專利名稱：形成pn接面的方法及單次可程序只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與制程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制程與半導(dǎo)體組件的結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種形成PN接面的方法，應(yīng)用該方法的單次可程序只讀存儲(chǔ)器(One-TimeProgrammable Read-Only Memory，OTP-ROM)制程，以及由該制程所得的單次可程序只讀記憶胞與內(nèi)存。
背景技術(shù)：
PN接面是多種半導(dǎo)體組件的基本結(jié)構(gòu)，通常由復(fù)晶硅構(gòu)成。然而，由于復(fù)晶硅含有許多大小不一的晶粒(grain)，且又有晶粒邊界的存在，所以一般半導(dǎo)體組件的PN接面特性并不一致，同時(shí)漏電路徑也比較多。
對高集積度的內(nèi)存組件，如三度空間內(nèi)存(3D Memory)、硫系化合物(Chalcogenide)內(nèi)存、單次可程序二極管(OTP diode)的只讀存儲(chǔ)器、磁電阻式隨機(jī)存取內(nèi)存(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)等組件而言，其皆需要具有PN接面的電流引導(dǎo)單元(Current SteeringElement)，以確保電流僅在單方向流動(dòng)。同時(shí)，這些內(nèi)存組件中的各記憶胞還須具備一致的特性，以提高開/關(guān)狀態(tài)的感測裕度(Sensing Margin)。再者，這些內(nèi)存組件中的漏電路徑也必須減少，以降低耗電量及發(fā)熱量。因此，如以復(fù)晶硅作為PN接面的材質(zhì)，則時(shí)常無法滿足上述需求。
舉例來說，美國專利US 6,420,215揭露一種三度空間的單次可程序只讀存儲(chǔ)器，在基底上交替堆棧長條狀的N型復(fù)晶硅層與P型復(fù)晶硅層，其中上下相鄰兩層N型復(fù)晶硅層與P型復(fù)晶硅層的走向相垂直，且其間隔有一反熔絲層(Antifuse Layer)，而上下兩條N型復(fù)晶硅層與P型復(fù)晶硅層交疊的部分及其間的反熔絲層即構(gòu)成一個(gè)記憶胞。此種內(nèi)存在程序化時(shí)，在選定的N型與P型復(fù)晶硅層上施加電壓，以在中間的反熔絲層上下造成電壓差而使其崩潰，從而形成PN接面。如前所述，由于復(fù)晶硅PN接面的性質(zhì)不一致，且具有晶粒邊界，所以各記憶胞特性不一致，且在逆向偏壓下容易產(chǎn)生漏電。
習(xí)知解決上述PN接面問題的方法之一，即是控制復(fù)晶硅晶粒的大小，以及晶粒邊界的位置。例如，Yonehara等人在Materials Research Society，Symp.Proc.Vol.106，p.21-26，1988所發(fā)表的文章中揭露一種控制硅晶粒邊界的方法，其通過非晶型基底上的選擇性成核作用(nucleationprocess)來達(dá)到。具體的說，該方法是將形成在低晶核密度層(low-nucleation-density layer，如SiO2)上的高晶核密度層(high-nucleation-density layer，如Si3N4)定義成許多小塊，或是定義形成在高晶核密度層上的低晶核密度層而暴露出許多高晶核密度的小區(qū)域，以作為硅晶粒成長用的晶核，然后再進(jìn)行氣相磊晶，以形成依晶核位置排列的許多硅晶粒。不過，由于該方法需要一道額外的光罩來定義高晶核密度層或低晶核密度層，所以制程較為麻煩。
此外，解決上述PN接面問題的另一種方法，則是以單晶硅作為PN接面的材質(zhì)。例如，Subramanian等人在IEEE EDL，Vol.20，No.7，pp 341-343，1999揭露一種形成單晶硅源/汲極區(qū)與信道區(qū)的方法，是在一非晶硅層上形成一犧牲氧化層，再在此犧牲氧化層中形成小開口，而后選擇性地在小開口中的非晶硅層上形成鍺晶種層。接著進(jìn)行回火，以使非晶硅層由鍺晶種層處開始再結(jié)晶，而逐漸轉(zhuǎn)變成單晶硅層。然后，去除鍺晶種層與犧牲氧化層，再于單晶硅層中形成源/汲極區(qū)與信道區(qū)。不過，由于此方法需要一道額外的光罩來定義犧牲氧化層，所以制程較為麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述習(xí)知方法的問題，本發(fā)明目的之一為提供形成PN接面的方法，此方法以成核制程(Nucleation Process)形成至少有一方(P或N)為單晶硅的PN接面，以改善PN接面特性的一致性。同時(shí)，此方法并不需要額外的光罩來定義高晶核密度層、低晶核密度層或犧牲層。
本發(fā)明的另一目的為提供單次可程序只讀存儲(chǔ)器的制程，其基于上述PN接面形成方法的原理，以改善習(xí)知單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程所得的記憶胞特性不一致，且在逆向偏壓下容易漏電的問題。
本發(fā)明的再一目的為提供單次可程序只讀記憶胞及內(nèi)存的結(jié)構(gòu)，其由本發(fā)明的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程所得到。
本發(fā)明的一種形成PN接面的方法包括下列步驟。首先于基底上形成一堆棧結(jié)構(gòu)，其包括由下至上堆棧的N型(或P型)的第一摻雜層、一介電層與一晶核層，其中第一摻雜層的材質(zhì)可為復(fù)晶硅或單晶硅，如硅晶圓表層的單晶硅。接著，于基底上形成具有開口的絕緣層，此開口暴露出部分晶核層，再于開口中形成P型(或N型)的第二摻雜層，其材質(zhì)為復(fù)晶硅或非晶硅。接著進(jìn)行一回火步驟，以使第二摻雜層轉(zhuǎn)變?yōu)橐粏尉Ч鑼樱偈菇殡妼与娦员罎?，即得PN接面。
本發(fā)明提供另一種形成PN接面的方法，其步驟如下。首先于基底上形成一堆棧結(jié)構(gòu)，其包括由下至上堆棧的N型(或P型)第一摻雜層、一介電層及P型(或N型)第二摻雜層，其中第二摻雜層的材質(zhì)為復(fù)晶硅或非晶硅。接著于基底上形成具有開口的絕緣層，此開口暴露出部分第二摻雜層，再于開口所暴露的第二摻雜層上形成一晶核層，例如為一鍺晶種層。然后進(jìn)行一回火步驟，以使晶核層下方的第二摻雜層轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч鑼?，再使介電層電性崩潰，即得PN接面。
另外，本發(fā)明所述的第一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程的步驟如下(a).首先提供一基底，其上已形成有一絕緣層，以及位于此絕緣層的溝渠中的多個(gè)長條狀堆棧結(jié)構(gòu)，其中每一堆棧結(jié)構(gòu)皆包括由下至上堆棧的N型(或P型)半導(dǎo)體層、反熔絲層及晶核層，其中半導(dǎo)體層的材質(zhì)可為復(fù)晶硅或單晶硅，例如是硅晶圓表面的單晶硅。(b).于基底上形成次一絕緣層。(c).于次一絕緣層中形成多條溝渠，其走向與前一絕緣層中的溝渠不同，而暴露出每一晶核層的多個(gè)部分。(d).于次一絕緣層的溝渠中填入P型(或N型)復(fù)晶硅。(e).進(jìn)行回火，以使晶核層上的復(fù)晶硅轉(zhuǎn)變成單晶硅。
在上述本發(fā)明的第一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程中，更可包括下列步驟，以形成具有多層記憶胞的三度空間內(nèi)存(f).于次一絕緣層的每一溝渠中的復(fù)晶硅上形成一導(dǎo)體層。(g).于次一絕緣層的每一溝渠中的導(dǎo)體層上形成N型(或P型)的次一半導(dǎo)體層、次一反熔絲層及次一晶核層，而構(gòu)成次一堆棧結(jié)構(gòu)。接著，循環(huán)進(jìn)行步驟(b)~(g)，以形成更上層的絕緣層與堆棧結(jié)構(gòu)，直至形成預(yù)定層數(shù)的記憶胞為止，其中上下相鄰兩絕緣層中的溝渠走向不同，且最后一個(gè)循環(huán)不進(jìn)行步驟(g)。此循環(huán)也可只進(jìn)行一次，即重復(fù)進(jìn)行步驟(b)~(f)，以僅形成兩層記憶胞。此處導(dǎo)體層作為位線或字符線，且位線與字符線上下交替形成。
本發(fā)明還提供第二種單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其步驟如下(a).提供一基底，其上已形成有一絕緣層，以及位于此絕緣層的溝渠中的多個(gè)長條狀堆棧結(jié)構(gòu)，其中每一堆棧結(jié)構(gòu)皆包括由下至上堆棧的N型(或P型)半導(dǎo)體層、反熔絲層，以及P型(或N型)非晶硅層，其中半導(dǎo)體層的材質(zhì)可為復(fù)晶硅或單晶硅，例如是硅晶圓表層的單晶硅。(b).于基底上形成次一絕緣層。(c).于次一絕緣層中形成多個(gè)溝渠，其走向與前一絕緣層中的溝渠不同，而暴露出前一絕緣層中每一非晶硅層的多個(gè)部分。(d).于溝渠中形成一晶核層。(e).進(jìn)行回火，以使晶核層下方的非晶硅轉(zhuǎn)變成單晶硅。(f).去除晶核層。(g).于每一溝渠中形成一導(dǎo)體層。
如上所述，在本發(fā)明的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程中，將定義單晶硅的形成位置的步驟與原本即需的鑲嵌制程整合，亦即在層間絕緣層(inter-layer insulator)的開口所暴露的晶核層上形成單晶硅層，或是在層間絕緣層的開口中形成晶核層，再使晶核層下的非晶硅轉(zhuǎn)變成單晶硅。因此，本發(fā)明不必如習(xí)知方法般使用一道額外的光罩來定義高晶核密度層(等同于上述晶核層)或低晶核密度層(等同于前述PN摻雜層之間的介電層或反熔絲層)，也不必形成并圖案化額外的犧牲層以定義晶核層的位置。
此外，在上述本發(fā)明的第二種單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程中，更可包括下列步驟，以形成第二層記憶胞(h).于次一絕緣層的溝渠中形成導(dǎo)體層后，繼續(xù)于每一溝渠內(nèi)的導(dǎo)體層上形成N型(或P型)的次一半導(dǎo)體層及次一反熔絲層。(i).于基底上形成P型(或N型)的次一非晶硅層。(j).于次一非晶硅層上形成多個(gè)長條狀晶核層，其中任一晶核層位于一次一半導(dǎo)體層上方。(k).進(jìn)行一回火步驟，以使晶核層下方的非晶硅轉(zhuǎn)變成單晶硅。(l).去除晶核層。(m).于包含單晶硅的次一非晶硅層上形成次一導(dǎo)體層。(n).定義次一導(dǎo)體層與包含單晶硅的次一非晶硅層，以形成多個(gè)長條狀堆棧結(jié)構(gòu)，其走向與次一絕緣層中的溝渠不同。如此，即形成了具有兩層記憶胞的單次可程序只讀存儲(chǔ)器組件。
再者，在上述本發(fā)明的第二種單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程中，更可包括下列變化，以形成具有多層記憶胞的三度空間內(nèi)存。其中，步驟(m)更包括依序于次一導(dǎo)體層上形成N型(或P型)的又一半導(dǎo)體層、又一反熔絲層及P型(或N型)的又一非晶硅層，且步驟(n)依序定義該又一非晶硅層、又一反熔絲層、又一半導(dǎo)體層、次一導(dǎo)體層與次一非晶硅層，而得多個(gè)長條狀堆棧結(jié)構(gòu)。此制程更包括于這些堆棧結(jié)構(gòu)之間填入又一絕緣層的步驟(o)，并接著循環(huán)進(jìn)行步驟(b)~(o)，以形成更上層的絕緣層與堆棧結(jié)構(gòu)，直到形成預(yù)定層數(shù)的記憶胞為止。此循環(huán)步驟終止于步驟(g)或(n)，且當(dāng)該循環(huán)步驟終止于一步驟(n)時(shí)，該最終步驟(n)的前一步驟(m)并不形成又一半導(dǎo)體層、又一反熔絲層及又一非晶硅層，且步驟(n)并不定義又一非晶硅層、又一反熔絲層及又一半導(dǎo)體層。此循環(huán)步驟也可只進(jìn)行半輪，即由步驟(b)至(g)，以形成僅具有三層記憶胞的內(nèi)存。
如上所述，由于本發(fā)明的PN接面形成方法及單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程中，構(gòu)成PN接面的P型摻雜層與N型摻雜層二者中至少有一個(gè)為單晶硅層，所以PN接面的性質(zhì)較為一致，且在逆向偏壓下的漏電也可減少。因此，利用這種PN接面的單次可程序只讀記憶胞或其它組件的特性也較為一致，且漏電量也可降低。
另一方面，本發(fā)明提供一種單次可程序只讀記憶胞的結(jié)構(gòu)，其包括N型(或P型)的第一摻雜層、反熔絲層、晶核層與P型(或N型)的第二摻雜層。其中，第一摻雜層位于一基底上，且材質(zhì)可為復(fù)晶硅或單晶硅，例如是硅晶圓表層的單晶硅。反熔絲層位于第一摻雜層上，且晶核層位于反熔絲層上。第二摻雜層位于晶核層上，且第二摻雜層的材質(zhì)為單晶硅。
本發(fā)明還提供一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器，其基本單元為上述本發(fā)明的單次可程序只讀記憶胞，且以前述本發(fā)明的第一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程所制得。此內(nèi)存包括多個(gè)長條狀堆棧結(jié)構(gòu)與多個(gè)長條狀硅層，其中長條狀硅層位于堆棧結(jié)構(gòu)上方，并與其交錯(cuò)。每一堆棧結(jié)構(gòu)皆包括由下而上堆棧的N型(或P型)半導(dǎo)體層、反熔絲層，以及晶核層，其中半導(dǎo)體層的材質(zhì)例如為復(fù)晶硅或硅晶圓表層的單晶硅。每一硅層皆為P型(或N型)摻雜，且由交替排列的復(fù)晶硅塊與單晶硅塊構(gòu)成，其中任一單晶硅塊位于與該硅層交疊的一堆棧結(jié)構(gòu)的晶核層上，且任一復(fù)晶硅塊位于二單晶硅塊之間。
本發(fā)明還提供一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器，以前述本發(fā)明的第二種單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程所制得。該內(nèi)存包括多個(gè)長條狀堆棧結(jié)構(gòu)與多個(gè)長條狀導(dǎo)體層，其中長條狀導(dǎo)體層位于堆棧結(jié)構(gòu)上方，并與其交錯(cuò)。每一堆棧結(jié)構(gòu)皆包括由下至上堆棧的N型(或P型)半導(dǎo)體層、反熔絲層，以及P型(或N型)的硅層，其中半導(dǎo)體層的材質(zhì)例如為復(fù)晶硅或硅晶圓表層的單晶硅。每一硅層皆由交替排列的非晶硅塊與單晶硅塊構(gòu)成，其中任一單晶硅塊位于與該硅層交疊的一長條狀導(dǎo)體層之下，且任一非晶硅塊位于二單晶硅塊之間。
如上所述，在本發(fā)明的單次可程序只讀記憶胞或內(nèi)存的結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成PN接面的P型摻雜層與N型摻雜層二者中至少有一個(gè)為單晶硅層，所以所形成的PN接面的性質(zhì)較為一致，且在逆向偏壓下的漏電也可減少。因此，利用這種PN接面的單次可程序只讀記憶胞的特性較為一致，且漏電量也可降低。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1A-1C所示為本發(fā)明第一實(shí)施例的形成PN接面的方法，其中圖1C所示為第一實(shí)施例的單次可程序只讀記憶胞的結(jié)構(gòu)。
圖2A-2C所示為本發(fā)明第二實(shí)施例的形成PN接面的方法。
圖3A-3D所示為本發(fā)明第三實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中圖3B/3C/3D所示為第三實(shí)施例的具有單層/雙層/三層記憶胞的單次可程序只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。
圖4A-4F所示為本發(fā)明第四實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中圖4C/4E/4F所示為第四實(shí)施例的具有單層/雙層/三層記憶胞的單次可程序只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。
圖式標(biāo)示說明100、200基底110、210N型摻雜層120、220介電層 130、230晶核層140、240絕緣層 150、250開口160、260P型硅層 160a、260aP型單晶硅層300、400基底310、410導(dǎo)電層320、358、368、420、456、470N型摻雜層330、360、370、430、460、472反熔絲層(Antifuse Layer)340、362、372、454、466晶核層342、363、367、373、380、442、461、469、475堆棧結(jié)構(gòu)
350、352、374、445、450、476絕緣層353、375、452溝渠354、364、376P型摻雜層356、366、378、458、468、478導(dǎo)體層364a、440a、462a、474aP型單晶硅層/塊440、462、474P型非晶硅層464掩模層具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例請參照圖1A-1C，所示為本發(fā)明第一實(shí)施例的形成PN接面的方法，其中圖1C所示為第一實(shí)施例的單次可程序只讀記憶胞的結(jié)構(gòu)。
請參照圖1A，首先在基底100上形成N型摻雜層110、介電層120與晶核層130的堆棧結(jié)構(gòu)。其中，基底100可以是一絕緣層，也可以是一半導(dǎo)體層，例如是單晶硅晶圓的表層；而當(dāng)基底100為單晶硅晶圓的表層時(shí)，N型摻雜層110可直接形成在基底100中，此時(shí)N型摻雜層110的材質(zhì)即為單晶硅。另外，N型摻雜層110的材質(zhì)亦可為復(fù)晶硅，其例如是以原位摻雜(in-situ doping)的方式沉積在基底100上。介電層120的材質(zhì)例如為氧化硅，其可以低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)或熱氧化法(Thermal Oxidation)形成。晶核層130的材質(zhì)例如為氮化硅，其形成方法例如是低壓化學(xué)氣相沉積法；而當(dāng)介電層120的材質(zhì)為氧化硅時(shí)，則可以加熱氮化介電層120的表層的方式形成氮化硅材質(zhì)的晶核層130。
請參照圖1B，接著在基底100上形成絕緣層140，其材質(zhì)例如為氧化硅，且形成方法例如是常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)。然后于絕緣層140中形成開口150，其步驟例如是包含一光刻制程及其后的各向異性電漿蝕刻制程，再于開口150中填入P型硅層160，其材質(zhì)為復(fù)晶硅或非晶硅，且該填入步驟例如是包含低壓化學(xué)氣相沉積制程(LPCVD)及其后的回蝕(Etching-back，EB)或化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)制程。
請參照圖1C，接著進(jìn)行一回火步驟，以使P型硅層160由鄰接晶核層130處開始再結(jié)晶，如箭號方向所示，而形成P型單晶硅層160a。此回火制程的溫度較佳為500~550℃，且進(jìn)行時(shí)間隨P型硅層160的厚度增加而增長。接著，在N型摻雜層110與P型單晶硅層160a之間施加足夠的正向偏壓，以使晶核層130與介電層120電性崩潰，即得PN接面。
另一方面，本實(shí)施例的單次可程序只讀記憶胞的結(jié)構(gòu)如圖1C所示。此記憶胞包括基底100上的N型摻雜層110、N型摻雜層110上的反熔絲層120、反熔絲層120上的晶核層130，以及晶核層130上的P型單晶硅層160a。當(dāng)然，N型摻雜層110與P型單晶硅層160a的摻雜型態(tài)可以互換，這應(yīng)該是本領(lǐng)域的技術(shù)人員周知的事項(xiàng)。
第二實(shí)施例請參照圖2A-2C，所示為本發(fā)明第二實(shí)施例的形成PN接面的方法。
請參照圖2A，首先在基底200上形成N型摻雜層210、介電層220與P型硅層260的堆棧結(jié)構(gòu)，再于基底200上形成絕緣層240。其中，基底200、N型摻雜層210、介電層220、絕緣層240及P型硅層260的材質(zhì)與形成方法皆如第一實(shí)施例所述。
請參照圖2B，接著在絕緣層240中形成開口250，再于開口250所暴露的P型硅層260上形成晶核層230，其例如為一鍺晶種層。鍺晶種層的形成方法例如是包括下列步驟首先以GeH4為反應(yīng)氣體，在450℃下進(jìn)行選擇性低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)制程，以在P型硅層260上形成復(fù)晶鍺，再于550℃下使復(fù)晶鍺再結(jié)晶，而轉(zhuǎn)變成單晶鍺。
請參照圖1C，接著進(jìn)行一回火步驟，以使晶核層230下方的P型硅層260由鄰接晶核層230處開始再結(jié)晶，如箭號方向所示，而形成P型單晶硅層260a(大致為點(diǎn)線圈起處)。此回火制程的溫度較佳為500~550℃，且進(jìn)行時(shí)間隨P型硅層260的厚度增加而增長。接著，在N型摻雜層210與P型單晶硅層260a間施加足夠的正向偏壓，以使介電層220電性崩潰，即得PN接面。
另外，上述第二實(shí)施例中二摻雜層210與260的摻雜型態(tài)還可互換，這應(yīng)該是本領(lǐng)域的技術(shù)人員周知的事項(xiàng)，故其理由不加贅述。然而，特別值得一提的是，在上述第一與第二實(shí)施例中，當(dāng)N型摻雜層與P型摻雜層中有一者的材質(zhì)為單晶硅，另一者的材質(zhì)為復(fù)晶硅，且二者的主要載子濃度相差甚大以符合特殊需求時(shí)，材質(zhì)為單晶硅者較佳為主要載子濃度較低的摻雜層，以使PN接面的性質(zhì)較為一致。這是因?yàn)樵赑N接面形成后，主要載子濃度較低的摻雜層中的空乏區(qū)比較寬，其均勻性要求也較高，故較佳以晶格排列整齊的單晶硅為其材料。
如上所述，在本發(fā)明第一與第二實(shí)施例的PN接面形成方法中，構(gòu)成PN接面的P型摻雜層與N型摻雜層二者中至少有一者為單晶硅層，所以所形成的PN接面的性質(zhì)較為一致，且在逆向偏壓下的漏電也可減少。因此，利用這種PN接面的單次可程序只讀記憶胞或其它組件的特性也較為一致，且漏電量也可降低。
第三實(shí)施例請參照圖3A-3D，所示為本發(fā)明第三實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中圖3B/3C/3D所示為第三實(shí)施例的具有單層/雙層/三層記憶胞的單次可程序只讀存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。
請參照圖3A，首先依序于基底300上形成導(dǎo)體層310、N型摻雜層320、反熔絲層330及晶核層340。其中，當(dāng)基底300的表層為絕緣體時(shí)，導(dǎo)體層310的材質(zhì)例如為金屬硅化物，其形成方法例如為低壓化學(xué)氣相沉積法；而當(dāng)基底300為單晶硅晶圓的表層時(shí)，導(dǎo)體層310則可為形成在其中的高濃度N型摻雜層(N+layer)。N型摻雜層320的材質(zhì)例如為復(fù)晶硅，其形成方法例如為原位摻雜(in-situ doping)的低壓化學(xué)氣相沉積法；N型摻雜層320也可以是形成在單晶硅晶圓表層的N型摻雜層，此時(shí)N型摻雜層320的材質(zhì)即為單晶硅。反熔絲層330的材質(zhì)例如為氧化硅，其形成方法可為化學(xué)氣相沉積法(CVD)或熱氧化法。晶核層340的材質(zhì)例如為氮化硅，其形成方法例如為低壓化學(xué)氣相沉積法或加熱氮化法。接著使用同一掩模依序圖案化晶核層340、反熔絲層330、N型摻雜層320及導(dǎo)體層310，以形成多條平行的長條狀堆棧結(jié)構(gòu)342，其中導(dǎo)體層310作為第一層記憶胞的字符線。然后，于各堆棧結(jié)構(gòu)342之間填入絕緣層350，其材質(zhì)例如為氧化硅。
請參照圖3B，接著于基底300上形成絕緣層352，再圖案化絕緣層352以形成多條平行溝渠353，其走向與前一絕緣層350中的堆棧結(jié)構(gòu)342垂直。然后，于溝渠353中依序填入P型摻雜層354、導(dǎo)體層356、N型摻雜層358、反熔絲層360及晶核層362，以形成堆棧結(jié)構(gòu)363。其中，P型摻雜層354的材質(zhì)為非晶硅或復(fù)晶硅，導(dǎo)體層356作為第一層與第二層記憶胞的位線，N型摻雜層358、反熔絲層360及晶核層362為第二層記憶胞的一部分，而導(dǎo)體層356、N型摻雜層358、反熔絲層360及晶核層362的材質(zhì)如前所述。此處須特別說明的是，如果只要形成一層記憶胞，則以上步驟僅須進(jìn)行至導(dǎo)體層356的填入步驟即可。接下來進(jìn)行一回火步驟，以使與晶核層340接觸部分的P型摻雜層354轉(zhuǎn)變成單晶硅層，即完成了第一層記憶胞的制作，其中任一P型單晶硅層354、其下方的晶核層340與反熔絲層330，以及與此P型單晶硅層354重疊的部分的N型摻雜層320合組成一個(gè)記憶胞。
請參照圖3C，接著重復(fù)進(jìn)行圖3B所示的形成絕緣層、定義溝渠，以及填入非晶硅或復(fù)晶硅的P型摻雜層(364)與導(dǎo)體層(366)的步驟，其不同之處僅在于此絕緣層中溝渠的走向與前一絕緣層352中溝渠353的走向垂直，即平行紙面的方向，因此該絕緣層及其中的溝渠并未顯示于圖3C中。接著進(jìn)行回火，以使每一晶核層362上方部分的P型摻雜層364轉(zhuǎn)變成單晶硅層364a，即完成第二層的記憶胞，其中任一P型單晶硅層364a、其下方的晶核層362與反熔絲層360，以及與此P型單晶硅層364a重疊的部分的N型摻雜層358合組成一個(gè)記憶胞。另外，導(dǎo)體層366作為第二層記憶胞的字符線。
依此類推，只要繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行上述步驟，即可形成更高層的記憶胞。舉例來說，請參照圖3D，如以鑲嵌的方式在每一導(dǎo)體層366上繼續(xù)形成N型摻雜層368、反熔絲層370與晶核層372，所得的P型摻雜層364、P型單晶硅層364a、導(dǎo)體層366、N型摻雜層368、反熔絲層370與晶核層372的堆棧結(jié)構(gòu)373即與圖3B所示的P型摻雜層354、導(dǎo)體層356、N型摻雜層358、反熔絲層360與晶核層362的堆棧結(jié)構(gòu)363相同，差別僅在于該上下層堆棧結(jié)構(gòu)363與373的走向互相垂直。接著，繼續(xù)形成絕緣層374，并以上述鑲嵌方式形成位于溝渠375中的復(fù)晶硅或非晶硅P型摻雜層376與導(dǎo)體層378的堆棧結(jié)構(gòu)380，然后回火以使晶核層372上的P型摻雜層376轉(zhuǎn)變成單晶硅，即完成了第三層記憶胞。
簡言之，只要不斷重復(fù)圖3B或3D所示的形成絕緣層、定義溝渠，以及以鑲嵌方式形成P型摻雜層、導(dǎo)體層、N型摻雜層、反熔絲層與晶核層的堆棧結(jié)構(gòu)的步驟，即可形成具有多層記憶胞的單次可程序只讀存儲(chǔ)器，其中上下相鄰的兩絕緣層中的溝渠/堆棧結(jié)構(gòu)的走向垂直，如圖3B的堆棧結(jié)構(gòu)342與363的情形。另外，最后一個(gè)循環(huán)所形成的堆棧結(jié)構(gòu)只包含P型摻雜層與導(dǎo)體層而已，如圖3C-3D所示，其中導(dǎo)體層作為最高層記憶胞的字符線或位線。這是因?yàn)樽罡邔佑洃洶喜辉傩纬善渌洃洶?，所以最高層的堆棧結(jié)構(gòu)不必形成N型摻雜層、反熔絲層與晶核層。
另一方面，就本第三實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)而言，如只要形成單層記憶胞，則以上步驟進(jìn)行至圖3B所示的導(dǎo)體層356的填入步驟即可；如只要形成兩層記憶胞，則以上步驟進(jìn)行至第3C圖所示的導(dǎo)體層366的填入步驟即可。歸納來說，如圖3C與3D所示，本第三實(shí)施例的三度空間單次可程序只讀存儲(chǔ)器包括至少三層長條狀堆棧結(jié)構(gòu)，其中上下相鄰兩層的堆棧結(jié)構(gòu)的走向不同(如363與373)，而每一堆棧結(jié)構(gòu)(以363為例)皆包括由下至上堆棧的P型硅層(354)、導(dǎo)體層(356)、N型半導(dǎo)體層(358)、反熔絲層(360)，以及晶核層(362)。其中，最下層的堆棧結(jié)構(gòu)342不包含P型硅層，如圖3C-3D所示，導(dǎo)體層310下并無P型硅層；并且，最上層的堆棧結(jié)構(gòu)不包含N型半導(dǎo)體層、反熔絲層與晶核層，如圖3D所示，導(dǎo)體層378之上并無其它層。另外，每一P型硅層(以364為例)皆由多個(gè)單晶硅塊(364a)與其間的復(fù)晶硅塊構(gòu)成，其中任一單晶硅塊(364a)位于與此P型硅層(364)交疊的一下層堆棧結(jié)構(gòu)(363)的晶核層(362)之上，且任一復(fù)晶硅塊位于二單晶硅塊(364a)之間。
另外，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，上述第三實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器中各P型摻雜層與N型摻雜層的摻雜型態(tài)也可互換，以滿足實(shí)際的需求。
如上所述，在本發(fā)明第三實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器中，構(gòu)成PN接面的P型摻雜層與N型摻雜層二者中至少有一者為單晶硅層，所以PN接面的性質(zhì)較為一致，且在逆向偏壓下的漏電也可減少。因此，利用這種PN接面的單次可程序只讀記憶胞的特性也較為一致，且漏電量也可降低。
另外，本實(shí)施例將定義單晶硅的形成位置的步驟與制程中原本即需的鑲嵌制程整合，亦即在層間絕緣層的開口所暴露的晶核層上形成單晶硅層。因此，本發(fā)明不必如習(xí)知方法般使用一道額外的光罩來定義高晶核密度層(等同于上述晶核層)或低晶核密度層(等同于上述反熔絲層)。
第四實(shí)施例圖4A-4F所示為本發(fā)明第四實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中圖4C/4E/4F所示為第四實(shí)施例的具有單層/雙層/三層記憶胞的單次可程序只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。
請參照圖4A，首先依序于基底400上形成導(dǎo)電層410、N型摻雜層420、反熔絲層430與P型非晶硅層440，其中導(dǎo)體層410、N型摻雜層420、反熔絲層430的材質(zhì)與形成方法可如前面所述。接著，依序圖案化上述各層，以形成多條平行的長條狀堆棧結(jié)構(gòu)442，然后在各堆棧結(jié)構(gòu)的442間填入絕緣層445。其中，導(dǎo)體層410作為第一層記憶胞的字符線。
請參照圖4B，接著在基底400上形成另一絕緣層450，再于其中形成多條平行溝渠452，其走向與絕緣層445中的堆棧結(jié)構(gòu)442相垂直。然后于溝渠452所暴露的P型非晶硅層440上形成晶核層454，其例如為一鍺晶種層。由于鍺晶種層的形成方法已于第二實(shí)施例中詳述，故不再加以贅述。接著進(jìn)行一回火步驟，其溫度較佳介于500℃到550℃之間，以使晶核層454下方部分的P型非晶硅層440轉(zhuǎn)變成P型單晶硅層440a。此時(shí)P型單晶硅層440a、N型摻雜層420及其間的反熔絲層430即構(gòu)成了第一層的記憶胞。
請參照圖4C，接著去除晶核層454，再依序于溝渠452中填入導(dǎo)體層456、N型摻雜層458與反熔絲層460，以形成堆棧結(jié)構(gòu)461，其中導(dǎo)體層456作為其下方第一層記憶胞與其上方第二層記憶胞的位線，而N型摻雜層458與反熔絲層460為第二層記憶胞的一部分。也就是說，如只要形成一層記憶胞，則以上步驟進(jìn)行至導(dǎo)體層456的填入步驟即可。
請參照圖4D，接著在基底400上方形成另一P型非晶硅層462，然后于P型非晶硅層462上形成圖案化的掩模層464，其暴露出P型非晶硅層462的多個(gè)部分，其中每一個(gè)部分位于一N型摻雜層458的上方，故其呈亦長條狀。此掩模層464的材質(zhì)例如為低溫氧化硅(Low-Temperature Oxide，LTO)，其以電漿化學(xué)氣相沉積法(PECVD)形成。然后，在P型非晶硅層462所暴露出的長條狀部分上形成長條狀的晶核層466，其例如為上述鍺晶種層。接著進(jìn)行回火，以使晶核層466下方的P型非晶硅層462轉(zhuǎn)變成P型單晶硅層462a。在形成P型單晶硅層462a之后，即可去除掩模層464與晶核層466。
請參照圖4E，接著在包含單晶硅層462a的P型非晶硅層462上形成導(dǎo)體層468，再定義導(dǎo)體層468與包含單晶硅層462a的P型非晶硅層462，以形成堆棧結(jié)構(gòu)469，其走向與前一絕緣層450之中的堆棧結(jié)構(gòu)461垂直，而與最底層的堆棧結(jié)構(gòu)442相同。其中，定義后的導(dǎo)體層468作為第二層記憶胞的字符線。如此，即完成了第二層記憶胞，其中任一P型單晶硅層462a、其下方的反熔絲層460，以及此P型單晶硅層462a下方部分的N型摻雜層458構(gòu)成一個(gè)單次可程序只讀記憶胞。
再者，如同第三實(shí)施例的情形，只要循環(huán)進(jìn)行上述步驟，本第四實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程亦可形成具有多層記憶胞的三度空間內(nèi)存。請同時(shí)參照圖4E與4F，如欲形成第三層記憶胞，則須在定義導(dǎo)體層468與包含單晶硅層462a的P型非晶硅層462之前，先于導(dǎo)體層468上形成更上層的N型摻雜層470、反熔絲層472與P型非晶硅層474，然后再依序圖案化P型非晶硅層474、反熔絲層472、N型摻雜層470、導(dǎo)體層468與P型非晶硅層462，以形成長條狀的堆棧結(jié)構(gòu)475，其走向與前一絕緣層450中的堆棧結(jié)構(gòu)461垂直。接著，重復(fù)圖4B所示的單晶硅層(440a)的形成步驟至圖4C所示的導(dǎo)體層(456)的填入步驟，以形成單晶硅層474a、絕緣層476及鑲嵌于絕緣層476中的導(dǎo)體層478，即得具有三層記憶胞的OTP-ROM。
再者，如在堆棧結(jié)構(gòu)475形成后，重復(fù)圖4B所示的單晶硅層(440a)的形成步驟至圖4E所示的定義字符線(468)的步驟，即得具有四層記憶胞的OTP-ROM。依此類推，直到制作出預(yù)定層數(shù)的記憶胞為止。
另一方面，就本第四實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)而言，如只要形成單層記憶胞，則以上步驟進(jìn)行至圖4C所示的導(dǎo)體層456的填入步驟即可；如只要形成兩層記憶胞，則以上步驟進(jìn)行至圖4E所示的導(dǎo)體層468及P型非晶硅層462的定義步驟即可。歸納來說，如圖4E-4F所示，本第四實(shí)施例的三度空間單次可程序只讀存儲(chǔ)器包括至少三層的長條狀堆棧結(jié)構(gòu)(442、461與469)，其中上下相鄰兩層的長條狀堆棧結(jié)構(gòu)的走向不同，如442與461的情形，或461與469的情形。
請繼續(xù)參照圖4E-4F，奇數(shù)層中的每一堆棧結(jié)構(gòu)(以475為例)包括由下至上堆棧的P型下硅層(462)、導(dǎo)體層(468)、N型半導(dǎo)體層(470)、反熔絲層(472)，以及P型上硅層(474)。其中，第一層的堆棧結(jié)構(gòu)不包括下硅層，如圖4E-4F所示，導(dǎo)體層410之下并無其它層。另外，當(dāng)最頂層者為奇數(shù)層時(shí)，該最頂層的堆棧結(jié)構(gòu)不包括N型半導(dǎo)體層、反熔絲層及P型上硅層，如圖4E所示，其最頂層為第3層，且導(dǎo)體層468之上并無其它層。各偶數(shù)層中的每一堆棧結(jié)構(gòu)(以461為例)包括由下至上堆棧的導(dǎo)體層(456)、N型半導(dǎo)體層(458)，以及反熔絲層(460)。另外，當(dāng)最頂層為偶數(shù)層時(shí)，此最頂層的堆棧結(jié)構(gòu)并不包括半導(dǎo)體層與反熔絲層，如第4F所示，其最頂層為第4層，且導(dǎo)體層478之上并無其它層。同時(shí)，奇數(shù)層的堆棧結(jié)構(gòu)的下硅層(以462為例)由下單晶硅塊(462a)與其間的下非晶硅塊構(gòu)成，其中任一下單晶硅塊(462a)位于與該下硅層(462)交疊的一下偶數(shù)層堆棧結(jié)構(gòu)(461)的反熔絲層(460)之上，且任一下非晶硅塊位于二下單晶硅塊(462a)之間。另外，奇數(shù)層的堆棧結(jié)構(gòu)的上硅層(以440為例)由上單晶硅塊(440a)與其間的上非晶硅塊所構(gòu)成，其中任一上單晶硅塊(440a)位于與該上硅層(440)交疊的一上偶數(shù)層堆棧結(jié)構(gòu)(461)的導(dǎo)體層(456)之下，且任一上非晶硅塊位于二上單晶硅塊(440a)之間。
另外，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，上述第四實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器中各P型摻雜層與N型摻雜層的摻雜型態(tài)也可互換，以滿足實(shí)際的需求。
如上所述，在本發(fā)明第四實(shí)施例的單次可程序只讀存儲(chǔ)器中，構(gòu)成PN接面的P型摻雜層與N型摻雜層二者中至少有一者為單晶硅層，所以PN接面的性質(zhì)較為一致，且在逆向偏壓下的漏電也可減少。因此，利用此種PN接面的單次可程序只讀記憶胞的特性也較為一致，且漏電量也可降低。
另外，圖4B所示的單晶硅層形成步驟與制程中原本即有的鑲嵌制程整合，亦即在層間絕緣層450的開口452中形成晶核層454，再使其下方的非晶硅轉(zhuǎn)變成單晶硅。因此，此步驟不必形成并圖案化額外的犧牲層以定義晶核層的形成位置。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種形成PN接面的方法，包括于一基底上形成一堆棧結(jié)構(gòu)，該堆棧結(jié)構(gòu)包括由下至上的一第一摻雜層、一介電層與一晶核層；于該基底上形成具有一開口的一絕緣層，該開口暴露出部分的該晶核層；于該開口中形成一第二摻雜層，該第二摻雜層的材質(zhì)為復(fù)晶硅與非晶硅二者之一；進(jìn)行一回火步驟，以使該第二摻雜層轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏谝粏尉Ч鑼樱灰约笆乖摻殡妼与娦员罎?，該第一摻雜層與該第二摻雜層二者中有一者為P型摻雜，另一者為N型摻雜。
2.如權(quán)利要求1所述的形成PN接面的方法，其中該第一摻雜層包括一第二單晶硅層。
3.如權(quán)利要求1所述的形成PN接面的方法，其中該第一摻雜層包括一復(fù)晶硅層。
4.如權(quán)利要求3所述的形成PN接面的方法，其中該第二摻雜層的主要載子濃度小于該第一摻雜層的主要載子濃度。
5.如權(quán)利要求1所述的形成PN接面的方法，其中該晶核層包括一氮化硅層。
6.如權(quán)利要求1所述的形成PN接面的方法，其中該介電層的材質(zhì)包括氧化硅。
7.一種形成PN接面的方法，包括于一基底上形成一堆棧結(jié)構(gòu)，該堆棧結(jié)構(gòu)包括由下至上的堆棧一第一摻雜層、一介電層及一第二摻雜層，其中該第一與該第二摻雜層二者之一為P型摻雜層，另一為N型摻雜層，且該第二摻雜層的材質(zhì)為復(fù)晶硅與非晶硅二者之一；于該基底上形成具有一開口的一絕緣層，該開口暴露出部分該第二摻雜層；于該開口中的該第二摻雜層上形成一晶核層；進(jìn)行一回火步驟，以使該晶核層下方的該第二摻雜層轉(zhuǎn)變?yōu)橐坏谝粏尉Ч鑼樱灰约笆乖摻殡妼与娦员罎ⅰ?br> 8.如權(quán)利要求7所述的形成PN接面的方法，其中該第一摻雜層包括一第二單晶硅層。
9.如權(quán)利要求第7項(xiàng)所述的形成PN接面的方法，其中該第一摻雜層包括一復(fù)晶硅層。
10.如權(quán)利要求9所述的形成PN接面的方法，其中該第二摻雜層的主要載子濃度小于該第一摻雜層的主要載子濃度。
11.如權(quán)利要求7所述的形成PN接面的方法，其中該晶核層包括一鍺晶種層。
12.如權(quán)利要求11所述的形成PN接面的方法，其中形成該鍺晶種層的方法包括選擇性地在該開口所暴露的該第二摻雜層上沉積鍺；以及進(jìn)行回火以使沉積的鍺轉(zhuǎn)變成單晶鍺。
13.一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，包括(a).提供一基底，該基底上已形成有一絕緣層，以及位于該絕緣層中的復(fù)數(shù)個(gè)溝渠中的復(fù)數(shù)個(gè)長條狀的堆棧結(jié)構(gòu)，任一堆棧結(jié)構(gòu)包括由下而上堆棧的具有一第一摻雜型態(tài)的一半導(dǎo)體層、一反熔絲層，以及一晶核層；(b).于該基底上形成次一絕緣層；(c).于該次一絕緣層中形成復(fù)數(shù)個(gè)溝渠，這些溝渠的走向與前一絕緣層中的溝渠不同，而暴露出每一晶核層的復(fù)數(shù)個(gè)部分；(d).于該次一絕緣層的這些溝渠中填入具一第二摻雜型態(tài)的一復(fù)晶硅層；以及(e).進(jìn)行一回火步驟，以使每一晶核層的每一這些部分上方的該復(fù)晶硅層轉(zhuǎn)變成一單晶硅層，一單晶硅層、該單晶硅層下方的該晶核層與該反熔絲層，以及該單晶硅層下方的一半導(dǎo)體層中與該單晶硅層重疊的部分作為一記憶胞。
14.如權(quán)利要求13所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中每一堆棧結(jié)構(gòu)更包括位于該半導(dǎo)體層下方的一導(dǎo)體層；并且該方法更包括(f).于該次一絕緣層的每一溝渠中填入次一導(dǎo)體層。
15.如權(quán)利要求14所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，更包括下列步驟，以形成一三度空間內(nèi)存(g).于該次一絕緣層的每一溝渠中的次一導(dǎo)電層上形成具有該第一摻雜型態(tài)的次一半導(dǎo)體層、次一反熔絲層及次一晶核層，而構(gòu)成次一堆棧結(jié)構(gòu)；以及循環(huán)進(jìn)行步驟(b)-(g)，以形成更上層的絕緣層與堆棧結(jié)構(gòu)，直至形成預(yù)定層數(shù)的記憶胞為止，其中上下相鄰兩絕緣層中的溝渠走向不同，且最后一個(gè)循環(huán)不進(jìn)行步驟(g)。
16.如權(quán)利要求14所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中在該基底上形成該絕緣層與這些堆棧結(jié)構(gòu)的方法包括依序于該基底上沉積一導(dǎo)體材料、一第一型摻雜半導(dǎo)體材料、一反熔絲材料及一晶核材料；圖案化該晶核材料、該反熔絲材料、該第一型摻雜半導(dǎo)體材料及該導(dǎo)體材料，以形成這些堆棧結(jié)構(gòu)；以及于這些堆棧結(jié)構(gòu)之間填入一絕緣材料。
17.如權(quán)利要求13所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中該晶核層的材質(zhì)包括氮化硅。
18.如權(quán)利要求13所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中該反熔絲層的材質(zhì)包括氧化硅。
19.一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，包括(a).提供一基底，該基底上已形成有一絕緣層，以及位于該絕緣層中的復(fù)數(shù)個(gè)溝渠中的復(fù)數(shù)個(gè)長條狀的堆棧結(jié)構(gòu)，任一堆棧結(jié)構(gòu)包括由下至上堆棧的具有一第一摻雜型態(tài)的一半導(dǎo)體層、一反熔絲層，以及具有一第二摻雜型態(tài)的一非晶硅層；(b).于該基底上形成次一絕緣層；(c).于該次一絕緣層中形成復(fù)數(shù)個(gè)溝渠，這些溝渠的走向與前一絕緣層中的溝渠不同，而暴露出前一絕緣層中每一非晶硅層的復(fù)數(shù)個(gè)部分；(d).于該次一絕緣層的這些溝渠中形成一晶核層；(e).進(jìn)行一回火步驟，以使每一非晶硅層的每一這些部分轉(zhuǎn)變成一單晶硅層；(f).去除該晶核層；以及(g).于該次一絕緣層的每一溝渠中形成一導(dǎo)體層，一單晶硅層、該單晶硅層下方的該反熔絲層，以及該單晶硅層下方的一半導(dǎo)體層中與該單晶硅層重疊的部分作為一記憶胞。
20.如權(quán)利要求19所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中在該次一絕緣層的這些溝渠中形成該晶核層的方法包括選擇性地在這些溝渠所暴露的這些非晶硅層的這些部分上沉積鍺；進(jìn)行回火以使沉積的鍺轉(zhuǎn)變成單晶鍺。
21.如權(quán)利要求19所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，更包括下列步驟(h).于該次一絕緣層的每一溝渠中的該導(dǎo)體層上形成具有該第一摻雜型態(tài)的次一半導(dǎo)體層及次一反熔絲層；(i).于該基底上形成具有該第二摻雜型態(tài)的次一非晶硅層；(j).于該次一非晶硅層上形成復(fù)數(shù)個(gè)長條狀的晶核層，其中任一晶核層位在一次一半導(dǎo)體層的上方；(k).進(jìn)行一回火步驟，以使這些晶核層下方的復(fù)數(shù)個(gè)部分的該次一非晶硅層轉(zhuǎn)變成單晶硅；(l).去除這些晶核層；(m).于包含單晶硅在內(nèi)的該次一非晶硅層上形成次一導(dǎo)體層；以及(n).定義該次一導(dǎo)體層與包含單晶硅在內(nèi)的該次一非晶硅層，以形成復(fù)數(shù)個(gè)長條狀堆棧結(jié)構(gòu)，這些堆棧結(jié)構(gòu)的走向與該次一絕緣層中的這些溝渠不同。
22.如權(quán)利要求21所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中于該次一非晶硅層上形成復(fù)數(shù)個(gè)晶核層，即步驟(j)的方法包括于該次一非晶硅層上形成一掩模層；圖案化該掩模層以形成復(fù)數(shù)個(gè)溝渠，其中任一溝渠暴露出位于一次一半導(dǎo)體層上方的長條狀部分的該次一非晶硅層；以及選擇性地在暴露出的該次一非晶硅層上形成單晶鍺，以作為這些晶核層；并且該制造方法更包括在形成該次一導(dǎo)體層之前去除該掩模層。
23.如權(quán)利要求22所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中該掩模層的材質(zhì)包括低溫氧化硅(LTO)。
24.如權(quán)利要求21所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中步驟(m)更包括依序于該次一導(dǎo)體層上形成具有該第一摻雜型態(tài)的又一半導(dǎo)體層、又一反熔絲層及具有該第二摻雜的又一非晶硅層，且步驟(n)依序定義該又一非晶硅層、該又一反熔絲層、該又一半導(dǎo)體層、該次一導(dǎo)體層與該次一非晶硅層，而得復(fù)數(shù)個(gè)長條狀堆棧結(jié)構(gòu)，這些堆棧結(jié)構(gòu)的走向與該次一絕緣層中的這些溝渠不同；且該制造方法更包括(o).于這些堆棧結(jié)構(gòu)之間填入又一絕緣層；以及循環(huán)進(jìn)行步驟(b)-(o)，以形成更上層的絕緣層與堆棧結(jié)構(gòu)，直到形成預(yù)定層數(shù)的記憶胞為止，該循環(huán)步驟終止于步驟(g)或(n)，且當(dāng)該循環(huán)步驟終止于一步驟(n)時(shí)，該最終步驟(n)及其前一步驟(m)如權(quán)利要求21所述。
25.如權(quán)利要求19所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中每一堆棧結(jié)構(gòu)更包括位于該半導(dǎo)體層下方的一底導(dǎo)體層。
26.如權(quán)利要求25所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中在該基底上形成這些堆棧結(jié)構(gòu)的方法包括依序于該基底上沉積一導(dǎo)體材料、一第一型摻雜半導(dǎo)體材料、一反熔絲材料及一第二型摻雜非晶硅材料；圖案化該第二型摻雜非晶硅材料、該反熔絲材料、該第一型摻雜半導(dǎo)體材料及該導(dǎo)體材料，以形成這些堆棧結(jié)構(gòu)；以及于這些堆棧結(jié)構(gòu)之間填入一絕緣材料。
27.如權(quán)利要求19所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程，其中該晶核層包括一鍺晶種層。
28.一種單次可程序只讀記憶胞，包括一第一摻雜層，位于一基底上，并具有一第一摻雜型態(tài)；一反熔絲層，位于該第一摻雜層上；一晶核層，位于該反熔絲層上；以及一第二摻雜層，位于該晶核層上，并具有一第二摻雜型態(tài)，該第二摻雜層的材質(zhì)為單晶硅。
29.如權(quán)利要求28所述的單次可程序只讀記憶胞，其中該第一摻雜層的材質(zhì)包括單晶硅。
30.如權(quán)利要求28所述的單次可程序只讀記憶胞，其中該第一摻雜層的材質(zhì)為復(fù)晶硅。
31.如權(quán)利要求30所述的單次可程序只讀記憶胞，其中該第二摻雜層的主要載子濃度小于該第一摻雜層的主要載子濃度。
32.如權(quán)利要求28所述的單次可程序只讀記憶胞，其中該晶核層的材質(zhì)包括氮化硅。
33.如權(quán)利要求28所述的單次可程序只讀記憶胞，其中該反熔絲層的材質(zhì)包括氧化硅。
34.一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器，包括復(fù)數(shù)個(gè)長條狀的堆棧結(jié)構(gòu)，每一堆棧結(jié)構(gòu)皆包括由下而上堆棧的具有一第一摻雜型態(tài)的一半導(dǎo)體層、一反熔絲層，以及一晶核層；以及具有一第二摻雜型態(tài)的復(fù)數(shù)個(gè)長條狀硅層，位于這些堆棧結(jié)構(gòu)上方，且與這些堆棧結(jié)構(gòu)交錯(cuò)，每一長條狀硅層皆由交替排列的復(fù)數(shù)個(gè)復(fù)晶硅塊與復(fù)數(shù)個(gè)單晶硅塊構(gòu)成，任一單晶硅塊位于與該長條狀硅層交疊的一堆棧結(jié)構(gòu)的該晶核層之上，且任一復(fù)晶硅塊位于二單晶硅塊之間。
35.如權(quán)利要求34所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器，其中每一堆棧結(jié)構(gòu)更包括位于該半導(dǎo)體層下方的一底導(dǎo)體層，且每一長條狀硅層上更配置有一上導(dǎo)體層。
36.如權(quán)利要求34所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器，其中該晶核層的材質(zhì)包括氮化硅。
37.如權(quán)利要求34所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器，其中該反熔絲層的材質(zhì)包括氧化硅。
38.一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器，包括至少三層長條狀的堆棧結(jié)構(gòu)，每一層皆包括復(fù)數(shù)個(gè)堆棧結(jié)構(gòu)，且上下相鄰兩層的堆棧結(jié)構(gòu)的走向不同，而每一堆棧結(jié)構(gòu)包括由下至上堆棧的具有一第二摻雜型態(tài)的一硅層、一導(dǎo)體層、具有一第一摻雜型態(tài)的一半導(dǎo)體層、一反熔絲層，以及一晶核層，最下層的堆棧結(jié)構(gòu)不包含該硅層，且最上層的堆棧結(jié)構(gòu)不包含該半導(dǎo)體層、該反熔絲層與該晶核層；并且每一硅層皆由交替排列的復(fù)數(shù)個(gè)復(fù)晶硅塊與復(fù)數(shù)個(gè)單晶硅塊構(gòu)成，任一單晶硅塊位于與該硅層交疊的一下層堆棧結(jié)構(gòu)的該晶核層之上，且任一復(fù)晶硅塊位于二單晶硅塊之間。
39.一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器，包括復(fù)數(shù)個(gè)長條狀堆棧結(jié)構(gòu)，其位于一基底上，每一堆棧結(jié)構(gòu)皆包括由下至上堆棧的具有一第一摻雜型態(tài)的一半導(dǎo)體層、一反熔絲層，以及具有一第二摻雜型態(tài)之一硅層；以及復(fù)數(shù)個(gè)長條狀導(dǎo)體層，其位于這些堆棧結(jié)構(gòu)上方，這些長條狀導(dǎo)體層的走向與這些堆棧結(jié)構(gòu)不同，而與這些堆棧結(jié)構(gòu)交錯(cuò)，每一硅層皆由交替排列的復(fù)數(shù)個(gè)非晶硅塊與復(fù)數(shù)個(gè)單晶硅塊構(gòu)成，任一單晶硅塊位于與該硅層交疊的一長條狀導(dǎo)體層之下，且任一非晶硅塊位于二單晶硅塊之間。
40.如權(quán)利要求39所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器，其中每一堆棧結(jié)構(gòu)更包括位于該半導(dǎo)體層下方的一底導(dǎo)體層。
41.如權(quán)利要求39所述的單次可程序只讀存儲(chǔ)器，其中該反熔絲層的材質(zhì)包括氧化硅。
42.一種單次可程序只讀存儲(chǔ)器，包括至少三層長條狀的堆棧結(jié)構(gòu)，每一層皆包括復(fù)數(shù)個(gè)堆棧結(jié)構(gòu)，且上下相鄰兩層的堆棧結(jié)構(gòu)的走向不同，各奇數(shù)層中的每一堆棧結(jié)構(gòu)皆包括由下至上堆棧的具有一第二摻雜型態(tài)的一下硅層、一導(dǎo)體層、具有一第一摻雜型態(tài)的一半導(dǎo)體層、一反熔絲層，以及具有該第二摻雜型態(tài)的一上硅層，第一層的堆棧結(jié)構(gòu)不包括該下硅層，且當(dāng)最頂層為奇數(shù)層時(shí)，該最頂奇數(shù)層的堆棧結(jié)構(gòu)不包括該半導(dǎo)體層、該反熔絲層及該上硅層；各偶數(shù)層中的每一堆棧結(jié)構(gòu)皆包括由下至上堆棧的一導(dǎo)體層、具有該第一摻雜型態(tài)的一半導(dǎo)體層，以及一反熔絲層，且當(dāng)最頂層為偶數(shù)層時(shí)，該最頂偶數(shù)層的堆棧結(jié)構(gòu)不包括該半導(dǎo)體層與該反熔絲層；一奇數(shù)層中的每一堆棧結(jié)構(gòu)的該下硅層由交替排列的復(fù)數(shù)個(gè)下非晶硅塊與復(fù)數(shù)個(gè)下單晶硅塊構(gòu)成，任一下單晶硅塊位于與該下硅層交疊的一下偶數(shù)層堆棧結(jié)構(gòu)的該反熔絲層之上，且任一下非晶硅塊位于二下單晶硅塊之間；并且一奇數(shù)層中的每一堆棧結(jié)構(gòu)的該上硅層由交替排列的復(fù)數(shù)個(gè)上非晶硅塊與復(fù)數(shù)個(gè)上單晶硅塊構(gòu)成，任一上單晶硅塊位于與該上硅層交疊的一上偶數(shù)層堆棧結(jié)構(gòu)的該導(dǎo)體層之下，且任一上非晶硅塊位于二上單晶硅塊之間。
全文摘要
一種形成PN接面的方法，以及相關(guān)的單次可程序只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與制程。其中，PN接面形成方法是先形成N型摻雜層－介電層－晶核層的堆棧結(jié)構(gòu)，再于基底上形成具有開口的絕緣層。接著于開口中形成P型復(fù)晶硅或非晶硅層，再進(jìn)行回火，以使復(fù)晶硅或非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч鑼?，然后使介電層電性崩潰。單次可程序只讀存儲(chǔ)器制程應(yīng)用上述PN接面形成方法而得到，其中下方摻雜層、介電層與晶核層構(gòu)成一長條狀堆棧結(jié)構(gòu)，且絕緣層中所形成者為溝渠，其走向與長條狀堆棧結(jié)構(gòu)不同。
文檔編號H01L21/70GK1591780SQ0315648
公開日2005年3月9日 申請日期2003年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月1日
發(fā)明者吳昭誼, 李明修 申請人:旺宏電子股份有限公司