形成单晶硅层的方法技术

本发明专利技术提供一种形成单晶硅层的方法，用于相变随机存取存储器，该方法包括：提供前端器件结构，包括单元阵列区和外围电路区；在单元阵列区和外围电路区的表面上形成氧化物层；在氧化物层上形成多晶硅籽晶层；蚀刻多晶硅籽晶层和氧化物层，以去除多晶硅籽晶层和氧化物层的位于单元阵列区中的部分，并且保留多晶硅籽晶层和氧化物层的位于外围电路区的部分；以及在单元阵列区的表面上以及多晶硅籽晶层和氧化物层的位于外围电路区的部分上形成所述单晶硅层。该方法能够在外围电路区中提供均一性较佳的单晶硅层，从而改善单晶硅层在单元阵列区和外围电路区中的整体均一性，进而提高最终形成的PCRAM的整体电学性能并实现工艺流程的简单化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于制造半导体器件的方法，且具体而言，涉及一种形成用于相变随机存取存储器(PCRAM)的单晶硅层的方法。
技术介绍
早在1968年，奥弗辛斯基(Ovshinsky)就在其发表的第一篇关于非晶体相变的论文中首次对基于相变理论的存储器进行了描述材料由非晶体状态变成晶体并且再变回非晶体的过程中，其非晶体和晶体状态呈现不同的光学特性和电阻特性，因而可以利用非晶态和晶态分别代表“0”和“ 1，，来存储数据。理论上，这种基于相变理论的存储器的优点在于产品体积小、成本低、可直接写入(即在写入资料时不需要将原有资料擦除)和制造简单 (只需要在现有的CMOS工艺上增加2 4次光刻工序)。随着半导体制造工艺向65nm工艺节点推进，在进入45nm工艺节点之后，沟道、浮栅和层间介电层的等比例缩小以及工艺难度的提高都将使快闪式存储器(FLASH)面临极大的挑战，甚至达到物理极限。另一方面，基于相变理论的随机存取存储器(以下被称为 PCRAM)由于其具有存储单元尺寸小、循环寿命长、稳定性好、功耗低以及可嵌入功能强等优点，特别是在器件特征尺寸的微缩方面的优势，因而被认为是最具有潜质的下一代非挥发性存储器。通常，在PCRAM存储单元中可以使用MOS晶体管或二极管作为相变驱动器(即， 选通管)。由于相变存储器的写入操作电流较大而使得MOS晶体管在工艺尺寸不断减小后难以提供足够的驱动电流，因而目前在半导体制造领域中普遍采用垂直型二极管作为PCRAM存储单元的相变驱动器，以在增大写入操作电流的同时又能提高单元阵列的集成度。此外，垂直型二极管也有利于在后续工艺中自对准地形成相变电阻。在非^lK"Full Integrationof Highly Manufacturable 512Mb PRAM based on 90nm Technology"(ElectronDevices Meeting, 2006. IEDM' 06. Internationals)中描述了一种新颖的工艺方案，其中，采用垂直型二极管作为存储单元的驱动器，并且与所述二极管自对准地形成相变电阻的底部电极。这样形成的PCRAM具有足够大的导通电流以及稳定的相变性能，从而表现出极佳的电学特性。下面，参照图1，其中示出了采用二极管作为相变驱动器的PCRAM的示意性框图。如图1中所示，PCRAM包括相变电阻101、作为相变驱动器的二极管102、多条字线 103、多条位线104、字线驱动器105和位线驱动器106等。通常，将形成有相变电阻101和作为相变驱动器的二极管102的区域称为单元阵列区110，并且将形成有字线驱动器105和位线驱动器106等的区域称为外围电路区。目前，常规工艺中一般通过下列方法来形成用作PCRAM的相变驱动器的二极管 首先，完成外围电路区中的MOS晶体管结构的制作；之后，在外围电路区和单元阵列区中通过外延(EPI)生长单晶硅层；然后，蚀刻该单晶硅层并对其进行离子注入和退火，以在单元阵列区中形成所述二极管。这里，需要说明的是，在单元阵列区中形成二极管的同时，在外围电路区中也可以形成用于PCRAM的其他有源或无源器件结构，例如，能够通过离子注入来控制薄层电阻(sheet resistance)的单晶硅电阻等。因此，为了简化工艺流程而同时形成电学特性均较佳的二极管和单晶硅电阻，需要在单元阵列区和外围电路区形成整体均一性较佳的单晶硅层。参照图2A-2B，其中，示出了根据现有技术的形成用于PCRAM中的单晶硅层的方法的示意性剖面图。首先，提供前端器件结构，所述前端器件结构包括单元阵列区210和外围电路区 220。如图2A中所示，所述单元阵列区210中形成有多个隔离槽211，所述外围电路区220 中形成有MOS晶体管结构和多个隔离槽(图中未示出)。所述MOS晶体管结构例如为PMOS 晶体管，并且主要由多晶硅栅221、侧墙222和源/漏区223等构成。接着，如图2B中所示， 通过外延(EPI)生长法，在前端器件结构的表面上形成单晶硅层212。然而，由于外围电路中包含前期形成的各种电路结构，因而使得在其上EPI生长的单晶硅层均一性不佳，而外围电路区中的单晶硅层均一性不佳又会导致在单元阵列区和外围电路区中单晶硅层整体均一性也不佳，从而影响PCRAM的整体电学性能。参照图3A-3B，其中，示出了根据现有技术形成的用于PCRAM的单晶硅层的扫描电镜(SEM)剖面图。图3A示出了单元阵列区中的单晶硅层的SEM剖面图，并且图;3B示出了外围电路区中的单晶硅层的SEM剖面图。如图3A中所示，在单元阵列区中，所生长的单晶硅层的厚度偏差大约为200人,而在外围电路区中，如图3B中所示，所生长的单晶硅层的厚度偏差超过了 1400人。显然，这使得在制造过程中难以获得良好的工艺均一性，并且外围电路区中的单晶硅层均一性尤其不佳，从而导致最终形成的PCRAM的电学性能不佳。鉴于上述原因，迫切需要一种形成用于PCRAM的单晶硅层的方法。期望该方法能够在外围电路区中提供均一性较佳的单晶硅层，从而改善单晶硅层在单元阵列区和外围电路区中的整体均一性，进而提高最终形成的PCRAM的整体电学性能并且实现工艺流程的简单化。此外，还期望该方法能够与现有的CMOS制造工艺兼容。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了在制作PCRAM过程中形成整体均一性较佳的单晶硅层，本专利技术提供一种，所述单晶硅层用于相变随机存取存储器，所述方法包括下列步骤提供前端器件结构，所述前端器件结构包括单元阵列区和外围电路区；在所述单元阵列区和所述外围电路区的表面上形成氧化物层；在所述氧化物层上形成多晶硅籽晶层；蚀刻所述多晶硅籽晶层和所述氧化物层，以去除所述多晶硅籽晶层和所述氧化物层的位于所述单元阵列区中的部分，并且保留所述多晶硅籽晶层和所述氧化物层的位于所述外围电路区的部分； 以及在所述单元阵列区的表面上以及所述多晶硅籽晶层和所述氧化物层的位于所述外围电路区的部分上形成所述单晶硅层。优选地，所述氧化物层由SiA构成。优选地，所述氧化物层是在600 800°C的温度下以SiH4和队0的混合气体为源气体通过化学气相沉积而形成的。优选地，所述氧化物层的厚度大于0人且小于或等于500 A。优选地，所述氧化物层的厚度为300人。优选地，所述多晶硅籽晶层的厚度大于ο A且小于或等于1000 A。优选地，所述多晶硅籽晶层的厚度为500人。优选地，所述多晶硅籽晶层是在500 700°C的温度下以SiH4为源气体通过化学气相沉积而形成的。优选地，所述单晶硅层的厚度为2000A 8000人。优选地，所述单晶硅层的厚度为6000A。优选地，所述单晶硅层是在950 1050°C的温度下以％H2、HCl和SiH2Cl2的混合气体为源气体通过外延生长而形成的。本专利技术进一步提供一种包含通过如上所述的方法制作的PCRAM的电子设备，其中所述电子设备选自个人计算机、便携式计算机、游戏机、蜂窝式电话、个人数字助理、摄像机和数码相机。根据本专利技术的方法能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹陆军，庞军玲，王灵玲，郭佳衢，吴佳特，
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：