CN101834152A - 三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法 - Google Patents
三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101834152A CN101834152A CN 201010152466 CN201010152466A CN101834152A CN 101834152 A CN101834152 A CN 101834152A CN 201010152466 CN201010152466 CN 201010152466 CN 201010152466 A CN201010152466 A CN 201010152466A CN 101834152 A CN101834152 A CN 101834152A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- manufacture method
- circle
- metal level
- semiconductor
- dimensional stacked
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 111
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 230000015654 memory Effects 0.000 title claims abstract description 77
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 97
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 97
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 97
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 85
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 80
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 31
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 27
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 15
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 13
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 8
- 230000005055 memory storage Effects 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 7
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 7
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 7
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910006351 Si—Sb Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
本发明提供一种三维立体多层堆叠的电阻转换存储器的制造方法，所述方法包括如下步骤：在制造有外围电路和电阻转换存储阵列的表面依次沉积粘附层和金属层，辅助以化学机械抛光进行平坦化，形成需要键合的圆晶一；制造键合所需的圆晶二工艺如下：在圆晶上形成PN层，并进行激活处理，随后表面依次沉积粘附层和金属层，并平坦化；圆晶键合圆晶一和圆晶二；通过后续的工艺去除圆晶二多余部分，可采用背面腐蚀、抛光、或者退火剥离工艺。本发明还包括一种制造肖特基二极管选通的三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法。本发明不仅能够使工艺与电阻转换存储器工艺兼容，而且具有良好的可靠性和较少的缺陷，有望在三维立体堆叠中获得大规模的应用。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件领域，涉及一种电阻转换存储器的制造方法，尤其涉及一种立体堆叠电阻转换存储器制造方法，用于半导体器件的制造。
背景技术
半导体器件的多层堆叠是集成电路发展的必然趋势，多层堆叠的半导体器件实现的不仅仅是集成度的成倍上升，而且获得了器件速度的提升，在合适的层数范围内，器件的成本也会得到显著的降低，从而使半导体器件更具竞争力。
相变存储器、电阻随机存储器等电阻转换存储器是当今炙手可热的下一代非易失性半导体存储器，具有广阔的市场前景，电阻转换存储器的存储密度高、制造工艺简单、速度快、并且具有良好的数据保持能力，将在不久的将来在各个领域得到广泛的应用。也正如其他半导体器件，半导体存储器的三维立体堆叠也是存储器发展的重要方向，对于电阻转换存储器来说也是如此。
现今发展三维立体堆叠的电阻转换存储器的主要瓶颈在于现有的三维堆叠技术与电阻转换存储器工艺的兼容性和成本，特别是在相变存储器的应用中，因为采用的存储材料——相变存储器在高于300多度的时候普遍具有不稳定性。而在现有的三维堆叠技术中，工艺中存在数道高温工艺，例如在键合技术中，就存在smart-cut以及缺陷修复的高温工艺，因此与相变存储器的工艺不相兼容。上面也提到三维立体堆叠的电阻转换存储器的目的之一是大幅度提升存储器存储密度的目的，因此，采用高密度的二极管进行选通是必然的选择，而在制造PN二极管的过程中也存在掺杂杂质活化的接近900度的激活工艺。以上的这些高温工艺将对相变存储器单元造成破坏性的影响，不仅大幅地降低了芯片的成品率，更从根本上否定了此三维立体堆叠的技术方案。
此外，在三维立体堆叠的键合工艺中，因为字/位线的存在，键合圆晶有部分的接触是金属-半导体或者金属-氧化物的接触，金属与圆晶之间的键合能力较弱，存在大量的缺陷，因此，一直是键合技术的瓶颈之一，后续的化学机械抛光可能对圆晶带来很大的影响，抛光中所施加的机械力可能造成键合界面的剥离。如何提升三维立体堆叠的电阻转换存储器堆叠过程中的圆晶粘附强度也实际需要解决的科学和工程问题。当前，三维立体堆叠的电阻转换存储器并没有良好的技术路线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种在低温工艺下实现电阻转换存储器三维立体堆叠的制造方法，能够使工艺与电阻转换存储器工艺兼容，而且具有良好的可靠性和较少的缺陷，使电阻转换存储器在密度、速度和可靠性上更具竞争力。
一种三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，包括如下的步骤：
(A)制造半导体圆晶一，在制造有外围电路和至少一层选通和电阻转换存储器存储阵列的基底表面依次沉积粘附层甲和金属层甲(粘附层甲和金属层甲可为同一种材料)，此过程辅助以化学机械抛光进行平坦化；
(B)制造半导体圆晶二，在半导体基底上形成PN层，并进行激活处理实现掺杂杂质的激活，在含有PN层的圆晶二表面依次沉积粘附层乙和金属层乙(粘附层乙和金属层乙可为同一种材料)，此过程辅助以化学机械抛光进行平坦化；
(C)将圆晶一和圆晶二进行键合，圆晶二含有金属层乙的表面与圆晶一含有金属层甲的表面进行接触，通过键合实现堆叠；
(D)堆叠完成后去除原圆晶二多余部分，保留PN层，去除工艺可采用以下四种中的一种或者多种：a.化学机械抛光(可含粗抛光和精抛光两步)；b.背面腐蚀，通过湿法腐蚀去除多余半导体；c.退火剥离工艺，离子注入在PN下方形成特殊掺杂层，采用退火在半导体中形成缺陷，使半导体层从中间裂开；d.干法刻蚀。
(E)在获得堆叠后的平坦基底上制造PN二极管选通阵列和电阻转换存储器阵列；
(F)如需要继续堆，叠重复步骤(A)到(E)的步骤；
(G)制造通孔和上电极，并进行封装处理。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征是圆晶一和圆晶二的表面需含粘附层和金属层，粘附层和金属层可为同一种材料，且圆晶一和圆晶二可采用同一种粘附层或者金属层。粘附层具有良好的粘附能力。金属层甲和金属层乙之间较易键合，两者为金属单质或者为合金。
圆晶一和步骤(E)中制造选通阵列和电阻转换存储器阵列的优选结构和方案为双浅沟道隔离结构。
电阻转换存储器单元能够在电信号的作用下实现器件单元电阻的转换，并可实现双级或者多级的数据存储。电阻转换存储器为相变存储器，或为电阻随机存储器，或为Sb基电阻转换存储器。多层堆叠的电阻转换存储器中可同时包含相变存储器、电阻随机存储器、Sb基电阻转换存储器中的一种或者多种。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法中步骤(D)所述的退火剥离工艺，其优选的方法为通过离子注入H和B，在退火的帮助下，引发半导体中的缺陷，实现400度以下的剥离。
一种肖特基二极管选通的三维立体堆叠电阻转换存储器的制造方法，包括如下的步骤：
(A)制造半导体圆晶一，在制造有外围电路和至少一层选通和电阻转换存储器存储阵列的基底表面依次沉积粘附层甲和金属层甲(粘附层甲和金属层甲可为同一种材料)，采用化学机械抛光进行平坦化，存储阵列中的选通单元可以是不同于肖特基二极管的单元；
(B)制造半导体圆晶二，圆晶二采用的半导体为轻掺杂的半导体(如若不是，则在半导体基底上形成轻掺杂层，并进行激活处理实现掺杂杂质的激活)，随后在表面依次沉积金属层乙和可选择的金属层丙，辅助以化学机械抛光进行平坦化，金属乙与轻参杂半导体(层)形成肖特基势垒；
(C)将半导体圆晶一和圆晶二进行键合，实现堆叠；
(D)堆叠完成后去除圆晶二上多余部分的半导体，去除工艺可采用以下四种的一种或者多种：a.化学机械抛光(可含粗抛光和精抛光两步)；b.背面腐蚀，通过湿法腐蚀去除多余半导体；c.火剥离工艺，离子注入在PN下方形成特殊掺杂层，采用退火在半导体中形成缺陷，使半导体层从中间裂开；d.干法刻蚀。
(E)在获得堆叠后的平坦基底上制造肖特基二极管选通阵列和电阻转换存储器阵列；
(F)如需要继续堆叠重复步骤(A)到(E)的步骤；
(G)制造通孔和上电极，并进行封装处理。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征是圆晶二可直接采用轻掺杂的半导体。圆晶二如果需要进行轻掺杂，则要在堆叠前要先对表面的轻掺杂层进行活化处理，激活掺杂杂质。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征是金属乙与所述的轻掺杂半导体(层)形成肖特基势垒。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征是粘附层具有良好的粘附能力。金属层甲和金属层乙(或金属层丙)之间较易键合，三种金属为单质金属或者为合金。是键合时圆晶一和圆晶二可采用同一种金属层。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征是圆晶一的选通单元可以是肖特基二极管、或PN二极管、或双极型晶体管、或场效应晶体管、或同时包含以上几种。多层堆叠的结构中可同时含有PN二极管、双极型晶体管、场效应晶体管和肖特基二极管。
圆晶一和步骤(E)中制造选通阵列和电阻转换存储器阵列的优选结构和方案为双浅沟道隔离结构。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征是电阻转换存储器单元能够在电信号的作用下实现器件单元电阻的转换，并可实现双级或者多级的数据存储。
电阻转换存储器为相变存储器，或为电阻随机存储器，或为Sb基电阻转换存储器。多层堆叠的电阻转换存储器中可同时包含相变存储、电阻随机存储器，和Sb基电阻转换存储器中的一种或者多种。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法中步骤(D)所述的退火剥离工艺，其优选的方法为通过离子注入H和B，在退火的帮助下，引发半导体中的缺陷，实现400度以下的剥离。
一种三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，包括如下的步骤：
(A)制造半导体圆晶一，在制造有外围电路和至少一层选通和电阻转换存储器存储阵列的基底表面依次沉积粘附层甲和金属层甲(粘附层甲和金属层甲可为同一种材料)，此过程辅助以化学机械抛光进行平坦化；
(B)制造半导体圆晶二，在半导体基底上形成PNP层或NPN层，并进行激活处理实现掺杂杂质的激活，在含有PNP层或NPN层的圆晶二表面依次沉积粘附层乙和金属层乙(粘附层乙和金属层乙可为同一种材料)，此过程辅助以化学机械抛光进行平坦化；
(C)将圆晶一和圆晶二进行键合，圆晶二含有金属层乙的表面与圆晶一含有金属层甲的表面进行接触，通过键合实现堆叠；
(D)堆叠完成后去除原圆晶二多余部分，保留PNP层或NPN层，去除工艺可采用以下四种中的一种或者多种：a.化学机械抛光(可含粗抛光和精抛光两步)；b.背面腐蚀，通过湿法腐蚀去除多余半导体；c.退火剥离工艺，离子注入在PNP层或NPN层下方形成特殊掺杂层，采用退火在半导体中形成缺陷，使半导体层从中间裂开；d.干法刻蚀。
(E)在获得堆叠后的平坦基底上制造PNP层或NPN层双极型晶体管选通阵列和电阻转换存储器阵列；
(F)如需要继续堆，叠重复步骤(A)到(E)的步骤；
(G)制造通孔和上电极，并进行封装处理。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征是圆晶一和圆晶二的表面需含粘附层和金属层，粘附层和金属层可为同一种材料，且圆晶一和圆晶二可采用同一种粘附层或者金属层。粘附层具有良好的粘附能力。金属层甲和金属层乙之间较易键合，两者为金属单质或为合金。
圆晶一和步骤(E)中制造选通阵列和电阻转换存储器阵列的优选结构和方案为双浅沟道隔离结构。
电阻转换存储器单元能够在电信号的作用下实现器件单元电阻的转换，并可实现双级或者多级的数据存储。电阻转换存储器为相变存储器，或为电阻随机存储器，或为Sb基电阻转换存储器。多层堆叠的电阻转换存储器中可同时包含相变存储器、电阻随机存储器、Sb基电阻转换存储器中的一种或者多种。
所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法中步骤(D)所述的退火剥离工艺，其优选的方法为通过离子注入H和B，在退火的帮助下，引发半导体中的缺陷，实现400度以下的剥离。
本发明的有益效果在于：本发明提出的三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，不仅能够使工艺与电阻转换存储器工艺兼容，而且具有良好的可靠性和较少的缺陷，有望在三维立体堆叠中获得大规模的应用。
附图说明
图1A-图10为制造多层堆叠电阻转换存储器工艺流程示意图。
图2A-图20为另一种制造多层堆叠电阻转换存储器工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，本发明揭示了一种三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，包括如下的步骤：
(1)图1A所示为制造有外围电路和电阻转换存储器存储阵列的基底，图中基底1没有绘出外围电路部分，且图示的尺寸非等比例绘制，基底带有一层的存储阵列，本案中，采用的选通管为PN二极管，当然也可以采用其他选通单元，例如肖特基二极管和双极型晶体管以及场效应晶体管等，在此，以PN二极管为例，但要说明的是，本实施例选用的选通管并不限制于PN二极管。采用的存储器电阻存储单元也可以是相变存储器、电阻随机存储器、Sb基电阻转换存储器中的一种，在此，为了表述方便，以电阻随机存储器为例。图1A中，2为导电字线(采用金属或者是重掺杂半导体)，3为绝缘材料，4为PN二极管，5为电极，6为NiO存储材料单元。图1A中沿A-A方向的投影如图1B所示。
(2)采用化学机械抛光进行平坦化后，在上述基底表面依次沉积粘附层7和金属层8，如图1C所示，如此得到了圆晶一。这里采用的粘附层7以Ti为例，金属层8为Cu。粘附层和金属层可为同一种材料，即例如，两者全部都是Ti。如果表面不平整，需要进行平坦化。粘附层的选用可增强金属层与基底之间的附着能力。
(3)制造圆晶二，在平坦的半导体基底9上通过离子注入形成PN层10，并进行激活处理实现掺杂杂质的激活，随后再进行一次离子注入，形成特殊的杂质层11，如图1D所示。
(4)在含有PN层的表面依次沉积12粘附层Ti和13金属层Cu，如有必要，则采用化学机械抛光进行平坦化，得到如图1E所示的结构，即圆晶二。粘附层的选用可增强金属层与圆晶二之间的附着能力。
(5)如图1F将圆晶一和圆晶二进行键合，圆晶二含有PN层的表面与圆晶一的表面进行接触，实现堆叠；键合后的结构如图1G所示，其中14和15分别是圆晶一和圆晶二，16就是键合之后的结构。
(6)在300度下通过高纯氮气的保护进行退火，由于离子注入杂质后在半导体中形成的缺陷，半导体将从层11处裂开，将PN表面层留在圆晶一的表面，平坦化后如图1H所示，而剥离下来的半导体基底9还可以循环使用，图1H中沿B-B方向的投影如图1I所示。
(7)抛光后，依次沉积与半导体具有良好欧姆接触的导电层17和NiO层，如图1J所示。
(8)在获得堆叠后的平坦基底上制造PN二极管选通阵列和电阻转换存储器阵列；制造上述的结构优先采用双浅沟道隔离技术制造，具体是：a.如图1K所示制造较深的第一浅沟道19，直到能将圆晶一上的粘附层和金属层分隔成分立的线条，为位线(/字线)；b.制造与其相交(最好是正交)的第二浅沟道20，浅沟道的深度相比于第一浅沟道较浅，深度直到圆晶二上的粘附层和金属层的上方，即能够将同一位线上方的PN层分隔成独立的单元，形成PN二极管，如图1L；c.沉积绝缘层21，材料例如多晶硅，填充后，采用化学机械抛光进行平坦化，得到如图1M和1N所示的结构；d.沉积粘附层和金属层。
(9)如需要继续堆叠重复步骤(1)到(8)的步骤，形成如图10所示的多层堆叠结构，多层结构的层数显然不局限于图中所示的4层，可以为更多；多层结构中，相邻层之间共享字/位线，虽然本实施例中所示的图中采用同一种存储材料，但是在此需要指出，不同层之间可以采用不同的存储材料，甚至可以采用相变材料和Sb基材料。
(10)制造各层之间的通孔和上电极，并进行封装处理。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例为制造双极型晶体管选通三维立体堆叠电阻转换存储器的方法。
上述实施例中也已经得到说明，在图1A和图1B的结构中，可以采用双极型晶体管替代PN二极管4作为选通管。如果采用双极型晶体管作为选通管，图1D中形成的PN层10则要相应地改为NPN层或者是PNP层，随后的相应工艺与实施例一相似。最后得到的图10所示的多层堆叠的电阻存储器结构中，相比的不同之处在于22-25各层采用的选通单元为双极型晶体管。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例为制造肖特基二极管选通三维立体堆叠电阻转换存储器的方法。
(1)图2A所示为制造有外围电路和一层电阻转换存储器存储阵列的基底，同样也没有示意出外围电路，但是并不表示基底31上不具备外围电路。本案中采用的选通管为肖特基二极管，当然也可以采用其他选通单元，例如PN二极管和双极型晶体管等，在此，以肖特基二极管为例，但要说明的是并不限制于肖特基二极管。多个肖特基二极管34共享一根字线32，肖特基管形成的肖特基势垒的界面可以在与字线32或者是与电极35的界面。电极35还是相变存储单元37的加热电极，它可以包含多层结构。36是为了限制相变材料体积的绝缘侧墙，能够有效降低相变存储器的功耗。采用的相变存储器单元也可以是电阻随机存储器、Sb基电阻转换存储器中的一种，在此，为了表述方便，以Si-Sb-Te基相变存储器为例。图2A中沿C-C方向的投影如图2B所示。
(2)采用化学机械抛光进行平坦化，在基底表面依次沉积粘附层38和金属层39，如图2C所示，这里采用的粘附层以TiN为例，金属层为WTi。粘附层和金属层可为同一种材料，即例如，两者全部都是Ti或者TiN等。如果表面不平整，需要再次进行平坦化。
(3)制造键合所需的圆晶二：采用轻掺杂的半导体40，在平坦的半导体基底上通过离子注入形成B和H掺杂层42，表面层41依然是轻掺杂半导体，如图2D所示。注入形成的B和H掺杂层42也可以用其他的离子注入方法代替。
(4)沉积金属层43，如图2E所示，金属层43除了与半导体41之间具有良好的接触和粘附性之外，还可与轻掺杂的半导体41形成肖特基势垒。
(5)将圆晶一和圆晶二进行键合，圆晶二表面的金属与圆晶一表面的WTi实现金属-金属键合，实现堆叠，如图2F和G所示。
(6)在250度下通过真空保护进行退火，由于H和B的离子注入后在半导体中形成的缺陷，半导体将从42层裂开，将表面层41留在圆晶一的表面，如图2H所示，图中沿D-D方向的投影如图2I所示，而剥离下来的半导体基底还可以循环使用，有利于节省成本。
(7)沉积电极48，电极48可包含多层结构，如果金属层43与轻掺杂的半导体41未能形成欧姆接触，电极48多层结构中与与轻掺杂的半导体41接触的部分需要与还需要与轻掺杂的半导体41形成肖特基势垒。随后沉积绝缘材料49，如图2J所示。
(8)在获得堆叠后的平坦基底上制造肖特基二极管选通阵列和电阻转换存储器阵列，如图2K所示，图中所示52为牺牲层。图2K所示的沿E-E方向的投影如图2L所示。图中51所示即为肖特基二极管，根据上述的工艺步骤，其肖特基势垒可在上表面，也可在下表面。
(9)回刻工艺，形成空槽53，露出电极，然而在沟槽的底部和侧壁，保留有绝缘层52，如图2M所示。
(10)填充Si-Sb材料54，化学机械抛光平坦化后如图2N所示。
(11)制造字线55，如图20所示的双层堆叠结构。
(12)如需要继续堆叠重复步骤(1)到(11)的步骤；
(13)制造各层之间的通孔和上电极，并进行封装处理。
实施例四
本实施例与实施例三的区别在于，本实施例揭示一种制造三维立体堆叠电阻转换存储器的方法，采用多种选通管多种存储单元。
实施例三中，图2A和2B中所示的肖特基二极管可以用PN二极管或者双极型二极管代替，而随后的上层选通管可以是肖特基二极管，即在一个多层堆叠的器件中，可以包含多种选通管，也可以包含多种存储器结构，再次不再赘述。在键合之后，圆晶二多余部分半导体的去除可以采用别的方法，例如化学机械抛光、湿法刻蚀和干法刻蚀中的一种或者多种，并不局限于上述的方法，在此也不再赘述。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他基底、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。
例如，存储材料的选择并不限制于特定的相变材料或者是电阻随机存储材料，可以是任何一种能够在电信号的作用下实现电阻反转的材料，在一个多层堆叠的器件中，可以包含多种存储器结构，也可以包含多种选通管。
Claims (41)
1.一种三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(A)制造半导体第一圆晶，在制造有外围电路和至少一层选通和电阻转换存储器存储阵列的基底表面依次沉积粘附层甲和金属层甲，此过程辅助以化学机械抛光进行平坦化；
(B)制造半导体第二圆晶，在半导体基底上形成PN层，并进行激活处理实现掺杂杂质的激活，在含有PN层的第二圆晶表面依次沉积粘附层乙和金属层乙，此过程辅助以化学机械抛光进行平坦化；
(C)将第一圆晶和第二圆晶进行键合，第二圆晶含有金属层乙的表面与第一圆晶含有金属层甲的表面进行接触，通过键合实现堆叠；
(D)堆叠完成后去除原第二圆晶多余部分，保留PN层；
(E)在获得堆叠后的平坦基底上制造PN二极管选通阵列和电阻转换存储器阵列；
(G)制造通孔和上电极，并进行封装处理。
2.如权利要求1所述的三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
步骤(D)中，去除工艺采用以下四种中的一种或者多种：
a.化学机械抛光；
b.背面腐蚀，通过湿法腐蚀去除多余半导体；
c.退火剥离工艺，离子注入在PN下方形成特殊掺杂层，采用退火在半导体中形成缺陷，使半导体层从中间裂开；
d.干法刻蚀。
3.如权利要求2所述的三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述化学机械抛光包含粗抛光和精抛光两步。
4.如权利要求1所述的三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述方法在步骤(G)之前还包括步骤(F)：如需要继续堆叠，则根据需要重复步骤(A)到(E)的步骤。
5.如权利要求1所述的三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述步骤(A)中，粘附层甲和金属层甲为同一种材料；步骤(B)中，粘附层乙和金属层乙为同一种材料。
6.如权利要求1所述的三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述粘附层甲、粘附层乙具有良好的粘附能力。
7.如权利要求1所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
金属层甲和金属层乙之间易键合，金属层甲和金属层乙为单质金属，或为合金。
8.如权利要求1所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
键合时，第一圆晶和第二圆晶的表面含粘附层和金属层，粘附层和金属层为同一种材料，且第一圆晶和第二圆晶采用同一种粘附层或者金属层。
9.如权利要求1所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
第一圆晶和步骤(E)中制造选通阵列和电阻转换存储器阵列的结构为双浅沟道隔离结构。
10.如权利要求1所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
电阻转换存储器单元在电信号的作用下实现器件单元电阻的转换，并可实现双级或者多级的数据存储。
11.如权利要求1或10所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述电阻转换存储器为相变存储器，或为电阻随机存储器，或为Sb基电阻转换存储器。
12.如权利要求1所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述电阻转换存储器为多层堆叠的电阻转换存储器，其中同时包含相变存储器、电阻随机存储器、Sb基电阻转换存储器中的一种或者多种。
13.如权利要求1所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述步骤(D)中，退火剥离工艺为通过离子注入H和B，在退火的帮助下，引发半导体中的缺陷，实现400度以下的剥离。
14.一种肖特基二极管选通的三维立体堆叠电阻转换存储器的制造方法，包括如下的步骤：
(A1)制造半导体第一圆晶，在制造有外围电路和至少一层选通和电阻转换存储器存储阵列的基底表面依次沉积粘附层甲和金属层甲，采用化学机械抛光进行平坦化；
(B1)制造半导体第二圆晶，第二圆晶采用的半导体为轻掺杂的半导体；或者若第二圆晶采用的半导体不是轻掺杂的半导体，则在半导体基底上形成轻掺杂层，并进行激活处理实现掺杂杂质的激活；随后在表面依次沉积金属层乙和可选择的金属层丙，辅助以化学机械抛光进行平坦化，金属层乙与轻参杂半导体/轻参杂层形成肖特基势垒；
(C1)将半导体第一圆晶和第二圆晶进行键合，实现堆叠；
(D1)堆叠完成后去除第二圆晶上多余部分的半导体；
(E1)在获得堆叠后的平坦基底上制造肖特基二极管选通阵列和电阻转换存储器阵列；
(G1)制造通孔和上电极，并进行封装处理。
15.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述方法在步骤(G1)之前还包括步骤(F1)：如需要继续堆叠，则根据需要重复步骤(A1)到(E1)的步骤。
16.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
步骤(D1)中，去除工艺采用以下四种的一种或者多种：
a.化学机械抛光，含粗抛光和精抛光两步；
b.背面腐蚀，通过湿法腐蚀去除多余半导体；
c.火剥离工艺，离子注入在PN下方形成特殊掺杂层，采用退火在半导体中形成缺陷，使半导体层从中间裂开；
d.干法刻蚀。
17.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
步骤(A1)中，存储阵列中的选通单元为不同于肖特基二极管的单元；
所述步骤(A1)中，粘附层甲和金属层甲为同一种材料；步骤(B1)中，金属层丙和金属层乙为同一种材料。
18.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述第二圆晶直接采用轻掺杂的半导体。
19.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
第二圆晶如果需要进行轻掺杂，则要在堆叠前先对表面的轻掺杂层进行活化处理，激活掺杂杂质。
20.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述第二圆晶直接采用轻掺杂的半导体，或者，第二圆晶如果需要进行轻掺杂，则要在堆叠前先对表面的轻掺杂层进行活化处理，激活掺杂杂质；
金属层乙与上述轻掺杂半导体/轻掺杂层形成肖特基势垒。
21.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
粘附层具有良好的粘附能力。
22.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
金属层甲和金属层乙或金属层丙之间易键合，金属甲、乙、丙为单质金属或者为合金。
23.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
第一圆晶的选通单元为肖特基二极管、或PN二极管、双极型晶体管、场效应晶体管、或同时包含以上几种。
24.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
多层堆叠的结构中同时含有肖特基二极管、PN二极管、双极型晶体管和场效应晶体管。
25.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
第一圆晶和步骤(E1)中制造选通阵列和电阻转换存储器阵列的优选结构和方案为双浅沟道隔离结构。
26.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
键合时第一圆晶和第二圆晶采用同一种金属层。
27.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
电阻转换存储器单元在电信号的作用下实现器件单元电阻的转换，并可实现双级或者多级的数据存储。
28.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
电阻转换存储器为相变存储器，或为电阻随机存储器，或为Sb基电阻转换存储器。
29.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述电阻转换存储器为多层堆叠的电阻转换存储器；其同时包含相变存储、电阻随机存储器，和Sb基电阻转换存储器中的一种或者多种。
30.如权利要求14所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
步骤(D1)所述的退火剥离工艺，其优选的方法为通过离子注入H和B，在退火的帮助下，引发半导体中的缺陷，实现400度以下的剥离。
31.一种三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(A2)制造半导体第一圆晶，在制造有外围电路和至少一层选通和电阻转换存储器存储阵列的基底表面依次沉积粘附层甲和金属层甲，此过程辅助以化学机械抛光进行平坦化；
(B2)制造半导体第二圆晶，在半导体基底上形成PNP层或NPN层，并进行激活处理实现掺杂杂质的激活，在含有PNP层或NPN层的第二圆晶表面依次沉积粘附层乙和金属层乙，此过程辅助以化学机械抛光进行平坦化；
(C2)将第一圆晶和第二圆晶进行键合，第二圆晶含有金属层乙的表面与第一圆晶含有金属层甲的表面进行接触，通过键合实现堆叠；
(D2)堆叠完成后去除原第二圆晶多余部分，保留PNP层或NPN层；
(E2)在获得堆叠后的平坦基底上制造PNP层或NPN层双极型晶体管选通阵列和电阻转换存储器阵列；
(G2)制造通孔和上电极，并进行封装处理。
32.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述方法在步骤(G2)之前还包括步骤(F2)：如需要继续堆叠，则根据需要重复步骤(A2)到(E2)的步骤。
33.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
步骤(D2)中，去除工艺采用以下四种的一种或者多种：
a.化学机械抛光，含粗抛光和精抛光；
b.背面腐蚀，通过湿法腐蚀去除多余半导体；
c.火剥离工艺，离子注入在PN下方形成特殊掺杂层，采用退火在半导体中形成缺陷，使半导体层从中间裂开；
d.干法刻蚀。
34.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
所述步骤(A2)中，粘附层甲和金属层甲为同一种材料；步骤(B2)中，粘附层乙和金属层乙为同一种材料。
35.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
粘附层具有良好的粘附能力；
金属层甲和金属层乙之间较易键合，两者为单质金属或者为合金。
36.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
键合时，第一圆晶和第二圆晶的表面需含粘附层和金属层，粘附层和金属层为同一种材料，且第一圆晶和第二圆晶采用同一种粘附层或者金属层。
37.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
第一圆晶和步骤(E2)中制造选通阵列和电阻转换存储器阵列的结构为双浅沟道隔离结构。
38.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
电阻转换存储器单元在电信号的作用下实现器件单元电阻的转换，并可实现双级或者多级的数据存储。
39.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
电阻转换存储器为相变存储器，或为电阻随机存储器，或为Sb基电阻转换存储器。
40.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
多层堆叠的电阻转换存储器中同时包含相变存储器、电阻随机存储器、Sb基电阻转换存储器中的一种或者多种。
41.如权利要求31所述三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法，其特征在于：
步骤(D2)所述的退火剥离工艺，方法为通过离子注入H和B，在退火的帮助下，引发半导体中的缺陷，实现400度以下的剥离。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101524665A CN101834152B (zh) | 2010-04-20 | 2010-04-20 | 三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101524665A CN101834152B (zh) | 2010-04-20 | 2010-04-20 | 三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101834152A true CN101834152A (zh) | 2010-09-15 |
| CN101834152B CN101834152B (zh) | 2012-08-22 |
Family
ID=42718180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010101524665A Expired - Fee Related CN101834152B (zh) | 2010-04-20 | 2010-04-20 | 三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101834152B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102064134A (zh) * | 2010-12-03 | 2011-05-18 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 三维立体结构电阻转换存储芯片的制备方法及芯片 |
| CN102122636A (zh) * | 2010-12-08 | 2011-07-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 三维电阻转换存储芯片制备方法 |
| CN102185104A (zh) * | 2011-04-12 | 2011-09-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 多层堆叠电阻转换存储器结构 |
| WO2012062060A1 (zh) * | 2010-11-10 | 2012-05-18 | 中国科学院微电子研究所 | 堆叠的半导体器件及其制造方法 |
| US8557677B2 (en) | 2010-11-10 | 2013-10-15 | Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences | Stack-type semiconductor device and method for manufacturing the same |
| CN111244106A (zh) * | 2017-08-23 | 2020-06-05 | 长江存储科技有限责任公司 | 用于形成三维存储器件的方法 |
| CN111354736A (zh) * | 2018-12-22 | 2020-06-30 | 艾克瑟尔西斯公司 | 3d nand高长径比串和沟道 |
| CN117690943A (zh) * | 2024-01-31 | 2024-03-12 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 一种图像传感器的制作方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010055838A1 (en) * | 2000-04-28 | 2001-12-27 | Matrix Semiconductor Inc. | Nonvolatile memory on SOI and compound semiconductor substrates and method of fabrication |
| US20030082875A1 (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-01 | Brian Lee | Method of forming a deep trench dram cell |
| CN1632911A (zh) * | 2003-12-24 | 2005-06-29 | 联合晶圆公司 | 一种在基板上转移制作薄膜的方法 |
| US20060275962A1 (en) * | 2003-06-24 | 2006-12-07 | Sang-Yun Lee | Three-dimensional integrated circuit structure and method of making same |
| CN101432823A (zh) * | 2004-09-29 | 2009-05-13 | 桑迪斯克三维有限公司 | 包括作为熔丝元件的二极管的熔丝存储单元 |
| CN101465324A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-06-24 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 实现三维立体结构相变存储芯片的工艺方法 |
-
2010
- 2010-04-20 CN CN2010101524665A patent/CN101834152B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010055838A1 (en) * | 2000-04-28 | 2001-12-27 | Matrix Semiconductor Inc. | Nonvolatile memory on SOI and compound semiconductor substrates and method of fabrication |
| US20030082875A1 (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-01 | Brian Lee | Method of forming a deep trench dram cell |
| US20060275962A1 (en) * | 2003-06-24 | 2006-12-07 | Sang-Yun Lee | Three-dimensional integrated circuit structure and method of making same |
| CN1632911A (zh) * | 2003-12-24 | 2005-06-29 | 联合晶圆公司 | 一种在基板上转移制作薄膜的方法 |
| CN101432823A (zh) * | 2004-09-29 | 2009-05-13 | 桑迪斯克三维有限公司 | 包括作为熔丝元件的二极管的熔丝存储单元 |
| CN101465324A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-06-24 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 实现三维立体结构相变存储芯片的工艺方法 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012062060A1 (zh) * | 2010-11-10 | 2012-05-18 | 中国科学院微电子研究所 | 堆叠的半导体器件及其制造方法 |
| US8557677B2 (en) | 2010-11-10 | 2013-10-15 | Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences | Stack-type semiconductor device and method for manufacturing the same |
| CN102064134A (zh) * | 2010-12-03 | 2011-05-18 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 三维立体结构电阻转换存储芯片的制备方法及芯片 |
| CN102122636A (zh) * | 2010-12-08 | 2011-07-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 三维电阻转换存储芯片制备方法 |
| CN102185104A (zh) * | 2011-04-12 | 2011-09-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 多层堆叠电阻转换存储器结构 |
| CN111244106A (zh) * | 2017-08-23 | 2020-06-05 | 长江存储科技有限责任公司 | 用于形成三维存储器件的方法 |
| CN111354736A (zh) * | 2018-12-22 | 2020-06-30 | 艾克瑟尔西斯公司 | 3d nand高长径比串和沟道 |
| US11404439B2 (en) | 2018-12-22 | 2022-08-02 | Xcelsis Corporation | 3D NAND—high aspect ratio strings and channels |
| CN117690943A (zh) * | 2024-01-31 | 2024-03-12 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 一种图像传感器的制作方法 |
| CN117690943B (zh) * | 2024-01-31 | 2024-06-04 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 一种图像传感器的制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101834152B (zh) | 2012-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101834152B (zh) | 三维立体堆叠的电阻转换存储器的制造方法 | |
| CN113196476B (zh) | 支撑管芯和包括横向移位的竖直互连的多个存储器管芯的接合组件及其制造方法 | |
| CN113228183B (zh) | 包括共享外围电路的多个管芯的接合组件及其制造方法 | |
| CN101826522B (zh) | 包括多个互连电阻层的集成电路电阻器件 | |
| CN110047844B (zh) | 三维垂直单晶体管铁电存储器及其制备方法 | |
| CN101477987B (zh) | 制造三维立体堆叠的电阻转换存储器的方法 | |
| CN105659376B (zh) | 存储器单元结构、制造存储器的方法以及存储器设备 | |
| CN109256392B (zh) | 三维存储器及其形成方法 | |
| CN110581138B (zh) | 半导体元件及其制作方法 | |
| CN101894771B (zh) | 多层堆叠电阻转换存储器的制造方法 | |
| US20110223725A1 (en) | Methods of manufacturing buried wiring type substrate and semiconductor device incorporating buried wiring type substrate | |
| CN104091803A (zh) | 分离栅极式存储器、半导体器件及其制作方法 | |
| CN102122636A (zh) | 三维电阻转换存储芯片制备方法 | |
| CN102263041B (zh) | 多层堆叠电阻转换存储器的制造方法 | |
| CN102315173A (zh) | 三维多值非挥发存储器的制备方法 | |
| CN103137860B (zh) | 非易失性三维半导体存储器件及制备方法 | |
| WO2021194538A1 (en) | Three-dimensional memory device with depletion region position control and method of erasing same using gate induced leakage | |
| CN109686755A (zh) | 高密度相变存储器及其制备方法 | |
| CN102064134A (zh) | 三维立体结构电阻转换存储芯片的制备方法及芯片 | |
| CN105428528A (zh) | 三维相变存储器存储单元的制备方法 | |
| CN111403404B (zh) | 存储结构及其制备方法 | |
| CN102034804A (zh) | 多层堆叠的存储器及其制造方法 | |
| CN111403401B (zh) | 存储结构及其制备方法 | |
| CN101651097B (zh) | 非挥发性存储单元及其制造方法 | |
| CN101459129B (zh) | 自对准肖特基二极管及相应电阻转换存储器制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120822 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |