專利名稱：肖特基二極管、具有肖特基二極管的阻變存儲(chǔ)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及ー種阻變存儲(chǔ)器件及其制造方法，更具 體而言，涉及ー種能確保ON和OFF電流特性的肖特基ニ極管、具有所述肖特基ニ極管的阻變存儲(chǔ)器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般地，諸如相變存儲(chǔ)器件的阻變存儲(chǔ)器件使用開(kāi)關(guān)器件來(lái)選擇性地將電壓或電流施加到阻變介質(zhì)。具有較小單位面積的垂直型ニ極管已經(jīng)用作開(kāi)關(guān)器件。隨著半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件集成密度呈指數(shù)増加，開(kāi)關(guān)器件的臨界尺寸(criticaldimension, CD)減小到曝光極限以下。然而，當(dāng)開(kāi)關(guān)器件的CD和面積減小時(shí)，開(kāi)關(guān)器件與字線之間的接觸面積減小且因而存儲(chǔ)器単元的ON電流減小。為了克服ON電流的減小，已經(jīng)使用具有低閾值電壓的肖特基ニ極管來(lái)代替現(xiàn)有
的PN ニ極管。通過(guò)在金屬字線上沉積多晶硅層和將諸如硼(B)的雜質(zhì)離子注入到多晶硅層中來(lái)形成肖特基ニ極管。這種肖特基ニ極管具有比現(xiàn)有的PN ニ極管好的ON電流特性。然而，在擴(kuò)散諸如硼(B)的雜質(zhì)的エ藝期間會(huì)引起硼(B)滲透，因而存儲(chǔ)器単元的OFF電流特性降低。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性實(shí)施例的ー個(gè)方面，一種肖特基ニ極管包括第一半導(dǎo)體層、導(dǎo)電層以及第ニ半導(dǎo)體層，所述導(dǎo)電層形成在所述第一半導(dǎo)體層上并具有比所述第一半導(dǎo)體層低的功函數(shù)，所述第二半導(dǎo)體層形成在所述導(dǎo)電層上。根據(jù)示例性實(shí)施例的另ー個(gè)方面，一種阻變存儲(chǔ)器件包括包含字線的半導(dǎo)體村、形成在所述字線上的肖特基ニ極管以及形成在所述肖特基ニ極管上的儲(chǔ)存層。肖特基ニ極管包括第一半導(dǎo)體層、導(dǎo)電層以及第二半導(dǎo)體層，所述導(dǎo)電層形成在所述第一半導(dǎo)體層上并具有比所述第一半導(dǎo)體層低的功函數(shù)，所述第二半導(dǎo)體層形成在所述導(dǎo)電層上。根據(jù)示例性實(shí)施例的另ー個(gè)方面，一種制造阻變存儲(chǔ)器件的方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成第一半導(dǎo)體層；將所述第一半導(dǎo)體層圖案化為柱體形狀；形成包圍所述第一半導(dǎo)體層的層間絕緣層；通過(guò)部分去除所述第一半導(dǎo)體層來(lái)形成凹槽；形成具有比所述第一半導(dǎo)體層低的功函數(shù)的導(dǎo)電層，其中所述導(dǎo)電層形成在所述凹槽中；在所述導(dǎo)電層上形成第二半導(dǎo)體層；以及在所述第二半導(dǎo)體層成上形成儲(chǔ)存層。
在以下標(biāo)題是“具體實(shí)施方式
”部分中描述了這些和其它的特點(diǎn)、方面和實(shí)施例。


從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中將更加清楚地理解本發(fā)明的主題的以上和其它的方面、特征以及其它的優(yōu)點(diǎn)，其中圖I至圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)示例性實(shí)施例的制造阻變存儲(chǔ)器件的方法的截面圖；以及圖6至圖10是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另ー個(gè)示例性實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)器件的截面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖來(lái)更詳細(xì)地描述示例性實(shí)施例。
本發(fā)明參照截面圖來(lái)描述示例性實(shí)施例,截面圖是示例性實(shí)施例(以及中間結(jié)構(gòu))的示意性說(shuō)明。如此，希望說(shuō)明的形狀的變化是例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果。因而，示例性實(shí)施例不應(yīng)解釋為限于本發(fā)明所說(shuō)明的區(qū)域的具體形狀，而是可以包括例如源自制造的形狀差異。在附圖中，為了清晰可以夸大層和區(qū)域的長(zhǎng)度和尺寸。相同的附圖標(biāo)記在附圖中表示相同的元件。也可以理解當(dāng)提及ー層在另一層或襯底“上”時(shí)，其可以直接在另ー層或襯底上，或可以存在中間層。參見(jiàn)圖1，在半導(dǎo)體襯底100上形成用于字線的金屬層并將用于字線的金屬層圖案化成線形狀，由此形成字線105。用于字線的金屬層可以由選自鈦(Ti)層、鎢(W)層以及鈷(Co)層中的一種層來(lái)形成。另外，可以通過(guò)例如選自濺射法、金屬有機(jī)原子層沉積(MOALD)法、物理氣相沉積(PVD)法以及化學(xué)氣相沉積(CVD)法中的ー種方法來(lái)形成用于字線的金屬層。在形成有字線105的半導(dǎo)體襯底100上形成勢(shì)壘金屬層110和第一半導(dǎo)體層115。第一半導(dǎo)體層115可以包括選自娃層、非晶娃層和多晶娃層中的任何ー種。娃層、非晶硅層和多晶硅層可以具有他們各自的本征狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法、極低壓CVD (VLPCVD)法、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)法、超高真空CVD (UHVCVD)法、快熱CVD(RTCVD)法或大氣壓CVD(APCVD)法來(lái)形成第一半導(dǎo)體層115。此時(shí)，可以在400°C至800°C的溫度范圍內(nèi)沉積第一半導(dǎo)體層115?？商鎿Q地,可以在沉積第一半導(dǎo)體層115之前在200°C至600°C的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行界面處理。參見(jiàn)圖2，將第一半導(dǎo)體層115和勢(shì)壘金屬層110圖案化為柱體形狀以保留在ニ極管形成區(qū)域內(nèi)。此時(shí)，柱體形狀的第一半導(dǎo)體層115通過(guò)與字線105電接觸而成為肖特基ニ極管的一部分。可以使用雙光刻エ藝(double photo process)來(lái)將第一半導(dǎo)體層115圖案化為具有精細(xì)的臨界尺寸(CD)。接著，在柱體形狀的第一半導(dǎo)體層115的任一側(cè)間隙填充層間絕緣層120?？梢孕纬蓪娱g絕緣層120使得層間絕緣層120的上表面與第一半導(dǎo)體層115的上表面具有相同的表面水平。層間絕緣層120可以由氧化硅層或氮化硅層形成。參見(jiàn)圖3，將第一半導(dǎo)體層115去除期望的厚度以形成凹槽h。第一半導(dǎo)體層115可以通過(guò)浸潤(rùn)在刻蝕劑中而被去除期望的厚度。可以使用包含氮和氨的刻蝕劑作為用于部分去除第一半導(dǎo)體層115的刻蝕劑。去除的第一半導(dǎo)體層115在厚度上可以與第一半導(dǎo)體層115的總厚度的10%至90%相對(duì)應(yīng)。參見(jiàn)圖4，在凹槽h中的第一半導(dǎo)體層115上層疊導(dǎo)電層125和第二半導(dǎo)體層130以在被層間絕緣層120包圍的空間中形成肖特基ニ極管115、125和130。此時(shí)，導(dǎo)電層125是用于提高第一半導(dǎo)體層115的能級(jí)的材料層，并可以包括具有比第一半導(dǎo)體層115低的功函數(shù)的材料層。例如，導(dǎo)電層125可以包括通過(guò)選擇性的方法形成的鍺硅(SiGe)層。這里，眾所周知，鍺(Ge)的能級(jí)低于硅(Si)的能級(jí)(I. 17eV)。因此，當(dāng)SiGe中的鍺的含量増加吋，SiGe具有接近金屬的能級(jí)。因而，肖特基ニ極管的閾值電壓可以減小。例如，當(dāng)Ge的含量在SiGe中大約占50%吋，SiGe的能級(jí)變成0. 78eV。因而，當(dāng)具有比Si高的能級(jí)的SiGe層層疊在第一半導(dǎo)體層115上作為導(dǎo)電層125時(shí)，包括第一半導(dǎo)體層115作為主要部件的肖特基ニ極管的閾值電壓下降并因而其ON電流增加。
在本示例性實(shí)施例中，在用作導(dǎo)電層125的SiGe層中Ge的含量可以在5 %至50 %的范圍內(nèi)?？商鎿Q地，由SiGe形成的導(dǎo)電層125可以具有非晶狀態(tài)或多晶狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)同時(shí)注入沉積氣體和刻蝕氣體來(lái)選擇性地形成由SiGe形成的導(dǎo)電層125。此時(shí)，可以通過(guò)提供作為沉積氣體或刻蝕氣體的氯化氫(HCl)氣體來(lái)控制由SiGe形成的導(dǎo)電層125對(duì)第一導(dǎo)電層115的沉積選擇性。然而，所說(shuō)明的形成導(dǎo)電層125的方法僅僅是示例性的，并且可以使用在第一半導(dǎo)體層115上選擇性形成導(dǎo)電層125的任何方法。第二半導(dǎo)體層130是用于改善肖特基ニ極管的導(dǎo)電特性的材料層。例如，第二導(dǎo)電層130可以是摻雜多晶硅層?？梢允褂弥T如硼(B)的p型雜質(zhì)或諸如磷(P)或神(As)的n型雜質(zhì)來(lái)作為雜質(zhì)。第二半導(dǎo)體層130中的雜質(zhì)濃度可以大約是IO16至IO22原子/立方厘米。在本示例性實(shí)施例中，第二半導(dǎo)體層130可以是包含硼(B)的硅層并且構(gòu)成第二半導(dǎo)體層130的硅層可以具有非晶狀態(tài)或多晶狀態(tài)?？梢杂脫诫s雜質(zhì)來(lái)沉積第二半導(dǎo)體層130，因而防止雜質(zhì)由于離子注入而滲透。另外，即使當(dāng)?shù)诙雽?dǎo)體層130中的雜質(zhì)擴(kuò)散吋，導(dǎo)電層125被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層130的下面使得導(dǎo)電層125可以阻止雜質(zhì)擴(kuò)散到第一導(dǎo)電層115。導(dǎo)電層125和第二半導(dǎo)體層130是基于娃的層，且因而原位地形成導(dǎo)電層125和第二半導(dǎo)體層130?？商鎿Q地，在一些情況下，可以在形成導(dǎo)電層125的エ藝與形成第二半導(dǎo)體層130的エ藝之間來(lái)另外執(zhí)行用于去除原生氧化物層的界面處理工藝。此時(shí)，將導(dǎo)電層125和半導(dǎo)體層130形成為位于低于凹槽h的深度(或厚度)，使得凹槽h保留在層間絕緣層135之間。參見(jiàn)圖5，在其余的凹槽h中掩埋儲(chǔ)存層140。這里，儲(chǔ)存層140是可以在其中實(shí)質(zhì)執(zhí)行存儲(chǔ)操作的材料層。例如，儲(chǔ)存層140可以是阻變層或相變層。參見(jiàn)圖6，通過(guò)現(xiàn)有的エ藝在儲(chǔ)存層140上形成上電極150。根據(jù)本示例性實(shí)施例，將由SiGe形成的導(dǎo)電層插入到構(gòu)成肖特基ニ極管的硅ニ極管中。因而，可以降低肖特基ニ極管的閾值電壓并且可以增加肖特基ニ極管的ON電流。具有不同屬性的導(dǎo)電層諸如SiGe位于構(gòu)成肖特基ニ極管的材料層中以阻止諸如B的雜質(zhì)向下擴(kuò)散或滲透。因而，可以減少OFF電流的發(fā)生。圖7是根據(jù)另ー個(gè)示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的截面圖。
參見(jiàn)圖7，儲(chǔ)存層140可以包括上勢(shì)壘金屬層142、加熱電極144以及相變材料層146的層疊層。在第二半導(dǎo)體層130上形成上勢(shì)壘金屬層142以改善加熱電極144與基于硅的第ニ半導(dǎo)體層130之間的接觸特性。上勢(shì)壘金屬層142可以由與下勢(shì)壘金屬層110相同的材料形成。加熱電極144接收從肖特基ニ極管提供的電流以加熱層疊在其上的相變材料層146，由此獲得相變。在相變材料層146上形成上電極150。上電極150可以是位線。另外，如圖8所示，可以在第二半導(dǎo)體層130上直接沉積加熱電極144。在這種情況下，加熱電極144可以包括與第二半導(dǎo)體層130相似的諸如多晶硅或SiGe的基于硅的材料。另外，如圖9所示，根據(jù)ー個(gè)實(shí)例，可以在凹槽h中僅形成加熱電極144并且在加 熱電極144和層間絕緣層120上順序形成相變材料層146和上電極150。在這種情況下，可以根據(jù)加熱電極144的屬性而在加熱電極144與第二半導(dǎo)體層130之間插入勢(shì)壘金屬層。另外，如圖10所示，根據(jù)ー個(gè)實(shí)例，只有上勢(shì)壘金屬層142掩埋在凹槽h中，并且可以在上勢(shì)壘金屬層142上順序地層疊加熱電極144、相變材料層146以及上電極150。如以上詳細(xì)描述的，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例，在構(gòu)成肖特基ニ極管的半導(dǎo)體層內(nèi)插入具有比半導(dǎo)體層低的功函數(shù)的材料以減小肖特基ニ極管的閾值電壓。因而，可以增加肖特基ニ極管的ON電流。另外，在構(gòu)成肖特基ニ極管的半導(dǎo)體層中形成材料層以防止雜質(zhì)向下擴(kuò)散或滲透，且因而肖特基ニ極管的OFF電流可以減少。盡管以上已經(jīng)描述了某些實(shí)施例，但是可以理解的是描述的實(shí)施例僅僅是示例性的。因此，本發(fā)明描述的器件和方法不應(yīng)基于所描述的實(shí)施例來(lái)限定。相反，本發(fā)明描述的系統(tǒng)和方法應(yīng)該包括與本發(fā)明的特征一致的任何其它的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種肖特基_■極管，包括 第一半導(dǎo)體層； 導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層形成在所述第一半導(dǎo)體層上并具有比所述第一半導(dǎo)體層低的功函數(shù)；以及 第二半導(dǎo)體層，所述第二半導(dǎo)體層形成在所述導(dǎo)電層上。
2.如權(quán)利要求I所述的肖特基二極管，其中，所述第一半導(dǎo)體層包括含硅非晶層或含娃多晶層。
3.如權(quán)利要求I所述的肖特基二極管，其中，所述第二半導(dǎo)體層包括摻雜有雜質(zhì)的含娃非晶層或摻雜有雜質(zhì)的含娃多晶層。
4.如權(quán)利要求I所述的肖特基二極管，其中，所述導(dǎo)電層包括鍺硅層。
5.一種阻變存儲(chǔ)器件，包括 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括字線； 肖特基二極管，所述肖特基二極管形成在所述字線上；以及 儲(chǔ)存層，所述儲(chǔ)存層形成在所述肖特基二極管上， 其中，所述肖特基二極管包括 第一半導(dǎo)體層； 導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層形成在所述第一半導(dǎo)體層上并具有比所述第一半導(dǎo)體層低的功函數(shù)；以及 第二半導(dǎo)體層，所述第二半導(dǎo)體層形成在所述導(dǎo)電層上。
6.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器件，其中，所述第一半導(dǎo)體層包括含硅非晶層或含娃多晶層。
7.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器件，其中，所述半導(dǎo)體層包括摻雜有雜質(zhì)的含硅非晶層或慘雜有雜質(zhì)的含娃多晶層。
8.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器件，其中，所述導(dǎo)電層包括鍺硅層。
9.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器件，還包括設(shè)置在所述字線與所述肖特基二極管之間的下勢(shì)壘金屬層。
10.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器件，其中，所述儲(chǔ)存層包括 加熱電極，所述加熱電極設(shè)置在所述肖特基二極管上；以及 相變材料層，所述相變材料層設(shè)置在所述加熱電極上。
11.如權(quán)利要求10所述的阻變存儲(chǔ)器件，還包括設(shè)置在所述肖特基二極管與所述加熱電極之間的勢(shì)壘金屬層。
12.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器件，其中，所述肖特基二極管包括多個(gè)柱體結(jié)構(gòu)，并且所述儲(chǔ)存層層疊在所述肖特基二極管上并被層間絕緣層包圍。
13.如權(quán)利要求5所述的阻變存儲(chǔ)器件，包括形成在所述儲(chǔ)存層上的上電極。
14.一種制造阻變存儲(chǔ)器件的方法，包括以下步驟 在半導(dǎo)體襯底上形成第一半導(dǎo)體層； 將所述第一半導(dǎo)體層圖案化為柱體形狀； 形成包圍所述第一半導(dǎo)體層的層間絕緣層； 通過(guò)部分去除所述第一半導(dǎo)體層來(lái)形成凹槽；在所述第一半導(dǎo)體層上形成具有比所述第一半導(dǎo)體層低的功函數(shù)的導(dǎo)電層，其中，所述導(dǎo)電層形成在所述凹槽中； 在所述導(dǎo)電層上形成第二半導(dǎo)體層；以及 在所述第二半導(dǎo)體層上形成儲(chǔ)存層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成所述第一半導(dǎo)體層的步驟包括在所述半導(dǎo)體襯底上形成硅層。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成所述凹槽的步驟包括通過(guò)將所述第一半導(dǎo)體層浸潤(rùn)在刻蝕劑中并去除所述第一半導(dǎo)體層10%至90%的厚度來(lái)形成所述凹槽。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成所述導(dǎo)電層的步驟包括沉積鍺硅層。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成所述第二半導(dǎo)體層的步驟包括形成摻雜有雜質(zhì)的娃層。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，原位地執(zhí)行形成所述導(dǎo)電層的步驟和形成所述第二半導(dǎo)體層的步驟。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，在形成所述導(dǎo)電層的步驟與形成所述第二半導(dǎo)體層的步驟之間還包括去除原生氧化物層。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，形成所述儲(chǔ)存層的步驟包括以下步驟 在所述第二半導(dǎo)體層上形成加熱電極； 在所述加熱電極上形成相變材料層。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，形成所述儲(chǔ)存層的步驟還包括在形成所述加熱電極之前形成勢(shì)壘金屬層。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，形成所述儲(chǔ)存層的步驟包括形成要沉積在所述凹槽內(nèi)的所述儲(chǔ)存層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種肖特基二極管、具有肖特基二極管的阻變存儲(chǔ)器件及其制造方法。所述阻變存儲(chǔ)器件包括包含字線的半導(dǎo)體襯底、形成在所述字線上的肖特基二極管、以及形成在所述肖特基二極管上的儲(chǔ)存層。所述肖特基二極管包括第一半導(dǎo)體層、形成在所述第一半導(dǎo)體層上并具有比所述第一半導(dǎo)體層低的功函數(shù)的導(dǎo)電層、以及形成在所述導(dǎo)電層上的第二半導(dǎo)體層。
文檔編號(hào)H01L29/872GK102810554SQ20121017033
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者白承范, 李泳昊, 李鎮(zhèn)九, 李美梨 申請(qǐng)人:愛(ài)思開(kāi)海力士有限公司