[发明专利]多层堆叠电阻转换存储器的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种多层堆叠的电阻转换存储器的制造方法，用于半导体器件的制造。

背景技术

随着半导体技术的发展和人们对半导体器件要求的日益提升，半导体器件的密度和性能都在高速地发展，半导体器件多层堆叠已经是集成电路发展的必然趋势，多层堆叠的半导体器件实现的不仅仅是集成度的成倍上升，而且获得了器件速度的大幅提升，与此同时，在适当的堆叠层数范围内，器件的单位成本也会得到显著的降低，从而使半导体器件更具竞争力。

在存储器方面，对于高性能存储器的需求，使得相变存储器、电阻随机存储器等电阻转换存储器成为当今炙手可热的下一代非易失性半导体存储器候选，他们具有广阔的市场前景。电阻转换存储器的存储密度高、制造工艺简单、速度快、并且具有良好的数据保持能力，将在不久的将来在各个领域得到广泛的应用，有望成为一种通用的存储器。也正如其他半导体器件的发展趋势，半导体存储器的多层堆叠也是存储器发展的重要方向，对于电阻转换存储器来说也是如此。

在半导体器件的三维多层堆叠中，晶圆键合是一种重要的工艺手段，然而，采用键合法进行电阻转换存储器的堆叠在应用中面临一定的问题，在两片键合晶圆的表面，可能具有大面积的金属，其余部分为氧化硅、硅等介质材料，因此，有很大一部分的键合界面是介质材料与金属的界面。然而，众所周知，介质材料与金属的键合能力较弱，不仅较难以键合，而且键合后可靠性很差。这也是键合技术在电阻转换存储器应用中的瓶颈之一，极大限制了键合技术在电阻转换存储器中的应用。此外，后续的化学机械抛光可能对键合得到的多层晶圆带来很大的影响，抛光中所施加的机械力可能造成强度较差键合界面的剥离，使得键合和多层器件失效。如何提升多层堆叠的电阻转换存储器堆叠过程中的晶圆粘附强度也实际需要解决的科学和工程问题。在现有的键合技术中，还不可避免地含有高温工艺，这些高温的工艺与电阻转换存储器技术也是不兼容的。

如上所述，在晶圆键合中，金属与介质(半导体氧化物或者半导体)的键合较难，且键合力较弱，而半导体与半导体，或者半导体与半导体氧化物之间的键合较为容易，且键合力较强。通过键合工艺的改进，增强介质与介质的键合面积，便可降低电阻转换存储器键合的难度，提升键合强度。本发明采用半导体字/位线取代金属字/位线，大大降低了键合的难度，增强了键合的强度。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于提供一种通过键合法实现多层堆叠的电阻转换存储器的制造方法，采用半导体字/位线取代金属字/位线，能够使工艺与电阻转换存储器工艺兼容，而且具有良好的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种多层堆叠电阻转换存储器的制造方法，包括如下步骤：

(A)制造半导体第一晶圆，并采用化学机械抛光进行平坦化，第一晶圆上含有外围电路和与之相连的至少一层电阻转换存储器，所述电阻转换存储器依次包括第一字或位线、与第一字或位线相连的第一选通管阵列和与第一选通管阵列对应相连的第一电阻转换存储单元阵列；

(B)制造半导体第二晶圆，在所述第二晶圆的其中一表面形成重掺杂半导体层，然后以化学机械抛光进行平坦化；

(C)将第一晶圆和第二晶圆进行键合，第一晶圆制造有第一电阻转换存储单元阵列的表面与第二晶圆形成有重掺杂半导体层的表面接触；

(D)键合完成后去除第二晶圆另一表面的部分半导体，并以化学机械抛光平坦化其表面，得到堆叠了第二晶圆后的平坦基底；

(E)在所述基底上继续制造第二选通管阵列和与之对应相连的第二电阻转换存储单元阵列，第二晶圆的重掺杂半导体层作为第二字或位线与第二选通管阵列相连；

(G)制造上电极并进行封装。

所述方法在步骤(G)之前如需要继续堆叠，还可以包括步骤(F)：根据需要重复步骤(A)到(E)，得到更多层的堆叠电阻转换存储器。

其中，所述化学机械抛光包含粗抛光和精抛光两步。

所述第一和第二电阻转换存储单元阵列为相变存储单元阵列、电阻随机存储单元阵列、或Sb基电阻转换存储单元阵列。所述的第一和第二选通管阵列包括PN二极管、肖特基二极管、双极型晶体管、场效应晶体管中的一种或者多种。

进一步地，步骤(B)中，采用原子扩散和离子注入中的一种或者两种方法形成所述重掺杂半导体层。

进一步地，步骤(D)中，去除第二晶圆另一表面的部分半导体采用以下四种工艺中的一种或者多种：

a.化学机械抛光；

b.湿法腐蚀；