘導(dǎo)硅結(jié)晶作用的材料74，通過(guò)回刻工藝或者化學(xué)機(jī)械拋光，保留通孔 內(nèi)的材料，去除孔外的材料，結(jié)構(gòu)如圖5C所示。材料的沉積采用物理沉積法或者是化學(xué)氣 相沉積法，如果采用后者，那么在圖5C中的通孔側(cè)壁可能還會(huì)有材料74，在此不再舉例說(shuō) 明，但并不排除此種情形。沉積多晶硅75，如圖5D所示，材料的沉積采用物理沉積法或者是化學(xué)氣相沉積 法，優(yōu)選方法為后者。在氬氣和氮?dú)獾幕旌蜌怏w的氣氛中進(jìn)行退火，退火溫度為550度時(shí)間為12小時(shí)， 在誘導(dǎo)材料74的幫助下，在通孔的內(nèi)部形成單晶硅76，而在這里的單晶硅可以指的是結(jié)晶程度較好的多晶硅，結(jié)構(gòu)如圖5E所示。化學(xué)機(jī)械拋光后如圖5F所示，俯視圖見(jiàn)圖5G。采用離子注入法在通孔內(nèi)形成二極管結(jié)構(gòu)71，并在特定區(qū)域形成選通字/位線的 導(dǎo)電通孔78，見(jiàn)圖5H，制造電極79后的二極管陣列如圖51所示。采用隨后的半導(dǎo)體工藝可以在上述二極管的上方制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元80，并形 成存儲(chǔ)器陣列，82為上電極。同理，也可以采用實(shí)施例類(lèi)同的步驟制造多層堆疊的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，在此就不再贅 述。綜上所述，本發(fā)明的二極管及電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的制造方法在制造單晶硅時(shí)，是采 用退火工藝，利用特定金屬對(duì)多晶硅結(jié)晶的誘導(dǎo)作用，在較低溫度下使多晶硅薄膜結(jié)晶形 成單晶硅，由此實(shí)現(xiàn)低溫制造單晶硅。本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)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(lái)說(shuō)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)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他基底、材料 和部件來(lái)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 他變形和改變。
權(quán)利要求
一種制造PN二極管的方法，其特征在于包括方案一或方案二，其中，所述方案一包括如下的步驟A.在表面有導(dǎo)電字線或位線的基底上沉積絕緣材料；B.采用光刻法對(duì)所述絕緣材料開(kāi)孔，以使所述字線或位線上方具有多個(gè)通孔；C.如果所述字線或位線的頂部已具有能夠誘導(dǎo)多晶硅結(jié)晶的第一含金屬材料，則進(jìn)行后續(xù)步驟，否則在具有多個(gè)通孔的基底上沉積所述第一含金屬材料，并通過(guò)半導(dǎo)體回刻工藝或者化學(xué)機(jī)械拋光法去除各通孔外的第一含金屬材料；D.在具有所述第一含金屬材料的基底上沉積多晶硅，并通過(guò)退火，使得處于各通孔內(nèi)的多晶硅在所述第一含金屬材料的誘導(dǎo)下，結(jié)晶形成單晶硅；E.各PN結(jié)形成步驟，其包括兩個(gè)子步驟a)對(duì)通孔內(nèi)具有單晶硅的基底進(jìn)行離子注入以形成各PN結(jié)；b)對(duì)基底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以去除各通孔之外絕緣層上方的單晶硅和多晶硅，所述兩個(gè)子步驟的先后順序不限；F.在具有PN結(jié)的基底上制造導(dǎo)電通孔，制造金屬上電極(可含硅化層)，以形成多個(gè)二極管；方案二包括如下的步驟A.在沉積有第一含金屬材料的基底上沉積多晶硅，并通過(guò)退火，使得多晶硅在第一含金屬材料的誘導(dǎo)下，轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч?；B.在已沉積有多晶硅的基底上制造字線或位線，其包括兩個(gè)子步驟a)在已沉積有多晶硅的基底上進(jìn)行離子注入以形成PN結(jié)；和b)采用半導(dǎo)體工藝，在所述基底上制造出字線或位線，并在同一根字線或位線上方形成多個(gè)單晶硅二極管單元，所述兩個(gè)子步驟的先后順序不限；C.在形成了字線或位線的基底上沉積絕緣材料，以便電學(xué)隔離各字線和各二極管單元或各位線和各二極管單元；D.對(duì)已沉積絕緣材料的基底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以去除多余的絕緣材料；E.在拋光后的基底上制造導(dǎo)電通孔，制造金屬上電極，以形成二極管。
2.如權(quán)利要求1所述的制造PN二極管的方法，其特征在于還包括一使各二極管的表面 得到硅化處理的步驟，所述硅化處理的步驟在方案一的步驟E和方案二的步驟D之后進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1所述的制造PN二極管的方法，其特征在于所述第一含金屬材料是包 含一種或者多種金屬元素的材料。
4.如權(quán)利要求3所述的制造PN二極管的方法，其特征在于所述金屬元素的范圍為 鎳、鋁、金、銀、鈷、鉻、銅、鐵、鉬、鈦、鋅、鈀。
5.如權(quán)利要求1所述的制造PN二極管的方法，其特征在于在所述方案一中，“如果所 述字線或位線的頂部具有能夠誘導(dǎo)多晶硅結(jié)晶的第一含金屬材料”是指所述字線或位線的 材料成分中包含第一含金屬材料。
6.如權(quán)利要求1所述的制造PN二極管的方法，其特征在于在“如果所述字線或位線 的頂部具有能夠誘導(dǎo)多晶硅結(jié)晶的第一含金屬材料”中，所述第一含金屬材料是在金屬字 線或位線一體制造中得到，或是通過(guò)在字線或位線上的薄膜沉積得到。
7.如權(quán)利要求1所述的制造PN二極管的方法，其特征在于所述絕緣材料為氧化物、 氮化物、多晶硅中的一種或者多種的混合物。
8.如權(quán)利要求1所述的制造PN二極管的方法，其特征在于在退火時(shí)，退火溫度范圍 在150度到600度之間；退火時(shí)間在10分鐘到48小時(shí)之間；退火的氣氛為真空、惰性氣體、 和氮?dú)庵械囊环N或多種。
9.如權(quán)利要求1所述的制造PN二極管的方法，其特征在于多晶硅的沉積是采用化學(xué) 氣相沉積，或采用物理沉積法。
10.一種制造肖特基二極管的方法，其特征在于包括方案三或方案四，其中，所述方案 三包括如下的步驟A.在表面有導(dǎo)電字線或位線的基底上沉積絕緣材料；B.采用光刻法對(duì)所述絕緣材料開(kāi)孔，以使所述字線或位線上方具有多個(gè)通孔；C.如果所述字線或位線的頂部已具有能夠誘導(dǎo)多晶硅結(jié)晶的第一含金屬材料，則進(jìn)行 后續(xù)步驟，否則在具有多個(gè)通孔的基底結(jié)構(gòu)上沉積第一含金屬材料，并通過(guò)半導(dǎo)體回刻工 藝或者化學(xué)機(jī)械拋光法去除各通孔外的第一含金屬材料；D.在具有所述第一含金屬材料的基底上沉積多晶硅，并通過(guò)退火，使得處于各通孔內(nèi) 的多晶硅在所述第一含金屬材料的誘導(dǎo)下，結(jié)晶形成單晶硅；E.沉積能與單晶硅形成肖特基勢(shì)壘的第二金屬材料；F.通過(guò)半導(dǎo)體工藝形成肖特基二極管，并制造出字線或位線上的導(dǎo)電通孔。方案四包括如下的步驟A.在沉積有第一含金屬材料的基底上沉積多晶硅，并通過(guò)退火，使得多晶硅在第一含 金屬材料的誘導(dǎo)下，轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч?；B.在具有單晶硅的基底上沉積所述第二金屬材料；C.采用半導(dǎo)體工藝，在具有第二金屬材料的基底上形成分立的線條，刻蝕深度直到將 基底上導(dǎo)電材料完全分隔開(kāi)，形成字線或位線，并使字線或位線上方形成多個(gè)肖特基二極管單元；D.在已具有多個(gè)肖特基二極管單元的基底上沉積絕緣材料；E.對(duì)已沉積絕緣材料的基底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以去除多余的絕緣材料；F.在拋光后的基底上制造導(dǎo)電通孔，制造金屬上電極，以形成二極管。
11.如權(quán)利要求10所述的制造肖特基二極管的方法，其特征在于所述第一含金屬材 料是包含一種或者多種金屬元素的材料。
12.如權(quán)利要求11所述的制造肖特基二極管的方法，其特征在于所述金屬元素的范 圍為鎳、鋁、金、銀、鈷、鉻、銅、鐵、鉬、鈦、鋅、鈀。
13.如權(quán)利要求10所述的制造肖特基二極管的方法，其特征在于還包括在方案三的沉 積第二金屬材料前對(duì)所述單晶硅摻雜的步驟其又包括兩個(gè)子步驟a)對(duì)具有單晶硅的基 底進(jìn)行離子注入以形成參雜區(qū)域；b)對(duì)基底進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，以去除各通孔之外絕緣層 上方的單晶硅和多晶硅，所述兩個(gè)子步驟的先后順序不限。
14.如權(quán)利要求10所述的制造肖特基二極管的方法，其特征在于還包括在方案四的的 沉積第二金屬材料前在已沉積有多晶硅的基底上進(jìn)行離子注入以實(shí)現(xiàn)所述單晶硅的摻雜。
15.如權(quán)利要求10所述的制造肖特基二極管的方法，其特征在于所述第二金屬材料 為單質(zhì)金屬或?yàn)楹辖稹?br> 16.如權(quán)利要求10所述的制造肖特基二極管的方法，其特征在于所述絕緣材料為氧化物、氮化物、和多晶硅中的一種或者多種混合物。
17.如權(quán)利要求10所述的制造肖特基二極管的方法，其特征在于在退火時(shí)，退火溫度 范圍在150度到600度之間；退火時(shí)間在10分鐘到48小時(shí)間；退火的氣氛為真空、惰性氣 體和氮?dú)庵械囊环N或多種。
18.如權(quán)利要求10所述的制造肖特基二極管的方法，其特征在于多晶硅的沉積采用 化學(xué)氣相沉積，或采用物理沉積法。
19.一種制造二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的方法，其特征在于在權(quán)利要求1至18任 意一已形成PN 二極管陣列或肖特基二極管陣列的基底上繼續(xù)沉積電極材料和電阻轉(zhuǎn)換材 料，制造電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器單元，此過(guò)程還包括絕緣材料填充、電極的制造和硅化工藝。
20.如權(quán)利要求19所述的制造二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的方法，其特征在于所述 電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元為相變存儲(chǔ)單元，或?yàn)殡娮桦S機(jī)存儲(chǔ)單元。
21.一種制造三維立體堆疊二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的方法，其特征在于在權(quán)利要 求20的二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元形成后，在具有二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元的基 底上繼續(xù)重復(fù)進(jìn)行形成二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)單元的過(guò)程，以形成三維立體堆疊二極管 選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器。
22.如權(quán)利要求21所述的制造三維立體堆疊二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的方法，其特 征在于所形成的三維立體堆疊二極管選通電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器中具有不同類(lèi)型的電阻轉(zhuǎn)換存 儲(chǔ)單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種二極管及電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器的制造方法，其中的單晶硅的制備是通過(guò)在特定金屬上沉積多晶硅薄膜，采用退火工藝，利用特定金屬對(duì)多晶硅結(jié)晶的誘導(dǎo)作用，在較低溫度下使多晶硅薄膜結(jié)晶形成單晶硅，隨后采用半導(dǎo)體工藝制造二極管陣列及基于該種二極管的電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器。本發(fā)明的特點(diǎn)在于可在較低的溫度下制造二極管，且能在多層堆疊的集成電路中獲得應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01L21/82GK101807545SQ201010130588
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者萬(wàn)旭東, 劉波, 吳關(guān)平, 宋志棠, 封松林, 張挺, 陳邦明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所