專利名稱：電阻式存儲(chǔ)體結(jié)晶二極管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是關(guān)于一種微電子，特別地，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式是關(guān)
于二極管和存儲(chǔ)裝置。
背景技術(shù)：
PN 二極管的一個(gè)特性是其以一方向傳導(dǎo)電流，而以另一方向阻斷電流。這個(gè)行為 是由自結(jié)(junction)的電子特性，也稱為制造于一半導(dǎo)體晶體中的一 PN結(jié)。當(dāng)P型和N 型材料以互相接觸的形式設(shè)置，結(jié)的作用相異于單獨(dú)的P型或N型材料的作用。電流會(huì)很 快地流經(jīng)一方向(正向偏置)而不流經(jīng)另一方向(反向偏置)，而產(chǎn)生基本二極管。此非反 向的行為是自然產(chǎn)生于電荷在兩種材料中的傳輸過(guò)程。PN 二極管用于大量微電子裝置，包 含但不限于晶體管及存儲(chǔ)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種形成一 PN結(jié)的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該發(fā)明 方法包括提供包含至少一傳導(dǎo)部分的一襯底；在該襯底的該至少一傳導(dǎo)部分上形成一絕緣層；形成穿過(guò)該絕緣層的一孔，以提供該襯底的該至少一傳導(dǎo)部分的一暴露部分；形成一種子材料于該襯底的該至少一傳導(dǎo)部分的該暴露部分的至少一部分上；在該種子材料上形成非晶硅，以填滿該孔的至少一部分；轉(zhuǎn)換該非晶硅的至少一部分，以提供結(jié)晶硅；以及在該結(jié)晶硅中形成鄰接一第二摻雜區(qū)域的一第一摻雜區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方式中，該種子材料由Ni、Al、Pt、Ge、Co或合金及其組合所組成。在 一個(gè)實(shí)施方式中，沉積在該種子材料頂上的非晶硅轉(zhuǎn)換為結(jié)晶材料是通過(guò)加熱該非晶硅至 大于該非晶硅熔點(diǎn)且小于該襯底熔點(diǎn)的一溫度而提供。在一個(gè)實(shí)施方式中，注入P型和N 型摻質(zhì)至該結(jié)晶硅中以形成該P(yáng)N結(jié)的摻雜區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方式中，由上述方法所形成的 該P(yáng)N結(jié)是整合于一電阻式存儲(chǔ)裝置、相變存儲(chǔ)裝置或其結(jié)合中。本發(fā)明的另一目的在于提供一種制造存儲(chǔ)裝置的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，該制 造存儲(chǔ)裝置的方法包含以下步驟提供包含至少一傳導(dǎo)部分的一襯底；在該襯底的該至少一傳導(dǎo)部分上形成一種子材料；在至少該種子材料上形成非晶硅；轉(zhuǎn)換該非晶硅的至少一部分為結(jié)晶硅；在該結(jié)晶硅中形成一 PN結(jié)；以及形成與該P(yáng)N結(jié)接觸的一存儲(chǔ)單元。在一個(gè)實(shí)施方式中，形成存儲(chǔ)單元的方法包含形成一硅化物接觸點(diǎn)于該P(yáng)N結(jié)的一摻雜區(qū)域上；形成一電極于該硅化物接觸點(diǎn)頂上；以及形成一相變存儲(chǔ)材料于該電極頂 上。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該方法在種子材料的形成之前包含在該襯底上形成一絕緣層；以 及形成穿過(guò)該絕緣層的一孔，以暴露該襯底中至少一傳導(dǎo)部分的一表面，其中該種子材料 接著沉積在該至少一傳導(dǎo)部分的該暴露表面上。在一個(gè)實(shí)施方式中，該存儲(chǔ)單元的電極是通過(guò)凹進(jìn)結(jié)晶硅至低于該絕緣層的一上 表面以暴露該孔的側(cè)壁；在該孔的側(cè)壁上形成間隔物；以及沉積一阻障金屬于該硅化物接 觸點(diǎn)頂上的該孔中。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法更包含形成一第二阻障金屬于該相變存儲(chǔ)材料頂上； 以及蝕刻該第二阻障金屬以及相變存儲(chǔ)材料，以提供一阻障金屬/相變存儲(chǔ)材料棧。在一 實(shí)施方式中，該阻障金屬/相變存儲(chǔ)材料棧的寬度大于該電極至該P(yáng)N結(jié)的寬度。本發(fā)明的另一目的在于提供一種包含一相變材料以及一結(jié)晶硅二極管的存儲(chǔ)裝 置。在一個(gè)實(shí)施方式中，該存儲(chǔ)裝置包含一相變材料；以及一結(jié)晶硅二極管，其與該相變材料電接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，該結(jié)晶硅二極管是由多結(jié)晶硅(亦稱為多晶硅)所組成。在 另一個(gè)實(shí)施方式中，該結(jié)晶硅是由單晶硅所組成。在一個(gè)實(shí)施方式中，該結(jié)晶硅二極管包含 一第一摻雜區(qū)域以及一第二摻雜區(qū)域，其中該第一摻雜區(qū)域的電傳導(dǎo)不同于該第二摻雜區(qū) 域的電傳導(dǎo)。在一個(gè)實(shí)施方式中，該第一摻雜區(qū)域是相鄰于該第二摻雜區(qū)域沿著該結(jié)晶硅 二極管的一垂直軸而形成。在一個(gè)實(shí)施方式中，該存儲(chǔ)裝置在該相變材料以及該結(jié)晶硅二 極管之間包含一電極，其中該電極的寬度小于該結(jié)晶硅二極管的寬度。在另一個(gè)實(shí)施方式 中，該相變材料是由GST所組成，以及該電極是由一阻障金屬所組成。


下述的詳細(xì)說(shuō)明是以較佳實(shí)施方式的方式闡述，然而本發(fā)明的范圍當(dāng)不受限于各 項(xiàng)具體實(shí)施方式
。下述的說(shuō)明結(jié)合附圖給出的描述可以得到更詳細(xì)的理解，其中組件符號(hào) 表示各組件和部分，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明所使用包含一襯底、所述襯底頂上的一絕緣層以及延伸至該襯 底中的隔離區(qū)域的啟始結(jié)構(gòu)的一較佳實(shí)施方式的橫斷面?zhèn)纫晥D。圖2為根據(jù)本發(fā)明形成穿過(guò)該絕緣層的至少一孔，以暴露該襯底中至少一傳導(dǎo)區(qū) 域的一部分的一較佳實(shí)施方式的橫斷面?zhèn)纫晥D。圖3為根據(jù)本發(fā)明在該孔內(nèi)形成一種子材料的一較佳實(shí)施方式的橫斷面?zhèn)纫晥D。圖4為根據(jù)本發(fā)明在該孔內(nèi)的一非晶硅沉積的一較佳實(shí)施方式的橫斷面?zhèn)纫晥D。圖5為根據(jù)本發(fā)明將非晶硅轉(zhuǎn)換成結(jié)晶硅的一方法步驟的一較佳實(shí)施方式的橫 斷面?zhèn)纫晥D。圖6和7為根據(jù)本發(fā)明結(jié)晶硅中一 PN結(jié)的摻雜區(qū)域的形成的一較佳實(shí)施方式的 橫斷面?zhèn)纫晥D。圖8為根據(jù)本發(fā)明在一 PN結(jié)的摻雜區(qū)域頂上一硅化物的形成的一較佳實(shí)施方式 的橫斷面?zhèn)纫晥D。圖9和10為根據(jù)本發(fā)明在PN結(jié)的頂上存儲(chǔ)裝置的形成的橫斷面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明揭露于此，然而，本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式僅為闡述本發(fā)明可以不同形式實(shí)施。此外，每一個(gè)與本發(fā)明將闡述的各種實(shí)施方式有關(guān)的例子皆不受限。另 外，本案的圖式無(wú)須放大或縮小，一些圖式可放大以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，此處所揭 露的特定結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)不能解讀成限制，僅能解讀為用以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員多方面 實(shí)施本發(fā)明的代表基礎(chǔ)。本發(fā)明的實(shí)施方式關(guān)于在一結(jié)晶硅中制造一 PN結(jié)和形成一存儲(chǔ)裝置的新方法。 當(dāng)描述發(fā)明方法和結(jié)構(gòu)時(shí)，以下名詞除非特別指出外具有以下涵義。此處所用的術(shù)語(yǔ)「PN結(jié)」是指通過(guò)結(jié)合N型和P型半導(dǎo)體所形成的結(jié)。名詞「結(jié)」 指兩型的半導(dǎo)體相會(huì)的接口。此處所用的術(shù)語(yǔ)「P型半導(dǎo)體」是指將三價(jià)的雜質(zhì)，例如硼、鋁或鎵，摻雜至一純質(zhì) 半導(dǎo)體中，其造成價(jià)電子的缺乏。此處所用的術(shù)語(yǔ)「N型半導(dǎo)體」是指將貢獻(xiàn)自由電子的五價(jià)雜質(zhì)，例如銻、砷或磷， 摻雜至一純質(zhì)半導(dǎo)體中。此處所用的術(shù)語(yǔ)「存儲(chǔ)裝置」是指一結(jié)構(gòu)，其中結(jié)構(gòu)的電子狀態(tài)可以被改變，然后 保持在改變的狀態(tài)，依此方式一比特的信息可以被存儲(chǔ)。此處所用的術(shù)語(yǔ)「電阻式存儲(chǔ)裝置」是指一裝置，在施用一能量脈沖(例如一電壓 或電流脈沖)時(shí)其有效電阻可以在兩個(gè)或更多電阻值(歐姆)之間切換。脈沖時(shí)間可介于 大約5奈秒至大約1微秒之間。此處所用的術(shù)語(yǔ)「相變材料存儲(chǔ)裝置」是指包含一存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)裝置，該存儲(chǔ)單 元是由相變材料所組成。此處所用的術(shù)語(yǔ)「相變材料」是指在施用一能量時(shí)能從第一相轉(zhuǎn)換至第二相的材 料。此處所用的術(shù)語(yǔ)「非晶硅」是指一種非結(jié)晶型式的硅。此處所用的術(shù)語(yǔ)「種子材料」是指用以在另一材料中引發(fā)結(jié)晶反應(yīng)的材料。此處所用的術(shù)語(yǔ)「結(jié)晶」是指一固體，其中的組成原子、分子及/或離子依序聚集， 重復(fù)樣式延伸在整個(gè)三個(gè)空間中。此處所用的術(shù)語(yǔ)「單晶」是指一結(jié)晶固體，其中整個(gè)樣品的晶格是連續(xù)的且大致不 具有晶界。此處所用的術(shù)語(yǔ)「多晶硅」是指由多硅晶體所組成的材料。此處所用的術(shù)語(yǔ)「絕緣」以及「電介質(zhì)」是指具有OK的價(jià)帶和大約5eV的帶隙的 非金屬材料，其中室溫傳導(dǎo)率小于li^ohm-mr1。此處所用的術(shù)語(yǔ)「含硅襯底」是指一裝置的一襯底至少包含硅或形成于一裝置襯 底上的一層至少包含硅。此處所用的術(shù)語(yǔ)「摻雜區(qū)域」是指一固態(tài)材料，其中該區(qū)域的電子傳導(dǎo)率是基于N 型或P型摻質(zhì)，且價(jià)帶和導(dǎo)電帶被能隙分開，該能隙可能大約為3. 5eV。 此處所用的術(shù)語(yǔ)「阻障金屬」是指用以化學(xué)隔離半導(dǎo)體和金屬的材料，其提供一電
子連接于該半導(dǎo)體和金屬間。 術(shù)語(yǔ)「硅化物」是指一金屬和硅的合金。
術(shù)語(yǔ)「化學(xué)氣相沉積」是一種沉積程序，其中由于在大于室溫下氣態(tài)反應(yīng)物間的化 學(xué)反應(yīng)造成一沉積的種類形成，其中反應(yīng)的固態(tài)產(chǎn)物被沉積在一表面上，于該表面上欲形 成該固體產(chǎn)物的一薄膜、涂層或?qū)印Ｐg(shù)語(yǔ)「孔」是在介電層中蝕刻的一個(gè)洞，接著于其中填充一傳導(dǎo)材料或半導(dǎo)體材 料，以提供堆棧的相互連接金屬線或相互連接金屬線及裝置之間的垂直連接。如本文中所使用的“該至少一傳導(dǎo)部分”表示一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)例如是金屬栓、金屬 條、字線、位線及/或其組合，該結(jié)構(gòu)由傳導(dǎo)性材料形成，該傳導(dǎo)性材料為提供電傳遞到裝 置而例如是金屬或是摻雜的硅，該裝置例如是PN結(jié)或存儲(chǔ)裝置。本文中，術(shù)語(yǔ)“電傳遞”表示第一結(jié)構(gòu)物或材料可以將電傳導(dǎo)至第二結(jié)構(gòu)或材料。術(shù)語(yǔ)“直接物理接觸”表示將第一與第二結(jié)構(gòu)擺置成有接觸，而在兩結(jié)構(gòu)的接口沒(méi) 有任合中間的傳導(dǎo)或絕緣半傳導(dǎo)層。說(shuō)明書中對(duì)“一個(gè)實(shí)施方式”、“一實(shí)施方式”、“一范例實(shí)施方式”等等的參考指的 是所描述的實(shí)施方式可以包括一特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，但每一實(shí)施方式可以不需包含該 特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。此外，這些措詞不需參考相同的實(shí)施方式。此外，當(dāng)一特定特征、結(jié) 構(gòu)或特性是關(guān)聯(lián)于一實(shí)施方式而被描述，所要呈現(xiàn)為是在本領(lǐng)域具有一般技術(shù)者的知識(shí)內(nèi) 而關(guān)聯(lián)于無(wú)論是否有明確描述的其它實(shí)施方式來(lái)影響這樣的特征、結(jié)構(gòu)或特性。下文為了描述的目的，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“右”、“左”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”、與 其衍生者是相對(duì)于本發(fā)明而言，因?yàn)槭窃谒L制的附圖中作定向。圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明可用以形成PN結(jié)的初始結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方式。在一個(gè)實(shí) 施方式中，初始結(jié)構(gòu)1可以包括襯底5、隔絕區(qū)域10、至少一傳導(dǎo)部分15、以及第一絕緣層 20。在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底5可以由半傳導(dǎo)材料構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底5可 以是含硅襯底。含硅襯底的說(shuō)明性范例包含，但不限于硅、硅鍺、硅鍺碳、外延硅/硅、外延 硅/硅碳、外延硅/硅鍺、以及所施行的絕緣層上覆硅或絕緣層上覆鍺硅，其包含任何數(shù)量 形成其中的埋藏絕緣(即連續(xù)、非連續(xù)或連續(xù)與非連續(xù)的組合)區(qū)域。在另一個(gè)實(shí)施方式 中，含硅襯底可以由單晶硅、非晶硅或多結(jié)晶硅組成。在又另一個(gè)實(shí)施方式中，該硅襯底可 以由<100>或<110>硅形成。在另在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底5可以包括金屬。在又另在一 個(gè)實(shí)施方式中，襯底5可以包括絕緣材料，該絕緣材料包括對(duì)應(yīng)于之后形成的PN結(jié)的傳導(dǎo) 部分。在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底5可以覆蓋電子裝置(包括但不限于存儲(chǔ)裝置，該存儲(chǔ)裝 置例如是相變存儲(chǔ)裝置與電阻式存儲(chǔ)裝置)；開關(guān)裝置(包括但不限于晶體管，該晶體管例 如是場(chǎng)效晶體管)；電容；以及電阻。在一個(gè)實(shí)施方式中，該至少一傳導(dǎo)部分15可以是至少一傳導(dǎo)襯里，例如字線或位 線。在一個(gè)實(shí)施方式中，該至少一字線可以是多個(gè)平行字線，當(dāng)與多個(gè)位線使用時(shí)，該多個(gè) 平行字線提供存儲(chǔ)數(shù)組的電連接結(jié)構(gòu)，而該多個(gè)位線在實(shí)質(zhì)垂直于這些字線的方向上延伸 過(guò)襯底5。在一個(gè)實(shí)施方式中，每一字線與存儲(chǔ)單元的二極管接觸，且每一位線與存儲(chǔ)單元 與存儲(chǔ)單元的上電極接觸。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，是利用300mm的晶元來(lái)作為襯底 2，并對(duì)字線與位線的數(shù)量進(jìn)行選擇而提供對(duì)關(guān)于一百萬(wàn)個(gè)存儲(chǔ)單元的連接性，因而提供了 一 MB(mega byte)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)將一摻質(zhì)種類(例如N型或P型摻質(zhì))注入到半傳導(dǎo)含 硅襯底來(lái)形成傳導(dǎo)部分15。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可通過(guò)例如金屬化學(xué)氣相沉積或?yàn)R射的 物理氣相沉積來(lái)提供傳導(dǎo)部分15。在又另一個(gè)實(shí)施方式中，可通過(guò)物理氣相沉積與化學(xué)氣 相沉積的結(jié)合來(lái)提供傳導(dǎo)部分15。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔離區(qū)域10是填有絕緣材料的溝槽，該絕緣材料例如是氧化 物、氮化物、或氮氧化物。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔離區(qū)域被擺置為將相鄰的傳導(dǎo)部分15(例 如傳導(dǎo)線)彼此分開。在一個(gè)實(shí)施方式中，該隔離區(qū)域10是淺溝槽隔離(STI)區(qū)域。在一 個(gè)實(shí)施方式中，可以利用傳統(tǒng)干蝕刻處理(例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或等離子蝕刻)而通 過(guò)對(duì)襯底5的溝槽的蝕刻來(lái)形成該淺溝槽隔離區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以用等向蝕刻 步驟而將溝槽蝕刻入襯底達(dá)低于這些傳導(dǎo)部分15 (例如存在于該襯底5中的傳導(dǎo)線)的下 表面的深度。這些溝槽可以選擇為以襯里材料6(例如氧化物)作為襯里。在一個(gè)實(shí)施方 式中，是使用化學(xué)氣相沉積或是另一類似的沉積處理來(lái)以半導(dǎo)體(例如多晶硅或是例如氧 化物的STI介電材料)填充溝槽。STI介電質(zhì)可以選擇為在沉積之后進(jìn)行硬化。例如是化 學(xué)機(jī)械研磨(CMP)的平面化處理可以被選擇來(lái)提供平面結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一絕緣層20是內(nèi)層介電質(zhì)，該內(nèi)層介電質(zhì)包括但不限于氧 化物、氮化物、或氮氧化物材料。為了以下揭露的目的，第一絕緣層20指的將是氧化物，但 要注意的是只要第一絕緣層20的材料選擇在后續(xù)的蝕刻處理過(guò)程期間對(duì)裝置的相鄰層提 供蝕刻選擇性，其它絕緣材料也可以被利用。第一絕緣層20可以由例如是化學(xué)氣相沉積的 沉積處理或例如是氧化的成長(zhǎng)處理來(lái)提供。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一絕緣層20可以結(jié)合用 于形成隔離區(qū)域10的處理流程而被使用，其中第一絕緣層20可在形成隔離溝槽后或形成 溝槽側(cè)壁間隔物之后被沉積。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一絕緣層20的上表面被平面化，其中 平面化處理可以是化學(xué)機(jī)械研磨。圖2描繪了通過(guò)第一絕緣層20的孔30的形成，以曝露襯底5的傳導(dǎo)部分15的上 表面16的一部分。在一個(gè)實(shí)施方式中，孔30的形成是以于第一絕緣層20頂部的第二絕緣 層25的沉積開始。例如，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)谝唤^緣層20是氧化物，第二絕緣層 25可以是氮化物。在接下來(lái)的處理步驟中，絕緣層25和20都對(duì)應(yīng)置于襯底5的傳導(dǎo)部分 15上的結(jié)構(gòu)部位而被圖案化。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二絕緣層25是針對(duì)第一絕緣層20的 選擇而被蝕刻，而在接下來(lái)的步驟中，被蝕刻的第二絕緣層25被利用來(lái)作為蝕刻掩模，而 第一絕緣層20是針對(duì)襯底5的一部分的選擇而被蝕刻，而傳導(dǎo)部分則被置放在襯底5上。 在一個(gè)實(shí)施方式中，該蝕刻步驟曝露襯底5的傳導(dǎo)部分的上表面16，該傳導(dǎo)部分可以是傳 導(dǎo)線。在一個(gè)實(shí)施方式中，孔30的形成包含可以是反應(yīng)離子蝕刻的等向蝕刻步驟。圖3描繪了種子材料40的形成的實(shí)施方式，而種子材料40至少在傳導(dǎo)部分15的 曝露表面16上。在一個(gè)實(shí)施方式中，種子材料可以由鎳、鋁、鉬、鈀、鍺、鎳硅、鈷、鈷硅、或其 合金與組合所組成。在一個(gè)實(shí)施方式中，種子材料40的形成可以包含形成一層的種子材料 40。在一個(gè)實(shí)施方式中，種子材料層可以有范圍從約5奈米到100奈米的厚度。在一個(gè)實(shí) 施方式中，通過(guò)沉積步驟，例如化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積，種子材料40的層可以是形 成于傳導(dǎo)部分15的曝露表面16上。物理氣相沉積的例子是濺射?；瘜W(xué)氣相沉積的例子包 括但不限于大氣壓力CVD(APCVD)、低壓CVD(LPDVD)與強(qiáng)化等離子CVD(PECVD)、金屬有機(jī) CVD (MOCVD)與其組合。
圖4描繪了將非晶硅45沉積到種子材料40而填充孔30的至少一部分的實(shí)施方 式。非晶硅45可以是直接物理接觸于該種子材料40的上表面41而形成。在一個(gè)實(shí)施方 式中，非晶硅45可以被沉積而填充孔30并在第二絕緣材料層25的上表面上延伸。非晶硅 45可以是通過(guò)化學(xué)氣相沉積法而被沉積，該化學(xué)氣相沉積法類似參照種子材料40形成的 上述化學(xué)氣相沉積范例。在一個(gè)實(shí)施方式中，非晶硅45可以是由化學(xué)氣相沉積形成，該化 學(xué)氣相沉積中沉積溫度是在約300攝氏度到約500攝氏度的范圍，且硅烷氣流率是在少于 約200milli-torr的壓力而在約0. 5slm到約2slm的范圍。參考圖5，在一個(gè)后續(xù)的步驟中，孔30中的非晶硅45的至少一部分被轉(zhuǎn)換成結(jié)晶 硅50。在一個(gè)實(shí)施方式中，非晶硅45的至少一部分多結(jié)晶硅，也可稱為多晶硅。在一個(gè)實(shí) 施方式中，將非晶硅45的至少一部分轉(zhuǎn)換為結(jié)晶硅包括轉(zhuǎn)換實(shí)質(zhì)上孔30中的非晶硅45整 個(gè)的量為多結(jié)晶硅。在一個(gè)實(shí)施方式中，將非晶硅45轉(zhuǎn)換為結(jié)晶硅50包括將非晶硅45的 溫度增加到大于其融化溫度，其中在融化多晶硅45之后是通過(guò)在固化期間的再結(jié)晶轉(zhuǎn)換 為結(jié)晶硅50。在一個(gè)實(shí)施方式中，是以從約1小時(shí)到約24小時(shí)范圍的時(shí)間段而通過(guò)將非 晶硅45的溫度增加到大于約400攝氏度并少于約700攝氏度來(lái)將非晶硅45轉(zhuǎn)換為結(jié)晶硅 50，其中結(jié)晶硅50可以是多結(jié)晶硅。在另一個(gè)實(shí)施方式中，是以從約1小時(shí)到約20小時(shí)的 范圍的時(shí)期而通過(guò)將非晶硅45的溫度增加到大于約500攝氏度并少于約650攝氏度來(lái)將 非晶硅45轉(zhuǎn)換為結(jié)晶硅50。在一個(gè)實(shí)施方式中，將非晶硅45轉(zhuǎn)換為結(jié)晶硅50包括退火處 理，該退火處理包括爐退火、激光退火、或快速熱退火。在一個(gè)實(shí)施方式中，要被轉(zhuǎn)換為結(jié)晶 硅50的非晶硅45的一部分填充孔30。在一個(gè)實(shí)施方式中，非晶硅45可以被轉(zhuǎn)換為單晶 娃。在一個(gè)實(shí)施方式中，在將非晶硅45轉(zhuǎn)換結(jié)晶硅50的期間，種子材料40是用于結(jié) 晶成長(zhǎng)的摧化劑，其中結(jié)晶成長(zhǎng)是開始于種子材料40與非晶硅45之間的接口。在一個(gè)實(shí) 施方式中，非晶硅45到結(jié)晶硅50的轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，結(jié)晶硅50從傳導(dǎo)部分15的最上表面延 伸而填充孔30，而種子材料40a的層是位于孔30的最上表面的結(jié)晶硅50的頂部。在一個(gè) 實(shí)施方式中，現(xiàn)在是通過(guò)結(jié)晶硅50而分離于傳導(dǎo)部分15的種子材料40a是通過(guò)蝕刻處理 (例如濕蝕刻或反應(yīng)離子蝕刻)而被移除。在一個(gè)實(shí)施方式中，在將非晶硅45轉(zhuǎn)換為結(jié)晶 硅50之后，可以通過(guò)平面化步驟(例如CMP)及/或蝕刻步驟(例如針對(duì)第一絕緣層20的 選擇的RIE)而將非晶硅45a的剩余部分移除，以提供類似于圖6中所描繪的結(jié)構(gòu)。圖7描繪了根據(jù)本方法的結(jié)晶硅50中的摻雜區(qū)域的形成的實(shí)施方式。在一個(gè)實(shí) 施方式中，摻雜區(qū)域51與52可以包括第一摻雜區(qū)域51與第二摻雜區(qū)域52，其中第一摻雜 區(qū)域51具有不同于第二摻雜區(qū)域52的電傳導(dǎo)性。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一摻雜區(qū)域51與 第二摻雜區(qū)域52提供結(jié)晶硅中的PN結(jié)。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一摻雜區(qū)域51是沿著結(jié)晶 硅50的垂直軸并緊鄰著第二摻雜區(qū)域52而形成。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一摻雜區(qū)域51與 第二摻雜區(qū)域52可以于結(jié)晶硅50中以棧的定向而被擺置，其中在一個(gè)實(shí)施方式中第二摻 雜區(qū)域52被擺置在從結(jié)晶硅50的上表面起比起第一摻雜區(qū)域51為較大的深度。摻雜區(qū) 域51與52可以通過(guò)孔30內(nèi)結(jié)晶硅50中N型或P型摻質(zhì)的注入而形成。在另一個(gè)實(shí)施方 式中，第二摻雜區(qū)域52是P型摻質(zhì)，而第一摻雜區(qū)域51是N型摻質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方式中， 摻雜區(qū)域51與52可以在使結(jié)晶硅50的上表面凹進(jìn)去的蝕刻步驟后形成。用于對(duì)于轉(zhuǎn)換結(jié)晶硅50的離子注入的P型摻質(zhì)可以包括族III-A元素，例如硼。用于對(duì)于轉(zhuǎn)換結(jié)晶硅的離子注入的N型摻雜可以包括族V元素，例如砷或磷。在一個(gè)實(shí) 施方式中，對(duì)于P型摻質(zhì)的注入條件包括從約0. 5keV到約IOOkeV的注入能量，以及從約 1 X 1013atoms/cm2到約1 X 1015atoms/cm2的劑量，其中該摻雜種類可以是硼或2氟化硼。在 一個(gè)實(shí)施方式中，用于N型摻質(zhì)的注入條件包括從約IOkeV到約500keV的注入能量，以及 從約lX1013atomS/Cm2到約1 X 1015atomS/Cm2的劑量，其中該摻雜種類可以是磷或砷。參考圖8，在一個(gè)實(shí)施方式中，硅化物接觸點(diǎn)60可以形成于結(jié)晶硅(crystalline Si)50的摻雜區(qū)域51的頂部。在一個(gè)實(shí)施方式中，可在形成硅化物接觸點(diǎn)60之前使形成有 摻雜區(qū)域51的結(jié)晶硅50的上表面凹陷。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)對(duì)第二絕緣材料25有選 擇性的蝕刻處理步驟(例如反應(yīng)離子蝕刻)而使結(jié)晶硅50的上表面凹陷。在一個(gè)實(shí)施方 式中，硅化物的形成典型需要于結(jié)晶硅50的上表面上沉積硅化物形成材料(例如鎳(Ni) 或鈦(Ti))以及退火。在退火步驟的期間，所沉積的硅化物形成金屬與硅反應(yīng)而形成金屬 硅化物。在一個(gè)實(shí)施方式中，退火包含快速熱退火。在一個(gè)實(shí)施方式中，可通過(guò)濕蝕刻而將 未反應(yīng)硅化物形成金屬移除。參考圖9-10，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，存儲(chǔ)單元100形成在PN結(jié)的上表面的 頂部。在一個(gè)實(shí)施方式中，形成存儲(chǔ)單元100的方法包括形成相變電極70于硅化物接觸點(diǎn) 的頂部，以及將相變存儲(chǔ)材料67形成于相變電極70的頂部。參考圖9，在一個(gè)實(shí)施方式中，形成所述相變電極70包括在第一絕緣層20 (或是當(dāng) 第二絕緣層25存在時(shí)，則在第二絕緣層25)的上表面上沉積第三絕緣層65 ；使用微影和蝕 刻制程來(lái)蝕刻第三和第一絕緣層65，20以提供孔的曝露所述結(jié)晶硅50的摻雜區(qū)域51的硅 化物接觸點(diǎn)60的上表面；沿著孔的側(cè)壁形成間隔物66 ；以及在所述摻雜區(qū)域51的硅化物 接觸點(diǎn)60上沉積阻障金屬。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述相變電極70由阻障金屬組成并填充所形成的用于曝露 所述結(jié)晶硅50上表面的孔，其中，如由隔開相對(duì)的間隔物66的尺寸所定義的，所述相變電 極70具有的寬度范圍從大約2nm到大約60nm。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第三絕緣層65包 括氧化物且所述間隔物由氮化物組成。在一個(gè)實(shí)施方式中，使用諸如濺鍍或化學(xué)氣相沉積 的物理沉積法，形成提供了所述相變電極70的阻障金屬，以用作在所述結(jié)晶硅50上表面上 的層。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述提供了所述相變電極70的阻障金屬可以由TiN、TaN、TiSiN、 TaSiN, TiAlN, TaAlN, Tiff, W、Ru 或其組合組成。參考圖10，在一個(gè)實(shí)施方式中，所述相變材料67可以從非晶相轉(zhuǎn)變成結(jié)晶相，當(dāng) 在非結(jié)晶狀態(tài)時(shí)，所述相變材料67的傳導(dǎo)性通常比在結(jié)晶狀態(tài)中為差。在一個(gè)實(shí)施方式 中，所述相變材料67可以包括硫化物合金(chalcogenide alloy)。此處所使用的術(shù)語(yǔ)“硫 化物”表示一種包含至少一個(gè)元素周期表第五族中的元素的合金或是化合物材料，此處可 使用的硫化物合金示例性實(shí)例包括但不限于具有元素Ge、Sb、As、Si中的至少一個(gè)的Te或 Se合金。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述相變材料67是由任何適合的材料所制成，所述適合的 材料包括元素6^513、1^、61111、56和3中的一個(gè)或多個(gè)元素。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述相 變材料67具有Ge2Sb2Te5(GST)的組成物。在一個(gè)實(shí)施方式中，在溫度為約25°C時(shí)，由GST組成的所述相變材料67處于非結(jié) 晶相。隨著GST相變材料67的溫度增加至約125°C，代表從非結(jié)晶相到面心立方(FCC)相 的相變的轉(zhuǎn)換溫度的所述相變材料67的阻抗減小。所述GST相變材料67溫度進(jìn)一步增加到超過(guò)約180°C會(huì)引起阻抗的進(jìn)一步減小，此起因于從所述GST的面心立方(FCC)相到六角 (Hex)相的相變。當(dāng)所述GST相變材料67的溫度增加到超過(guò)熔點(diǎn)(620°C )時(shí)，所述GST相 變材料67熔化且在快速冷卻(即，驟冷)時(shí)回到非晶固體相。 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述相變材料67可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積法全面地沉積在所 述相變電極70的上表面上。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述相變材料67的厚度范圍可以從約3nm 到約 150nm。之后，阻障金屬(諸如 TiN、TaN、W、TiSiN、TaSiN、TiAlN、或是 TaAlN)層 68 沉 積在所述相變材料67上。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述阻障金屬層68可以具有范圍從約2nm到 約IOOnm的厚度。在后續(xù)的制程步驟中，可通過(guò)應(yīng)用光微影和蝕刻法來(lái)圖案化所述阻障金 屬層/相變材料棧。更具體地說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施方式中，圖案可通過(guò)下列步驟產(chǎn)生在所述阻 障金屬層68上施加抗反射敷層和光阻；將光阻曝露在所選的輻射波形，以提供與下面的PN 二極管對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)阻障金屬層/相變材料區(qū)域；以及，接著利用光刻膠顯影劑顯影所 述圖案成光阻。一旦完成所述光阻的圖案化，由所述光阻所覆蓋的區(qū)段會(huì)受到保護(hù)，同時(shí)， 利用選擇性蝕刻法來(lái)移除曝露的區(qū)域，所述選擇性蝕刻法會(huì)打開抗反射敷層并移除未受保 護(hù)的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述阻障金屬層/相變材料棧的厚度大于所述相變電極70 的寬度。 在另一個(gè)實(shí)施方式中，在形成所述相變材料67之前，在第一絕緣層20上沉積第三 介電層65，接著將所述第三介電層65進(jìn)行圖案化和蝕刻，從而提供曝露出所述相變電極70 上表面的孔。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述孔的寬度被選擇成大于所述相變電極70的寬度，在 后續(xù)的制程步驟中，在所述孔中形成所述阻障金屬層/相變材料棧，其中所述相變材料67 直接與所述相變電極70的上表面物理接觸。 盡管本發(fā)明已經(jīng)以優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行具體呈現(xiàn)與描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)了 解，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神與范圍下，可能進(jìn)行前述的及其它的改變，因此，本發(fā)明并不 受限于所描述及顯示的確切形式及細(xì)節(jié)，但落于隨附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種產(chǎn)生PN結(jié)的方法，所述方法包括提供襯底，所述襯底包括至少一個(gè)傳導(dǎo)部分；在所述襯底上形成絕緣層；形成通過(guò)所述絕緣層的孔，以提供所述至少一個(gè)傳導(dǎo)部分的曝露的表面；在所述襯底的至少一個(gè)傳導(dǎo)部分的曝露的部分上形成種子材料；在至少所述種子材料上形成非晶硅；轉(zhuǎn)換所述非晶硅的至少一部分，從而提供結(jié)晶硅；以及在所述結(jié)晶硅中形成緊鄰第二摻雜區(qū)域的第一摻雜區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)晶硅包括多晶硅或是單晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述種子材料包括Ni、W、Al、Pt、Pd、Ge、Co、NiSi、 CoSi、TiSi、WSi、或是其合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述種子材料具有范圍從約2nm到約IOOnm的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換所述非晶硅的至少一部分為所述結(jié)晶硅 包括將所述非晶硅的溫度增加到大于約400°C且小于約700°C的范圍從約1小時(shí)到約24小 時(shí)的時(shí)間段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換所述非晶硅的至少一部分為所述結(jié)晶硅 包括退火過(guò)程，所述退火過(guò)程包括爐退火、激光退火、快速熱退火或是其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述在結(jié)晶硅中形成第一摻雜區(qū)域包括注入P型 摻質(zhì)，且形成所述第二摻雜區(qū)域包括注入N型摻質(zhì)。
8.一種形成存儲(chǔ)裝置的方法，所述方法包括提供襯底，所述襯底包括至少一個(gè)傳導(dǎo) 部分；在所述襯底的至少一個(gè)傳導(dǎo)部分上形成種子材料；在至少所述種子材料上形成非晶 硅；轉(zhuǎn)換所述非晶硅的至少一部分為結(jié)晶硅；在所述結(jié)晶硅中形成PN結(jié)；以及形成與所述 PN結(jié)接觸的存儲(chǔ)單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述存儲(chǔ)單元的形成包括在所述PN結(jié)的摻雜區(qū) 域上形成硅化物接觸點(diǎn)；在所述硅化物接觸點(diǎn)上形成電極；以及在所述電極上形成相變存 儲(chǔ)材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括在所述襯底上形成絕緣層，以及形成 通過(guò)所述絕緣層的孔至所述至少一個(gè)傳導(dǎo)部分的曝露的表面，其中所述在種子材料上形成 非晶硅的步驟實(shí)質(zhì)上是以所述非晶硅填充所述孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，所述方法還包括在所述相變存儲(chǔ)材料上形成阻障 金屬；以及蝕刻所述阻障金屬以及相變存儲(chǔ)材料，以提供阻障金屬/相變存儲(chǔ)材料棧。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述阻障金屬/相變存儲(chǔ)材料棧的寬度大于所 述電極的寬度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電極的形成包括將所述結(jié)晶硅凹進(jìn)至所 述絕緣層的上表面以下，從而曝露出所述孔的側(cè)壁；在所述孔的側(cè)壁形成間隔物；以及在 所述硅化物接觸點(diǎn)的孔中沉積阻障材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述種子材料包括Ni、Al、Pt、Pd、Ge、Co、W、NiSi、 CoSi、TiSi、WSi、或是其合金。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述PN結(jié)的形成包括注入所述結(jié)晶硅，以提供P 型摻質(zhì)的第一摻雜區(qū)域和N型摻質(zhì)的第二摻雜區(qū)域。
16.一種存儲(chǔ)裝置，包括相變材料；以及結(jié)晶硅二極管，所述結(jié)晶硅二極管與所述相變材料電接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的存儲(chǔ)裝置，其中所述結(jié)晶硅二極管包括第一摻雜區(qū)域以及 第二摻雜區(qū)域，其中所述第一摻雜區(qū)域的電傳導(dǎo)性不同于所述第二摻雜區(qū)域的電傳導(dǎo)性。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的存儲(chǔ)裝置，其中所述結(jié)晶硅二極管包括多晶硅或是單晶硅。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置還包括介于所述相變材料與所述 結(jié)晶硅二極管之間的電極。
全文摘要
本發(fā)明在一個(gè)實(shí)施方式中提供了一種產(chǎn)生PN結(jié)的方法，所述方法至少包括以下步驟提供含硅襯底；在所述含硅襯底上形成絕緣層；形成通過(guò)所述絕緣層的孔，以曝露出所述含硅襯底的至少一部分；形成所述含硅襯底曝露的部分的種子層；至少在所述種子層上形成非晶硅；轉(zhuǎn)換所述非晶硅的至少一部分，從而提供結(jié)晶硅；以及在所述結(jié)晶硅中形成緊鄰第二摻雜區(qū)域的第一摻雜區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L21/8258GK101989547SQ200910166408
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者楊明, 比平·拉金德瑞, 湯瑪斯·漢普, 龍先藍(lán) 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司;國(guó)際商務(wù)機(jī)器公司;奇夢(mèng)達(dá)股份公司