一种相变存储器的阵列结构及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体器件技术领域，具体公开了一种相变存储器的阵列结构及其制备方法。该相变存储器的阵列结构利用竖直ｐ－ｎ结二极管作为相变存储单元的陈列器件，并用金属硅化物埋层作为连接连续多个竖直ｐ－ｎ结二极管阵列器件的埋层字线。该相变存储器的阵列结构可以降低埋层字线的电阻率、提高相变存储器的集成度以及提高相变存储器的存取速度，而且，该金属硅化物埋层的形成工艺简单，并与通常的集成电路工艺兼容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种相变存储器的阵列结构，同时，本专利技术还提出了一种相变存储器的阵列结构的形成方法。
技术介绍
相变存储器(phase change memory)是利用硫族化合物在晶态和非晶态时的巨大导电性差异来存储数据的。相变硫族化物在由无定形相转向结晶相时会表现出可逆的相变现象，在无定形相时，材料是高度无序的状态，不存在结晶体的网格结构。在此种状态下，材料具有高阻抗和高反射率。相反地，在结晶相，材料具有规律的晶体结构，具有低阻抗和低反射率。相变存储器利用的就是两相间的阻抗差。由电流注入产生的剧烈的热量可以引发材料的相变。相变后的材料性质由注入的电流、电压及操作时间决定。 与传统的Flash浮栅存储器相比，相变存储器具备DRAM的高速存取和寻址特性，同时也具备像闪存那样的非易失性存储特征，同时还具有长循环寿命、低功耗、低成本、可縮微能力强以及与现有集成电路工艺相兼容等诸多优点，因此将可能成为未来半导体存储器的主流产品之一，特别是在嵌入式与大容量存储方面有着广泛的应用前景。 高密度的相变存储器一般采用竖直p-n结二极管作为相变存储器的核心阵列器件来对相变材料进行控制。和其它的器件如金属-氧化物-半导体场效应(MOSFET)和双极型晶体管相比，竖直p-n结二极管能提供最高的相变存储单元的集成度。但是集成竖直p-n结二极管的技术具有很大的挑战。其中一个主要的问题是连接多个存储单元P-n结二极管的埋层字线(wordline)电阻率较高。通常以竖直p_n结二极管为核心阵列器件的相变存储器的字线是利用高掺杂的硅衬底而形成，但是高掺杂的硅衬底的电阻率和一般的金属相比较大，导致每条字线的能连接相变存储单元P-n结二极管的数目较少，从而导致集成度降低以及相变存储器的存取速度下降。因此如何减少用来连接连续多个竖直p-n结二极管陈列器件的埋层字线的电阻率是相变存储器技术中的一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种相变存储器阵列结构，该相变存储器阵列结构可以通 过简单的工艺过程来形成，而且，该相变存储器结构可以降低以竖直P-n结二极管为阵列 器件的相变存储器的埋层字线的电阻率。 本专利技术提出的相变存储器的阵列结构，用竖直p-n结二极管作为相变存储单元的阵列器件，并用金属硅化物埋层作为连接连续多个竖直P-n结二极管阵列器件的埋层字线。所述的金属硅化物埋层置于半导体衬底内部，所述的半导体衬底为单晶硅、多晶硅或者绝缘体上硅(SOI)。所述的金属硅化物是硅化钛、硅化钴、硅化镍或硅化铂，或者是它们之中几种的混合物。所述的金属硅化物埋层在水平方向上是连续不间断的埋层。 本专利技术还提出了一种相变存储器的阵列结构的制造方法，该方法包括下列步骤 提供一个具有第一种掺杂类型的半导体衬底；4 形成器件的浅槽隔离结构； 进行离子注入，形成第二种掺杂类型的区域； 形成第一层绝缘介质； 对绝缘介质和衬底进行刻蚀形成开口结构； 进行离子注入，形成第三种掺杂类型的区域； 形成一层刻蚀阻挡层； 对刻蚀阻挡层进行各向异性刻蚀以露出用于形成金属硅化物的硅区； 淀积第一层金属层并退火，使之与所述硅区中的硅形成第一种金属硅化物； 去除残留的第一层金属； 形成第二层绝缘介质并将其平整化处理； 进行离子注入形成第四种掺杂类型的区域； 去除剩余的第一层绝缘介质以露出用于形成下述金属硅化物的硅区； 淀积第二层金属层并退火，使之与上述硅区中的硅形成第二种金属硅化物； 去除残留的第二层金属； 依次淀积形成用作下电极的第三层金属层、一层相变材料层和用作上电极的第四 层金属层； 第三层金属层、相变材料层和第四层金属层的图形化和刻蚀； 形成由第五层金属组成的位线。 所述的半导体衬底为单晶硅、多晶硅或者绝缘体上硅(SOI)。所述的第一层绝缘介 质为淀积形成的SiOy SiA或者它们之间相混合的绝缘材料，也可以为热生长的SiO"所 述的刻蚀阻挡层由Si(^、Si3N4或者它们之间相混合的绝缘材料构成。所述的第二层绝缘介 质为Si02、 Si3N4或者它们之间相混合的绝缘材料。 进一步地，所述的第一种掺杂类型为p型，所述的第二种掺杂类型为n型；或者所 述的第一种掺杂类型为n型，所述的第二种掺杂类型为p型。所述的第一种掺杂类型的区 域和所述的第二种掺杂类型的区域形成P-n结结构。所述的p-n结的深度比所述的浅槽隔 离结构的底部要浅。 再进一步地，所述的第三种掺杂类型为重掺杂的p型，所述的第四种掺杂类型为 重掺杂的n型；或者，所述的第三种掺杂类型为重掺杂的n型，所述的第四种掺杂类型为重 掺杂的P型。所述的第三种掺杂类型的区域和所述的第四种掺杂类型的区域形成竖直p-n 结结构。 更进一步地，所述的第一层金属和第二层金属为钛、钴、镍或铂，或者是它们之中 几种的混合物。所述的第三层金属、第四层金属和第五层金属为TiN、 Ti、 Ta或者TaN。所 述的第一种金属硅化物在形成时会向各个方向扩展，在水平方向上连接成一个连续不间断 的金属硅化物层。所述的第一种金属硅化物包含在所述的第三种掺杂类型的区域里面。所 述的第一种金属硅化物埋层用做连接连续多个竖直P-n结二极管阵列器件的埋层字线。所 述的相变材料为硫属化合物Ge^VTe5，或者用于实现相变存储的其它硫属化合物。所述的 位线方向与所述的埋层字线方向垂直。 本专利技术还提供一种集成电路芯片，该芯片上至少有一个半导体结构中含有上述的 相变存储器的阵列结构。 本专利技术的优点在于，该相变存储器的阵列结构可以降低埋层字线的电阻率，还可 以提高相变存储器的集成度以及提高相变存储器的存取速度，而且，该相变存储器用金属 硅化物埋层作为连接连续多个竖直P-n结二极管阵列器件的埋层字线，形成工艺简单，并 与通常的集成电路工艺兼容。附图说明 图la为本专利技术一个实例中在提供的半导体衬底上形成浅槽隔离结构和p-n结的 平面图。 图lb为图la所示结构中从AB方向的截面图。 图lc为图la所示结构中从CD方向的截面图。 图2为继图lc后形成第一层绝缘介质和光阻层后的截面图。 图3为继图2后对光阻层、第一层绝缘介质和衬底进行刻蚀形成开口结构后的截 面图。 图4为继图3后进行n型杂质离子注入形成高掺杂的n型区域，并去除剩余的光阻层，然后形成一层刻蚀阻挡层，再对所述的刻蚀阻挡层进行刻蚀后的截面图。 图5为继图4后形成一层金属层后的截面图。 图6为继图5后利用退火技术形成连续不间断的金属硅化物埋层后的截面图。 图7为继图6后形成第二层绝缘介质并将其平整化处理后的截面图。 图8为继图7后进行p型杂质离子注入后形成高掺杂的p型区域并形成竖直p-n结结构后的截面图。 图9为继图8后在竖直p-n结上形成相变存储结构后的截面图。 具体实施例方式下面将参照附图对本专利技术的一个示例性实施方式作详细说明。在图中，为了方便 说明，放大了或縮小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不是完 全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互 位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。 参考图是本专利技术的理想化实施例的示意图，本专利技术所示的实施例不应该被认为仅 限于图中所示区域的特定形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器的阵列结构，其特征在于，该结构利用竖直ｐ－ｎ结二极管作为相变存储单元的阵列器件，并用金属硅化物埋层作为连接连续多个竖直ｐ－ｎ二极管阵列器件的埋层字线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴东平，张世理，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]