一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法：在P型半導(dǎo)體襯底上間隔形成淺隔離槽，淺隔離槽之間形成胚體柱，其中之一為P結(jié)胚體柱，其余為N結(jié)胚體柱；在淺隔離槽中填滿絕緣層；在P型半導(dǎo)體襯底上形成N阱；在N阱上層掩埋第一P型擴(kuò)散層；N結(jié)胚體柱上形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成二極管第一極；P結(jié)胚體柱上延伸形成第二P型擴(kuò)散層，第二P型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與第二P型擴(kuò)散層連接形成二極管第二極；N阱一側(cè)上層形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成N阱的接觸點(diǎn)電極。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約制造成本；由該方法形成二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)，品質(zhì)較好。
【專利說(shuō)明】一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相變隨機(jī)存儲(chǔ)器具有高讀取速度、低功率、高容量、高可靠度、高寫擦次數(shù)、低工作電壓/電流和低成本等特性，適合與CMOS工藝結(jié)合，用來(lái)作為較高密度的獨(dú)立式或嵌入式的存儲(chǔ)器應(yīng)用。
[0003]相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器包括具有相變層的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、連接到該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的晶體管和與晶體管接的PN結(jié)二極管。根據(jù)施加到其上的電壓，相變層從結(jié)晶態(tài)變成非結(jié)晶態(tài)，或與此相反。當(dāng)所施加的電壓為設(shè)置電壓，相變層從非結(jié)晶態(tài)變成結(jié)晶態(tài)。當(dāng)所施加的電壓為重置電壓，相變層從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變成非結(jié)晶態(tài)。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)相變隨機(jī)存儲(chǔ)器制作過(guò)程中PN結(jié)二極管是由外延硅或選擇性外延硅形成，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)相變隨機(jī)存儲(chǔ)器的PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)10，在P型半導(dǎo)體襯底101內(nèi)注入N型離子，形成掩埋N阱102 ;然后，在P型半導(dǎo)體襯底101上形成N型外延層103 ;在N型外延層103表面摻雜P型離子，形成P型擴(kuò)散層104。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)形成相變隨機(jī)存儲(chǔ)器中的PN結(jié)二極管采用外延硅或選擇性外延硅作為材料，制造成本昂貴；另外，由于外延硅或選擇外延硅的沉積溫度高，對(duì)襯底表面要求高，使制造PN結(jié)二極管的工藝復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)；同時(shí)，PN結(jié)二極管采用在襯底表面堆疊方式形成，其存在材料品質(zhì)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)及制造方法，該制造方法工藝簡(jiǎn)單，對(duì)襯底表面要求較低，節(jié)約制造成本；由該方法形成二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)，成本較低，且品質(zhì)較好。
[0007]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為:
一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法，包括以下步驟:
步驟一，在P型半導(dǎo)體襯底上間隔形成淺隔離槽，淺隔離槽之間形成胚體柱，其中之一為P結(jié)胚體柱，其余為N結(jié)胚體柱；
步驟二，在淺隔離槽中填滿絕緣層；
步驟三，在P型半導(dǎo)體襯底上形成N阱；
步驟四，在N阱上層掩埋第一P型擴(kuò)散層；
步驟五，在位于第一 P型擴(kuò)散層上層的N結(jié)胚體柱上形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成二極管第一極；在位于第一 P型擴(kuò)散層上層的P結(jié)胚體柱上延伸形成第二 P型擴(kuò)散層，第二 P型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與第二 P型擴(kuò)散層連接形成二極管第二極；N阱一側(cè)上層形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成N阱的接觸點(diǎn)電極。
[0008]進(jìn)一步，步驟三中，采用N阱掩模、曝光、顯影工藝把N阱區(qū)域打開；用離子植入方式把N型離子植入N阱區(qū)域，執(zhí)行N阱驅(qū)入形成N阱，使淺隔離槽之間的胚體柱稀釋為輕摻雜P型擴(kuò)散層或輕摻雜N型擴(kuò)散層。
[0009]進(jìn)一步，N型離子為磷離子或砷離子的一種或兩種，劑量為lE12_lE14cm_2。
[0010]進(jìn)一步，步驟四中，采用掩埋、曝光、顯影工藝把第一 P型擴(kuò)散區(qū)域打開；用離子植入方式把P型離子植入P型擴(kuò)散區(qū)域，形成第一 P型擴(kuò)散層。
[0011]進(jìn)一步，P型離子為硼離子，劑量為5E14-5E15 cnT2，能量為25Kev_150Kev。
[0012]進(jìn)一步，在步驟二之后還包括在P型半導(dǎo)體襯底上形成深隔離槽步驟；深隔離槽的深度大于淺隔離槽的深度，在深隔離槽中填滿絕緣層，絕緣層的高度等于深隔離槽的高度；深隔離槽位于N阱的接觸點(diǎn)電極一側(cè)。
[0013]一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)，在P型半導(dǎo)體襯底上間隔形成淺隔離槽，淺隔離槽中填滿絕緣層，使淺隔離槽之間形成胚體柱，其中之一為P結(jié)胚體柱，其余為N結(jié)胚體柱；在P型半導(dǎo)體襯底中心位置形成N阱，在N阱上層掩埋第一 P型擴(kuò)散層；在位于第一 P型擴(kuò)散層上層的N結(jié)胚體柱上形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成二極管第一極；在位于第一 P型擴(kuò)散層上層的P結(jié)胚體柱上延伸形成第二 P型擴(kuò)散層，第二 P型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與第二 P型擴(kuò)散層連接形成二極管第二極；N阱一側(cè)上層形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成N阱的接觸點(diǎn)電極。
[0014]進(jìn)一步，在P型半導(dǎo)體襯底上還形成深隔離槽；深隔離槽的深度大于淺隔離槽的深度，在深隔離槽中填滿絕緣層，絕緣層的高度等于深隔離槽的高度；深隔離槽位于N阱的接觸點(diǎn)電極一側(cè)。
[0015]進(jìn)一步，在P型半導(dǎo)體襯底上還形成邏輯電路，邏輯電路位于深隔離槽一側(cè)。
[0016]采用上述方案后，本發(fā)明在P型半導(dǎo)體襯底上間隔形成淺隔離槽，淺隔離槽之間形成胚體柱，其中之一為P結(jié)胚體柱，其余為N結(jié)胚體柱，使得本發(fā)明二極管的P結(jié)形成于P型半導(dǎo)體襯底上，同時(shí)，二極管的N結(jié)陣列也形成在P型半導(dǎo)體襯底上，由于P型半導(dǎo)體襯底的品質(zhì)純度高，因此，本發(fā)明二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)品質(zhì)較好。
[0017]同時(shí)，本發(fā)明二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法工藝簡(jiǎn)單，對(duì)襯底表面要求較低，節(jié)約制造成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為現(xiàn)有技術(shù)PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明在P型半導(dǎo)體襯底上形成淺隔離槽示意圖；
圖3為本發(fā)明在P型半導(dǎo)體襯底上形成深隔離槽示意圖；
圖4為本發(fā)明在P型半導(dǎo)體襯底上形成N阱示意圖；
圖5為本發(fā)明在P型半導(dǎo)體襯底上掩埋第一 P型擴(kuò)散層示意圖；
圖6為本發(fā)明二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)形成示意圖。
[0019]標(biāo)號(hào)說(shuō)明
PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)10 P型半導(dǎo)體襯底101N阱102
N型外延層103P型擴(kuò)散層104
P型半導(dǎo)體襯底I淺隔離槽11
胚體柱12深隔離槽13
N阱14第一 P型擴(kuò)散層15
邏輯閘16N型擴(kuò)散層17
鎢插塞18第二 P型擴(kuò)散層19 邏輯電路2。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]參閱圖2至圖6所示，本發(fā)明揭示的一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法，包括以下步驟:
如圖2所示，提供P型半導(dǎo)體襯底1，在P型半導(dǎo)體襯底I上間隔形成淺隔離槽11，其執(zhí)行步驟包含在P型半導(dǎo)體襯底I上形成氧化硅層或氮化硅層，執(zhí)行光刻步驟包含采用隔離掩模、曝光、顯影等把淺隔離槽11區(qū)域打開，采用各向異性干蝕刻方式執(zhí)行硅蝕刻以形成的隔離槽11。淺隔離槽11的形成為標(biāo)準(zhǔn)制程，此處不詳述。淺隔離槽11之間形成胚體柱12，其中之一為P結(jié)胚體柱，其余為N結(jié)胚體柱。
[0022]如圖3所示，在圖2的結(jié)構(gòu)上形成深隔離槽13，深隔離槽13的深度大于淺隔離槽11的深度；將二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)與其它電路較好地隔離。執(zhí)行光刻步驟包含采用深隔離槽13掩模、曝光、顯影等把深隔離槽13區(qū)域打開，采用各向異性干蝕刻方式執(zhí)行硅蝕刻以形成深隔離槽13。深隔離槽13的形成為標(biāo)準(zhǔn)制程，此處不詳述。
[0023]在圖3的結(jié)構(gòu)上，用熱生長(zhǎng)和化學(xué)氣相淀積方式形成氧化硅層，該氧化硅層的厚度超過(guò)深隔離槽13的深度，將深隔離槽13和淺隔離槽11填滿；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨法把氧化硅層研磨后讓剩余的氧化硅剛好填滿深隔離槽13和淺隔離槽11。
[0024]如圖4所示，在圖3的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在P型半導(dǎo)體襯底I上形成N阱14。執(zhí)行光刻步驟包含采用N阱掩模、曝光、顯影等把N阱14區(qū)域打開；用離子植入方式把N型離子如磷離子及砷離子等植入N阱14區(qū)域，該N型離子可以包含一種或數(shù)種離子，劑量為1E12chT2-1E14 cm2,能量分別為10Kev_200Kev或200Kev-800Kev ；N阱用到的N型離子通常有2-4種，能量大的離子打的比較深，其能量在200Κθν-800Κθν之間；能量小的離子打的比較淺，其能量在10KeV-200KeV之間。執(zhí)行N阱驅(qū)入形成N阱14、使淺隔離槽11之間的胚體柱12稀釋為輕摻雜P型擴(kuò)散層或輕摻雜N型擴(kuò)散層。
[0025]如圖5所示，在圖4的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在N阱14上層掩埋第一 P型擴(kuò)散層15。執(zhí)行光刻步驟包含采用P型擴(kuò)散掩模、曝光、顯影等把掩埋第一 P型擴(kuò)散層15區(qū)域打開；用離子植入方式把P型離子如硼離子植入第一 P型擴(kuò)散層15區(qū)域，該P(yáng)型離子劑量為5E14 cm_2-5E15cm_2，能量為25Kev-150Kev。該掩埋第一 P型擴(kuò)散層15形成存儲(chǔ)單元的掩埋字線(BuriedWord Line)。
[0026]如圖6所示，在圖5的結(jié)構(gòu)上，形成二極管選擇元件陣列。執(zhí)行步驟包含形成多晶硅柵極晶體管如成長(zhǎng)柵氧化，用化學(xué)汽相淀積方式形成多晶硅層或非晶硅層，采用邏輯閘掩模、曝光、顯影等把邏輯閘16區(qū)域打開，采用各向異性干蝕刻方式執(zhí)行多晶硅蝕刻或非晶硅蝕刻以形成邏輯閘16。
[0027]在位于第一 P型擴(kuò)散層15上層的N結(jié)胚體柱上形成N型擴(kuò)散層17，N型擴(kuò)散層17上層形成鎢插塞18，鎢插塞18與N型擴(kuò)散層17連接形成二極管第一極；N阱14 一側(cè)上層也形成N型擴(kuò)散層17，N型擴(kuò)散層17上層形成鎢插塞18，鎢插塞18與N型擴(kuò)散層17連接形成N阱14的接觸點(diǎn)電極。形成N型擴(kuò)散層17包含采用N型擴(kuò)散掩模、曝光、顯影等把N型擴(kuò)散層17區(qū)域打開，用離子植入方式把N型離子如磷離子、砷離子等植入N型擴(kuò)散層17區(qū)域，該N型離子劑量為1E13 cnT2-5E15 cnT2，能量為10Kev_100Kev。
[0028]在位于第一 P型擴(kuò)散層15上層的P結(jié)胚體柱上延伸形成第二 P型擴(kuò)散層19，第二 P型擴(kuò)散層19上層形成鎢插塞18，鎢插塞18與第二 P型擴(kuò)散層19連接形成二極管第二極。形成第二 P型擴(kuò)散層19包含采用P型擴(kuò)散掩模、曝光、顯影等把第二 P型擴(kuò)散層19區(qū)域打開，用離子植入方式把P型離子如硼離子植入第二 P型擴(kuò)散層19區(qū)域，該P(yáng)型離子劑量為 1E13 cnT2-5E15 cnT2，能量為 10Kev-100Kev。
[0029]形成鎢插塞18包含采用接觸窗掩模、曝光、顯影等把接觸窗區(qū)域打開，執(zhí)行金屬鈦淀積、氮化鈦淀積和鎢淀積，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨法把鎢研磨后讓剩余的鎢剛好填滿接觸窗、并與周邊的隔離絕緣層的頂面等高，即與淺隔離槽11及深隔離槽13的頂面等高。
基于上述制造方法形成的一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)，在P型半導(dǎo)體襯底I上間隔形成淺隔離槽11，淺隔離槽11中填滿絕緣層，絕緣層為氧化硅，使淺隔離槽11之間形成胚體柱12，其中之一為P結(jié)胚體柱，其余為N結(jié)胚體柱。
[0030]在P型半導(dǎo)體襯底I中心位置形成N阱14，在N阱14上層掩埋第一 P型擴(kuò)散層15 ;在位于第一 P型擴(kuò)散層15上層的N結(jié)胚體柱上形成N型擴(kuò)散層17，N型擴(kuò)散層17上層形成鎢插塞18，鎢插塞18與N型擴(kuò)散層17連接形成二極管第一極。
[0031]在位于第一 P型擴(kuò)散層15上層的P結(jié)胚體柱上延伸形成第二 P型擴(kuò)散層19，第二 P型擴(kuò)散層19上層形成鎢插塞18，鎢插塞18與第二 P型擴(kuò)散層19連接形成二極管第二極。
[0032]N阱14 一側(cè)上層形成N型擴(kuò)散層17，N型擴(kuò)散層17上層形成鎢插塞18，鎢插塞18與N型擴(kuò)散層17連接形成N阱14的接觸點(diǎn)電極。
[0033]本發(fā)明二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)，在P型半導(dǎo)體襯底I上還形成深隔離槽13 ;深隔離槽13的深度大于淺隔離槽11的深度，在深隔離槽13中填滿絕緣層，絕緣層為氧化硅層，絕緣層的高度等于深隔離，13的高度；深隔離槽13位于N阱14的接觸點(diǎn)電極一側(cè)。
[0034]本發(fā)明二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)，在P型半導(dǎo)體襯底I上還形成邏輯電路2，邏輯電路2位于深隔離槽13—側(cè)。深隔離槽13將二極管電路與邏輯電路2隔開。邏輯電路2具體結(jié)構(gòu)為常規(guī)電路，其制造方法為常規(guī)制程，此處不詳述。
[0035]本發(fā)明采用掩埋字線方式制造二極管選擇元件陣列，該陣列適用于高密度的存儲(chǔ)元件如相變化存儲(chǔ)器、電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、導(dǎo)電橋隨機(jī)存取記憶體等，制造步驟簡(jiǎn)單，而且不需使用外延生長(zhǎng)。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一，在P型半導(dǎo)體襯底上間隔形成淺隔離槽，淺隔離槽之間形成胚體柱，其中之一為P結(jié)胚體柱，其余為N結(jié)胚體柱； 步驟二，在淺隔離槽中填滿絕緣層； 步驟三，在P型半導(dǎo)體襯底上形成N阱； 步驟四，在N阱上層掩埋第一P型擴(kuò)散層； 步驟五，在位于第一 P型擴(kuò)散層上層的N結(jié)胚體柱上形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成二極管第一極；在位于第一 P型擴(kuò)散層上層的P結(jié)胚體柱上延伸形成第二 P型擴(kuò)散層，第二 P型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與第二 P型擴(kuò)散層連接形成二極管第二極；N阱一側(cè)上層形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成N阱的接觸點(diǎn)電極。
2.如權(quán)利要求1所述的一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:步驟三中，采用N阱掩模、曝光、顯影工藝把N阱區(qū)域打開；用離子植入方式把N型離子植入N阱區(qū)域，執(zhí)行N阱驅(qū)入形成N阱，使淺隔離槽之間的胚體柱稀釋為輕摻雜P型擴(kuò)散層或輕摻雜N型擴(kuò)散層。
3.如權(quán)利要求2所述的一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:N型離子為磷離子或砷離子的一種或兩種，劑量為lE12-lE14cnT2，能量分別為10Kev_200Kev或200Kev-800Kevo
4.如權(quán)利要求1所述的一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:步驟四中，采用掩埋、曝光、顯影工藝把第一 P型擴(kuò)散區(qū)域打開；用離子植入方式把P型離子植入P型擴(kuò)散區(qū)域，形成第一 P型擴(kuò)散層。
5.如權(quán)利要求4所述的一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:P型離子為硼離子，劑量為5E14-5E15 cnT2，能量為25Kev_150Kev。
6.如權(quán)利要求1所述的一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于:在步驟二之后還包括在P型半導(dǎo)體襯底上形成深隔離槽步驟；深隔離槽的深度大于淺隔離槽的深度，在深隔離槽中填滿絕緣層，絕緣層的高度等于深隔離槽的高度；深隔離槽位于N阱的接觸點(diǎn)電極一側(cè)。
7.一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于:在P型半導(dǎo)體襯底上間隔形成淺隔離槽，淺隔離槽中填滿絕緣層，使淺隔離槽之間形成胚體柱，其中之一為P結(jié)胚體柱，其余為N結(jié)胚體柱；在P型半導(dǎo)體襯底中心位置形成N阱，在N阱上層掩埋第一 P型擴(kuò)散層；在位于第一 P型擴(kuò)散層上層的N結(jié)胚體柱上形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成二極管第一極；在位于第一 P型擴(kuò)散層上層的P結(jié)胚體柱上延伸形成第二 P型擴(kuò)散層，第二 P型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與第二 P型擴(kuò)散層連接形成二極管第二極；N阱一側(cè)上層形成N型擴(kuò)散層，N型擴(kuò)散層上層形成鎢插塞，鎢插塞與N型擴(kuò)散層連接形成N阱的接觸點(diǎn)電極。
8.如權(quán)利要求7所述的一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于:在P型半導(dǎo)體襯底上還形成深隔離槽；深隔離槽的深度大于淺隔離槽的深度，在深隔離槽中填滿絕緣層，絕緣層的高度等于深隔離槽的高度；深隔離槽位于N阱的接觸點(diǎn)電極一側(cè)。
9.如權(quán)利要求7所述的一種二極管選擇元件陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于:在P型半導(dǎo)體襯底上還形成邏輯電路，邏輯 電路位于深隔離槽一側(cè)。
【文檔編號(hào)】H01L27/082GK103972172SQ201310040155
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】陳秋峰, 王興亞 申請(qǐng)人:廈門博佳琴電子科技有限公司