[发明专利]一种竖直二极管阵列的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，尤其涉及相变随机存储器的一种竖直二极管阵列的制造方法。

背景技术

相变随机存储器(phase change random access memory，PCRAM)是利用相变薄膜材料作为存储介质来实现数据存储的一种存储器，其存储单元的相变材料可以在不同振幅和持续时间的电流脉冲的热处理下实现晶态和非晶态之间的可逆相变，并可获得不同数量级的相变电阻，而PCRAM器件正是利用相变材料在晶态和非晶态之间转变时的电阻差异来实现数据的非易失性存储的。

目前，PCRAM器件通常包括相互异面垂直的字线和位线，其存储单元(相变电阻)电性耦合在字线和位线之间。为了降低各存储单元之间的干扰，各存储单元都串联一个选通元件，一般由双极型晶体管，MOS器件或二极管等器件形成。目前，高密度PCRAM器件的制造一般采用选择性外延生长工艺形成竖直二极管阵列，来做存储单元阵列的选通元件阵列。图1A和图1B分别是二极管阵列PCRAM器件的电路结构示意图和三维示意图。与双极型晶体管，MOS器件等相比，竖直的二极管能够提供最高的相变存储单元集成度和免干扰程度。

现有技术中，制造竖直二极管阵列的一般步骤包括：

第一步(如图2A所示)，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100中形成有N/P型区101，外延层102，氮化硅硬掩膜层(SiN HM)103及位线方向深沟槽填充结构。所述位线方向深沟槽填充结构包括第一氧化层106，多晶硅层105，第二氧化层107。

第二步(如图2B所示)，在所述半导体衬底100上形成图案化的字线方向光刻胶(AA PR)108。

第三步(如图2C所示)，以AA PR 108为掩膜，打开SiN HM层103，得到埋层字线；再对第二氧化层107进行凹槽刻蚀，形成凹槽109，作为字线隔离/位线隔离。本步骤中，如果凹槽109的特征尺寸太小，受刻蚀工艺精度限制，不可避免的会使得凹槽109残留有第二氧化层侧壁107a。

第四步(如图2D所示)，沿AA方向，对所述位线方向深沟槽填充结构与AA PR108共同未覆盖区域进行刻蚀，形成浅槽隔离(STI)结构110，作为二极管隔离，将上述器件分割成二极管阵列前体，通过对中间未处理到的SiN HM层103覆盖的外延层102中做外延生长工艺最终形成二极管阵列。由于本步骤之前没有进行凹槽109后清洗和AA PR操作来去除残留的第二氧化层侧壁107a，就直接进行STI结构110的刻蚀，使得形成的STI结构110的侧壁高度增加，在其上进行后续工艺(例如用相变材料制作相变单元)时，容易造成结漏电现象，再加上位线方向深槽结构性能不佳，器件区N型或P型掩埋层长度变短，引发器件的短短沟道效应，影响后续相变存储单元集成度和免干扰程度，降低PCRAM器件的存储性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种竖直二极管阵列的制造方法，以解决目前制备过程中浅沟道隔离结构侧壁高度高，影响后续相变存储单元集成度和免干扰程度，降低PCRAM器件的存储性能的问题。

为解决上述问题，本发明提出一种竖直二极管阵列的制造方法，该方法包括如下步骤：

提供半导体衬底，所述半导体衬底内部形成有N/P型区，所述半导体衬底上依次形成有外延层、第一硬掩膜层和第二硬掩膜层；

沿位线方向进行刻蚀，形成贯穿所述N/P型区的位线方向深沟槽；

移除所述第二硬掩膜层，并在所述第一硬掩膜层和位线方向深沟槽表面沉积第一氧化层；

在所述位线方向深沟槽中填充多晶硅，回刻蚀所述多晶硅后沉积第二氧化层并平坦化至所述第一硬掩膜层；

在所述第一硬掩膜层上形成与所述位线方向深沟槽垂直的图案化的字线方向光刻胶；

以所述图案化的字线方向光刻胶为掩膜，去除第一硬掩膜层，对所述第二氧化层进行凹槽刻蚀，形成凹槽；

剥离所述图案化的字线方向光刻胶，对所述凹槽进行湿法清洗；

对所述位线方向深沟槽与所述图案化的字线方向光刻胶所围的区域进行刻蚀，形成浅槽隔离结构；

在所述位线方向上两相邻的所述浅槽隔离结构之间区域的外延层中形成PN结，得到竖直二极管阵列。

进一步的，所述第一氧化层为正硅酸乙酯热分解SiO₂层。

进一步的，所述形成所述N/P型区的位线方向深沟槽采用的刻蚀方式为垂直刻蚀或倒梯形倾斜刻蚀。

进一步的，采用高深宽比工艺和高浓度等离子体化学气相沉积工艺沉积所述第二氧化层。