專利名稱：一次性可編程存儲單元陣列及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體存儲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一次性可編程存儲單元陣列及其制造方法。
背景技術(shù)：
一次可編程存儲裝置是非易失性存儲裝置，其特點是一次編程存儲信息，即使斷電信息也能永久保存。由于工藝簡單、價格低廉，一次可編程存儲裝置廣泛應用于各種半導體產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種一次性可編程存儲單元陣列，包括形成在支撐襯底上的絕緣層；形成在所述絕緣層上的導電材料層的多個相互分離的條形部分；形成在所述導電材料層的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣層的部分上的電介質(zhì)層；以及形成在所述電介質(zhì)層上的與所述導電材料層的多個相互分離的條形部分垂直的多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分，所述導電材料層的每一個所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層的每一個所述條形部分的重疊之處形成一個存儲單元?？蛇x地，所述支撐襯底是高純冶金級硅晶片、工藝硅片余料或低成本多晶硅形成的襯底?？蛇x地，所述襯底是絕緣襯底。進一步可選地，所述絕緣襯底是由玻璃或聚酯材料形成的襯底。可選地，所述多晶硅或多晶硅鍺層由通過激光退火形成的顆粒尺寸為50nm-100um 的多晶硅形成。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供了一種包含根據(jù)本發(fā)明第一方面的一次性可編程存儲單元陣列的一次性可編程存儲裝置?？蛇x地，所述一次性可編程存儲裝置還可以包括多個第一選擇晶體管和多個第二選擇晶體管，其中每一個第一選擇晶體管的漏極連接到所述導電材料層的相應一個所述條形部分，每一個第二選擇晶體管的源極連接到所述多晶硅層或多晶硅鍺層的相應一個所述條形部分，每一個第一和第二選擇晶體管的包含源區(qū)、漏區(qū)和溝道區(qū)的有源層由與所述多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分以相同的工藝同時形成的多晶硅或多晶硅鍺層形成?？蛇x地，所述連接通過形成在層間絕緣層中的導電通路和形成在層間絕緣層上的導電互連實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種制造一次性可編程存儲單元陣列的方法，包括如下步驟在支撐襯底上形成絕緣層；在所述絕緣層上形成導電材料層的多個相互分離的條形部分；在所述導電材料層的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣層的部分上形成電介質(zhì)層；以及在所述電介質(zhì)層上形成與所述導電材料層的多個相互分離的條形部分垂直的多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分，存儲單元位于所述導電材料層的所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層的所述條形部分的重疊之處?？蛇x地，所述支撐襯底是高純冶金級硅晶片、工藝硅片余料或低成本多晶硅形成的襯底?？蛇x地，所述襯底是絕緣襯底。進一步可選地，所述絕緣襯底是由玻璃或聚酯材料形成的襯底?？蛇x地，所述多晶硅或多晶硅鍺層由通過激光退火形成的顆粒尺寸為50nm-100um 的多晶硅形成。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種一次性可編程存儲單元陣列，包括形成在絕緣襯底上的導電材料層的多個相互分離的條形部分；形成在所述導電材料層的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣襯底的部分上的電介質(zhì)層；以及形成在所述電介質(zhì)層上的與所述導電材料層的多個相互分離的條形部分垂直的多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分，所述導電材料層的每一個所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層的每一個所述條形部分的重疊之處形成有一個存儲單元?？蛇x地，所述多晶硅層由通過激光退火形成的顆粒尺寸為50nm-100um的多晶硅形成。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種制造一次性可編程存儲單元陣列的方法，包括如下步驟在絕緣襯底上形成導電材料層的多個相互分離的條形部分；
在所述導電材料層的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣襯底的部分上形成電介質(zhì)層；以及在所述電介質(zhì)層上形成與所述導電材料層的多個相互分離的條形部分垂直的多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分，所述導電材料層的每一個所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層的每一個所述條形部分的重疊之處形成有一個存儲單元?？蛇x地，所述多晶硅層由通過激光退火形成的顆粒尺寸為50nm-100um的多晶硅形成。由于可以采用高純冶金級(UMG)硅晶片、工藝硅片余料、低成本多晶硅玻璃或聚酯材料等廉價材料形成的襯底，本發(fā)明以低成本的方式提供了一次性可編程存儲單元陣列及其制造方法。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性一次性可編程存儲裝置的一部分的示意性電路圖。圖2-4分別示出了根據(jù)本發(fā)明制造圖1中的一次性可編程存儲單元陣列的方法的各個步驟的示意性俯視圖，圖分別示出了沿圖2-4中的AA’線的示意性橫截面圖。圖5-8分別示出了根據(jù)本發(fā)明制造圖1中的一次性可編程存儲裝置的方法的各個步驟的示意性俯視圖，圖5a-8a分別示出了沿圖5_5中的AA’線的示意性橫截面圖。圖9示出了形成了層間絕緣層、導電通路和導電互連后所得到的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明提供的技術(shù)方案更加清楚和明白，以下參照附圖并結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行更詳細的描述。附圖是示意性的，并不一定按比例繪制，貫穿附圖相同的附圖標記表示相同或相似的部分。為了使本發(fā)明更加清楚，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的一些器件結(jié)構(gòu)(例如，形成在柵極電介質(zhì)層和柵極導體側(cè)壁上的隔離物)和工藝步驟在此省略。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性一次性可編程存儲裝置1000的一部分的示意性電路圖，該存儲裝置1000包括存儲單元陣列1100，行選擇晶體管機、112、10、114，以及列選擇晶體管Ni、N2、N3。圖1中示出了 4X3個存儲單元，每一行的存儲單元經(jīng)由行選擇晶體管(Ml、M2、M3和M4)連接到相應的字線WLl、札2、WL3, WL4),每一列的存儲單元經(jīng)由列選擇晶體管(N1、N2、N3)連接到相應的位線(BL1、BL2、BL3)。以存儲單元F31為例，在寫入時，僅當晶體管Ml和m都導通且Vdd為高電壓時，存儲單元F31的電介質(zhì)被擊穿，代表信息“1”，電介質(zhì)未被擊穿的存儲單元代表信息“0”。應當理解，存儲單元陣列1100與字線和位線的連接可以不限于圖1所示的方式。以下結(jié)合圖2、加、3、3￡1、4、如描述制造存儲單元陣列1000的方法。首先，如圖2和加所示，在支撐襯底100上形成絕緣層102，并且在所述絕緣層102 上形成導電材料層104的多個相互分離的條形部分。優(yōu)選地，所述支撐襯底100是由高純冶金級(UMG)硅晶片、工藝硅片余料、低成本多晶硅等廉價材料形成的襯底?；蛘?，所述支撐襯底100可以是諸如玻璃或聚酯材料形成的絕緣襯底。當然，在所述支撐襯底100為絕緣襯底的情況下，所述絕緣層102可以省略。 所述絕緣層102可以通過利用諸如MOCVD (金屬有機物化學氣相沉積)、PECVD (等離子體化學氣相沉積)、ALCVD (原子層化學氣相沉積)、濺射、電子束蒸發(fā)等的常規(guī)工藝沉積氧化硅、 氮化硅或其組合形成。所述導電材料層104的多個相互分離的條形部分例如可以通過濺射金屬層并且將金屬層圖案化成多個相互分離的條形部分而形成，所述金屬例如可以為銅、 鋁或鎳?；蛘?，所述導電材料層104可以由摻雜多晶硅形成。接下來，在所述導電材料層104的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣層102的部分上沉積電介質(zhì)層106，并且利用諸如CMP (化學機械拋光)的技術(shù)平坦化該電介質(zhì)層106，在平坦化的電介質(zhì)層106上形成多晶硅或多晶硅鍺層108，得到如圖3和3a所示的結(jié)構(gòu)。所述電介質(zhì)層106可通過利用諸如MOCVD(金屬有機物化學氣相沉積)、PECVD (等離子體化學氣相沉積)、ALCVD (原子層化學氣相沉積)、濺射、電子束蒸發(fā)等的常規(guī)工藝，沉積氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧氮化硅、HfSiOx、HfO2, ZrO2, Al2O3> TiO2, La203> SrTi03、LaAW3或其組合而形成。優(yōu)選地，所述電介質(zhì)層106較薄，厚度為0. 5nm到 50nm。形成該多晶硅或多晶硅鍺層108可包括沉積非晶硅層，結(jié)晶化該非晶硅層以形成多晶硅或多晶硅鍺層。所述結(jié)晶化可通過例如熱退火、激光退火、紅外退火實現(xiàn)。優(yōu)選地，激光退火的溫度約為一千度，時間約為幾到幾十納秒。優(yōu)選地，形成顆粒尺寸較大的多晶硅， 例如顆粒尺寸為50nm-100um的多晶硅。在一個特定的實例中，所述顆粒尺寸為0. 3_10um。 在另一個特定的實例中，所述顆粒尺寸為lum。該多晶硅或多晶硅鍺層108的厚度優(yōu)選為 5nm-200nmo然后，采用常規(guī)的光刻及蝕刻工藝相對于所述電介質(zhì)層106選擇性地圖案化所述多晶硅或多晶硅鍺層108，以形成垂直于所述導電材料層104的所述多個相互分離的條形部分的、所述多晶硅或多晶硅鍺層108的多個相互分離的條形部分，如圖4和如所示。在所述導電材料層104的條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層108的條形部分的每一個重疊處，形成一個存儲單元。由此，形成了根據(jù)本發(fā)明的一次性可編程存儲單元陣列，該一次性可編程存儲單元陣列包括形成在支撐襯底100上的絕緣層102，形成在絕緣層102上的導電材料層104 的多個相互分離的條形部分，形成在所述導電材料層104的多個相互分離的條形部分以及所述條形部分之間的所述絕緣層102的部分上的電介質(zhì)層106，以及形成在所述電介質(zhì)層 106上的與所述導電材料層104的多個相互分離的條形部分垂直的所述多晶硅或多晶硅鍺層108的多個相互分離的條形部分，所述導電材料層104的每一個所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層108的每一個所述條形部分的重疊之處形成一個存儲單元。根據(jù)本發(fā)明，還可以在形成所述存儲單元陣列1100的同時形成所述晶體管Ml、 M2、M3、M4、N1、N2、N30以下結(jié)合圖5、5a、6、6a、7、7a、8、8a描述制造圖1所示的存儲裝置的方法。注意， 在5、5a、6、6a、7、7a、8、8a中僅僅示出了連接到字線WL1、WL2、WL3、WL4的晶體管M1、M2、M3 和M4的制造過程，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，連接到位線BL1、BL2、BL3的晶體管m、N2、N3 可以與晶體管M1、M2、M3和M4以相同的工藝和材料同時形成，為了使本發(fā)明的描述簡明，未示出晶體管m、N2、N3的制造過程。首先，在支撐襯底100上形成絕緣層102，并且在所述絕緣層102上形成導電材料層104的多個相互分離的條形部分。當然，在所述支撐襯底100是絕緣襯底的情況下，所述絕緣層102可以省略。在圖5和fe所示的實施例中，用于形成連接到字線WL1、WL2、WL3、 WL4的晶體管M1、M2、M3和M4的所述支撐襯底100的第一區(qū)域I上未形成所述導電材料層 104，僅在用于形成存儲單元的所述支撐襯底100的第二區(qū)域II中形成了導電材料層104 的多個相互分離的條形部分。但是本發(fā)明不限于此，在另一個實施例中，可以不是完全除去所述第一區(qū)域I上的導電材料層104，而是在整個支撐襯底100上都形成導電材料層104的相互分離的條形部分。接下來，在所述導電材料層104的多個相互分離的條形部分上以及未被所述導電材料層104覆蓋的所述絕緣層102的部分上沉積電介質(zhì)層106，并且利用諸如CMP (化學機械拋光)的技術(shù)平坦化該電介質(zhì)層106，在平坦化的電介質(zhì)層106上形成多晶硅或多晶硅鍺層108，得到如圖6和6a所示的結(jié)構(gòu)。所述電介質(zhì)層106、所述多晶硅或多晶硅鍺層108的材料及形成工藝同上面結(jié)合圖3和3a所進行的描述，因此，在此不再累述。然后，采用常規(guī)的光刻及蝕刻工藝相對于所述電介質(zhì)層106選擇性地圖案化所述多晶硅或多晶硅鍺層108，以在所述第一區(qū)域I中形成用于形成晶體管Ml、M2、M3和M4的有源區(qū)的平臺，并且在所述第二區(qū)域II中形成垂直于所述導電材料層104的所述多個相互分離的條形部分的、所述多晶硅或多晶硅鍺層108的多個相互分離的條形部分，如圖7和7a 所示。在所述導電材料層104的條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層108的條形部分的每一個重疊處，形成一個存儲單元。接下來，形成所述晶體管M1、M2、M3和M4的柵極電介質(zhì)層110和柵極導體112，如圖8和8a所示，并且以柵極導體112為掩模，對晶體管M1、M2、M3和M4進行源區(qū)和漏區(qū)的摻雜。優(yōu)選地，在對晶體管M1、M2、M3和M4進行源區(qū)和漏區(qū)的摻雜的同時，對所述第二區(qū)域II上保留的所述多晶硅或多晶硅鍺層108進行同樣的摻雜。實際上，在形成柵極電介質(zhì)層 110時，可以在整個支撐襯底100上共形地形成柵極電介質(zhì)層110。在完成圖5、5a、6、6a、7、7a、8、8a所示的步驟之后，可以按照本領(lǐng)域公知的方法， 在所得到的結(jié)構(gòu)上形成層間絕緣層，在所述層間絕緣層中形成導電通路，并且根據(jù)實際電路的連接需要在所述層間電介質(zhì)上形成連接導電通路的導電互連。圖9示出了形成了層間絕緣層114、導電通路116、118、120和導電互連122后所得到的結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖，如圖9所示，晶體管M3的源極連接到電源電壓VDD，漏極連接到導電材料層104的一個條形部分。以上通過示例性實施例描述了本發(fā)明的一次性可編程存儲單元陣列及其制造方法，然而，這并不意圖限制本發(fā)明的保護范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的上述實施例的任何修改或變型都落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種一次性可編程存儲單元陣列，包括 形成在支撐襯底上的絕緣層；形成在所述絕緣層上的導電材料層的多個相互分離的條形部分； 形成在所述導電材料層的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣層的部分上的電介質(zhì)層；以及形成在所述電介質(zhì)層上的與所述導電材料層的多個相互分離的條形部分垂直的多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分，所述導電材料層的每一個所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層的每一個所述條形部分的重疊之處形成有一個存儲單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲單元陣列，其中所述支撐襯底是高純冶金級硅晶片、工藝硅片余料或低成本多晶硅形成的襯底，或者所述支撐襯底是絕緣襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的存儲單元陣列，其中所述多晶硅層由通過激光退火形成的顆粒尺寸為50nm-100um的多晶硅形成。
4.一種一次性可編程存儲裝置，包括如權(quán)利要求1-3中任一項所述的一次性可編程存儲單元陣列。
5.一種制造一次性可編程存儲單元陣列的方法，包括如下步驟 在支撐襯底上形成絕緣層；在所述絕緣層上形成導電材料層的多個相互分離的條形部分； 在所述導電材料層的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣層的部分上形成電介質(zhì)層；以及在所述電介質(zhì)層上形成與所述導電材料層的多個相互分離的條形部分垂直的多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分，所述導電材料層的每一個所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層的每一個所述條形部分的重疊之處形成有一個存儲單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的存儲單元陣列，其中所述支撐襯底是高純冶金級硅晶片、工藝硅片余料或低成本多晶硅形成的襯底，或者是絕緣襯底。
7.根據(jù)權(quán)利要求5-6中任一項所述的存儲單元陣列，其中所述多晶硅層由通過激光退火形成的顆粒尺寸為50nm-100um的多晶硅形成。
8.一種一次性可編程存儲單元陣列，包括形成在絕緣襯底上的導電材料層的多個相互分離的條形部分； 形成在所述導電材料層的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣襯底的部分上的電介質(zhì)層；以及形成在所述電介質(zhì)層上的與所述導電材料層的多個相互分離的條形部分垂直的多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分，所述導電材料層的每一個所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層的每一個所述條形部分的重疊之處形成有一個存儲單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的存儲單元陣列，其中所述多晶硅層由通過激光退火形成的顆粒尺寸為50nm-100um的多晶硅形成。
10.一種制造一次性可編程存儲單元陣列的方法，包括如下步驟 在絕緣襯底上形成導電材料層的多個相互分離的條形部分；在所述導電材料層的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣襯底的部分上形成電介質(zhì)層；以及在所述電介質(zhì)層上形成與所述導電材料層的多個相互分離的條形部分垂直的多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分，所述導電材料層的每一個所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層的每一個所述條形部分的重疊之處形成有一個存儲單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述多晶硅層由通過激光退火形成的顆粒尺寸為50nm-100um的多晶硅形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一次性可編程存儲單元陣列及其制造方法。該存儲單元陣列，包括形成在支撐襯底上的絕緣層；形成在所述絕緣層上的導電材料層的多個相互分離的條形部分；形成在所述導電材料層的多個相互分離的條形部分上以及所述條形部分之間的所述絕緣層的部分上的電介質(zhì)層；以及形成在所述電介質(zhì)層上的與所述導電材料層的多個相互分離的條形部分垂直的多晶硅或多晶硅鍺層的多個相互分離的條形部分，所述導電材料層的每一個所述條形部分與所述多晶硅或多晶硅鍺層的每一個所述條形部分的重疊之處形成有一個存儲單元。
文檔編號H01L21/8246GK102361030SQ20111025802
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者朱慧瓏, 梁擎擎, 鐘匯才 申請人:長沙艾爾豐華電子科技有限公司