掩模式只读存储器及其形成方法技术

一种掩模式只读存储器及其形成方法，其中形成方法包括：半导体衬底沿其厚度方向具有第一部分、第二部分，位于第一部分上且与第一部分接触的第二部分，第一部分具有第一型掺杂且沿第一方向分为隔离开的若干埋线；在埋线上的第二部分中形成沿第二方向隔离开的若干二极管，二极管具有第一电极、位于第一电极上的第二电极，第一电极与埋线接触，所第一电极具有第二掺杂且第二电极具有第二型掺杂；第二型掺杂和第一型掺杂为两反型掺杂，第一、二方向为两不同方向。本发明专利技术提供一种新的掩模式只读存储器，其形成工艺不会影响CMOS器件及其上的互连结构的性能，新的掩模式只读存储器可靠性较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种掩模式只读存储器及其形成方法。
技术介绍
在目前存储器的类型中，只读存储器ROM(ReadonlyMemory，ROM)，是能对其存储的内容读出，而不能对其重新写入的存储器。这种存储器一旦存入了原始信息后，在程序执行过程中，只能将内部信息读出，而不能随意重新写入新的信息去改变原始信息。因此，通常用它存放固定不变的程序、常数以及汉字字库，甚至用于操作系统的固化。掩模式只读存储器(MaskROM)为只读存储器的一种。现有的一种掩模式只读存储器是以MOS晶体管为存储单元的存储器，其工作原理为：通过对不同MOS晶体管的栅极下的沟道区选择掺杂或不掺杂，使得MOS晶体管的阈值电压不同，通过施加同一栅极电压，处于工作状态的MOS晶体管读出数值为“1”，处于关闭状态的MOS晶体管读出数值为“0”。但是，以MOS晶体管为存储单元的掩模式只读存储器的缺点在于：占用面积较大，成本高；随着集成度提高，沟道区的特征尺寸减小，容易引起短沟道效应、热载流子效应、源-漏穿通等问题，造成存储器的可靠性下降，也限制了掩模式只读存储器朝向较小尺寸方向发展。为解决上述问题，现有技术提出另一种掩模式只读存储器，该掩模式只读存储器以pn结二极管为存储单元。其工作原理为：在同一字线上电连接的若干二极管中，每个二极管对应一条位线，对与位线电连接的二极管赋值为“1”，不与位线电连接的二极管赋值为“0”。在该掩模式只读存储器形成工艺中，通常是在半导体衬底上形成CMOS器件之后，在互连结构的形成过程中制作二极管。具体步骤包括：首先，在层间介质层中形成接触孔，在接触孔中填充满非晶硅并对非晶硅进行高温处理，以使其晶态转化为多晶而得到多晶硅，该晶态转化处理过程的时间较长(通常10h左右)且温度较高(约600℃)；接着，对多晶硅进行掺杂，得到pn结二极管，并进行退火处理以实现激活，退火温度较高(约850℃～900℃)，退火时间较长(约1h)。该工艺还存在以下缺点：该二极管形成过程中，较长时间的高温条件会对半导体衬底上的CMOS器件造成消极影响，例如电性变化、器件受损等问题，导致器件性能不佳、可靠性下降。因此，本专利技术提出一种新的掩模式只读存储器的形成工艺，其中该掩模式只读存储器是以二极管为存储单元。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是：为解决现有技术存在的问题而提出一种新的以二极管为存储单元的掩模式只读存储器的形成方法。为解决上述问题，本专利技术提供一种掩模式只读存储器的形成方法，该形成方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底沿其厚度方向具有第一部分、位于所述第一部分上且与所述第一部分接触的第二部分，所述第一部分具有第一型掺杂，所述第一部分沿第一方向分为隔离开的若干埋线；在所述埋线上的第二部分中形成沿第二方向隔离开的若干二极管，所述二极管具有第一电极、位于所述第一电极上的第二电极，所述第一电极与埋线接触，所述第一电极具有第二掺杂且所述第二电极具有第二型掺杂；所述第二型掺杂和第一型掺杂为两反型掺杂，所述第一方向和第二方向为两不同方向。可选地，所述半导体衬底包括：第一衬底、位于所述第一衬底上的第二衬底；所述第一部分位于所述第一衬底中；所述第二衬底作为所述第二部分。可选地，所述第一衬底沿其厚度方向还具有位于所述第一部分下的第三部分，所述第三部分与第一部分接触，所述第三部分具有第二型掺杂。可选地，在所述第一衬底中形成所述第三部分和第一部分的方法包括：提供具有第二型掺杂的第一衬底；对所述第一衬底进行第一型离子注入至部分厚度以形成所述第一部分，所述第一部分下方的第一衬底部分作为所述第三部分。可选地，在对所述第一衬底进行第一型离子注入的过程中，第一型离子为As离子；As离子注入剂量范围为1.0e15cm-2～8.0e15cm-2，As离子能量范围为30KeV～80KeV。可选地，所述第一部分和第二部分的形成方法包括：提供具有第二型掺杂的第一衬底；在所述第一衬底中形成第一沟槽；在所述第一沟槽底部的第一衬底中进行第一型掺杂，形成所述第一部分；在所述第一部分上形成第二衬底。可选地，所述第二衬底的上表面与所述第一衬底的上表面持平。可选地，使用外延生长工艺，在所述第一衬底上形成第二衬底。可选地，在外延生长第二衬底过程中，当使用的原料气体为Si2H2Cl2时，温度范围为950℃～1100℃；或者，当使用的原料气体为SiH4或SiHCl3或两者的混合气体，温度范围为500℃～900℃。可选地，所述第二衬底为单晶硅衬底。可选地，所述第一部分和第二部分位于同一半导体衬底中。可选地，在所述第二部分中形成所述第一电极和第二电极的方法包括：对所述第二部分进行第一型离子注入至全部厚度；对具有第一型掺杂的第二部分进行第二型离子注入至部分厚度，形成所述第二电极，所述第二电极下方的第二部分作为所述第一电极。可选地，对具有第一型掺杂的第二部分进行第二型离子注入过程中，当注入的离子为B离子，B离子的剂量范围为2.0e13cm-2～2.0e14cm-2，B离子的能量范围为15KeV～35KeV；或者，当注入离子为BF2的离子，BF2离子的剂量范围为8.0e13cm-2～9.0e14cm-2，离子能量范围为5KeV～20KeV。可选地，所述第二部分的厚度范围为100nm～600nm。可选地，在所述埋线上的第二部分中形成沿第二方向若干隔离开的二极管之前或之后，在第一、二部分中形成沿所述第一方向并列排布的若干第一隔离结构，和在所述第二部分中形成沿所述第二方向并列排布的若干第二隔离结构；相邻两所述第一隔离结构之间具有一条埋线，相邻两所述第二隔离结构之间具有一个二极管。可选地，所述第一隔离结构的形成方法包括：在所述第一部分和第二部分中形成第二沟槽；在所述第二沟槽侧壁和底部形成衬垫层；在所述第二沟槽中填充满隔离材料。可选地，在所述第一部分和第二部分中形成第二沟槽的方法包括：在所述第二部分上形成图形化的掩模层，定义出第二沟槽的位置；以所述图形化的掩模层为掩模，刻蚀第一、二部分形成第二沟槽；去除所述图形化的掩模层。可选地，所述第二沟槽向下伸出第一部分至下方的半导体衬底中；在形成所述衬垫层之后，在所述第二沟槽底部的半导体衬底中形成具有第二型掺杂的扩散区，所述扩散区用于隔离所述埋线与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底沿其厚度方向具有第一部分、位于所述第一部分上且与所述第一部分接触的第二部分，所述第一部分具有第一型掺杂，所述第一部分沿第一方向分为隔离开的若干埋线；在所述埋线上的第二部分中形成沿第二方向隔离开的若干二极管，所述二极管具有第一电极、位于所述第一电极上的第二电极，所述第一电极与埋线接触，所述第一电极具有第二掺杂且所述第二电极具有第二型掺杂；所述第二型掺杂和第一型掺杂为两反型掺杂，所述第一方向和第二方向为两不同方向。

【技术特征摘要】
1.一种掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底沿其厚度方向具有第一部分、位于所
述第一部分上且与所述第一部分接触的第二部分，所述第一部分具有第一型
掺杂，所述第一部分沿第一方向分为隔离开的若干埋线；
在所述埋线上的第二部分中形成沿第二方向隔离开的若干二极管，所述
二极管具有第一电极、位于所述第一电极上的第二电极，所述第一电极与埋
线接触，所述第一电极具有第二掺杂且所述第二电极具有第二型掺杂；
所述第二型掺杂和第一型掺杂为两反型掺杂，所述第一方向和第二方向
为两不同方向。
2.如权利要求1所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，所述半
导体衬底包括：第一衬底、位于所述第一衬底上的第二衬底；
所述第一部分位于所述第一衬底中；
所述第二衬底作为所述第二部分。
3.如权利要求2所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，所述第
一衬底沿其厚度方向还具有位于所述第一部分下的第三部分，所述第三部
分与第一部分接触，所述第三部分具有第二型掺杂。
4.如权利要求3所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，在所述
第一衬底中形成所述第三部分和第一部分的方法包括：
提供具有第二型掺杂的第一衬底；
对所述第一衬底进行第一型离子注入至部分厚度以形成所述第一部分，
所述第一部分下方的第一衬底部分作为所述第三部分。
5.如权利要求4所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，在对所
述第一衬底进行第一型离子注入的过程中，第一型离子为As离子；
As离子注入剂量范围为1.0e15cm-2～8.0e15cm-2，As离子能量范围为
30KeV～80KeV。
6.如权利要求2所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，所述第

\t一部分和第二部分的形成方法包括：
提供具有第二型掺杂的第一衬底；
在所述第一衬底中形成第一沟槽；
在所述第一沟槽底部的第一衬底中进行第一型掺杂，形成所述第一部分；
在所述第一部分上形成第二衬底。
7.如权利要求6所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，所述第
二衬底的上表面与所述第一衬底的上表面持平。
8.如权利要求3所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，使用外
延生长工艺，在所述第一衬底上形成第二衬底。
9.如权利要求8所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，在外延
生长第二衬底过程中，当使用的原料气体为Si2H2Cl2时，温度范围为
950℃～1100℃；或者，
当使用的原料气体为SiH4或SiHCl3或两者的混合气体，温度范围为
500℃～900℃。
10.如权利要求2所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，所述第
二衬底为单晶硅衬底。
11.如权利要求1所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，所述第
一部分和第二部分位于同一半导体衬底中。
12.如权利要求1所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，在所述
第二部分中形成所述第一电极和第二电极的方法包括：
对所述第二部分进行第一型离子注入至全部厚度；
对具有第一型掺杂的第二部分进行第二型离子注入至部分厚度，形成所
述第二电极，所述第二电极下方的第二部分作为所述第一电极。
13.如权利要求12所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，对具有
第一型掺杂的第二部分进行第二型离子注入过程中，当注入的离子为B离
子，B离子的剂量范围为2.0e13cm-2～2.0e14cm-2，B离子的能量范围为

\t15KeV～35KeV；或者，
当注入离子为BF2的离子，BF2离子的剂量范围为8.0e13cm-2～9.0e14cm-2，
离子能量范围为5KeV～20KeV。
14.如权利要求1所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，所述第
二部分的厚度范围为100nm～600nm。
15.如权利要求1所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，在所述
埋线上的第二部分中形成沿第二方向若干隔离开的二极管之前或之后，在
第一、二部分中形成沿所述第一方向并列排布的若干第一隔离结构，和在
所述第二部分中形成沿所述第二方向并列排布的若干第二隔离结构；
相邻两所述第一隔离结构之间具有一条埋线，相邻两所述第二隔离结构
之间具有一个二极管。
16.如权利要求15所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，所述第
一隔离结构的形成方法包括：
在所述第一部分和第二部分中形成第二沟槽；
在所述第二沟槽侧壁和底部形成衬垫层；
在所述第二沟槽中填充满隔离材料。
17.如权利要求16所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，在所述
第一部分和第二部分中形成第二沟槽的方法包括：
在所述第二部分上形成图形化的掩模层，定义出第二沟槽的位置；
以所述图形化的掩模层为掩模，刻蚀第一、二部分形成第二沟槽；
去除所述图形化的掩模层。
18.如权利要求17所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，所述第
二沟槽向下伸出第一部分至下方的半导体衬底中；
在形成所述衬垫层之后，在所述第二沟槽底部的半导体衬底中形成具有
第二型掺杂的扩散区，所述扩散区用于隔离所述埋线与下方的半导体衬底。
19.如权利要求18所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，在所述

\t第二沟槽底部的半导体衬底中形成扩散区的方法包括：
以所述图形化的掩模层为掩模，对所述第二沟槽的底部进行第二型离子
注入；
使用推阱工艺，使所述第二沟槽的底部中注入的第二型离子在半导体衬
底中扩散形成所述扩散区。
20.如权利要求18所述的掩模式只读存储器的形成方法，其特征在于，相邻两
扩散区相互接触。
21.如权利要求16所述的掩模式只读存储器的形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，詹奕鹏，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31