CN109686703B

CN109686703B - 可编程存储器的制备方法

Info

Publication number: CN109686703B
Application number: CN201811117241.9A
Authority: CN
Inventors: 彭泽忠
Original assignee: Chengdu Ppm Technology Ltd
Current assignee: Chengdu Ppm Technology Ltd
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-11-20
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: WO2020063359A1; CN109686703A

Abstract

可编程存储器的制备方法，涉及存储器的制备技术。本发明包括下述步骤：1)形成基础结构体的步骤；2)在基础结构体上形成指叉结构的步骤；3)形成柱形存储单元的步骤：按照预设的存储器的结构，在柱形孔内壁逐层设置所需的各中间层介质材料，最后在柱形孔内填充核心介质材料，形成核心介质材料层。本发明的有益效果是，制备得到的半导体存储器存储密度高，并且工艺成本低，易于实现。

Description

可编程存储器的制备方法

技术领域

本发明涉及存储器的制备技术。

背景技术

现有技术包括可擦除可编程只读存储器(EPROM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，闪存，NAND-快闪存储器，硬磁盘、光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)，蓝光光盘协会注册的蓝光光盘等在内的各种数字存储技术，50余年来已经广泛用于数据存储。然而，存储介质的寿命通常小于5年到10年。针对大数据存储而开发的反熔丝存储技术，因其非常昂贵且存储密度低，不能满足海量数据存储的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可编程存储器的制备方法，制备得到的存储器具有高密度、低成本的特点。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，可编程存储器的制备方法，包括下述步骤：

1)形成基础结构体的步骤：以导电介质层和绝缘介质层交错重叠的方式，设置预定层数的导电介质层和绝缘介质层，形成基础结构体；

2)在基础结构体上形成指叉结构的步骤：通过设置贯穿基础结构体顶层到底层的分割结构，将基础结构体分为两个交错的指叉结构，所述指叉结构包括至少两个指条和一个公共连接条，同一指叉结构中的各指条皆与该指叉结构中的公共连接条相接；所述分割结构包括柱形孔阵列和填充有绝缘材料的隔离槽；相邻两个指条之间的区域称为指间区域，处于同一指间区域的柱形孔为同行的柱形孔；

3)形成柱形存储单元的步骤：按照预设的存储器的结构，在柱形孔内壁逐层设置所需的各中间层介质材料，最后在柱形孔内填充核心介质材料，形成核心介质材料层。

进一步的，所述步骤3)中，预设的存储器为：PN结型半导体存储器、肖特基二极管型存储器或记忆介质存储器；

所述记忆介质存储器为阻变存储器、磁变存储器、相变存储器或铁电存储器。

进一步的，所述步骤2)中，各柱形孔相互分离。

所述步骤2)包括：

2a.通过设置贯穿基础结构体顶层到底层的隔离槽，将基础结构体分为两个交错的指叉结构，所述指叉结构包括至少两个指条和一个公共连接条，同一指叉结构中的各指条皆与该指叉结构中的公共连接条相接；

2b.在隔离槽中填充绝缘材料；

2c.在隔离槽处钻孔，形成贯穿基础结构体顶层到底层的柱形孔，所述柱形孔侵入其两侧的指叉结构中的各层导电介质层和各层绝缘介质层。

或者，所述步骤2)包括下述步骤：

在同行且相邻的两柱形孔的中心点之间设置隔离孔，隔离孔侵入与其相邻的两柱形孔，且隔离孔的边缘位于相邻两柱形孔的中心点之间；然后在隔离孔中填充绝缘材料。

所述步骤2)中，在柱形孔阵列中，同一行且相邻的柱形孔相互侵入，侵入方的最近边缘处于侵入方中心点与被侵入方中心点之间，所述最近边缘为最靠近被侵入方中心点的边缘。

进一步的，各步骤顺序为：A)形成基础结构体的步骤：以导电介质层和绝缘介质层交错重叠的方式，设置预定层数的导电介质层和绝缘介质层，形成基础结构体；

B)在基础结构体上形成指叉结构的步骤：

B1.通过设置贯穿基础结构体顶层到底层的隔离槽，将基础结构体分为两个交错的指叉结构，所述指叉结构包括至少两个指条和一个公共连接条，同一指叉结构中的各指条皆与该指叉结构中的公共连接条相接；

B2.在隔离槽中填充绝缘介质；

B3.在隔离槽处形成贯穿基础结构体顶层到底层的孔，形成柱形孔阵列；相邻两个指条之间的区域称为指间区域，处于同一指间区域的柱形孔为同行的柱形孔；

C)形成柱形存储单元的步骤：按照预设的存储器的结构，在柱形孔内壁逐层设置所需的各中间层介质材料，最后在柱形孔内填充核心介质材料，形成核心介质材料层。

或者，本发明按顺序为以下步骤：

Ⅰ)形成基础结构体的步骤：以导电介质层和绝缘介质层交错重叠的方式，设置预定层数的导电介质层和绝缘介质层，形成基础结构体；

Ⅱ)在基础结构体上形成指叉结构雏形和柱形存储单元的步骤：

Ⅱ1.在基础结构体上设置贯穿基础结构体顶层到底层的孔，形成柱形孔阵列；相邻两行柱形孔之间为指条区域；

Ⅱ2.按照预设的存储器的结构，在柱形孔内壁逐层设置所需的各中间层介质材料，最后在柱形孔内填充核心介质材料，形成核心介质材料层；

Ⅲ)形成指叉结构：在同一行的相邻两柱形孔之间以及每一行柱形孔的左右两端设置隔离孔，所述隔离孔侵入其两侧的柱形孔内的核心介质材料层，并在各指条区域左右两个端部中按行交替择一设置隔离槽，形成两个交错的指叉结构，并在所述隔离槽和隔离孔中填充绝缘介质。

所述隔离槽和隔离孔中的绝缘介质为二氧化硅或空气。

本发明的有益效果是，制备得到的半导体存储器存储密度高，并且工艺成本低，易于实现。

附图说明

图1是本发明的实施例1的制备方法所得到的半导体存储器的立体结构示意图。

图2是本发明的存储单元示意图(俯视方向)。

图3是本发明的实施例2的步骤1的立体示意图。

图4是本发明的实施例2的步骤1的俯视示意图。

图5是本发明的实施例2的步骤2的示意图。

图6是本发明的实施例2的步骤3的示意图。

图7是本发明的实施例2的步骤4的示意图。

图8是本发明的实施例2的步骤5的示意图。

图9是本发明的实施例2的步骤6的示意图。

图10是本发明的实施例3的步骤7示意图。

图11是本发明的实施例3的步骤8示意图。

图12示出了实施例4的两个相邻的柱形孔的范围。

图13示出了实施例4的隔离孔的位置。

图14示出了实施例4步骤2的示意图。

图15示出了实施例4步骤3的示意图。

图16示出了实施例4步骤4的示意图。

图17示出了实施例4步骤5的示意图。

图18示出了实施例4步骤6的示意图。

图19示出了实施例4步骤7的示意图。

图20示出了实施例5的示意图。

具体实施方式

参见图1，图1示出了本发明所制备得到的半导体存储器结构中的一种。其中，11为导电介质，12为第一介质层，13为核心介质材料层。

图2中，椭圆形虚线所示区域为存储器。同一层的两个存储器分布在一个圆柱形结构的两侧。

实施例1：本实施例为两层圆柱结构，参见图1和图2。导电介质层、第一介质层和核心介质材料层的材料可采用表1中的任一组合。

表1

	导电介质层	第一介质层	核心介质材料层
				组合1	P型半导体	绝缘介质	N型半导体
组合2	N型半导体	绝缘介质	P型半导体
				组合3	肖特基金属	绝缘介质	半导体
组合4	半导体	绝缘介质	肖特基金属
				组合5	导体	记忆介质	导体

实施例2：本实施例的圆柱为3层结构。

步骤1：采用沉积工艺，以导电介质层和绝缘介质层交错重叠的方式，设置预定层数的导电介质层和绝缘介质层，形成基础结构体，图3为基础结构体的立体示意图，图4为俯视图。

步骤2：用掩膜定义，并用深井刻蚀工艺刻蚀出贯穿基础结构体顶层到底层的隔离槽50，形成两个交错的指叉结构，所述指叉结构包括至少两个指条和一个公共连接条，同一指叉结构中的各指条皆与该指叉结构中的公共连接条相接，并在隔离槽中填充绝缘介质。在图5中，51、52、53、54为指条，55和56为公共连接条，指条51、53与公共连接条55形成第一个指叉结构，指条52、54与公共连接条56形成第二个指叉结构，两个指叉结构的指条交错排列，如图5。

步骤3：用掩膜定义，并用深井刻蚀工艺，在隔离槽处形成贯穿基础结构体顶层到底层的孔60，形成柱形孔阵列；相邻两个指条之间的区域称为指间区域，处于同一指间区域的柱形孔为同行的柱形孔，如图6。

步骤4：在用ALD工艺在柱形孔内壁生长一层厚度0.5～5nm的可编程的介质，作为第一介质层，如图7；

步骤5：用ALD工艺在柱形孔内壁(即第一介质层的表面)生长一层缓冲P-多晶硅或硅，作为第二介质层，其厚度根据编程反向二极管漏电流的要求优化而定。如图8。

步骤6：在柱形孔内壁的介质层设置完毕后，在柱形孔内部的空腔中，用ALD工艺沉积填充核心介质材料，形成核心介质材料层。所述核心介质材料为N+半导体或肖特基金属，如图9。

导电介质层、第一介质层、第二介质层和核心介质材料层的材料可采用表2中的任一组合：

表2

实施例3

本实施例在实施例2的步骤6之后还有下述步骤：

步骤7：用掩膜定义，并用深井刻蚀工艺，在同行且相邻的两柱形孔的中心点之间设置隔离孔，隔离孔侵入与其相邻的两柱形孔，且隔离孔的边缘位于相邻两柱形孔的中心点之间，亦即，在开设了隔离孔以后，柱形孔的核心介质材料层依然保持为一个整体，参见图10；

步骤8：用ALD工艺，在隔离孔中填充绝缘材料，如图11。

实施例2和实施例3的柱形孔是相互独立的。作为实施例4，同一行且相邻的柱形孔相互侵入，由于后续工艺中会设置隔离孔，隔离孔会将其左右两侧的柱形孔中相关介质完全隔离。侵入方的最近边缘处于侵入方中心点与被侵入方中心点之间，所述最近边缘为最靠近被侵入方中心点的边缘，以保持核心介质的完整性。参见图12和图13。图12示出了两个相邻的柱形孔的范围，图13示出了隔离孔的位置。

实施例4

本实施例是一种改进的实施例。具体包括下述步骤：

1：形成基础结构体的步骤：以导电介质层和绝缘介质层交错重叠的方式，设置预定层数的导电介质层和绝缘介质层，形成基础结构体；此步骤与实施例2相同。

2：用掩膜定义，并用深井刻蚀工艺，在基础结构体上设置贯穿基础结构体顶层到底层的孔，形成柱形孔阵列；相邻两行柱形孔之间为指条区域，如图14。

3.用ALD工艺在柱形孔内壁表面上长一层0.5～5nm的可编程的介质形成第一介质层，如图15。

4.用ALD工艺在柱形孔内第一介质层表面上长一层层缓冲P-多晶硅或硅，形成第二介质层，其厚度根据编程反向二极管漏电流的要求优化而定。如图16。

5.柱形孔内壁的介质层设置完毕后，在柱形孔内部的空腔中填充核心介质材料，例如N+半导体或硅，或肖特基金属，形成核心介质材料层；如图17。

6.在同一行的相邻两柱形孔之间以及每一行柱形孔的左右两端设置隔离孔，所述隔离孔侵入其两侧的柱形孔内的核心介质材料层，并在各指条区域左右两个端部中按行交替择一设置隔离槽，形成两个交错的指叉结构，如图18。

7.在所述隔离槽和隔离孔中填充绝缘介质。如图19。

实施例5

相较于实施例2、3，本实施例的指叉结构最终是通过在指条的端部钻孔形成，区别于实施例2、3的先以隔离槽形成完整指叉结构的方式。参见图20。

在指条端部的孔可以是作为存储单元的柱形孔，也可以是隔离孔。前者相当于扩展了存储单元的数量。

Claims

1.可编程存储器的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

2)在基础结构体上形成指叉结构的步骤：通过设置贯穿基础结构体顶层到底层的分割结构，将基础结构体分为两个交错的指叉结构，所述指叉结构包括至少两个指条和一个公共连接条，同一指叉结构中的各指条皆与该指叉结构中的公共连接条相接；所述分割结构包括柱形孔阵列和填充有绝缘材料的隔离槽；相邻两个指条之间的区域称为指间区域，处于同一指间区域的柱形孔为同行的柱形孔；在同行且相邻的两柱形孔的中心点之间设置隔离孔，隔离孔侵入与其相邻的两柱形孔，且隔离孔的边缘位于相邻两柱形孔的中心点之间；然后在隔离孔中填充绝缘材料；

2.如权利要求1所述的可编程存储器的制备方法，其特征在于，

所述步骤3)中，预设的存储器为：PN结型半导体存储器、肖特基二极管型存储器或记忆介质存储器；

3.如权利要求1所述的可编程存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，各柱形孔相互分离。

4.如权利要求1所述的可编程存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤2)包括：

2b.在隔离槽中填充绝缘材料；

5.如权利要求4所述的可编程存储器的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，在柱形孔阵列中，同一行且相邻的柱形孔相互侵入，侵入方的最近边缘处于侵入方中心点与被侵入方中心点之间，所述最近边缘为最靠近被侵入方中心点的边缘。

6.如权利要求1所述的可编程存储器的制备方法，其特征在于，各步骤顺序为：

A)形成基础结构体的步骤：以导电介质层和绝缘介质层交错重叠的方式，设置预定层数的导电介质层和绝缘介质层，形成基础结构体；

B)在基础结构体上形成指叉结构的步骤：

B2.在隔离槽中填充绝缘介质；

7.如权利要求1所述的可编程存储器的制备方法，其特征在于，按顺序为以下步骤：

8.如权利要求1所述的可编程存储器的制备方法，其特征在于，所述隔离槽和隔离孔中的绝缘介质为二氧化硅或空气。

9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的可编程存储器的制备方法，其特征在于，在柱形孔内壁设置的中间层为第一介质层，导电介质层、第一介质层和核心介质材料层的材料为下述组合之一：

导电介质层第一介质层核心介质材料层组合1 P型半导体绝缘介质 N型半导体组合2 N型半导体绝缘介质 P型半导体组合3 肖特基金属绝缘介质半导体组合4 半导体绝缘介质肖特基金属组合5 导体记忆介质导体

。

10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的可编程存储器的制备方法，其特征在于，在柱形孔内壁设置的中间层包括第一介质层和第二介质层，第一介质层设置于柱形孔内壁，第二介质层设置于第一介质层的内壁，导电介质层、第一介质层、第二介质层和核心介质材料层的材料为下述组合之一：