二极管驱动电阻转换存储器单元及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种二极管驱动电阻转换存储器单元及其制造方法，包括基底、设置在基底上的第一导电类型半导体、设置在半导体上的具有电阻转换能力的存储单元以及设置在电阻转换存储单元上的电极；所述第一导电类型半导体与存储单元相邻的表面具有第二导电类型掺杂，所述第二导电类型掺杂与未被掺杂的第一导电类型半导体构成驱动二极管结构，进而对上方的存储单元进行选通和驱动。本发明专利技术通过扩散工艺使存储器材料扩散到半导体中形成二极管结构，从而大幅度提高存储器的存储密度，而且本发明专利技术的工艺简便，成本低，能够增强二极管驱动电阻转换存储器单元的市场竞争能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子领域，涉及一种。
技术介绍
高密度、高性能半导体存储器，特别是非易失性存储器，是未来信息技术发展的基石， 无论在日常生活中还是国民经济中都发挥着重要的作用，具有广阔的市场。目前，存储器的 种类主要包括静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM)、磁盘、闪存(Flash)、铁电存储 器等；而其他存储器，例如相变存储器、电阻随机存储器、电探针存储系统等作为下一代存 储器的候选者也受到了广泛的研究和关注。相变存储器和电阻随机存储器的基本原理是利用器件中存储材料在高电阻和低电阻之间 的可逆变化来实现数据"1"和"0"的存储，因为电阻有望通过电信号控制实现近似连续变 化，故此类电阻转换存储器有望实现多级存储，从而大幅提升存储器的信息存储能力。电阻 转换存储器的优点还包括高速、高数据保持能力和低成本，有望部分或者大幅取代目前随着 技术节点的进步而面临困难的闪存，因此具有巨大的市场潜力。在高密度的电阻转换存储器中，采用二极管取代目前的场效应晶体管成为趋势，因为二 极管相比于场效应晶体管具有较小的尺寸，能够大幅提升存储器的存储密度。在当前，制造 二极管需要花费较大的成本，也增加了电阻转换存储器的单元成本，因而开发一种工艺简便、 成本低的二极管制造方法成为目前的主要研究方向之一。现有的电阻转换存储器中广为采用的GeSbTe以及SbTe等相变材料具有半导体的特性， 通过扩散方法，将上述材料中的Sb或者Te扩散到半导体中，能够实现对半导体材料(如硅) 的n型掺杂。因此，可以采用存储材料的扩散效应制造二极管，这样存储材料在此类电阻转 换存储器中具有双重的功能即存储功能和扩散掺杂功能。而根据本申请人(中国科学院上 海微系统与信息技术研究所)于2008年10月20日申请的一件专利申请(申请号 200810201407.5，专利技术名称《含锑材料作为电阻转换存储材料的应用》，专利技术人张挺等人)， 含锑材料也具有电阻转换功能，而Sb对硅的掺杂已经成为一种半导体生产线上常用的n型摻 杂方法，因此，采用含锑材料制造二极管驱动的电阻转换存储器也成为可能。用以上方法制 造的电阻转换存储器单元制造工艺简单，成本将具有竞争力。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种一极管驱动电阻转换存储器单元及其制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案。 一种二极管驱动电阻转换存储器单元，包括基底、设置在基底上的第一导电类型半导体、设置在半导体上的具有电阻转换能力的存储单元以及设置在电阻转换存储单元上的电极；所 述第一导电类型半导体与存储单元相邻的表面经过存储单元中原子的扩散后为第二导电类 型，所述第二导电类型掺杂的区域与未被掺杂的第一导电类型半导体之间构成驱动二极管结 构。作为本专利技术的一种优选方案，所述具有电阻转换能力的存储单元是采用电信号实现电阻 转换的存储单元。作为本专利技术的另一种优选方案，所述具有电阻转换能力的存储材料单元为双级存储单元或多级存储单元，即一个单元可以存储两个以上的数据状态。作为本专利技术的再-种优选方案，所述具有电阻转换能力的存储单元为相变存储单元，选 用相变材料作为存储介质，而所述电极的材料为W、 Ti、 TiN、 Al、 Cu、 TiW、 Ni、 Ag中的一 种或多种。作为本专利技术的再一种优选方案，所述具有电阻转换能力的存储单元是由界面被半导体、电极中的原子扩散后具有电阻转换能力的含锑材料制成的存储单元，含锑材料中锑原子的原 子百分比在40%~100%之间，所述电极的材料为W、 Ti、 TiN、 Al、 Cu、 TiW、 Ni、 Ag中的一种 或多种。一种二极管驱动电阻转换存储器单元的制造方法，包括如下步骤1) 在基底上制造第一导电类型半导体；2) 在第一导电类型半导体上方制造具有电阻转换能力的存储材料；3) 在存储材料上制造电极；4) 通过扩散工艺使存储材料中的部分原子扩散到第一导电类型半导体中，形成对第一导电类 型半导体靠近表面区域的第二导电类型掺杂，形成的第二导电类型掺杂与未被掺杂的第一导 电类型区半导体构成驱动二极管结构。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤l)采用离子注入法或催化诱导法。 作为本专利技术的另一种优选方案，所述具有电阻转换能力的存储材料是采用电信号实现电 阻转换的存储材料。作为本专利技术的再一种优选方案，所述具有电阻转换能力的存储材料为本身具有电阻转换 能力的相变材料，所述电极的材料为W、 Ti、 TiN、 Al、 Cu、 TiW、 Ni、 Ag中的一种或多种。 作为本专利技术的再一种优选方案，所述具有电阻转换能力的存储材料为界面被半导体、电极中的原子扩散后具有电阻转换能力的含锑材料，含锑材料中锑原子的原子百分比在 40%~100%之间，所述电极的材料为W、 Ti、 TiN、 Al、 Cu、 TiW、 Ni、 Ag中的一种或多种。本专利技术的有益效果在于它提供了一种二极管驱动电阻转换存储器单元的制造方法，而 且本方法的工艺简便，能够大幅度提高存储器的存储密度，降低成本，增强二极管驱动电阻 转换存储器单元的市场竞争能力。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图1为一种存储材料为相变材料的二极管驱动电阻转换存储器单元的结构示意图2为一种存储材料为含锑材料的二极管驱动电阻转换存储器单元的结构示意图3为另一种存储材料为含锑材料的二极管驱动电阻转换存储器单元的结构示意图4为另一种存储材料为相变材料的二极管驱动电阻转换存储器单元的结构示意图5为再一种存储材料为含锑材料的二极管驱动电阻转换存储器单元的结构示意图6A-D为图2所示的存储材料为含锑材料的二极管驱动电阻转换存储器单元的制造过程；图7A-H为一种存储材料为相变材料的二极管驱动电阻转换存储器单元的制造过程。 主要组件符号说明1、 6、 18、 24、 25均为介质材料；2、 7、 14、 19、 26、均为P型重掺杂硅，掺杂原子为B;3、 16均为电极TiW;4、 27、 36均为Sb36Te相变材料； 15为GeSbTe相变材料；5、 17、 29均为相变材料经扩散工艺后材料中的Sb和Te原子扩散到p型硅中形成的n 型区域；8、 13、 21、 28、 37均为电极Ti;9、 20、 27均为Sb材料；10、 23均为Sb扩散到硅中形成的n型掺杂的区域；11、 22、 30均为电极Ti扩散到Sb中形成的掺Ti的Sb区域；31、 基底；32、 方形孔；33、 Ni薄膜；34、 沉积B掺杂的非晶硅；35、 多晶硅；38、为相变材料经扩散工艺后材料中的Sb和Te原子扩散到多晶硅中形成的n型区域。具体实施方式 实施例一一种二极管驱动电阻转换存储器单元，包括基底、设置在基底上的第一导电类型半导体、 设置在半导体上的具有电阻转换能力的存储单元以及设置在电阻转换存储单元上的电极；所 述第一导电类型半导体与存储单元相邻的表面具有第二导电类型掺杂，所述第二导电类型掺 杂与未被掺杂的第一导电类型半导体构成驱动二极管结构。所述具有电阻转换能力的存储单 元为相变存储单元，所述电极的材料为TiW。如图1所示， 一种存储材料为相变材料的二极管驱动电阻转换存储器单元的结构，包括 一个二极管和一个存储单元，即1D1R结构。图中，l为介质材料，2为p型掺杂硅，掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二极管驱动电阻转换存储器单元，其特征在于：所述存储器单元包括基底、设置在基底上的第一导电类型半导体、设置在半导体上的具有电阻转换能力的存储单元以及设置在电阻转换存储单元上的电极；所述第一导电类型半导体与存储单元相邻的表面被存储单元原子通过扩散形成第二导电类型掺杂区域，所述第二导电类型掺杂区域与未被掺杂的第一导电类型半导体形成Ｐ－Ｎ结，构成二极管结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张挺，宋志棠，顾怡峰，刘波，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]