本发明专利技术属于微电子技术领域，本发明专利技术公开了一种具有肖特基二极管的相变存储器件及其制备方法。其基本特征在于：该结构单元由肖特基二极管与相变存储器构成，肖特基二极管作为相变存储器的选通管，肖特基二极管通过固相外延技术生长Ｎ型或者Ｐ型Ｓｉ单晶薄膜，与金属薄膜构成金属半导体接触。该方法制备的肖特基二极管有性能稳定，速度快，驱动电流大的特点。本发明专利技术公开的结构特点是用于高密度相变存储器，同时降低相变存储器生产成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种使用肖特基二极管的相变存储单元及制备方法，属于微电 子技术中相变存储器领域。技术背景存储器在半导体市场中占有重要地位，仅DRAM(Dynamnic Randam Access Memory)和FLASH两种就占有整个市场的15%，随着便携式龟子设备的逐步普 及,不挥发存储器的市场也越来越大，目前FLASH占不挥发存储器的主流，约 占90。X。但随着半导体技术的进步，FLASH遇到了越来越多的技术瓶颈，首 先存储电荷的浮栅不能随着集成电路工艺的发展无限制地减薄，此外，FLASH 技术的其它一些缺点也限制了它的应用，例如数据写入慢、写数据时需要高 电压因而功耗大，需要特殊的电压提升结构增加了电路和设计的复杂度，可 擦写次数低，必须对指定的单元块而不能对指定的单元进写操作等。鉴于这 种情况，目前世界上几乎所有电子和半导体行业巨头及其它相关研发机构都 在竞相研发新一代不挥发存储器技术，以期在未来激烈的半导体产业竞争中 保有技术和市场优势.PCM (Phase Change Memory)--相变存储器作为一种新 兴的不挥发存储技术，在读写速度、读写次数、数据保持时间、单元面积、 多值实现等诸多方面都具有极大的优越性，成为未来不挥发存储技术市场主 流产品最有力的竞争者之一。随着集成电路制造技术的发展，芯片技术已经进入65nm、 45nm技术 阶段。在典型的1T1R (T: transistor, R: phase change resistor)结构中，选 通管T通常用MOS管。在相变存储器中的一个关键的问题是写操作电流大， 要达到lmA左右，当集成电路制造技术进入65nm、 45nm技术阶段后，显 然MOS选通管提供不了足够的驱动电流。因此，意法半导体公司提出用双 极性晶体管用于1T1R来解决相变存储器中写操作电流大的问题[Bedeschi,F.; Bonizzoni, E.; Casagrande, G.; Gastaldi， R.; Resta， C.; Torelli, G.; ZelLa, D; SET and RESET pulse characterization in BJT-selected phase-change memories; Circuits and Systems, 2005. ISCAS 2005. IEEE International Symposium on; 23-26 May 2005 Page(s): 1270 -1273 Vol. 2]。然而双极性 晶体管在芯片集成度继续提高也有难度。在2006年标题为使用二极管的相 变存储器件及制造方法的中国专利(公开号CN1832190A)中，韩国三星 电子株式会社公开了用PN 二极管作为选通管用于相变存储器的方法来解决 相变存储存储器密度进一步提高遇到的问题[中国专利公开CN 1832190A, 使用单元二极管的相变存储器及其制造方法]。但是该技术目前也遇到一些问 题，比如该方法制备的二极管会产生寄生的三极管，干扰对临近单元的读写 操作[丄H. Oh,丄H. Park' Y.S. Lim卞，H.S. Lim, Y.T. Oh，丄S. Kim,丄M. Shin, 丄H. Park, 丫.丄Song, K.C. Ryoo,D.W. Lim, S.S. Park,丄l. Kim,丄H. Kim，丄 Yu， F. Yeung, C.W. Jeong,丄H. Kong, D.H. Kang, G.H. Koh,G.T. Jeong, H.S. Jeong， and Kinam Kim; Full Integration of Highly Manufacturable 512Mb PRAM based on 90nm Technology; Electron Devices Meeting, 2006. IEDM '06. International, 11-13 Dec. 2006 Page(s):1 -4]。本专利技术试图提出的基于 肖特基二极管的相变存储器单元，不但具有可望与PN 二极管技术同样可以 用与高密度相变存储器的优点，同时也可望克服产生寄生的三极管缺点，并 且还具有工艺与CMOS工艺完全兼容，成本低，开关速度快，驱动电流大等
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种使用肖特基二极管为选通管的相变存储单元 及制备方法，以用于高密度相变存储器，降低成本，提高存储器性能。本专利技术公开了使用肖特基二极管为选通管的相变存储单元结构，所提供 的相变存储单元器件具有平行的导电字线，字线与肖特基二极管的一端相连， 肖特基二极管的另一段与存储器件的下电极相连，相变存储器件的上电极与 平行的导电位线相连，这里肖特基二极管是相变存储器的选通管。本专利技术同时公开使有肖特基二极管为选通管的相变存储单元结构的制备方法，其步骤为在N型单晶硅衬底ll (或是P型衬底)制备多条平行的位 线13，位线是高浓度掺杂的N型单晶硅、多晶硅或非晶硅(或是P型单晶 硅、多晶硅或非晶硅)，再在位线上面沉积绝缘介质层113，在预定暴露区域开孔，在孔中用外延制备低掺杂的N型导电型硅14 (或P型导电型硅)，再 沉积金属层，刻蚀出要求的图形15，沉积绝缘介质层114，制备出相变单元 下电极16，沉积绝缘介质层115，在绝缘介质层115中刻蚀要求的孔，沉积 相变材料17与上电极18，制备出要求的图形，沉积绝缘介质层116，刻蚀孔， 制备上电极19，制备平行的金属导线字线111。以上制作步骤包括了以下几 步(i )形成多条平行的位线，包括沉积绝缘介质层112，刻蚀多条平行字线， 露出衬底ll，在衬底上外延高浓度的N导电型硅，也可以是P型硅；这里可 以是固相外延或者其它外延技术，外延层可以是单晶硅，再在导电硅12的基 础上，外延位线13，位线是高掺杂的N导电型单晶硅、多晶硅或非晶硅或者 是P导电型单晶硅、多晶硅或非晶硅，掺杂可以用原位掺杂也可以用离子注 入，然后刻蚀或者CMP磨平。(ii) 制备肖特基二极管，包括沉积绝缘介质层113，刻蚀孔与字线相连， 在孔中用外延制备低掺杂浓度的N导电型单晶硅、多晶硅或非晶硅14，再沉 积金属层或硅化物层15，刻蚀或者磨平得到要求的图形，这里外延可以用固 相外延，导电型硅14可以是单晶硅、多晶硅或非晶硅。所述的金属可以是 Au、 Mo、 Ni、 W、 Al、 Ti或Pt，所述的或者硅化物层为NiSi、 CoSi2或TiSi2 等。(iii) 制备相变存储单元下电极16，包括沉积绝缘介质层114，刻蚀孔，沉 积金属如W， TiN等，下电极则与肖特基二极管的金属层或硅化物层相连， 磨平或者刻蚀出要求的现状。(iv) 制备相变存储单元与上电极，包括沉积绝缘介质层115，刻蚀出要求 的孔，沉积相变材料与上电极18，相变材料包括(Ge2Sb2Te5、 GeiSb2Te4、 掺杂的Ge2Sb2Te5、 Ge,Sb2丁e4或其它相变材料GeSi， Sb2Te3， GeTi， GeSb， Si2Sb2Te5，Si,Sb2Te4等)，上电极18可以是W或者TiN，，刻蚀或者磨平，然6后沉积绝缘介质层116，刻蚀露出上电极，沉积金属如Cu， A本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种使用肖特基二极管为选通管的相变存储单元结构，其特征在于所提供的相变存储单元具有平行的导电位线，位线与肖特基二极管的一端相连；肖特基二极管的另一端则与相变存储单元的下电极相连，相变存储单元的上电极与平行的导电字线相连。
【技术特征摘要】
1、一种使用肖特基二极管为选通管的相变存储单元结构，其特征在于所提供的相变存储单元具有平行的导电位线，位线与肖特基二极管的一端相连；肖特基二极管的另一端则与相变存储单元的下电极相连，相变存储单元的上电极与平行的导电字线相连。2、 按权利要求1所述的使用肖特基二极管为选通管的相变存储单元结 构，其特征在于肖特基二极管的半导体一端是低掺杂浓度的单晶硅、多晶硅 或非晶硅。3、 按权利要求1所述的使用肖特基二极管为选通管的相变存储单元结 构，其特征在于肖特基二极管的另一端为金属层或硅化物层。4、 按权利要求3所述的使用肖特基二极管为选通管的相变存储单元结 构，其特征在于所述的金属为Au、 Mo、 Ni、 W、 Al、 Ti或Pt;所述的硅化 物为NiSi、 CoSi2或TiSi2。5、 制备如权利要求1_4中任一项所述的使用肖特基二极管为选通管的 相变存储单元结构的方法，其特征在于包括形成多条平行位线、制备肖特基 二极管、制备相变存储单元下电极、上电极以及平行字线制备，制备具体步 骤采用下述两种方法中任一种方法A:(a)首先，在N型单晶硅衬底上制备多条平行的字线，位线是高浓度 掺杂的N型单晶硅、多晶硅或非晶硅；(b)再在位线上面沉积绝缘介质层，在预定暴露区域开孔，在孔中用外延制备低掺杂的N型导电型硅；(C)再沉积金属层，刻蚀出要求的图形，沉积绝缘介质层，制备出相变单元下电极； (d)沉积绝缘介质层，再在绝缘介质层中刻蚀要求的孔，沉积相变材料与上 电极，制备出要求的图形，沉积绝缘介质层，刻蚀孔，制备出上电极；(e) 最后，制备平行的金属导线字线； 方法B:在P型单晶硅衬底制备多条平行的字线，位线是高浓度掺杂的P型单晶 硅、多晶硅或非晶硅；(b)再在位线上面沉积绝缘介质层，在预定暴露区域开孔，在孔中用外延制备低掺杂的N型导电型硅；(C)再沉积金属层，刻蚀 出要求的图...
【专利技术属性】
技术研发人员：凌云，宋志棠，封松林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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