[发明专利]包含多晶硅的半导体器件及其制造方法

说明书

本申请要求于2007年1月5日在韩国知识产权局提交的第10-2007-0001704号韩国专利申请的优先权，该申请的内容通过引用被完全包含于此。

                         技术领域

示例性实施例涉及一种包含多晶硅(poly-Si)的半导体器件。其它示例性实施例涉及一种包括导电材料层的半导体器件及该半导体器件的制造方法，其中，当在半导体器件的形成过程中采用poly-Si时，所述导电材料层使得poly-Si的生长更加稳定和/或减少向poly-Si的扩散。

                         背景技术

多晶硅(poly-Si)是在用于形成半导体器件(例如，二极管或薄膜晶体管(TFT))的技术中被广泛使用的一种材料。poly-Si可在低温下被沉积，并且可以以很高的浓度被掺杂。具有二极管(1D)-电阻器(1R)结构的交叉点型存储器件是本领域公知的。poly-Si可用于硅二极管(例如，p-n型二极管或肖特基势垒二极管)。

图1是示出了传统p-n结二极管的透视图的图形。

参照图1，可在下电极11上形成p型多晶硅(Si)层12和n型多晶硅层13。p型poly-Si层12和n型poly-Si层13可形成二极管结构。可在p型poly-Si层12和n型poly-Si层13上形成上电极14。在例如电阻式随机存取存储器(RRAM)的交叉点型存储器件中，下电极11和上电极14彼此交叉，且形成的存储节点可形成在二极管结构与上电极14之间。存储节点可由过渡金属氧化物形成。

期望的是，可在poly-Si下方形成相对于硅具有提高的附着特性的电极。在电极上生长的poly-Si可具有高结晶度。期望一种可阻止从电极向poly-Si扩散的材料。

在传统技术中，采用钨(W)、钽(Ta)和/或钛(Ti)来形成在poly-Si下方的电极。通过在下电极与poly-Si之间形成阻挡层(例如，TiN等)来防止金属扩散的方法是传统技术中的公知方法。由于上述金属没有表现出相对于硅的期望的附着特性，所以难以在准分子激光退火(ELA)过程中形成较高质量的poly-Si。在ELA过程中或者在任何随后的退火工艺过程中，会发生从金属向poly-Si的大量的扩散，从而导致难以形成p-n二极管。

图2A是示出了在低温下通过ELA结晶的传统的poly-Si/Ti/Mo/SiO₂样品的二次离子质谱(SIMS)的结果的曲线图。

在图2A中，采用钼(Mo)和钛(Ti)在SiO₂绝缘薄膜上形成金属层。在将硅涂覆在金属层上之后，对样品实施低温退火工艺，从而形成poly-Si。基于样品的深度(depth)来确定每种组分的组成值。

参照图2A，在短溅射时间内观察到Ti和Mo。因此，在ELA工艺过程中，用于在poly-Si层下方形成Ti和Mo层的材料扩散到poly-Si中并穿入poly-Si中。

图2B示出了通过ELA结晶的传统的poly-Si/Ti/Mo/SiO₂样品的剖面的透射电子显微镜(TEM)图片。

参照图2B，存在这样的区域，该区域表示：在ELA工艺过程中，当Si变为液化状态时，由Si和Ti(或Mo)的反应而形成硅化物(例如，Si-Ti或Si-Mo)。硅化物降低了金属的熔点。因此，金属扩散到硅层中。根据示例性实施例，金属可经过poly-Si的晶界(grain boundary)扩散到poly-Si的表面中。因此，器件不会表现出期望的特性。

图3A是示出了传统的非晶硅/Ti/Mo/Ti/SiO₂(a-Si/Ti/Mo/Ti/SiO₂)样品的表面在退火之后的显微镜照片。在大约500℃的N₂气氛中对图3A中的a-Si/Ti/Mo/Ti/SiO₂样品退火大约5分钟。

图3B是示出了传统的a-Si/Ti/W/Ti/SiO₂样品的表面在退火之后的显微镜照片。在大约500℃的N₂气氛中对图3B中的a-Si/Ti/W/Ti/SiO₂样品退火大约5分钟。