專(zhuān)利名稱(chēng)：非易失性存儲(chǔ)器器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件處理的領(lǐng)域，具體地涉及一種非易失性存儲(chǔ)器器件 的制造方法。
背景技術(shù)：
2004年9月四日提交的Herner等的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10/955, 對(duì)應(yīng)于美國(guó) 申請(qǐng)公布2005/005^15 Al)，在此通過(guò)引證并入，描述三維存儲(chǔ)器陣列，其中存儲(chǔ)器單元中 的數(shù)據(jù)狀態(tài)存儲(chǔ)在立柱形狀半導(dǎo)體面結(jié)型二極管的多晶半導(dǎo)體材料的電阻率狀態(tài)中。在制 造這種立柱形狀二極管器件中使用移除法。該方法包括沉積一個(gè)或者多個(gè)硅、鍺或者其他 半導(dǎo)體材料層。接著蝕刻所沉積的半導(dǎo)體層以獲得半導(dǎo)體立柱。SiO2層可以被用作立柱蝕 刻的硬掩模并且之后被去除。接著，在立柱之間和頂部上沉積SW2或者其他縫隙填充電介 質(zhì)材料。接著進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或者回蝕步驟以平面化縫隙填充電介質(zhì)與立柱的上 表面。對(duì)于移除立柱制造工藝的額外描述，參見(jiàn)2004年12月17日提交的Herner等的 美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/015, 824,"Nonvolatile Memory Cell Comprising a Reduced Height Vertical Diode”以及2007年7月25日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/819，078。然而，在移 除法中，半導(dǎo)體立柱的高度可能受到用作蝕刻掩模的薄且軟的光刻膠限制。光刻膠掩模材 料以比半導(dǎo)體材料慢的速率蝕刻，但是仍然蝕刻，并且當(dāng)半導(dǎo)體蝕刻完成時(shí)一些掩模材料 必須保留。當(dāng)立柱之間的開(kāi)口的縱橫比增加和/或CMP處理或者縫隙填充層的回蝕去除所 沉積的半導(dǎo)體材料的顯著的厚度時(shí)，立柱蝕刻之后的氧化物縫隙填充步驟呈現(xiàn)工藝挑戰(zhàn)。 最后，隨著立柱大小降低，通過(guò)移除法形成的立柱的機(jī)械強(qiáng)度也降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其中包括形成被絕緣 層包圍的立柱形狀的半導(dǎo)體器件，使得絕緣層中的接觸孔露出所述半導(dǎo)體器件的上表面。 該方法還包括在所述絕緣層的上方形成蔭罩層，使得所述蔭罩層的一部分伸出在所述接觸 孔的一部分上方，形成傳導(dǎo)層使得所述傳導(dǎo)層的第一部分設(shè)置在在所述接觸孔中露出的所 述半導(dǎo)體器件的上表面上并且所述傳導(dǎo)層的第二部分設(shè)置在所述蔭罩層上方，以及去除所 述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的第二部分。


圖Ia到圖Ih是例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的形成立柱器件的階段的側(cè)截面圖Ii是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的完成的立柱器件的三維圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種半導(dǎo)體制造的方法，其通過(guò)形成被絕緣層包圍的 立柱形狀的半導(dǎo)體器件使得絕緣層中的接觸孔露出半導(dǎo)體器件的上表面。優(yōu)選地但不必 須，形成立柱形狀的半導(dǎo)體器件的步驟包括選擇性地將半導(dǎo)體材料沉積到絕緣層中的開(kāi)口 中，使得開(kāi)口的低部分填充半導(dǎo)體材料并且開(kāi)口的未填充的上部分形成接觸孔。接著，在絕 緣層上形成蔭罩層，使得蔭罩層的一部分伸出在接觸孔的一部分的上方。優(yōu)選地但不必須， 形成蔭罩層的步驟包括用可被PECVD覆蓋的差步驟沉積絕緣蔭罩層，其中絕緣蔭罩層具有 與絕緣層的組成不同的組成。接著，形成傳導(dǎo)層，使得傳導(dǎo)層的第一部分設(shè)置在在接觸孔中 露出的半導(dǎo)體器件的上表面上，傳導(dǎo)層的第二部分設(shè)置在蔭罩層上方。該方法還包括去除 蔭罩層和傳導(dǎo)層的第二部分。立柱器件可以包括任何合適的半導(dǎo)體器件的一部分，諸如二極管、晶體管等。優(yōu)選 地，立柱器件包括二極管，諸如p-i-n 二極管。二極管優(yōu)選地包括非易失性存儲(chǔ)器器件的轉(zhuǎn) 向元件。如以下更詳細(xì)描述，在傳導(dǎo)層的第一部分上方的接觸孔中還形成電阻率開(kāi)關(guān)元件。 在開(kāi)關(guān)元件上方形成上電極。由于傳導(dǎo)層是使用蔭罩形成，位于接觸孔的底部上的傳導(dǎo)層 的第一部分不沿著接觸孔的側(cè)壁延伸。因此，傳導(dǎo)層不產(chǎn)生到上電極的短路。圖Ia到圖Ii示出形成立柱器件的優(yōu)選方法。參照?qǐng)Dla，在襯底100上方形成器件。襯底100可以是本領(lǐng)域已知的任何半導(dǎo)體 襯底，諸如單晶硅、諸如硅一鍺或者硅一鍺一碳的IV-IV化合物、IH-V化合物、H-VI化合物、 這種襯底上方的外延層、或者任何其它半導(dǎo)體或者非半導(dǎo)體材料，諸如玻璃、塑料、金屬或 者陶瓷襯底。襯底可以包括之上制造的集成電路，諸如用于存儲(chǔ)器器件的CMOS基的驅(qū)動(dòng)電 路。優(yōu)選地在襯底100上方以及在襯底上方形成的任何驅(qū)動(dòng)電路上方形成絕緣層102。絕 緣層102可以是二氧化硅、氮化硅、高介電常數(shù)膜、Si-C-O-H膜、或者任何其它合適的絕緣 材料。在襯底100和絕緣層102上方形成第一電傳導(dǎo)層200。傳導(dǎo)層200可以包括本領(lǐng) 域已知的任何傳導(dǎo)材料，諸如鎢、銅、鈷、或者其合金?？蛇x的粘合層，諸如TiN、Ti和/或Ta 層，可以包括在絕緣層102和傳導(dǎo)層之間以幫助傳導(dǎo)層粘合到絕緣層102。例如，Ta粘合層 可以用于Cu傳導(dǎo)層，而TiN或者Ti粘合層可以用于W或者Al傳導(dǎo)層。在第一傳導(dǎo)層200的頂部上形成障礙層202，諸如Ta、Ti、WN、TaN或者TiN層。如 果第一傳導(dǎo)層200的上表面是鎢，則可以通過(guò)對(duì)鎢的上表面滲氮在傳導(dǎo)層200的頂部上形 成氮化鎢代替TiN。TiN或者Ti可以用作用于W或者Al傳導(dǎo)層200的障礙層202，而Ta 障礙層202可以用于Cu傳導(dǎo)層200。例如，可以使用以下的傳導(dǎo)層組合Ti (底部)/Α1/ TiN(頂部)、或者Ti/TiN/Al/TiN、或者Ti/Al/TiW、或者這些層的任意組合。底部的Ti或 者Ti/TiN層可以用作粘合層，Al層可以用作傳導(dǎo)層200，并且位于頂部的TiN或者TiW層 可以用作障礙層202以及用于對(duì)電極202構(gòu)圖的防反射涂層，用作隨后的絕緣層108的CMP 的可選的拋光阻擋材料，以及作為選擇性半導(dǎo)體種子沉積襯底，如以下將描述的。最后，使用任何合適的處理將傳導(dǎo)層200和障礙層202?？梢詫鲗?dǎo)層200和障礙 層202構(gòu)圖為存儲(chǔ)器器件的導(dǎo)軌形狀的底部電極204。例如，可以代替地通過(guò)鑲嵌方法形成電極204，其中通過(guò)任何合適的沉積方法在絕緣層102的凹槽中和絕緣層102的上表面上 方形成至少傳導(dǎo)層200，諸如通過(guò)濺射或者M(jìn)0CVD。隨后的平面化步驟，諸如化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)步驟，從絕緣層102的上表面去除傳導(dǎo)層200以將傳導(dǎo)材料，諸如Cu、Al、或者W留在 絕緣層102的凹槽中。接著通過(guò)選擇性蝕刻，傳導(dǎo)層200在絕緣層102中的下表面中的凹 槽中凹陷。隨后通過(guò)CMP將障礙層202平面化使得障礙層202保留在層102中的凹槽中的 傳導(dǎo)層202的部分上以完成下電極204。或者，可以在絕緣層202的上表面上和絕緣層102 中的凹槽中順序地沉積傳導(dǎo)層200和障礙層202，隨后是單個(gè)CMP平面化步驟以形成電極 204。得到的結(jié)構(gòu)在圖Ia中示出?；蛘撸梢酝ㄟ^(guò)構(gòu)圖和蝕刻處理而不是鑲嵌處理形成電極204。在此情況下，在平 坦表面上方順序沉積層200和202，在障礙層202上方沉積光刻膠層，通過(guò)光刻對(duì)光刻膠層 構(gòu)圖，以及接著使用所構(gòu)圖的光刻膠層作為掩模蝕刻層202和202以形成下電極204。接著 使用標(biāo)準(zhǔn)處理技術(shù)去除光刻膠層。在下電極204周?chē)纬山^緣層。接著，轉(zhuǎn)到圖lb，在電極202上方沉積絕緣層108。絕緣層108可以是任意的電絕 緣材料，諸如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或者其它有機(jī)或者無(wú)機(jī)高介電常數(shù)絕緣材料?？?以通過(guò)在期望時(shí)間內(nèi)CMP將絕緣層108平面化以獲得平面表面。接著將絕緣層108光刻地構(gòu)圖以形成延伸到并且露出電極204的障礙202的上表 面的開(kāi)口 110。開(kāi)口 110應(yīng)該具有與下方的電極204大致相同間距和大致相同寬度，使得在 各個(gè)電極204的頂部上每個(gè)半導(dǎo)體立柱300 (如以下將參照?qǐng)DIc描述的)?？梢栽试S一些 失對(duì)準(zhǔn)。得到的結(jié)構(gòu)在圖Ib中示出。參照?qǐng)Dlc，在每個(gè)電極204的障礙202部分上方的開(kāi)口 110中形成豎直的半導(dǎo)體 立柱300。立柱的半導(dǎo)體材料可以是硅、鍺、或者硅一鍺合金，諸如富含鍺的鍺硅。取決于 立柱器件300的期望最終用途，還可以使用其它半導(dǎo)體材料，諸如碳化硅、諸如GaAs、GaN等 的HI-V族材料、以及諸如a^e、CdTe等的H-VI族材料。取決于沉積條件、隨后的結(jié)晶退火 等，半導(dǎo)體材料可以是多晶硅、非晶硅或者單晶硅。優(yōu)選地，將立柱300的半導(dǎo)體材料選擇性地沉積到絕緣層108中的開(kāi)口 110中。 例如，如圖Ic所示，可以通過(guò)在位于TiN障礙上方的薄的Si種子層上選擇性地低壓力化學(xué) 蒸發(fā)沉積(LPCVD)選擇性地沉積鍺立柱300。例如，可以使用在此通過(guò)引證并入的2005年 6月22日提交的美國(guó)專(zhuān)利11/159,031中描述的方法(公布為美國(guó)申請(qǐng)公布2006/(^92301 Al)和2008年1月15日提交的美國(guó)申請(qǐng)No. 12/007, 780中描述的方法來(lái)沉積Ge立柱。優(yōu) 選地，選擇性地沉積整個(gè)立柱300。然而，在較少優(yōu)選的實(shí)施方式中，僅僅在種子層/TiN障 礙上沉積的立柱300的大約第一 20nm需要具有對(duì)二氧化硅的高選擇性以防止二極管的側(cè) 壁短路，而可以非選擇性地沉積立柱的剩余部分。例如，可以通過(guò)在ITorr的壓力和380°C流過(guò)500sccm的SiH4在TiN上沉積薄的 Si種子層。接著阻止硅烷流，以及在相同溫度和壓力流過(guò)IOOseem的( 以沉積Ge?？梢?在380°C以下的溫度沉積Ge，諸如在340°C。在10分鐘的沉積之后，可以在位于TiN層上的 Si種子成上沉積約40nm的鍺。通過(guò)使用兩步沉積，每個(gè)步驟在溫度380°C或者以下進(jìn)行， 可以在TiN上而不在相鄰的SW2表面上選擇性地沉積Ge。平面Ge膜的兩步沉積的示例在 S. B. Herner, Electrochemical and Solid-State Letters, 9 (5) G161-G163 (2006)中描述， 其在此通過(guò)引證并入。優(yōu)選地，在440°C以下的溫度沉積硅種子層，以及在400°C以下的溫度沉積鍺立柱?？梢詫?duì)硅(諸如多晶硅或者非晶硅)或者其它半導(dǎo)體材料使用其它類(lèi)似的 選擇沉積方法?？梢允褂眠b控等離子體CVD處理以降低沉積溫度。優(yōu)選地，半導(dǎo)體立柱300部分地填充每個(gè)開(kāi)口 110。換句話說(shuō)，每個(gè)開(kāi)口 110的低 部分選擇性地用各個(gè)立柱300的半導(dǎo)體材料填充，而開(kāi)口 110的未填充的上部分保留作為 接觸孔111，其中露出各個(gè)立柱300的上部分?；蛘?，可以通過(guò)非選擇沉積形成立柱300。例如，可以通過(guò)鑲嵌型處理形成立柱 300，其中在開(kāi)口 110中和絕緣層108的上表面上方形成立柱的半導(dǎo)體材料。接著通過(guò)回蝕 或者CMP平面化半導(dǎo)體材料以將位于開(kāi)口中的半導(dǎo)體立柱300保留。如果使用CMP平面化， 則可以使用隨后的凹陷蝕刻，諸如多晶硅或者多晶鍺選擇濕法蝕刻，以選擇性地將開(kāi)口 110 中的半導(dǎo)體立柱300凹陷以形成接觸孔111。鑲嵌型立柱形成方法在2008年1月15日提 交的美國(guó)專(zhuān)利12/007，781中描述，并且在此通過(guò)引證并入。在另一替代處理中，可以通過(guò)構(gòu)圖和蝕刻形成立柱300。在該方法中，在電極204 上方形成一個(gè)或者多個(gè)半導(dǎo)體層。接著將半導(dǎo)體層光刻蝕刻為立柱300。接著在立柱300 周?chē)纬山^緣層108。如果期望，則可以使用隨后的凹陷蝕刻以選擇性地使開(kāi)口 110中的半 導(dǎo)體立柱300凹陷以形成接觸孔111。在優(yōu)選實(shí)施方式中，立柱300包括半導(dǎo)體面結(jié)型二極管。術(shù)語(yǔ)面結(jié)型二極管在此 用于指代具有非歐姆傳導(dǎo)屬性、具有兩個(gè)端電極、以及由在一個(gè)電極是P型并且在另一電 極是η型的半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體器件。示例包括諸如齊納二極管的ρ-η 二極管和η-ρ 二極管，其具有相接觸的P型半導(dǎo)體材料和η型半導(dǎo)體材料，以及p-i-n 二極管，其中本征 (非摻雜)半導(dǎo)體材料夾在P型半導(dǎo)體材料和Π型半導(dǎo)體材料之間。可以通過(guò)選擇沉積和摻雜二極管300的底部重?fù)诫s區(qū)域112?？梢猿练e接著摻雜 來(lái)沉積半導(dǎo)體材料，但優(yōu)選地通過(guò)在硅或者鍺的選擇性CVD期間使提供例如非晶硅η型雜 質(zhì)原子的包含雜質(zhì)的氣體(例如添加到鍺氣體中的磷化氫氣體的形式)流過(guò)在原地?fù)诫s。 重參雜區(qū)域112厚度優(yōu)選地在大約10和大約80nm之間。接著可以通過(guò)選擇性CVD方法形成本征二極管區(qū)域114。本征區(qū)域114沉積可以 在單獨(dú)的CVD步驟期間進(jìn)行或者通過(guò)在與區(qū)域112的沉積相同的CVD步驟期間關(guān)閉諸如磷 化氫氣體的摻雜氣體的流動(dòng)。本征區(qū)域114可以是在大約110和大約330納米之間，優(yōu)選 地大約200nm厚度。可以接著進(jìn)行可選的CMP處理以去除絕緣層108的頂部上的任何橋接 的本征半導(dǎo)體處理，以及將表面平面化準(zhǔn)備隨后的光刻步驟。接著通過(guò)選擇性CVD方法形 成P型頂部區(qū)域116。可以從區(qū)域114沉積步驟在單獨(dú)的CVD步驟期間，或者通過(guò)在與區(qū)域 114沉積步驟相同的CVD步驟期間打開(kāi)諸如三氯化硼的摻雜氣體的流動(dòng)來(lái)進(jìn)行ρ型頂部區(qū) 域116沉積。ρ型區(qū)域116可以是大約10和大約SOnm厚度。可以接著進(jìn)行可選的CMP處 理以去除絕緣層108的頂部上的任何橋接的ρ型半導(dǎo)體，以及將表面平面化準(zhǔn)備隨后的光 刻步驟?；蛘撸梢酝ㄟ^(guò)離子植入到本征區(qū)域114的上部區(qū)域形成ρ型區(qū)域116。P型雜質(zhì) 優(yōu)選地是硼或者BF2。在沉積期間可以使用遙控等離子體輔助處理以激活雜質(zhì)。P型區(qū)域 116的形成完成立柱形狀二極管300的形成。得到的結(jié)構(gòu)在圖Ic中示出。在所例示的示例中，底部區(qū)域112是N+(重?fù)诫sη型)，頂部區(qū)域116是P+。然而， 豎直立柱還可以包括其它結(jié)構(gòu)。例如，底部區(qū)域112可以是Ρ+，并且頂部區(qū)域116可以是N+。另外，中間區(qū)域可以有意地輕摻雜，或者其可以是本征的，或者不是有意地?fù)诫s。非摻 雜區(qū)域?qū)⒉皇莾?yōu)選地電中性的，而將總具有缺陷或者污染造成其類(lèi)似輕微η摻雜或者ρ摻 雜。可以認(rèn)為這種二極管是p-i-n二極管。由此，可以形成p7n7n+、p7p7n+、n+/n7p+、或
者N+/P7P+ 二極管。立柱300的間距和寬度由開(kāi)口 110限定，并且可以按照期望改變。在一個(gè)優(yōu)選實(shí) 施方式中，立柱的間距(從一個(gè)立柱的中心到下一立柱的中心)是大約300nm，而立柱的寬 度在大約100和大約150nm之間變化。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，立柱的間距是大約^Onm， 并且立柱的寬度在大約90nm和130nm之間變化?？傮w上，立柱300優(yōu)選地具有大致圓柱形 形狀，具有大約250nm或更少的直徑的圓形或者近似圓形截面。圖Id例示器件制造方法的下一步驟。在絕緣層108上方形成蔭罩層302使得蔭 罩層的一部分伸出在絕緣層108的開(kāi)口 110的一部分上(即接觸孔111的周?chē)糠珠_(kāi)口 110的部分)。蔭罩層302優(yōu)選地是具有差步驟覆蓋的絕緣層，其伸出在接觸孔111上。層 302應(yīng)該具有與絕緣層108的組成不同的組成。例如，如果絕緣層108是二氧化硅，則蔭罩 層302可以是通過(guò)具有差步驟覆蓋的等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸發(fā)沉積(PECVD)形成的氮化硅或 者BPSG層?？梢允褂没瘜W(xué)濕法清潔以進(jìn)一步增強(qiáng)遮蔽特征。該特征還可以通過(guò)調(diào)整的濕法 蝕刻處理實(shí)現(xiàn)，其中頂部接觸孔輪廓具有弓形以遮蔽隨后的傳導(dǎo)層的PVD方向性沉積。換 句話說(shuō)，接觸孔111的側(cè)壁具有內(nèi)凹形狀。接著，如圖Ie所示，形成傳導(dǎo)層，使得傳導(dǎo)層的第一部分304設(shè)置在接觸孔111中 露出的立柱器件300的上表面上，并且傳導(dǎo)層的第二部分306設(shè)置在蔭罩層302的上方。 傳導(dǎo)層可以包括任何一個(gè)或者多個(gè)傳導(dǎo)材料，諸如氧化鈦、鈦、銅、鋁、鎢、鉭等。TiN是優(yōu)選 的?？梢酝ㄟ^(guò)任意合適方法沉積傳導(dǎo)層，諸如濺射或者其它物理蒸發(fā)沉積(PVD)方法。接著，如圖If所示，在圖Ie所示的步驟之后用可流動(dòng)材料308填充開(kāi)口 110的接 觸孔111部分。可流動(dòng)材料308可以包括可以用于防止隨后的CMP步驟中圖案崩潰的任何 有機(jī)或者無(wú)機(jī)填充劑材料或者抗蝕劑。例如，可以通過(guò)旋壓沉積或者其它類(lèi)似方法沉積可 流動(dòng)材料308使得材料308選擇性地落入接觸孔111并且具有與傳導(dǎo)層的第二部分306的 上表面相對(duì)一樣高的上表面。接著通過(guò)諸如CMP和/或回蝕的任何合適方法去除蔭罩層302和傳導(dǎo)層的第二部 分306。CMP是優(yōu)選的。當(dāng)?shù)竭_(dá)絕緣層108的上表面時(shí)，CMP處理阻止?？闪鲃?dòng)材料308防 止在CMP期間蔭罩層302和傳導(dǎo)層的第二部分306崩潰到接觸孔111。或者，可以使用抬升 處理以去除蔭罩層302和傳導(dǎo)層的第二部分306。在此處理中，選擇性地去除或蝕刻蔭罩層 302以抬升傳導(dǎo)層的第二部分306。在此情況下，層302可以包括光刻膠層。然而，當(dāng)使用 光刻膠層作為蔭罩層時(shí)應(yīng)該注意避免光刻膠污染。在去除302和傳導(dǎo)層的部分306之后，在CMP步驟之后接著從接觸孔去除可流動(dòng) 材料308，如圖Ig所示。可以通過(guò)選擇可是或者等離子體剝離(如果材料308是光刻膠) 去除可流動(dòng)材料308。或者，如果材料308是低溫材料，則可以通過(guò)加熱以蒸發(fā)或者液化該 材料來(lái)去除。在一些實(shí)施方式中，傳導(dǎo)層的第一部分304可以用作上電極。在此情況下，可流動(dòng) 材料308的去除完成處理，所完成的器件在圖Ig中示出。然而，在優(yōu)選實(shí)施方式中，傳導(dǎo)層 的第一部分304包括位于非易失性存儲(chǔ)器器件的轉(zhuǎn)向和電阻率開(kāi)關(guān)元件之間的中間傳導(dǎo)層。立柱器件，諸如二極管器件的，可以包括一次可編程(OTP)或者可重寫(xiě)非易失性 存儲(chǔ)器器件。例如，每個(gè)二極管立柱300可以用作存儲(chǔ)器單元的轉(zhuǎn)向元件，以及用作電阻率 開(kāi)關(guān)元件或者材料的其它材料或者層310(即存儲(chǔ)數(shù)據(jù))與二極管300串聯(lián)設(shè)置，如圖Ih 和Ii所示。傳導(dǎo)層的第一部分304形成非易失性存儲(chǔ)器單元的轉(zhuǎn)向元件300和開(kāi)關(guān)元件 310之間的中間傳導(dǎo)層，如圖Ih所示。以上描述的下電極204用作存儲(chǔ)器單元的底電極， 并且在開(kāi)關(guān)元件310的上方形成存儲(chǔ)器單元的額外的上電極400，如圖Ii所示。由于傳導(dǎo) 層304、306是使用蔭罩形成，設(shè)置在接觸孔111的底部的傳導(dǎo)層的第一部分304不沿著接 觸孔的側(cè)壁延伸。因此，傳導(dǎo)層不沿著圍繞電阻率開(kāi)關(guān)元件310的孔111的側(cè)壁產(chǎn)生到上 電極400的短路。具體地，圖Ii示出非易失性存儲(chǔ)器單元，包括諸如反熔絲(即反熔絲電介質(zhì))的 與電阻率開(kāi)關(guān)材料310串聯(lián)的立柱二極管300、熔絲、多晶硅存儲(chǔ)器效果材料、金屬氧化物 (諸如氧化鎳、鈣鈦礦材料等)、碳可開(kāi)關(guān)阻抗材料(諸如石墨烯、碳納米管、多晶硅或者非 晶硅等)，相變材料、可開(kāi)關(guān)復(fù)合金屬氧化物、傳導(dǎo)橋元件、或者可開(kāi)關(guān)聚合物?？梢酝ㄟ^(guò)諸 如CVD任何合適的方法在二極管立柱300和傳導(dǎo)層部分304(圖Ii中為了清楚而省略)的 上方諸如薄二氧化硅反熔絲電介質(zhì)層的電阻率開(kāi)關(guān)材料310，之后是反熔絲電介質(zhì)層沉積 在上電極400上?；蛘撸娮杪书_(kāi)關(guān)材料310可以設(shè)置在二極管立柱300下方，諸如在傳導(dǎo) 層200和202之間。在此實(shí)施方式中，相應(yīng)于電極204和400之間提供的正向和/或反向 偏壓，電阻率開(kāi)關(guān)材料310的電阻率增加或降低。在另一實(shí)施方式中，立柱二極管300自身可以用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件。在本實(shí)施方式 中，立柱二極管300的電阻率通過(guò)在電極204和400之間施加的正向和/或反向偏壓改變， 如2004年9月四日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/955，M9 (對(duì)應(yīng)于美國(guó)申請(qǐng)公布2005/005^15 Al)和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)11/693845(對(duì)應(yīng)于美國(guó)申請(qǐng)公布2007/0164309 Al)中描述的，其整體 通過(guò)引證并入。在本實(shí)施方式中，如果期望則可以省略電阻率開(kāi)關(guān)材料310。可以與底部電極204相同的方式形成上電極400，例如通過(guò)沉積Ti (底部)/Α1/ TiN(頂部)、Ti/TiN/Al/TiN、Ta/Cu/Ta、TiN/Cu、TiN/Cu/TiN 或者這些層的任意組合。頂部 上的TiN層可以用作用于對(duì)導(dǎo)體構(gòu)圖的防反射涂層和作為用于隨后的絕緣層的CMP的拋光 阻止材料，如以下將描述的。以上描述的傳導(dǎo)層使用任意合適的掩模和蝕刻技術(shù)構(gòu)圖和蝕 刻以形成大致平行的共平面?zhèn)鲗?dǎo)軌道400，垂直于傳導(dǎo)導(dǎo)軌204延伸。在優(yōu)選實(shí)施方式中， 將光刻膠沉積，通過(guò)光刻構(gòu)圖，以及將層蝕刻，接著使用標(biāo)準(zhǔn)處理技術(shù)去除光刻膠?；蛘?，可 以在電阻率開(kāi)關(guān)元件310上和絕緣層308上形成諸如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅層的可選 的絕緣層，以及通過(guò)鑲嵌處理形成導(dǎo)體400，如以上和在2006年3月31日提交的美國(guó)專(zhuān)利 申請(qǐng) No. 11/444，936, "Conductive Hard Mask to Protect Patterned Features During Trench Kch”中描述的，在此其整體通過(guò)引證并入。如果使用鑲嵌處理來(lái)形成上電極，則可 以在電阻率開(kāi)關(guān)元件310上沉積可選的蝕刻阻止層?？梢栽谛纬善渲袑⑿纬缮想姌O400的 絕緣層中的溝道之后去除蝕刻阻止層。已經(jīng)描述了第一存儲(chǔ)器級(jí)的形成?？梢栽谠摰谝淮鎯?chǔ)器級(jí)上形成額外的存儲(chǔ)器級(jí) 以形成單片三維存儲(chǔ)器陣列。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)體可以在存儲(chǔ)器級(jí)之間共享，即，頂部 導(dǎo)體400將用作下一存儲(chǔ)器級(jí)的底部導(dǎo)體。在其它實(shí)施方式中，在第一存儲(chǔ)器級(jí)上形成中間級(jí)電介質(zhì)(未示出)，將其表面平面化，并且第二存儲(chǔ)器級(jí)的構(gòu)建開(kāi)始于該平面化的中間 級(jí)電介質(zhì)，沒(méi)有共享的導(dǎo)體。單片三維存儲(chǔ)器陣列是一個(gè)整體，其中在諸如晶圓的單個(gè)襯底上形成多個(gè)存儲(chǔ)器 級(jí)，沒(méi)有中間襯底。直接在已有的級(jí)的層上沉積或者生長(zhǎng)形成一個(gè)存儲(chǔ)器級(jí)的層。相反地， 已經(jīng)通過(guò)在單獨(dú)的襯底上形成存儲(chǔ)器級(jí)并且彼此疊加地粘接存儲(chǔ)器級(jí)來(lái)構(gòu)建堆疊的存儲(chǔ) 器，如在 Leedy 的美國(guó)專(zhuān)利 No. 5，915，167，“Three dimensional structure memory”中。在 焊接之前可以削薄或者從存儲(chǔ)器級(jí)去除襯底，但由于存儲(chǔ)器級(jí)初始形成在單獨(dú)的襯底上， 這種存儲(chǔ)器不是真正的單片三維存儲(chǔ)器陣列。與Leedy中描述的處理相反，在本發(fā)明的實(shí) 施方式中，二極管共享兩個(gè)相鄰的層之間傳導(dǎo)導(dǎo)線或者電極。在該配置中，“底部”電極將 “指向” “上”層中的二極管的相反方向(即每個(gè)二極管的相同導(dǎo)電型層電接觸位于電極之 間的相同的導(dǎo)線或者電極)。用此配置，兩個(gè)電極可以共享它們之間的導(dǎo)線而仍然不具有寫(xiě) 入或者讀出干擾問(wèn)題。在襯底上方形成的單片三維存儲(chǔ)器陣列包括在襯底上方的第一高度形成的至少 第一存儲(chǔ)器級(jí)和在不同于第一高度的第二高度形成的第二存儲(chǔ)器級(jí)。可以在這種多級(jí)陣列 中在襯底上方形成三個(gè)、四個(gè)、八個(gè)、或者實(shí)際上任意數(shù)量的存儲(chǔ)器級(jí)?；诒竟_(kāi)的教導(dǎo)，期望本領(lǐng)域技術(shù)人員將立即能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。這里提供的各 個(gè)實(shí)施方式的描述相信是為了提供本發(fā)明的充分的理解和細(xì)節(jié)以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能 夠?qū)嵤┍景l(fā)明。盡管特定的支持電路和制造步驟沒(méi)有具體描述，這些電路和協(xié)議是已知的， 在實(shí)施本發(fā)明的環(huán)境中這些步驟的具體變化不提供特別的優(yōu)點(diǎn)。另外，相信本領(lǐng)域技術(shù)人 員配備了本公開(kāi)的教導(dǎo)將能夠進(jìn)行本發(fā)明而無(wú)需過(guò)分的試驗(yàn)。以上詳細(xì)描述僅僅描述了本發(fā)明的很多可能實(shí)施中的一些。為此，詳細(xì)描述已在 通過(guò)示例方式，而不是通過(guò)限制?？梢曰诖颂庩U述的描述進(jìn)行此處公開(kāi)的實(shí)施方式的變 化和修改，而不背離本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)。僅僅以下的權(quán)利要求，包括全部等同物已在限定 本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括形成被絕緣層包圍的立柱形狀的半導(dǎo)體器件，使得所述絕緣層中的接觸孔露出所述半 導(dǎo)體器件的上表面；在所述絕緣層的上方形成蔭罩層，使得所述蔭罩層的部分突出所述接觸孔的部分之上；形成傳導(dǎo)層，使得所述傳導(dǎo)層的第一部分設(shè)置在在所述接觸孔中露出的所述半導(dǎo)體器 件的上表面上并且所述傳導(dǎo)層的第二部分設(shè)置在所述蔭罩層上方；以及 去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的所述第二部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述蔭罩層的步驟包括通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸發(fā)沉積即PECVD沉積絕緣蔭罩 層；以及所述蔭罩層具有與所述絕緣層的成分不同的成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述蔭罩層包括氮化硅或者BPSG并且所述絕緣層包括二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述去除的步驟包括通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光即CMP或 者回蝕去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的所述第二部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的所述第二部分的步驟之前用可流動(dòng)材料填充所述 接觸孔；以及在去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的所述第二部分的步驟之后去除所述可流動(dòng)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體器件包括非易失性存儲(chǔ)器器件的轉(zhuǎn)向 元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述半導(dǎo)體器件包括立柱形狀的二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述立柱形狀的半導(dǎo)體器件的步驟包括將半 導(dǎo)體材料選擇性地沉積到所述絕緣層中的開(kāi)口中，使得所述開(kāi)口的低部分被填充所述半導(dǎo) 體材料并且所述開(kāi)口的未被填充的高部分形成所述接觸孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括在所述傳導(dǎo)層的所述第一部分上方在所述接觸 孔中形成電阻率開(kāi)關(guān)元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電阻率開(kāi)關(guān)元件從反熔絲、熔絲、多晶硅存 儲(chǔ)器效應(yīng)單元、金屬氧化物存儲(chǔ)器、可開(kāi)關(guān)復(fù)合金屬氧化物、碳可開(kāi)關(guān)電阻材料、相變材料 存儲(chǔ)器、傳導(dǎo)橋元件或者可開(kāi)關(guān)聚合物存儲(chǔ)器中選擇。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括 在所述半導(dǎo)體器件下方形成下電極；以及 在所述電阻率開(kāi)關(guān)元件上方形成上電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述蔭罩層的步驟之后進(jìn)行化學(xué)濕法清潔步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接觸孔具有弓形。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成傳導(dǎo)層的步驟包括通過(guò)物理蒸發(fā)沉積 即PVD形成TiN層。
15.一種非易失性存儲(chǔ)器器件的制造方法，包括 形成下電極；形成絕緣層；在所述絕緣層中形成開(kāi)口以露出所述下電極的至少部分；在所述開(kāi)口中形成與所述下電極電接觸的立柱形狀的二極管轉(zhuǎn)向元件，使得所述二極 管轉(zhuǎn)向元件部分地填充所述開(kāi)口；在所述絕緣層上方形成蔭罩層，使得所述蔭罩層的部分突出在所述開(kāi)口的部分上方； 形成傳導(dǎo)層，使得所述傳導(dǎo)層的第一部分設(shè)置在所述開(kāi)口中露出的所述二極管轉(zhuǎn)向元 件的上表面上并且所述傳導(dǎo)層的第二部分設(shè)置在所述蔭罩層上方； 去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的所述第二部分；在所述傳導(dǎo)層的所述第一部分上方在所述開(kāi)口中形成電阻率開(kāi)關(guān)元件；以及 在所述電阻率開(kāi)關(guān)元件上方形成上電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中形成所述蔭罩層的步驟包括通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸發(fā)沉積即PECVD沉積絕緣蔭罩 層，所述絕緣蔭罩層具有與所述絕緣層的成分不同的成分；以及形成立柱形狀的二極管的步驟包括將多晶硅或者非晶硅半導(dǎo)體二極管材料選擇性地 沉積到所述開(kāi)口中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中 所述蔭罩層包括氮化硅或者BPSG ； 所述絕緣層包括二氧化硅；所述傳導(dǎo)層包括通過(guò)物理蒸發(fā)沉積即PVD形成的TiN層；所述電阻率開(kāi)關(guān)元件從反熔絲、熔絲、串聯(lián)排列的二極管和反熔絲、多晶硅存儲(chǔ)器效應(yīng) 單元、金屬氧化物存儲(chǔ)器、可開(kāi)關(guān)復(fù)合金屬氧化物、碳可開(kāi)關(guān)電阻材料、相變材料存儲(chǔ)器、傳 導(dǎo)橋元件或者可開(kāi)關(guān)聚合物存儲(chǔ)器中選擇；以及去除的步驟包括通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光即CMP或者回蝕去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的 第二部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在形成傳導(dǎo)層的步驟之后且在去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的第二部分的步驟之前 用可流動(dòng)材料填充所述開(kāi)口 ；以及在去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的第二部分的步驟之后去除所述可流動(dòng)材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述傳導(dǎo)層的所述第一部分不沿著所述開(kāi)口的 側(cè)壁延伸。
20.一種非易失性存儲(chǔ)器器件的制造方法，包括 形成下電極；形成二氧化硅絕緣層；在所述絕緣層中形成開(kāi)口以露出所述下電極的部分；在所述開(kāi)口中選擇性地沉積立柱形狀的半導(dǎo)體二極管轉(zhuǎn)向元件與所述下電極電接觸， 使得所述二極管轉(zhuǎn)向元件部分地填充所述開(kāi)口；在所述絕緣層上方通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)蒸發(fā)沉積即PECVD形成BPSG或者氮化硅蔭罩層，使得所述蔭罩層的一部分突出在所述開(kāi)口的部分上方；形成TiN傳導(dǎo)層，使得所述傳導(dǎo)層的第一部分設(shè)置在在所述開(kāi)口中露出的所述二極管 轉(zhuǎn)向元件的上表面上并且所述傳導(dǎo)層的第二部分設(shè)置在所述蔭罩層的上方； 在形成TiN傳導(dǎo)層的步驟之后用可流動(dòng)材料填充所述開(kāi)口 ； 通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光即CMP去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的所述第二部分； 在去除所述蔭罩層和所述傳導(dǎo)層的第二部分的步驟之后去除所述可流動(dòng)材料； 在所述傳導(dǎo)層的所述第一部分上方在所述開(kāi)口中形成電阻率開(kāi)關(guān)元件；以及 在所述電阻率開(kāi)關(guān)元件上方形成上電極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括形成被絕緣層(108)包圍的立柱形狀的半導(dǎo)體器件，使得絕緣層中的接觸孔(111)露出半導(dǎo)體器件的上表面。該方法還包括在絕緣層(108)的上方形成蔭罩層(302)，使得蔭罩層(302)的一部分伸出在接觸孔(111)的一部分上方，形成傳導(dǎo)層使得傳導(dǎo)層的第一部分(304)設(shè)置在在接觸孔中露出的半導(dǎo)體器件的上表面上并且傳導(dǎo)層的第二部分(306)設(shè)置在蔭罩層上方，以及去除蔭罩層(302)和傳導(dǎo)層的第二部分(306)。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102089880SQ200980127111
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者K·修格拉夫, R·賽克, 平爾順 申請(qǐng)人:桑迪士克3D公司