專利名稱：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，涉及一種存儲器，尤其涉及一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器；此外， 本發(fā)明還涉及上述電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法。
背景技術(shù)：
非易失性半導(dǎo)體存儲器在信息技術(shù)中占據(jù)了重要的地位，電阻轉(zhuǎn)換存儲器作為一種較新 的存儲器相比于目前的閃存擁有較多的優(yōu)點(diǎn)，例如，傳統(tǒng)的閃存技術(shù)在32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)以后面 臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而電阻轉(zhuǎn)換存儲器則不受此影響，它在尺寸縮小方面有著潛在的競爭優(yōu)勢， 將在未來的高密度存儲器中發(fā)揮重要的作用。
隨著非易失性半導(dǎo)體存儲器密度的提升，二極管因?yàn)槠漭^小的尺寸逐漸取代MOSFET成為 主流的技術(shù)，在目前的技術(shù)中，往往采用離子注入或者高溫外延方法獲得二極管，但是，這 些方法成本較高，在未來高密度的電阻轉(zhuǎn)換存儲器中，二極管的制造成本將在很大程度上決 定各種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的成本，從而在市場競爭中出于重要的地位。
通過我們的研究，發(fā)現(xiàn)相變材料作為一種類半導(dǎo)體材料，可擴(kuò)散到半導(dǎo)體中，形成對半 導(dǎo)體的摻雜，從而能夠?qū)崿F(xiàn)二極管效應(yīng)。在另一方面，根據(jù)本申請人(中國科學(xué)院上海微系 統(tǒng)與信息技術(shù)研究所)于2008年10月20日申請的一件專利申請(申請?zhí)?00810201407. 5， 發(fā)明名稱《含銻材料作為電阻轉(zhuǎn)換存儲材料的應(yīng)用》，發(fā)明人張挺等人)，含銻材料具有電 阻轉(zhuǎn)換的能力以及在電阻轉(zhuǎn)換存儲器中的潛在應(yīng)用；且銻材料作為半導(dǎo)體工業(yè)中一種常用的n 型摻雜原子，能夠?qū)型的硅進(jìn)行擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)n型的摻雜。

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)換存儲器，通過擴(kuò)散形成的區(qū)域與半導(dǎo) 體字線之間共同形成二極管，結(jié)構(gòu)簡單，可有效降低制造成本。 本發(fā)明還提供上述電阻轉(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 一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器，包括 基底； 邏輯電路；字線，其為具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體字線； 位線，位于字線上方；
若干分立的存儲單元，位于字線上方；通過擴(kuò)散效應(yīng)，使所述存儲單元中存儲材料的部 分原子擴(kuò)散到所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體字線中，在接觸界面形成對半導(dǎo)體字線的綜合效應(yīng) 為第二導(dǎo)電類型的摻雜；經(jīng)存儲材料原子擴(kuò)散摻雜形成的第二導(dǎo)電類型區(qū)域與第一導(dǎo)電類型
半導(dǎo)體字線之間形成二極管結(jié)構(gòu)，該二極管結(jié)構(gòu)作為選通單元對上方的存儲單元進(jìn)行選通；
隔離單元，用以隔離各字線以及各二極管結(jié)構(gòu)和存儲單元，使其之間電學(xué)隔離。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述存儲單元作為獨(dú)立的一部分，位于字線與位線之間。
此時(shí)，所述二極管結(jié)構(gòu)是分立的、即一根字線上方是多個(gè)獨(dú)立的二極管；或者，所述二極管 結(jié)構(gòu)為一整體。
作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述存儲單元作為所述位線的一部分；此時(shí)，所述二極
管結(jié)構(gòu)是分立的，即一根字線上方是多個(gè)獨(dú)立的二極管。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述存儲單元還包括至少一層導(dǎo)電層，所述存儲單元位于
導(dǎo)電層與字線之間。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在電信號的作用下，所述存儲單元的電阻可在高、低電阻 之間實(shí)現(xiàn)可控的轉(zhuǎn)變。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述擴(kuò)散造成的存儲材料原子對第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的擴(kuò)
散摻雜是一種或者多種原子的擴(kuò)散。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述隔離單元材料的電阻率比存儲材料和半導(dǎo)體字線的電
阻率高。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述字線為P型導(dǎo)電的半導(dǎo)體線；存儲材料的部分原子對 該P(yáng)型導(dǎo)電的半導(dǎo)體線進(jìn)行擴(kuò)散，經(jīng)擴(kuò)散處理后，靠近界面附近的P型半導(dǎo)體成為n型摻雜 區(qū)域，與P型導(dǎo)電的半導(dǎo)體線之間形成了多個(gè)分立的二極管結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述存儲單元自身具有相變的功能，或者存儲材料經(jīng)過適
當(dāng)?shù)膿诫s后具有電阻轉(zhuǎn)變的能力。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述存儲單元的材料為含銻材料、硫系化合物相變材料中
的一種或多種。較佳地，所述存儲單元的材料為含銻材料，銻原子的含量大于50% 。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述隔離單元材料的電阻率比銻材料的電阻率高。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述二極管結(jié)構(gòu)是分立的，即一根字線上方是多個(gè)獨(dú)立的
二極管；或者，所述二極管結(jié)構(gòu)為一整體。
7——本發(fā)明方法的一種實(shí)施方式為 一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，其包括如下步驟 設(shè)置一基底；
在所述基底上制造第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體字線； 在第一導(dǎo)電類型的字線上方制造存儲材料線；
通過原子的擴(kuò)散摻雜在第一導(dǎo)電類型字線靠近存儲材料的界面附近形成第二導(dǎo)電類型的 區(qū)域，形成的第二導(dǎo)電類型區(qū)域與第一導(dǎo)電類型字線形成二極管結(jié)構(gòu)；
制造位線，在形成位線的同時(shí)，將覆蓋在位線之下以外部分的存儲材料以及經(jīng)存儲材料 原子擴(kuò)散后的第二類型半導(dǎo)體去除，刻蝕深度直到未被擴(kuò)散到的第一類型半導(dǎo)體層頂部，從 而在單一第一導(dǎo)電類型字線上方制造出多個(gè)分立的二極管；
形成存儲單元；
填充隔離材料以及平坦化。
——本發(fā)明方法的另一種方案為 一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，其包括如下步驟-
設(shè)置一基底；
制造邏輯電路；
在基底上制造出淺槽陣列；
在槽中，沉積催化誘導(dǎo)材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回刻工藝去除多余材料，保留 底部的催化誘導(dǎo)材料；
氣相沉積第一導(dǎo)電類型硅材料，經(jīng)過高溫處理，由于催化誘導(dǎo)材料的誘導(dǎo)作用，在催化 誘導(dǎo)材料上方形成了第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線；
通過化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回刻工藝，將沉積得到的多余的第一導(dǎo)電類型多晶硅去除；
沉積存儲材料層，在上述淺槽中，即多晶硅上方，制造存儲材料線條，存儲材料圖形與 多晶硅字線圖形相同、重合；
通過擴(kuò)散處理，是存儲材料中的部分原子擴(kuò)散到下層的第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線中， 形成綜合效應(yīng)為第二導(dǎo)電類型的摻雜，在硅字線靠近存儲材料的界面附近形成第二導(dǎo)電類型 區(qū)域，該區(qū)域與第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線形成二極管結(jié)構(gòu)；
制造位線，在形成位線的同時(shí)，將覆蓋在位線以下之外部分的存儲材料以及經(jīng)存儲材料 原子擴(kuò)散的多晶硅去除，刻蝕深度直到未被擴(kuò)散的第一類型多晶硅層，從而在單一第一導(dǎo)電 類型多晶硅字線上方制造出多個(gè)分立的二極管；
形成存儲單元；
填充隔離材料，平坦化，使分立的各個(gè)二極管隔離開。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述催化誘導(dǎo)材料用以在制造硅薄膜時(shí)幫助形成多晶硅。 ——本發(fā)明方法的另一種方案為 一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，其包括如下步驟-制造邏輯電路；
在基底上制造出線條陣列，線條材料可作為硬掩膜材料； 采用側(cè)墻工藝形成犧牲層材料側(cè)墻； 沉積硬掩膜材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化 刻蝕犧牲層側(cè)墻，利用硬掩膜獲得窄槽；
去除多余的硬掩膜，在上述窄槽中，沉積催化誘導(dǎo)材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回 刻工藝去除多余材料，保留底部的催化誘導(dǎo)材料；
氣相沉積第一導(dǎo)電類型硅材料，經(jīng)過高溫處理，由于催化誘導(dǎo)材料的誘導(dǎo)作用，在催化 誘導(dǎo)材料上方形成了第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線；
通過化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回刻工藝，將沉積得到的多余的第一導(dǎo)電類型的多晶硅去除；
沉積存儲材料層，制造存儲材料線條
通過擴(kuò)散處理，使存儲材料中的部分原子擴(kuò)散到第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線中，形成對 多晶硅字線綜合效應(yīng)為第二導(dǎo)電類型的摻雜，在第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線靠近存儲材料的 界面附近成為第二導(dǎo)電類型區(qū)域，該區(qū)域與第一導(dǎo)電類型多晶硅字線形成二極管結(jié)構(gòu)；
制造位線，在形成位線的同時(shí)，將覆蓋在位線之下以外部分的存儲材料以及經(jīng)存儲材料 原子擴(kuò)散的多晶硅去除，刻蝕深度直到未被擴(kuò)散的多晶硅層，由此在單一的字線上方形成多 個(gè)分立的二極管單元器件，用以驅(qū)動(dòng)和選通存儲單元；
形成存儲單元；
填充隔離材料，使分立的各個(gè)二極管隔離開。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在特定的刻蝕條件下，犧牲層的刻蝕速率高于同條件下硬 掩膜刻蝕速率。所述催化誘導(dǎo)材料用以在制造硅薄膜時(shí)幫助形成多晶硅。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的利用各種存儲材料對于半導(dǎo)體字線進(jìn)行擴(kuò)散摻雜， 通過擴(kuò)散形成的區(qū)域與半導(dǎo)體字線之間共同形成了二極管，此方法結(jié)構(gòu)更加簡單，制造成本 具有競爭力。在此方法中，存儲材料除了存儲的作用外，還具有對字線摻雜改性的能力，在 某些實(shí)施例中，還具有導(dǎo)電位線的功能。
另外，本發(fā)明所述電阻轉(zhuǎn)換存儲器所采用的存儲材料在器件中具有多種功能，既作為高、 低電阻轉(zhuǎn)換的媒介材料，同時(shí)也是雜質(zhì)材料，能通過擴(kuò)散效應(yīng)對與其接觸的半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜，從而用簡便的方法形成二極管作為邏輯單元選通存儲器單元。上述結(jié)構(gòu)和工藝中對存儲材料 的選擇范圍較廣，只要能夠在器件中實(shí)現(xiàn)電阻轉(zhuǎn)換特性，此外能夠通過擴(kuò)散對第一導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)第二導(dǎo)電類型的摻雜即可。


圖1A至圖1C電阻轉(zhuǎn)換存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2A至圖2D另一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3A至圖3H為一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器單元的制造過程示意圖，采用的存儲材料為Sb3. Je。 圖4A至圖4J為另一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器單元的制造過程示意圖。 圖5A至圖5K為另一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器單元的制造過程示意圖。
圖6A至圖6L為采用"側(cè)墻工藝"(或者稱"spacer"技術(shù))制造電阻轉(zhuǎn)換存儲器單元的 過程示意圖。
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)換存儲器，包括基底、邏輯電路、字線、位線、及隔離單元。 所述字線為具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體字線。位線位于字線上方，位線包括若干分立的存儲 單元通過擴(kuò)散效應(yīng)，使所述存儲單元中存儲材料的部分原子擴(kuò)散到所述第一導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體字線中，在接觸界面形成對半導(dǎo)體字線的綜合效應(yīng)為第二導(dǎo)電類型的摻雜；經(jīng)存儲材料 原子擴(kuò)散摻雜形成的第二導(dǎo)電類型區(qū)域與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體字線之間形成若干分立的二極 管，該二極管作為選通單元對上方的存儲單元進(jìn)行選通。隔離單元用以隔離各字線以及各二 極管和存儲單元，使其之間電學(xué)隔離。
所述存儲單元自身具有相變的功能，或者存儲材料經(jīng)過適當(dāng)?shù)膿诫s后具有電阻轉(zhuǎn)變的能 力。所述存儲單元的材料為含銻材料、硫系化合物相變材料中的一種或多種。所述存儲單元 的材料為含銻材料，銻原子的含量大于50% 。在電信號的作用下，所述存儲材料的電阻可在 高、低電阻之間實(shí)現(xiàn)可控的轉(zhuǎn)變。另外，擴(kuò)散造成的存儲材料原子對第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的 擴(kuò)散摻雜是一種或者多種原子的擴(kuò)散。
設(shè)置隔離單元的目的是為了使各個(gè)字線、位線之間電學(xué)隔離，同時(shí)也起到隔離同一字線
10上方各個(gè)分立的二極管的目的。所述隔離單元材料的電阻率比存儲材料和半導(dǎo)體字線的電阻 率高。
所述存儲單元還可以包括至少一層導(dǎo)電層，所述存儲單元位于導(dǎo)電層與字線之間。 本實(shí)施例中，電阻轉(zhuǎn)換存儲器的結(jié)構(gòu)請參閱圖1A至圖1C。圖1A中，在硅襯底1 (即基 底)上，有P型的字線陣列2，與字線陣列相交的是位線陣列3、 5 (位線包含兩層，即頂部 的導(dǎo)電W層5與底部的Sb金屬層3), Sb金屬3與字線陣列2相交接觸處，通過擴(kuò)散處理， Sb原子擴(kuò)散到了p型的硅字線中，形成了n型摻雜的相交區(qū)域4， n型區(qū)域4與p型字線2形 成二極管結(jié)構(gòu)，作為電阻轉(zhuǎn)換存儲器的選通單元。而在Sb金屬3與位線導(dǎo)電層5的界面將發(fā) 生電阻的轉(zhuǎn)換效應(yīng)，從而存儲數(shù)據(jù)。圖1A中所示的二極管與電阻的標(biāo)志是為了更好地表示圖 中的結(jié)構(gòu)，此圖像并非真實(shí)存在與器件中。圖1B所示為圖1A沿y軸方向的截面圖，圖1C所 示為圖lA沿x軸得到的截面圖。
本發(fā)明提出的利用各種存儲材料對于半導(dǎo)體字線進(jìn)行擴(kuò)散摻雜，通過擴(kuò)散形成的區(qū)域與 半導(dǎo)體字線之間共同形成了二極管，此方法結(jié)構(gòu)更加簡單，制造成本具有競爭力。在此方法 中，存儲材料除了存儲的作用外，還具有對字線摻雜改性的能力，在某些實(shí)施例中，還具有 導(dǎo)電位線的功能。上述結(jié)構(gòu)和工藝中對存儲材料的選擇范圍較廣，只要能夠在器件中實(shí)現(xiàn)電 阻轉(zhuǎn)換特性，此外能夠通過擴(kuò)散對第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)第二導(dǎo)電類型的摻雜即可。
實(shí)施例二
本實(shí)施例中，所述存儲單元作為獨(dú)立的一部分，位于字線與位線之間。請參與圖2A-圖 2D，圖2A所示為另外一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的三維結(jié)構(gòu)示意圖，在硅襯底l上有p型的硅字線 2，硅字線上方覆蓋有GeSbTe線6，經(jīng)過擴(kuò)散處理后，在GeSbTe線6與硅字線的界面形成擴(kuò) 散區(qū)8，擴(kuò)散區(qū)為Ge， Sb以及Te三種原子共同摻雜作用，形成的摻雜綜合效果為n型，與p 型字線2形成了二極管結(jié)構(gòu)；金屬位線7與GeSbTe線相交。圖1B所示為圖1A沿y軸方向 的投影圖，圖1C所示為圖1A沿x軸方向的其中一種結(jié)構(gòu)的投影。
而在另一種結(jié)構(gòu)中，沿x軸方向的投影如圖2D所示。圖2D與圖2C的不同在于，前者 同一 p型硅字線2上方的二極管是分立的，即一根字線上方是多個(gè)獨(dú)立的二極管。
當(dāng)所述存儲單元作為獨(dú)立的一部分時(shí)，二極管結(jié)構(gòu)可以是分立的、即一根字線上方是多 個(gè)獨(dú)立的二極管；二極管結(jié)構(gòu)也可以為一整體。
由以上兩個(gè)實(shí)施例可見，所述存儲單元可以作為獨(dú)立于位線的一部分，也作為所述位線 的一部分。實(shí)施例三
本實(shí)施例揭示了一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，首先設(shè)置一硅襯底；在所述硅襯底上 制造第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體字線；在第一導(dǎo)電類型的字線上方制造存儲材料線；通過原子的 擴(kuò)散摻雜在第一導(dǎo)電類型字線靠近存儲材料的界面附近形成第二導(dǎo)電類型的區(qū)域，形成的第 二導(dǎo)電類型區(qū)域與第一導(dǎo)電類型字線形成二極管結(jié)構(gòu)；制造位線，在形成位線的同時(shí)，將覆
蓋在位線之下以外部分的存儲材料以及經(jīng)存儲材料原子擴(kuò)散后的第二類型半導(dǎo)體去除，刻蝕 深度直到未被擴(kuò)散到的第一類型半導(dǎo)體層頂部，從而在單一第一導(dǎo)電類型字線上方制造出多 個(gè)分立的二極管；形成存儲單元；填充隔離材料以及平坦化。 請參閱圖3A至圖3H，本實(shí)施例具體如下
(1) 設(shè)置一硅襯底1;
(2) 首先在硅襯底10上通過光刻和離子注入形成p型的位線11，截面3A所示， 圖3A中沿A-A方向所示的俯視圖為圖3B所示；
(3) 通過光刻法，在經(jīng)離子注入后形成的p型位線上方刻蝕至位線頂部停下，將光刻膠 去除后的俯視圖如圖3C所示，虛線所示為埋在硅下的字線11,圖中沿B-B方向的剖面圖如 圖3D所示。
(4) 沉積31)3.6化層13得到如圖3E所示的結(jié)構(gòu)，采用化學(xué)機(jī)械拋光法將多余部分磨平， 得到如圖3F的結(jié)構(gòu)，而此時(shí)的俯視圖如圖3G所示。
(5) 經(jīng)過一定條件下的擴(kuò)散處理，使Sb和Te原子擴(kuò)散到p型的硅字線中，而Sb和Te 對硅的摻雜是n型摻雜，所以，經(jīng)過擴(kuò)散后，在靠近Sb3,6Te的界面處，經(jīng)擴(kuò)散后的硅材料為 n型，此n型的區(qū)域與下方的p型的區(qū)域形成了二極管結(jié)構(gòu)，能夠用于對存儲單元的選通和驅(qū) 動(dòng)。
(6) 經(jīng)過擴(kuò)散后，得到的n型Sb和Te摻雜的硅區(qū)域14，圖3G中沿C-C方向的剖面如 圖3H所示。
(7) 如此就得到了二極管陣列，再通過存儲單元的制備以及電極的制造便可得到存儲陣列。
實(shí)施例四
本實(shí)施例揭示了另一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，首先設(shè)置一基底；而后制造邏輯電 路；在基底上制造出淺槽陣列；在槽中，沉積催化誘導(dǎo)材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回
12刻工藝去除多余材料，保留底部的催化誘導(dǎo)材料；氣相沉積第一導(dǎo)電類型硅材料，經(jīng)過高溫 處理，由于催化誘導(dǎo)材料的誘導(dǎo)作用，在催化誘導(dǎo)材料上方形成了第一導(dǎo)電類型的多晶硅字 線；通過化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回刻工藝，將沉積得到的多余的第一導(dǎo)電類型多晶硅去除； 沉積存儲材料層，在上述淺槽中，即多晶硅上方，制造存儲材料線條，存儲材料圖形與多晶 硅字線圖形相同、重合；通過擴(kuò)散處理，是存儲材料中的部分原子擴(kuò)散到下層的第一導(dǎo)電類 型的多晶硅字線中，形成綜合效應(yīng)為第二導(dǎo)電類型的摻雜，在硅字線靠近存儲材料的界面附 近形成第二導(dǎo)電類型區(qū)域，該區(qū)域與第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線形成二極管結(jié)構(gòu)；制造位線， 在形成位線的同時(shí)，將覆蓋在位線以下之外部分的存儲材料以及經(jīng)存儲材料原子擴(kuò)散的多晶 硅去除，刻蝕深度直到未被擴(kuò)散的第一類型多晶硅層，從而在單一第一導(dǎo)電類型多晶硅字線 上方制造出多個(gè)分立的二極管；形成存儲單元；填充隔離材料，平坦化，使分立的各個(gè)二極 管隔離開。所述催化誘導(dǎo)材料用以在制造硅薄膜時(shí)幫助形成多晶硅。 請參閱圖4A至圖4J，本實(shí)施例具體如下
先在n型的硅襯底上通過離子注入形成p型摻雜層15，通過光刻形成線條，如圖犯所示， 圖中沿D-D方向的投影如圖4C所示。通過低溫氧化硅16的沉積和化學(xué)機(jī)械拋光平坦化得到 如圖4D所示的結(jié)構(gòu)，俯視圖如圖4E所示。沉積Sb材料12后，圖4E中沿E-E方向的投影如 圖4F所示，光刻出與p型硅字線垂直的Sb線17，截面圖如圖4G所示，俯視圖如圖4H所示。 再一次填充低溫氧化物18，電學(xué)隔離Sb線17，經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光后得到如圖41所示的截面， 再經(jīng)過擴(kuò)散工藝得到如圖4J所示的結(jié)構(gòu)，區(qū)域19為經(jīng)Sb摻雜的n型區(qū)域。如此就得到了二 極管陣列，再通過存儲單元的制備便可得到電阻轉(zhuǎn)換存儲陣列。
實(shí)施例五 本實(shí)施例揭示了另一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，首先制造邏輯電路；而后在基底上 制造出線條陣列，線條材料可作為硬掩膜材料；采用側(cè)墻工藝形成犧牲層材料側(cè)墻；沉積硬 掩膜材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化；刻蝕犧牲層側(cè)墻，利用硬掩膜獲得窄槽；去除多余的 硬掩膜，在上述窄槽中，沉積催化誘導(dǎo)材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回刻工藝去除多余 材料，保留底部的催化誘導(dǎo)材料；氣相沉積第一導(dǎo)電類型硅材料，經(jīng)過高溫處理，由于催化 誘導(dǎo)材料的誘導(dǎo)作用，在催化誘導(dǎo)材料上方形成了第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線；通過化學(xué)機(jī) 械拋光或者刻蝕回刻工藝，將沉積得到的多余的第一導(dǎo)電類型的多晶硅去除；沉積存儲材料 層，制造存儲材料線條；通過擴(kuò)散處理，使存儲材料中的部分原子擴(kuò)散到第一導(dǎo)電類型的多 晶硅字線中，形成對多晶硅字線綜合效應(yīng)為第二導(dǎo)電類型的摻雜，在第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線靠近存儲材料的界面附近成為第二導(dǎo)電類型區(qū)域，該區(qū)域與第一導(dǎo)電類型多晶硅字線形 成二極管；制造位線，在形成位線的同時(shí)，將覆蓋在位線之下以外部分的存儲材料以及經(jīng)存 儲材料原子擴(kuò)散的多晶硅去除，刻蝕深度直到未被擴(kuò)散的多晶硅層，由此在單一的字線上方 形成多個(gè)分立的二極管單元器件，用以驅(qū)動(dòng)和選通存儲單元；形成存儲單元；填充隔離材料， 使分立的各個(gè)二極管隔離開。在特定的刻蝕條件下，犧牲層的刻蝕速率高于同條件下硬掩膜 刻蝕速率。所述催化誘導(dǎo)材料用以在制造硅薄膜時(shí)幫助形成多晶硅。 請參閱圖5A至圖5K，本實(shí)施例具體如下
圖5所示為制造電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列的方法。首先在硅襯底21上刻蝕出淺槽22,截面圖 與俯視圖分別如圖5A和5B所示。在槽的底部沉積金屬Ni薄層作為誘導(dǎo)層，此步驟的方法有 兩種，第一種，采用氣相沉積法在圖5A的基礎(chǔ)上均勻沉積Ni薄層23,通過回刻工藝得到如 圖5C的結(jié)構(gòu)，俯視圖如5D所示；第二種，沉積Ni薄膜，隨后采用化學(xué)機(jī)械拋光得到上述結(jié) 構(gòu)，不過在槽的側(cè)壁會殘留一些Ni。氣相沉積p型硅24，經(jīng)過高溫處理后，在圖5F中的淺 槽上方，因?yàn)镹i的誘導(dǎo)作用形成了多晶硅25，為p型。經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光和回刻工藝后，得 到了如圖5G的結(jié)構(gòu)。進(jìn)而填充銻金屬26,經(jīng)拋光平坦化后如圖5H所示。隨后沉積金屬，經(jīng) 過光刻后得到鎢材料位線27,其截面圖如圖5I所示。通過擴(kuò)散方法，使銻層26中的銻原子 擴(kuò)散到P型多晶硅25中，形成了Sb摻雜的硅區(qū)域28，在刻蝕形成位線27的過程中，刻蝕過 程停到多晶硅25的頂部，將多晶硅字線上方的二極管分開，此時(shí)的截面圖和俯視圖分別如圖 5J和5K所示。如此，在銻層26與p型多晶硅25的界面，因?yàn)镾b的擴(kuò)散效應(yīng)，使界面附近 的硅材料被n型摻雜，就形成了二極管。而在金屬鎢與Sb的界面，在電信號的作用下，將發(fā) 生電阻的轉(zhuǎn)換效應(yīng)，如此，便制造出了電阻轉(zhuǎn)換存儲器陣列，當(dāng)然，完整的陣列還應(yīng)該包括 CMOS驅(qū)動(dòng)電路部分，在此實(shí)施例中沒有特別指出，但是并不代表不需要驅(qū)動(dòng)電路。而在得到 圖5G的工藝過程可以僅采用化學(xué)機(jī)械拋光，這樣就不用將硅25回刻，在隨后的工藝中，采 用光刻法在P型硅字線25上方制造銻與金屬位線。
實(shí)施例六
請參閱圖6A至圖6L，本實(shí)施例為采用"側(cè)墻工藝"(或稱"spacer"工藝)制造較小特 征尺寸的存儲陣列的方法。
圖6A為已經(jīng)制造了驅(qū)動(dòng)電路的襯底，在襯底上方制造線條33，(此線條將作為硬掩膜)， 得到的截面如圖6B所示。采用化學(xué)氣相沉積和回刻工藝在線條33的側(cè)面形成側(cè)墻34，如圖 6C所示。沉積另一種硬掩膜材料35，如圖6D所示，經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光后得到的結(jié)構(gòu)如圖6E
14所示。采用反應(yīng)離子刻蝕法，在側(cè)墻34的下方制造出槽36,其余被硬掩膜覆蓋的部分受到保 護(hù)，形成的結(jié)構(gòu)如圖6F所示，俯視圖如圖6G所示。將多余的硬掩膜去除后，采用如圖5所 示類似的方法制造出P型多晶硅38 (圖6H)以及沉積銻材料39 (圖61)。繼續(xù)制造金屬位線 40，如圖6J所示。經(jīng)過擴(kuò)散處理，在銻材料39與p型多晶硅38的界面形成n型摻雜的多晶 硅區(qū)域41與p型摻雜的多晶硅區(qū)域形成二極管，如圖6K所示。在金屬位線40與銻材料39 的界面將發(fā)生電阻轉(zhuǎn)換效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。此時(shí)，俯視圖如圖6L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(shí)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(shí)施例進(jìn)行其他變形 和改變。
權(quán)利要求
1、一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于，其包括基底；邏輯電路；字線，其為具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體字線；位線，位于字線上方；若干分立的存儲單元，位于字線與位線之間；通過擴(kuò)散效應(yīng)，使所述存儲單元中存儲材料的部分原子擴(kuò)散到所述第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體字線中，在接觸界面形成對半導(dǎo)體字線的綜合效應(yīng)為第二導(dǎo)電類型的摻雜；經(jīng)存儲材料原子擴(kuò)散摻雜形成的第二導(dǎo)電類型區(qū)域與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體字線之間形成二極管結(jié)構(gòu)，該二極管結(jié)構(gòu)作為選通單元對上方的存儲單元進(jìn)行選通；隔離單元，用以隔離各字線以及各二極管和存儲單元，使其相互之間電學(xué)隔離。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述存儲單元作為獨(dú)立的一部分， 位于字線與位線之間；所述二極管結(jié)構(gòu)是分立的、即一根字線上方是多個(gè)獨(dú)立的二極管；或者，所述二極管 結(jié)構(gòu)為一整體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述存儲單元作為所述位線的一部 分；所述二極管結(jié)構(gòu)是分立的，即一根字線上方是多個(gè)獨(dú)立的二極管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述存儲單元還包括至少一層導(dǎo)電 層，所述存儲單元位于導(dǎo)電層與字線之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于在電信號的作用下，所述存儲單元 的電阻可在高、低電阻之間實(shí)現(xiàn)可控的轉(zhuǎn)變。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述擴(kuò)散造成的存儲材料原子對第 一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的擴(kuò)散摻雜是一種或者多種原子的擴(kuò)散。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述隔離單元材料的電阻率比存儲 材料和半導(dǎo)體字線的電阻率高。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述字線為p型導(dǎo)電的半導(dǎo)體線； 存儲材料的部分原子對該p型導(dǎo)電的半導(dǎo)體線進(jìn)行擴(kuò)散，經(jīng)擴(kuò)散處理后，靠近界面附近的 p型半導(dǎo)體成為n型摻雜區(qū)域，與p型導(dǎo)電的半導(dǎo)體線之間形成了多個(gè)分立的二極管結(jié)構(gòu)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述存儲單元自身具有相變的功能， 或者存儲材料經(jīng)過適當(dāng)?shù)膿诫s后具有電阻轉(zhuǎn)變的能力。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述存儲單元的材料為含銻材 料、硫系化合物相變材料中的一種或多種。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述存儲單元的材料為含銻 材料，銻原子的含量大于50% 。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電阻轉(zhuǎn)換存儲器，其特征在于所述隔離單元材料的電阻率比 銻材料的電阻率高。
13、 一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，其特征在于，其包括如下步驟 設(shè)置一基底；在所述基底上制造第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體字線； 在第一導(dǎo)電類型的字線上方制造存儲材料線；通過原子的擴(kuò)散摻雜在第一導(dǎo)電類型字線靠近存儲材料的界面附近形成第二導(dǎo)電類 型的區(qū)域，形成的第二導(dǎo)電類型區(qū)域與第一導(dǎo)電類型字線形成二極管結(jié)構(gòu)；制造位線，在形成位線的同時(shí)，將覆蓋在位線之下以外部分的存儲材料以及經(jīng)存儲材 料原子擴(kuò)散后的第二類型半導(dǎo)體去除，刻蝕深度直到未被擴(kuò)散到的第一類型半導(dǎo)體層頂 部，從而在單一第一導(dǎo)電類型字線上方制造出多個(gè)分立的二極管；形成存儲單元；填充隔離材料以及平坦化。
14、 一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，其特征在于，其包括如下步驟 設(shè)置一基底；制造邏輯電路； 在基底上制造出淺槽陣列；在槽中，沉積催化誘導(dǎo)材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回刻工藝去除多余材料，保 留底部的催化誘導(dǎo)材料；氣相沉積第一導(dǎo)電類型硅材料，經(jīng)過高溫處理，由于催化誘導(dǎo)材料的誘導(dǎo)作用，在催 化誘導(dǎo)材料上方形成了第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線；通過化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回刻工藝，將沉積得到的多余的第一導(dǎo)電類型多晶硅去除；沉積存儲材料層，在上述淺槽中，即多晶硅上方，制造存儲材料線條，存儲材料圖形 與多晶硅字線圖形相同、重合；通過擴(kuò)散處理，是存儲材料中的部分原子擴(kuò)散到下層的第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線中，形成綜合效應(yīng)為第二導(dǎo)電類型的摻雜，在硅字線靠近存儲材料的界面附近形成第二導(dǎo) 電類型區(qū)域，該區(qū)域與第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線形成二極管結(jié)構(gòu)；制造位線，在形成位線的同時(shí)，將覆蓋在位線以下之外部分的存儲材料以及經(jīng)存儲材 料原子擴(kuò)散的多晶硅去除，刻蝕深度直到未被擴(kuò)散的第一類型多晶硅層，從而在單一第一 導(dǎo)電類型多晶硅字線上方制造出多個(gè)分立的二極管；形成存儲單元；填充隔離材料，平坦化，使分立的各個(gè)二極管隔離開。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造方法，其特征在于所述催化誘導(dǎo)材料用以在制造硅薄 膜時(shí)幫助形成多晶硅。
16、 一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器的制造方法，其特征在于，其包括如下步驟 制造邏輯電路；在基底上制造出線條陣列，線條材料可作為硬掩膜材料； 采用側(cè)墻工藝形成犧牲層材料側(cè)墻； 沉積硬掩膜材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化； 刻蝕犧牲層側(cè)墻，利用硬掩膜獲得窄槽；去除多余的硬掩膜，在上述窄槽中，沉積催化誘導(dǎo)材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕 回刻工藝去除多余材料，保留底部的催化誘導(dǎo)材料；氣相沉積第一導(dǎo)電類型硅材料，經(jīng)過高溫處理，由于催化誘導(dǎo)材料的誘導(dǎo)作用，在催 化誘導(dǎo)材料上方形成了第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線；通過化學(xué)機(jī)械拋光或者刻蝕回刻工藝，將沉積得到的多余的第一導(dǎo)電類型的多晶硅去除；沉積存儲材料層，制造存儲材料線條；通過擴(kuò)散處理，使存儲材料中的部分原子擴(kuò)散到第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線中，形成 對多晶硅字線綜合效應(yīng)為第二導(dǎo)電類型的摻雜，在第一導(dǎo)電類型的多晶硅字線靠近存儲材 料的界面附近成為第二導(dǎo)電類型區(qū)域，該區(qū)域與第一導(dǎo)電類型多晶硅字線形成二極管；制造位線，在形成位線的同時(shí)，將覆蓋在位線之下以外部分的存儲材料以及經(jīng)存儲材 料原子擴(kuò)散的多晶硅去除，刻蝕深度直到未被擴(kuò)散的多晶硅層，由此在單一的字線上方形 成多個(gè)分立的二極管單元器件，用以驅(qū)動(dòng)和選通存儲單元；形成存儲單元填充隔離材料，使分立的各個(gè)二極管隔離開。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于在特定的刻蝕條件下，犧牲層的刻 蝕速率高于同條件下硬掩膜刻蝕速率。
18、 如權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于所述催化誘導(dǎo)材料用以在制造硅薄膜 時(shí)幫助形成多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種電阻轉(zhuǎn)換存儲器及其制造方法，所述電阻轉(zhuǎn)換存儲器包括基底、邏輯電路、字線、位線、若干分立的存儲單元、隔離單元；通過擴(kuò)散效應(yīng)，使所述存儲單元中存儲材料的部分原子擴(kuò)散到第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體字線中，在接觸界面形成對半導(dǎo)體字線的綜合效應(yīng)為第二導(dǎo)電類型的摻雜；經(jīng)存儲材料原子擴(kuò)散摻雜形成的第二導(dǎo)電類型區(qū)域與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體字線之間形成二極管，該二極管作為選通單元對上方的存儲單元進(jìn)行選通。電阻轉(zhuǎn)換存儲器所采用的存儲材料在器件中具有多種功能，既作為高、低電阻轉(zhuǎn)換的媒介材料，同時(shí)也是雜質(zhì)材料，能通過擴(kuò)散效應(yīng)對與其接觸的半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜，從而用簡便的方法形成二極管作為邏輯單元選通存儲器單元。
文檔編號H01L23/52GK101504949SQ20081020282
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者波 劉, 宋志棠, 封松林, 挺 張, 陳邦明, 顧怡峰 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所