三維立體堆疊的電阻轉換存儲器及其製造方法
2023-05-16 22:16:01
專利名稱：三維立體堆疊的電阻轉換存儲器及其製造方法
技術領域：
本發明屬於半導體技術領域，涉及一種電阻轉換存儲器，尤其涉及一種三維立體堆疊的 電阻轉換存儲器；此外，本發明還涉及上述三維立體堆疊的電阻轉換存儲器的製造方法。
背景技術：
數十年以來，存儲器的密度隨著摩爾定律的發展不斷提升，海量信息的需求繼續驅動著 高密度存儲器的發展，除了對半導體技術節點進行提升，製造立體多層的存儲器結構也成為 提升存儲器密度的重要發展方向。
相變隨機存儲器的原理是基於器件中相變材料的可逆相變造成的電阻的可逆轉變，利用 相變材料在高、低電阻之間的轉變實現數據"O"、 "1"的存儲，它被認為是下一代半導體存儲器 最有希望的候選，有望在32nmCMOS技術節點以後全面地替代FLASH (快閃記憶體)，成為一種通 用的存儲器，從而在日常生活中得到廣泛的應用。相變存儲器集高密度、高速、低成本等優 勢於一體，其在多級存儲方面的潛在優勢更是使其受到了各方的青睞，全球各大半導體公司 都進行了深入的開發和研究，相變存儲器產品將在未來的一兩年內實現產業化。除了相變存 儲器，另外一種基於存儲材料電阻轉變的存儲器件——電阻隨機存儲器也受到了很多的關注。 此外，在諸如此類的存儲器中，選通單元器件是重要的組成部分，二極體(包括PN二極體和 肖特基二極體)因為較小的面積，相比於場效應電晶體在高密度存儲晶片的競爭中更具優勢， 因為在同一技術節點下，場效應電晶體單元面積是二極體的兩到三倍，大大限制了存儲晶片 的密度。因此，在高密度電阻轉換存儲器的應用中，二極體選通將成為主要的選擇。
對於相變存儲器，三維立體堆疊也將是未來提升密度的重要選擇手段，在中國專利《相 變存儲裝置》(申請日2003年4月3日，申請人株式會社東芝，發明人戶田春希)和中 國專利《相變存儲器裝置》(申請日2003年3月18日，申請人株式會社東芝，發明人戶 田春希)中就採用了PN二極體以及肖特基二極體來選通硫系化合物相變存儲器。此外，三維 二極體結構也在其它應用領域得到了應用，如三維堆疊的反熔絲結構的多晶矽肖特基二極體 在美國專禾!j《Method for programming a three-dimensional memory array incorporating serial chain diode stack》(申請日2002年9月24日，申請人Bendik Kleveland等人)中得到闡述，其應 用領域為一次性編程存儲器。
上述的前兩項技術方案，肖特基二極體都是基於單晶矽與金屬之間的金屬一半導體接觸，因此限制了肖特基二極體在三維立體電路中的應用，因為要得到高質量的單晶矽，只能採用 高溫的外延法或者圓晶鍵合法，兩種方法的成本都相當昂貴，此外，高溫外延對基底上的現 有電路具有很大的破壞性，極大限制了其應用，而圓晶鍵合的成品率低，且鍵合也需要高溫
的處理過程。
本發明與上述最後一項專利的技術方案的不同之處還在於應用領域的完全不同，本發明 的應用領域為高密度隨機存儲器。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，在較低的沉 積溫度下形成高質量的金屬一半導體接觸，從而採用簡單的工藝製造立體堆疊的存儲陣列， 製造成本較低，有望在獲得三維高密度、低成本的固態存儲器的競爭中獲得較大優勢。
此外，本發明還提供上述三維立體堆疊的電阻轉換存儲器的製造方法。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案
本發明提出一種基於多晶半導體肖特基二極體的立體堆疊電阻轉換存儲器，本發明採用 多晶半導體作為肖特基二極體，而不是傳統的單晶PN二極體或者肖特基二極體，提出了較低 溫度的多晶矽二極體的製造工藝，並提出新的器件結構以及該種結構的電阻轉換存儲器的制 造方法，並且不局限於硫系化合物相變存儲器。
一種三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其包括基底、若干第一布線、若干第二布線、若 幹存儲單元陣列。多個平行設置的第一布線設置於所述基底上，所述各個第一布線至少形成 一層第一布線層；多個相互平行的第二布線設置於所述基底上、與所述第一布線絕緣分離、 並與所述第一布線交叉配置；所述各個第二布線至少形成一層第二布線層；呈矩陣排列的存 儲單元陣列層疊設置於所述基底上，上下相鄰的兩個存儲單元陣列之間、存儲單元陣列與所
述基底之間至少設置第一布線、第二布線中的一個；所述存儲單元陣列包括電阻轉換存儲單 元、多晶半導體肖特基二極體。
作為本發明的一種優選方案，所述肖特基二極體的半導體材料為多晶矽、或為多晶鍺、
或為多晶ni-v族半導體。
作為本發明的一種優選方案，所述多晶半導體肖特基二極體中的多晶半導體的製備方法 為金屬誘導法，或為氣相沉積法，或為準分子雷射脈衝法。
作為本發明的一種優選方案，所述多晶半導體肖特基二極體中，採用的金屬與輕摻雜多 晶半導體層之間形成穩定的肖特基接觸，採用的金屬為金屬單質、或為合金。作為本發明的一種優選方案，所述多晶半導體肖特基二極體的多晶半導體層至少為一層。 作為本發明的一種優選方案，所述存儲單元陣列位於第一布線及第二布線的交叉處；所 述第一布線為字/位線，所述第二布線為位/字線。
作為本發明的一種優選方案，所述多晶半導體肖特基二極體的半導體層的摻雜濃度呈現
連續的梯度變化，或呈現不連續變化。
作為本發明的一種優選方案，所述存儲單元陣列形成的各層中，層與層之間的肖特基二 極管方向相同、或者不同。
作為本發明的一種優選方案，所述存儲器包括高低阻轉換單元，高低阻轉換單元通過電 信號的編程，使存儲器實現器件在高電阻、低電阻之間的可逆轉變。
作為本發明的一種優選方案，所述電阻轉換存儲器為相變存儲器，或為電阻隨機存儲器； 所述存儲器的數據存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
作為本發明的一種優選方案，所述基底包括外圍電路；所述電阻轉換存儲單元的周圍設 置側牆，以減少其與金屬層的接觸面積。
一種製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，該方法包括如下步驟 (Al)在基底上製造外圍電路；
(A2)在製造有電路的基底上沉積第一類型導電材料，通過光刻工藝製造出導電第一布
線；
(A3)沉積重摻雜多晶半導體以及輕摻雜多晶半導體、或沉積具有梯度變化摻雜濃度的 多晶半導體，隨後沉積第二類型金屬材料； (A4)退火處理；
(A5)通過光刻製造出肖特基二極體陣列；
(A6)填充介質材料，在肖特基二極體上方刻蝕出窗口；
(A7)在窗口中製造側牆，減小隨後沉積的電阻轉換材料與第二類型金屬的接觸面積； (A8)通過電阻轉換材料薄膜的沉積和化學機械拋光工藝自對準地在肖特基二極體單元 的上方製造出與其相互對應的電阻轉換存儲單元；
(A9)沉積第三類型的導電材料，製造出導電第二布線；
(A10)沉積重摻雜多晶半導體以及輕摻雜多晶半導體、或沉積具有梯度變化摻雜濃度的 多晶半導體，隨後沉積第二類型金屬材料； (All)退火處理；
(A12)通過光刻製造出肖特基二極體陣列；(A13)填充介質材料，在肖特基二極體上方刻蝕出窗口；
(A14)在窗口中製造側牆，減小隨後沉積的電阻轉換材料與第二類型金屬的接觸面積； (A15)沉積第三類型的導電材料，製造出另一條導電第一布線； (A16)重複步驟(A3)到步驟(A15)，直到得到足夠多的層數為止。
作為本發明的一種優選方案，採用的金屬與輕摻雜多晶半導體之間形成可靠的金屬一半 導體接觸，所述金屬為金屬單質、或為合金。
作為本發明的一種優選方案，所述肖特基二極體的半導體層材料為多晶矽、或為多晶鍺、
或為多晶m-v族半導體。
作為本發明的一種優選方案，所述肖特基二極體的多晶半導體層的製備方法為金屬誘導
法，或為氣相沉積法，或為準分子雷射脈衝法。
作為本發明的一種優選方案，所述肖特基二極體的多晶半導體層至少為一層。 作為本發明的一種優選方案，所述電阻轉換單元和肖特基二極體位於第一布線與第二布
線的交叉處；所述第一布線為字/位線，所述第二布線為位/字線。
作為本發明的一種優選方案，所述肖特基二極體的半導體層的摻雜濃度呈現連續的梯度
變化、或呈現不連續變化。
作為本發明的一種優選方案，在電信號的編程下，所述存儲器的器件單元能夠實現在高 電阻、低電阻之間的可逆變化。
作為本發明的一種優選方案，所述存儲器的數據存儲為雙級存儲，或為多級存儲。 另一種製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，該方法包括如下步驟 (Bl)在基底上製造外圍電路； (B2)在基底上沉積第一類型導電材料；
(B3)沉積重摻雜多晶半導體以及輕摻雜多晶半導體、或沉積摻雜濃度連續變化的梯度 多晶半導體，隨後沉積第二類型金屬材料； (B4)沉積電阻轉換薄膜；
(B5)通過光刻工藝，通過兩相互垂直的淺溝道，形成第一字/位線，並在第一字/位線的 上方製造出多個肖特基二極體單元以及二極體上方的阻轉換存儲單元； (B6)沉積介質材料，隨後進行化學機械拋光平坦化；
(B7)沉積第三類型的導電材料，作為隨後製造出的導電第一位/字線的材料；
(B8)重複步驟(B3)到步驟(B7)，直到得到足夠多的層數為止。 作為本發明的一種優選方案，採用的金屬與輕摻雜多晶半導體之間形成可靠的金屬一半導體接觸，所述金屬為金屬單質、或為合金。
作為本發明的一種優選方案，所述肖特基二極體的半導體層材料為多晶矽、或為多晶鍺、
或為多品m-v族半導體。
作為本發明的一種優選方案，所述肖特基二極體的多晶半導體層的製備方法為金屬誘導 法，或為氣相沉積法，或為準分子雷射脈衝法。
作為本發明的一種優選方案，所述肖特基二極體的多晶半導體層至少為一層。 作為本發明的一種優選方案，所述電阻轉換單元和肖特基二極體位於位線與字線的交叉處。
作為本發明的一種優選方案，所述肖特基二極體的半導體層的摻雜濃度呈現連續的梯度 變化、或呈現不連續變化。
作為本發明的一種優選方案，在電信號的編程下，所述存儲器的器件單元能夠實現在高 電阻、低電阻之間的可逆變化。
作為本發明的一種優選方案，所述存儲器的數據存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
本發明的有益效果在於本發明提出一種基於多晶矽的肖特基二極體，通過多晶矽材料 和金屬材料在較低溫度條件下的沉積，輔助以低溫的退火，形成高質量的金屬—半導體接觸， 製造出實用的肖特基二極體，並應用到製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器中。該方法有望 在獲得三維高密度、低成本的固態存儲器的競爭中獲得較大優勢。
圖1A-圖1B為三維四層堆疊的電阻轉換存儲器結構示意圖。
圖2為三維四層堆疊的電阻轉換存儲器電路示意圖。
圖3A-圖3P為四層三維立體堆疊的相變存儲器製造流程示意圖。
圖4A-圖4N為另一種三維立體堆疊的電阻轉換存儲器製造流程示意圖。
圖5A-圖5J為肖特基二極體背靠背三維立體堆疊的電阻轉換存儲器製造流程示意圖。
圖6為肖特基二極體背靠背兩層堆疊的電阻轉換存儲器電路示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
12實施例一
本發明揭示了一種三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，請參閱圖lA-圖1B。 圖1A為本發明揭示的一種三維立體堆疊的電阻轉換存儲器的截面示意圖。圖中所示的基 底上可包含外圍電路(圖未示)，在製造有外圍電路的基底上方分布有第一金屬字線，字線 WL1的上方是重摻雜與輕摻雜的兩層多晶半導體材料(圖中所示為n型的半導體)，多晶半導 體重摻雜的目的是避免在金屬字線與半導體之間形成肖特基接觸，輕摻雜的目的則是形成肖
特基二極體。多晶半導體材料的首選為多晶矽，其他的多晶半導體如多晶鍺以及多晶m-v族
半導體也可以作為多晶半導體應用到該發明中。
在輕摻雜的多晶半導體的上方分布有金屬層，該金屬層目的有二其一，與輕摻雜的多 晶半導體之間形成肖特基接觸，作為肖特基二極體；其二，作為其上方電阻轉換材料的電極。 在金屬層的上方分布的是電阻轉換材料，在實施例中，電阻轉換材料可以通過側牆的製造來 縮小其與金屬層的接觸面積，降低存儲器的功耗並提升變成可靠性。在電阻轉換單元的上方 分布有第一金屬位線，因此電阻轉換單元以及肖特基二極體單元就位於位線與字線的交叉處， 通過特定字線與位線的選擇就可以選擇特定的存儲單元。在金屬位線BU的上方，與其接觸 的是重摻雜的多晶半導體，目的同上，還是為了消除肖特基接觸。在位線BL1的上方，依次 形成肖特基二極體和電阻轉換存儲單元以及字線，各二極體和存儲單元之間通過絕緣介質分 隔開。通過多層的肖特基二極體層和電阻轉換存儲層的堆積，形成了多層的存儲器結構，圖 1A中所示為四層，當然並不局限於四層，層數可以根據需求而定。在此結構中，採用的多層 的不同摻雜濃度的多晶半導體層可以用摻雜濃度連續變化的梯度多晶半導體層來代替，例如， 在圖1A中，將N-7N+的半導體替換為下方濃度較高上方濃度較低的摻雜濃度呈現梯度變化的 多晶半導體，在此半導體中摻雜濃度連續變化，下方較高的摻雜濃度是為了避免與金屬接觸 形成的肖特基接觸，而上方的較低的摻雜濃度則就是為了形成肖特基接觸，進而形成肖特基 二極體。
圖1A中沿A-A方向的投影如圖1B所示。本發明提供的電阻轉換存儲器可以為相變存儲 器，也可以為電阻隨機存儲器。在圖所示的結構中，肖特基二極體的排列方向相同，這種二 極管排列結構的優點在於工藝相對簡單(因為只需要製造一種類型的二極體)，在讀取或者編 程的時候，對上下各層的數據狀態影響較小。當然，本發明並不排除二極體方向不同的情況。
圖2所示為圖1所示四層堆疊的電阻轉換存儲器結構的電路示意圖，上述的結構具有3 層字線，2層位線，字線與位線之間的交點處分別擁有一個電阻存儲單元和一個肖特基二極體， 兩者一起共同形成了 lD+lR結構(一個肖特基二極體+—個電阻存儲單元)。由圖可顯而易見
13同一位/字線上下方對應的肖特基二極體方向相反。 實施例二
本實施例揭示一種三維立體堆疊的電阻轉換存儲器的製造方法，請參閱圖3A-圖3P。該 方法包括如下步驟-
Al、在製造有外圍電路的基底l上沉積第一類型金屬材料，採用光刻法製造金屬字線2， 得到的結構的截面圖如圖3A所示，圖中沿B-B方向的投影如圖3B所示。
A2、在字線2上通過薄膜的沉積和光刻工藝，製造出重摻雜多晶半導體3、輕摻雜多晶 半導體4單元和第二類型金屬5，本實施例中沉積多晶半導體的方法為氣相沉積法，並在沉積 過程中引入摻雜源，光刻後在同一字線的上方形成了數個肖特基二極體單元，如圖3C所示。
A3、沉積介質材料6通過化學機械拋光平坦化後得到如圖3D所示的結構，隨後在肖特 基二極體的上方將介質材料刻蝕後形成窗口 7,如圖3E所示。
A4、繼續在上述結構上沉積犧牲層，通過回刻工藝，在窗口7內製造出側牆8，如圖3F 所示。
A5、沉積電阻轉換材料，釆用化學機械拋光平坦化，去除多餘的電阻轉換材料，自對準 地在肖特基二極體上方形成了電阻轉換單元，得到如圖3G所示的結構，電阻存儲單元9被側 牆包圍，其底部與第二金屬接觸的區域由於被側牆所限制面積大幅縮小，有利於降低功耗， 提升穩定性；另外，側牆形成的上方具有較大開口的結構有利於薄膜的沉積，因此，沉積電 阻轉換材料時可以採用成本較低的濺射法。
A6、通過第三類型金屬的沉積和光刻工藝製造第一位線10，如圖3H所示，圖中沿C-C 方向的投影如圖3I所示。由此可見，電阻轉換存儲單元與肖特基二極體位於各根位線與字線 的交叉點。
A7、採用同上類似的工藝製造出第二層肖特基二極體，如圖3J所示，圖中11， 12， 13 分別為重摻雜多晶半導體，輕摻雜多晶半導體和第二類型金屬。
A8、通過介質材料的沉積、平坦化以及窗口的刻蝕，形成了如圖3K所示的結構，隨後， 在窗口 15中形成側牆16，如圖3L所示。
A9、圖3M所示為製造了第二層電阻轉換存儲單元17後的結構示意圖，而圖3N所示為 製造了第二字線後的器件結構示意圖。
AIO、通過重複上述的工藝，再製造出兩層的電阻轉換存儲層和肖特基二極體層，如圖 30所示。圖中重慘雜多晶半導體3、 19和輕摻雜多晶半導體4、 20分別與金屬5和金屬21
14之間形成了肖特基二極體28，用於對存儲單元進行選通。最後得到的結構中，擁有三層字線， 分別為2， 18和27;還有兩層位線10和23。圖30中沿D-D方向的投影如圖3P所示。
本實施例中，多晶半導體可以為多晶矽，也可以為多晶鍺，或為多晶ni-v族半導體。在
沉積多晶矽的過程中，採用的方法也可為金屬誘導法，或為準分子雷射脈衝法，這幾種方法 的特點在於所需的基底溫度較低(低於50(TC)，不會對已製造的外圍電路和器件結構造成嚴 重的損害。在上述的多晶半導體的製造中，通過同步的摻雜形成輕摻雜或者重摻雜的半導體， 或者形成摻雜濃度呈現梯度變化的多晶半導體層，當然，多晶半導體的摻雜也可以採用本徵 多晶半導體薄膜沉積之後的離子注入來實現。
實施例三
請參閱圖4A-圖4N，本實施例介紹三維結構的電阻轉換存儲器的另一種製造方法，該方 法工藝更加簡單，具體包括如下步驟
Bl、在半導體基底31上，通過離子注入形成如圖4A所示的結構，重摻雜的半導體層32 將作為導電字線，在薄膜沉積的過程中形成摻雜濃度為梯度變化的摻雜層33，摻雜層33靠近 半導體層32的摻雜濃度遠大於遠離基底一端的濃度，遠離基底端的摻雜濃度為輕摻雜。
B2、在上述的基底上，依次沉積金屬層34和電阻轉換材料35，如圖4B所示。
B3、採用光刻工藝，在基底上通過深度較深的淺溝道36，製造出字線，淺溝道還將各層 薄膜也分隔成獨立的線條，在圖4B中沿E-E方向的投影如圖4C所示。
B4、製造垂直於深度較深淺溝道36的淺溝道37，其深度淺於36的深度，製造時刻蝕深 度直到重摻雜半導體字線32的上方，目的是將半導體字線上的肖特基二極體和存儲單元分隔 開，製造出的結構在圖4C中沿F-F方向的投影如圖4D所示，可見， 一根字線的上方具有多 個肖特基二極體和存儲單元。
B5、沉積介質材料38，並進行平坦化，結構如圖4E所示，顯然，此時沿G-G方向的投 影如圖4F所示。
B6、製造第一位線39，如圖4G所示，沿H-H方向的投影如圖4H所示，電阻轉換存儲 單元和肖特基二極體單元位於位線與字線的各個交叉處。通過類似的工藝，製造出肖特基二 極管，其中，多晶半導體層在製造過程中形成了摻雜濃度的梯度變化，即在靠近金屬第一位 線段，多晶半導體為重摻雜，其摻雜濃度隨著厚度變化而變化，摻雜濃度隨著遠離基底慢慢 地降低，在半導體層40與金屬層41的交界處為輕摻雜。
B7、半導體層40與第一位線交界處的重摻雜目的是消除與其的肖特基接觸，而與金屬
1541的交界處的輕摻雜目的是形成肖特基二極體。肖特基二極體與存儲單元42同樣被較深的淺 溝道43和較淺的淺溝道分隔成獨立的單元，如圖4I所示；隨著介質材料的沉積和平坦化，結 構如圖4J所示；而製造第二字線45之後的截面圖如圖4K所示，圖中，沿I-I方向的投影如 圖4L所示。
B8、重複上述的工藝製造出四層存儲結構，如圖4M所示。
該結構與圖3的不同之處在於肖特基二極體55由一層金屬層47和一層摻雜濃度梯度變 化的多晶半導體46組成，且不具備側牆結構，製造方法更為簡單。在多晶半導體的製備中， 可釆用氣相沉積法，或採用金屬原子誘導法，這些方法具有較低的襯底溫度，不僅不會破壞 原有的外圍電路也不會破壞多層結構的製造，因此適合多層堆疊結構的製造。圖4M中沿J-J 方向的投影如圖4N所示。
實施例四
請參閱圖5A-圖5J，本實施例揭示另一種製造多層電阻轉換存儲器的方法，具體包括如 下步驟
Cl、在基底61上沉積第一類型金屬62，如圖5A所示，應該理解基底61可能具有外圍 電路。
C2、依次沉積電阻轉換材料薄膜63，第二類型金屬64，輕摻雜多晶半導體65和重摻雜 多晶半導體66，如5B所示。
C3、採用雙淺溝道隔離技術，採用較深的淺溝道製造出位線，圖5B中沿K-K方向的投 影如圖5C所示。
C4、隨即採用較淺的淺溝道68在同一位線上方製造出分立的相變材料單元和肖特基單 元，圖5C中沿L-L方向的投影如圖5D所示。
C5、通過介質材料69的填充和平坦化得到如圖5E和5F的結構,5F為圖5E沿M-M方向 的投影，採用介質材料分隔各根字線以及肖特基二極體和存儲單元。
C6、製造第一位線70後的結構如圖5G所示，圖中N-N方向的投影如圖5H所示。
C7、通過兩層多晶半導體、金屬和電阻轉換材料的沉積，通過光刻製造出方向相反的肖 特基二極體71與存儲單元72，肖特基二極體71與下方共享同一位線的肖特基二極體的方向 相反，如圖5I所示。
C8、通過介質材料的填充和平坦化，再製造出第二字線74，形成如圖5J的結構。 上述工藝步驟僅僅演示具有兩層堆疊結構的存儲器，根據所需的要求，經過重複以上的工藝步驟可以得到所需的層數。
圖6所示為圖5中闡述的電阻轉換存儲器結構的電路示意圖。從圖中看到，字線WL2與 位線BL1以及位線BL1與字線WL1之間的肖特基二極體背靠背，方向相反，這種二極體背 靠背的結構不同於圖2的電路結構。
這裡本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例中。這 裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實施例的替 換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本 質特徵的情況下，本發明可以以其他形式、結構、布置、比例，以及用其他元件、材料和部 件來實現。在不脫離本發明範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其他變形 和改變。
如，所述存儲單元陣列形成的各層中，層與層之間的肖特基二極體方向相同、或者不同； 同時，所述存儲器包括高低阻轉換單元，高低阻轉換單元通過電信號的編程，使存儲器實現 器件在高電阻、低電阻之間的可逆轉變；所述電阻轉換存儲器為相變存儲器、或為電阻隨機 存儲器，所述存儲器的數據存儲為雙級存儲、或為多級存儲；另外，發明中所述的字線和位 線也可以作為多晶半導體肖特基二極體的金屬層使用，即字線或位線與輕摻雜多晶半導體形 成肖特基接觸。
權利要求
1、一種三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於，其包括基底；設置於所述基底上的多個平行設置的第一布線；所述各個第一布線至少形成一層第一布線層；設置於所述基底上、與所述第一布線絕緣分離、並與所述第一布線交叉配置的多個相互平行的第二布線；所述各個第二布線至少形成一層第二布線層；層疊設置於所述基底上呈矩陣排列的存儲單元陣列，上下相鄰的兩個存儲單元陣列之間、存儲單元陣列與所述基底之間至少設置第一布線、第二布線中的一個；所述存儲單元陣列包括電阻轉換存儲單元、多晶半導體肖特基二極體。
2、 根據權利要求1所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於所述肖特基二極體的半導體材料為多晶矽、或為多晶鍺、或為多晶III-V族半導體。
3、 根據權利要求1所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於所述多晶半導體肖特基二極體中的多晶半導體的製備方法為金屬誘導法，或為氣相沉積法，或為準分子雷射脈衝法。
4、 根據權利要求l所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於所述多晶半導體肖特基二極體中，採用的金屬與輕摻雜多晶半導體層之間形成穩定的肖特基接觸，採用的金屬為金屬單質、或為合金。
5、 根據權利要求l所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於所述多晶半導體肖特基二極體的多晶半導體層至少為一層。
6、 根據權利要求l所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於所述存儲單元陣列位於第一布線及第二布線的交叉處；所述第一布線為字/位線，所述第二布線為位/字線。
7、 根據權利要求l所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於所述多晶半導體肖特基二極體的半導體層的摻雜濃度呈現連續的梯度變化，或呈現不連續變化。
8、 根據權利要求1至7任意一項所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於-所述存儲單元陣列形成的各層中，層與層之間的肖特基二極體方向相同、或者不同。
9、 根據權利要求1至7任意一項所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於所述存儲器包括高低阻轉換單元，高低阻轉換單元通過電信號的編程，使存儲器實現器件在高電阻、低電阻之間的可逆轉變。
10、 根據權利要求1至7任意一項所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於所述電阻轉換存儲器為相變存儲器，或為電阻隨機存儲器；所述存儲器的數據存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
11、 根據權利要求1至7任意一項所述的三維立體堆疊的電阻轉換存儲器，其特徵在於所述基底包括外圍電路；所述電阻轉換存儲單元的周圍設置側牆，以減少其與金屬層的接觸面積。
12、 一種製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟(Al)在基底上製造外圍電路；(A2)在製造有電路的基底上沉積第一類型導電材料，通過光刻工藝製造出導電第一布線；(A3)沉積重摻雜多晶半導體以及輕摻雜多晶半導體、或沉積具有梯度變化摻雜濃度的多晶半導體，隨後沉積第二類型金屬材料；(A4)退火處理；(A5)通過光刻製造出肖特基二極體陣列；(A6)填充介質材料，在肖特基二極體上方刻蝕出窗口；(A7)在窗口中製造側牆，減小隨後沉積的電阻轉換材料與第二類型金屬的接觸面積；(A8)通過電阻轉換材料薄膜的沉積和化學機械拋光工藝自對準地在肖特基二極體單元的上方製造出與其相互對應的電阻轉換存儲單元；(A9)沉積第三類型的導電材料，製造出導電第二布線；(A10)沉積重摻雜多晶半導體以及輕摻雜多晶半導體、或沉積具有梯度變化摻雜濃度的多晶半導體，隨後沉積第二類型金屬材料；(All)退火處理；(A12)通過光刻製造出肖特基二極體陣列；(A13)填充介質材料，在肖特基二極體上方刻蝕出窗口；(A14)在窗口中製造側牆，減小隨後沉積的電阻轉換材料與第二類型金屬的接觸面積；(A15)沉積第三類型的導電材料，製造出另一條導電第一布線；(A16)重複步驟(A3)到步驟(A15)，直到得到足夠多的層數為止。
13、 根據權利要求12所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於採用的金屬與輕摻雜多晶半導體之間形成可靠的金屬一半導體接觸，所述金屬為金屬單質、或為合金。
14、 根據權利要求12所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述肖特基二極體的半導體層材料為多晶矽、或為多晶鍺、或為多晶ni-v族半導體。
15、 根據權利要求12所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述肖特基二極體的多晶半導體層的製備方法為金屬誘導法，或為氣相沉積法，或為準分子雷射脈衝法。
16、 根據權利要求12所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述肖特基二極體的多晶半導體層至少為 一層。
17、 根據權利要求12至16任意一項所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述電阻轉換單元和肖特基二極體位於第一布線與第二布線的交叉處；所述第一布線為字/位線，所述第二布線為位/字線。
18、 根據權利要求12至16任意一項所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於 '所述肖特基二極體的半導體層的摻雜濃度呈現連續的梯度變化、或呈現不連續變化。
19、 根據權利要求12至16任意一項所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於在電信號的編程下，所述存儲器的器件單元能夠實現在高電阻、低電阻之間的可逆變化。
20、 根據權利要求12至16任意一項所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述存儲器的數據存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
21、 一種製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟(Bl)在基底上製造外圍電路；(B2)在基底上沉積第一類型導電材料；(B3)沉積重摻雜多晶半導體以及輕摻雜多晶半導體、或沉積摻雜濃度連續變化的梯度多晶半導體，隨後沉積第二類型金屬材料；(B4)沉積電阻轉換薄膜；(B5)通過光刻工藝，通過兩相互垂直的淺溝道，形成第一字/位線，並在第一字/位線的上方製造出多個肖特基二極體單元以及二極體上方的阻轉換存儲單元；(B6)沉積介質材料，隨後進行化學機械拋光平坦化；(B7)沉積第三類型的導電材料，作為隨後製造出的導電第一位/字線的材料；(B8)重複步驟(B3)到步驟(B7)，直到得到足夠多的層數為止。
22、 根據權利要求21所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於採用的金屬與輕摻雜多晶半導體之間形成可靠的金屬一半導體接觸，所述金屬為金屬單質、或為合金。
23、 根據權利要求21所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述肖特基二極體的半導體層材料為多晶矽、或為多晶鍺、或為多晶m-v族半導體。
24、 根據權利要求21所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述肖特基二極體的多晶半導體層的製備方法為金屬誘導法，或為氣相沉積法，或為準分子雷射脈衝法。
25、 根據權利要求21所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述肖特基二極體的多晶半導體層至少為一層。
26、 根據權利要求21至25任意一項所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述電阻轉換單元和肖特基二極體位於位線與字線的交叉處。
27、 根據權利要求21至25任意一項所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於所述肖特基二極體的半導體層的摻雜濃度呈現連續的梯度變化、或呈現不連續變化。
28、 根據權利要求21至25任意一項所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於在電信號的編程下，所述存儲器的器件單元能夠實現在高電阻、低電阻之間的可逆變化。 .
29、 根據權利要求21至25任意一項所述的製造三維立體堆疊的電阻轉換存儲器陣列的方法，其特徵在於-所述存儲器的數據存儲為雙級存儲，或為多級存儲。
全文摘要
本發明揭示一種三維立體堆疊的電阻轉換存儲器及其製造方法。電阻轉換存儲器包括基底、若干第一布線、若干第二布線、若干存儲單元陣列。多個平行設置的第一布線設置於基底上；多個相互平行的第二布線設置於基底上、與第一布線絕緣分離、並與第一布線交叉配置；呈矩陣排列的存儲單元陣列層疊設置於基底上，上下相鄰的兩個存儲單元陣列之間、存儲單元陣列與基底之間至少設置第一布線、第二布線中的一個；存儲單元陣列包括電阻轉換存儲單元、多晶半導體肖特基二極體。本方法可形成高質量的金屬-半導體接觸，成本較低，有望在三維高密度、低成本的固態存儲器的競爭中獲得較大優勢。
文檔編號H01L27/10GK101477987SQ20091004508
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月8日 優先權日2009年1月8日
發明者波 劉, 宋志棠, 封松林, 挺 張, 陳邦明 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所