相变存储器、存储器单元的隔离结构以及制造方法技术

一种相变存储器、存储器单元的隔离结构以及制造方法，其中相变存储器包括：半导体衬底；位于半导体衬底上的字线；与字线连接的相变存储器单元；隔离沟槽，邻接并隔离所述字线；隔离晶体管，邻接并隔离同一字线上相邻相变存储器单元。本发明专利技术使用常关的场效应晶体管作为相变存储器中同一字线上相邻存储器单元的单元隔离，并在场效应晶体管的栅极施加反向偏置电压，相比现有的双沟槽隔离结构，更有效地消除了相邻存储器单元之间的漏电流，且结构简单、工艺更易于实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体存储器，特别涉及相变存储器、存储器单元的隔离结构以及 制造方法。
技术介绍
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对快闪存储器FLASH都具有较大的优越性，成 为目前不挥发存储技术研究的焦点。相变存储技术的不断进步使之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。在相变存储器(PCRAM，PhasechangeRAM)中，其中记录了数据的相变层可以 通过下电极对之进行热处理而改变存储器的值。所述构成相变层的相变材料会由于所施 加电流的加热效果而进入结晶状态或非晶状态。当相变层处于结晶状态时，PCRAM的 电阻较低，此时存储器赋值为“0”。当相变层处于非晶状态时，PCRAM的电阻较高， 此时存储器赋值为“1”。相变存储器的下电极可以是多晶硅、金属或诸如金属氮化物的 金属化合物。随着相变存储器的集成度提高，存储器单元阵列的尺寸日益微缩，需要通过隔 离结构消除相邻存储器单元之间的串扰。现有的相变存储器单元的隔离结构为双沟槽隔 离，图1以及图2从两个正交的剖面揭示了其具体结构。所述双沟槽隔离结构包括隔离相邻字线101 (字线隔离)的深沟槽300以及隔离 同一字线上相邻相变存储器单元102 (单元隔离)的浅沟槽301 ；所述深沟槽300以及浅 沟槽301相互正交，并围绕相变存储器单元102的选通二极管110形成；所述选通二极管 110 一端与下电极(图中未示出)相连，另一端与字线101相连。通过深度不同相互正交 的两个沟槽填充绝缘材质，形成了用于相变存储器单元阵列的沟槽隔离。上述技术存在如下问题由于作为单元隔离的浅沟槽301深度较浅、顶部宽度 较小，且在同一字线上相邻存储器单元的距离最短，因此在浅沟槽301的顶部界面处(图 2中虚线圈所标记位置)，相邻存储器单元102之间容易形成漏电流、造成串扰，进一步 使得存储器单元102可能绕过选通二极管110，而被邻近存储器单元的漏电流所选通。因 此需要提供一种新型的存储器单元的隔离结构，解决在同一字线上相邻存储器单元的单 元隔离效果欠佳而导致的漏电流问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种相变存储器及其存储器单元的隔离结构，消除同 一字线上相邻存储器单元之间的漏电流。本专利技术提供的一种相变存储器，包括半导体衬底；位于半导体衬底上的字线；与字线连接的相变存储器单元；隔离沟槽，邻接并隔离所述字线；隔离晶体管，邻接并隔离同一字线上相邻相变存储器单元。作为可选方案，所述隔离沟槽的底部位于半导体衬底上，所述隔离晶体管的底 部位于字线上。作为可选方案，所述相变存储器单元的选通二极管与字线连接；所述隔离晶体 管形成于所述选通二极管之间。作为可选方 案，所述隔离晶体管包括栅极以及栅极底部的沟道区，所述沟道区邻 接并隔离选通二极管，掺杂类型与字线相反；所述隔离晶体管的栅极外加反向偏置电压。作为可选方案，所述相变存储器单元的选通二极管为肖特基二极管，且肖特基 二极管的阴极半导体层与字线电连接，掺杂类型相同。作为可选方案，所述字线的掺杂类型为N型，所述沟道区的掺杂类型为P型。本专利技术所提供的一种存储器单元的隔离结构，包括字线隔离，所述字线隔离包括隔离沟槽，邻接并隔离存储器的字线；单元隔离，所述单元隔离包括场效应晶体管，邻接并隔离同一字线上相邻的存 储器单元；所述字线隔离以及单元隔离，相互正交并围绕存储器单元的选通管形成。作为可选方案，所述字线隔离的底部低于字线，所述单元隔离的底部低于所述 存储器单元的选通管。作为可选方案，所述场效应晶体管为常关状态。作为可选方案，所述场效应晶体管的栅极外加反向偏置电压。本专利技术所述的相变存储器单元的隔离结构制造方法，其特征在于，包括提供半导体衬底，在半导体衬底上形成字线；在字线上形成阴极半导体层；刻蚀所述阴极半导体层、字线，形成隔离沟槽，所述隔离沟槽的底部位于半导 体衬底上；在阴极半导体层上的预定区域内离子注入形成沟道区，所述沟道区的底部位于 字线上，掺杂类型与字线相反；在沟道区的表面形成栅极，阴极半导体层的表面形成阳极金属层。作为可选方案，所述字线为单晶硅或多晶硅，掺杂类型为N型，采用化学气相 沉积形成。作为可选方案，所述阴极半导体层为单晶硅或多晶硅，掺杂类型与字线相同， 通过选择性外延形成。作为可选方案，所述沟道区通过反向离子注入形成，离子注入深度直至阴极半 导体层底部的字线。本专利技术使用常关的场效应晶体管作为相变存储器中同一字线上相邻存储器单元 的单元隔离，并在场效应晶体管的栅极施加反向偏置电压，相比现有的双沟槽隔离结 构，能够有效消除相邻存储器单元之间的漏电流，且结构简单、工艺更易于实现。附图说明通过附图中所示的本专利技术的优选实施例的更具体说明，本专利技术的上述及其他目的、特征和优势将更加清晰。附图中与现有技术相同的部件使用了相同的附图标记。附 图并未按比例绘制，重点在于示出本专利技术的主旨。在附图中为清楚起见，放大了层和区 域的尺寸。图1以及图2是现有双沟槽 隔离结构的相变存储器剖面示意图；图3以及图4是基于本专利技术所述隔离结构的相变存储器的剖面示意图；图5至图12是本专利技术所述相变存储器单元的隔离结构制造方法的一个具体实施 例工艺剖面图。具体实施例方式在现有的相变存储器的双沟槽隔离结构中，作为单元隔离的浅沟槽由于受到尺 寸限制，隔离效果不尽理想，浅沟槽顶部界面处容易形成漏电流，因此本专利技术的主旨在 于改进同一字线上的相邻存储器单元的单元隔离，本专利技术采用的方法是利用常关的场效 应晶体管作为单元隔离，场效应晶体管中形成沟道区及其表面栅极的工艺较之小尺寸的 沟槽隔离STI更易于实现，且绝缘效果更佳。本专利技术所提供的一种存储器单元的隔离结构，包括字线隔离，所述字线隔离包括隔离沟槽，邻接并隔离存储器的字线；单元隔离，所述单元隔离包括场效应晶体管，邻接并隔离同一字线上相邻的存 储器单元。所述字线隔离以及单元隔离，相互正交并围绕存储器单元的选通管形成。作为可选方案，所述字线隔离的底部低于字线，所述单元隔离的底部低于所述 存储器单元的选通管。作为可选方案，所述场效应晶体管为常关状态。作为可选方案，所述场效应晶体管的栅极外加反向偏置电压。基于上述的隔离结构，本专利技术所述的相变存储器参照图3以及图4所示，图3以 及图4分别从两个正交的剖面揭示了本专利技术的相变存储器结构，具体包括半导体衬底100 ；位于半导体衬底100上的字线101 ；与字线101连接的相变存 储器单元102 ；隔离沟槽200，邻接并隔离所述字线101 ；隔离晶体管201，邻接并隔离位于同一字线101上，相邻的相变存储器单元 102。作为可选方案，所述隔离沟槽200的底部位于半导体衬底100上，所述隔离晶体 管201的底部位于字线101上。作为可选方案，所述相变存储器单元102的选通二极管110与字线101连接；所 述隔离晶体管201形成于所述选通二极管110之间。作为可选方案，所述隔离晶体管201包括栅极220以及栅极220底部的沟道区 210，所述沟道区210邻接并隔离选通二极管110，掺杂类型与字线相反；所述隔离晶体 管201的栅极220施加反向偏置电压。作为可选方案，所述相变存储器单元的选通二极管110为肖特基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储器，其特征在于，包括：半导体衬底；位于半导体衬底上的字线；与字线连接的相变存储器单元；隔离沟槽，邻接并隔离所述字线；隔离晶体管，邻接并隔离同一字线上相邻相变存储器单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：万旭东，吴关平，严博，张超，徐佳，
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：31[中国|上海]