專利名稱：包括作為熔絲元件的二極管的熔絲存儲單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔絲存儲單元，包括通過將二極管轉(zhuǎn)換到高阻狀態(tài) 來編程的低阻二極管。
背景技術(shù)：
已知非易失性存儲單元釆用垂直定向的二極管，所述二極管置于導(dǎo) 體之間，所述二極管與反熔絲(antifuse)配對，或具有插入在二極管 部分之間的反熔絲。形成時(shí)，當(dāng)施加讀電壓時(shí)，單元傳導(dǎo)很少的電流或 不傳導(dǎo)電流。通過在導(dǎo)體之間、二極管和反熔絲兩端施加高電壓，使反 熔絲破裂，并且創(chuàng)建橫跨單元的低阻通道，使得當(dāng)施加相同的讀電壓時(shí) 增加的電流在導(dǎo)體之間流過，從而對單元編程。
大體上，在半導(dǎo)體應(yīng)用中，將更多的器件封裝到較小的管芯區(qū)域中 對于增加密度是有利的。因?yàn)橐匀找孀冃〉某叨葋碇圃鞂⒎慈劢z與二極 管配對的存儲單元，對單元編程所需的能量和足夠毀壞單元的能量之間的窗口減小。
因此，需要非易失性可一次編程的存儲單元，可以縮放到較小的維 度而保持容易地可編程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過以下權(quán)利要求限定，并且不能將此部分理解為對那些權(quán) 利要求的限制。大體上，本發(fā)明涉及一種熔絲存儲單元，包括在未編程 的、低阻狀態(tài)下形成的二極管，所述低阻狀態(tài)被轉(zhuǎn)換成已編程的、高阻 狀態(tài)，二極管本身作為熔絲。
本發(fā)明的第一方面提供一種具有未編程和已編程的狀態(tài)的非易失 性熔絲存儲單元，包括半導(dǎo)體結(jié)型二極管，其中當(dāng)單元從未編程的狀態(tài) 轉(zhuǎn)變成已編程的狀態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體結(jié)型二極管擔(dān)當(dāng)熔絲。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元，包 括以第一高度在襯底上形成的多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的第一導(dǎo)體；以第二高度
在襯底上形成的多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的第二導(dǎo)體，其中，第二高度與第一高度
不同；多個(gè)導(dǎo)電柱，每一個(gè)柱設(shè)置在第一導(dǎo)體之一和第二導(dǎo)體之一之間， 并且每一個(gè)柱與第一柱之一和第二柱之一電接觸，其中每一個(gè)柱均包括 硅化物層。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供一種存儲單元的單片三維存儲陣列，包 括第一存儲級，第一存儲級包括多個(gè)第一存儲單元，多個(gè)第一存儲單
元的每一個(gè)存儲單元均具有未編程的和已編程的狀態(tài)，每一個(gè)存儲單元 包括半導(dǎo)體結(jié)型二極管，其中當(dāng)將單元從未編程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到已編程的
狀態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體結(jié)型二極管擔(dān)當(dāng)熔絲；以及第二存儲級，在第一存儲級 上面單片地形成第二存儲級。
另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供一種單片三維存儲陣列，包括在襯底上形 成的第一存儲級，第一存儲級包括以第一高度在襯底上形成的多個(gè)實(shí)質(zhì) 平行的下部導(dǎo)體，和以第二高度在襯底上形成的多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的上部導(dǎo) 體，其中第二高度超過第一高度；以及多個(gè)柱，每一個(gè)柱均設(shè)置在第一 導(dǎo)體之一和第二導(dǎo)體之一之間，其中每一個(gè)柱包括結(jié)型二極管和硅化物 層，其中每一個(gè)結(jié)型二極管均與下部導(dǎo)體之一和上部導(dǎo)體之一電接觸；以及在第一存儲級上單片地形成的第二存儲級。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種用于形成熔絲存儲單元、并且對其編 程的方法，所述方法包括形成存儲單元，所述存儲單元包括具有未編 程的低阻狀態(tài)的半導(dǎo)體結(jié)型二極管；并且通過將二極管轉(zhuǎn)換到已編程的 高阻狀態(tài)來對存儲單元編程。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種用于形成多個(gè)未編程的熔絲存儲單 元的方法，所述方法包括以第一高度在襯底上形成多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的第 一導(dǎo)體；形成多個(gè)第一半導(dǎo)體結(jié)型二極管，每一個(gè)第一半導(dǎo)體結(jié)型二極 管位于第一導(dǎo)體之一上并且與其電接觸；在第一半導(dǎo)體結(jié)型二極管的每 一個(gè)上形成硅化物層，并且與其接觸；以及以第二高度在襯底上形成多 個(gè)實(shí)質(zhì)平行的第二導(dǎo)體，每一個(gè)硅化物層與第二導(dǎo)體之一電接觸。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供一種用于形成單片三維存儲陣列 的方法，所述方法包括通過以下方法形成存儲單元的第一存儲級以第 一高度在襯底上形成多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的下部導(dǎo)體；以第二高度在襯底上形 成的多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的上部導(dǎo)體，第二高度超過第一高度；以及形成多個(gè) 柱，每一個(gè)柱均設(shè)置在第一導(dǎo)體之一和第二導(dǎo)體之一之間并且與第一導(dǎo) 體之一和第二導(dǎo)體之一電接觸，其中每一個(gè)柱包括硅化物層；以及在第 一存儲級上單片地形成第二存儲級。
在這里描述的本發(fā)明的每一個(gè)方面和實(shí)施例均可以單獨(dú)使用或彼 此組合使用。
現(xiàn)在將參考附圖描述優(yōu)選的方面和實(shí)施例。


圖la和圖lb是包括以不同特征尺寸形成的導(dǎo)體之間的結(jié)型二極管
和反熔絲的相同存儲單元的透視圖。
圖2a-2d示出了說明根據(jù)本發(fā)明形成的多個(gè)存儲單元的制作的剖面圖。
圖3a和圖3b是示出了在本發(fā)明的存儲單元中使用的p-i-n結(jié)型二 極管的優(yōu)選結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4是包括不具有在頂部和底部導(dǎo)體之間設(shè)置的電介質(zhì)破裂反熔絲
13的垂直定向結(jié)型二極管的存儲單元的透視圖。
圖5是包括根據(jù)本發(fā)明形成的單元的存儲器的一種可能電路布局的 平面圖。
圖6a和6b是包括熔絲和非熔絲存儲單元的存儲級的形成和預(yù)處理 中的步驟的平面圖。
具體實(shí)施例方式
半導(dǎo)體結(jié)型二極管(例如，p-n二極管或p-i-n二極管)己經(jīng)與電介 質(zhì)破裂反熔絲配對以形成存儲單元。二極管插入到導(dǎo)體之間，并且將編 程電壓施加到導(dǎo)體之間，以使反熔絲破裂，并且對存儲單元編程。示例 包括在以下文件中描述的存儲單元和存儲陣列Herner等人于2002年12 月19日遞交的美國專利申請No. 10/326, 470， "An Improved Method for Making High Density Nonvolatile Memory"(下文中的470申請)； Johnson等人的美國專利No.6，034,882， "Vertically stacked field programmable nonvolatile memory and method of fabrication"(下 文中的882專利)；Johnson的美國專利No. 6， 525， 953， "Vertically stacked 'field programmable nonvolatile memory and method of fabrication " ; Knall等人的美國專利No. 6， 420, 215 ， " Three Dimensional Memory Array and Method of Fabrication" ; Vyvoda等 人2002年6月27日遞交的美國專利申請No. 10/185507， "Electrically Isolated Pillars in Active Devices"; Cleeves等人2003年12月5曰遞 交的美國專利申請No. 10/728， 451 " Optimization of Critical Dimensions and Pitch of Patterned Features in and Above a Substrate " ; Petti等人2002年12月3日遞交的美國專利申請 No.10/728230， "Semiconductor Device Including Junction Diode Contacting Contact-Antifuse Unit Comprising Silicide，，(下文中的 230申請)；所有這些都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且全部內(nèi)容合并在此 作為參考。
術(shù)語"結(jié)型二極管"在這里用于表示具有在一個(gè)方向比另一方向更容易地傳導(dǎo)電流的性能、具有兩個(gè)端電極、并且由一個(gè)電極是P型而另一
個(gè)電極是n型的半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體器件。示例包括p-n二極管和 n-p二極管，所述二極管具有接觸在一起的p型半導(dǎo)體材料和n型半導(dǎo)體材 料；以及p-i-n和n-i-p二極管，其中將本征(未摻雜)半導(dǎo)體材料插入 到P型半導(dǎo)體材料和n型半導(dǎo)體材料之間。
圖la示出了具有設(shè)置在導(dǎo)體52和54之間的垂直定向的結(jié)型二極 管50的器件。反熔絲56與二極管串聯(lián)。圖lb示出了以更小的特征尺寸 形成的相同器件。大體上，在具有垂直定向二極管的器件中，對器件編 程包括破裂反熔絲56，以及然后使足夠的電流通過器件以形成通過已 破裂的反熔絲的低阻導(dǎo)電通道(或鏈路)。即使當(dāng)減小特征尺寸時(shí)，對器 件編程和形成低阻鏈路所需的電流保持相同。因此，對于給定的編程時(shí) 間，對于破裂圖la的器件和圖lb的器件的反熔絲56要求實(shí)質(zhì)上相同的 電流(并且因此要求實(shí)質(zhì)上相同的施加電壓)。
然而，充分高的電流將破壞此種二極管，例如通過熔化二極管50 并且物理地中斷其與導(dǎo)體52或54或它們兩者的接觸。對于單元是破壞 性的電流將隨著單元的特征尺寸的降低而降低。圖lb中所示的單元將在 比在圖la中所示的單元更低的電流下破壞或損壞。因此在編程電壓和對 于單元是破壞性的電壓之間的窗口隨著特征尺寸的降低而減小。
本發(fā)明的存儲單元通過使用破壞性電流的流動(dòng)作為編程事件，來解 決此困難。在到目前為止討論的存儲單元中，未編程的單元處于高阻狀 態(tài)，并且在編程之后，已編程單元處于低阻狀態(tài)。在本發(fā)明中，將這些 狀態(tài)顛倒未編程的單元是插入導(dǎo)體之間的二極管，并且單元處于低阻 狀態(tài)；在編程之后，將二極管破壞或中斷，并且單元處于高阻狀態(tài)。
該存儲單元因此是熔絲存儲單元，而不是反熔絲存儲單元。882專 利的存儲單元包括控制(steering)元件和狀態(tài)改變元件。在大多數(shù)實(shí) 施例中，控制元件實(shí)現(xiàn)為二極管，并且在882專利的一些實(shí)施例中，控 制元件是熔絲。因此，882專利的存儲單元可以實(shí)現(xiàn)為串聯(lián)的二極管和 熔絲。在本發(fā)明中，與此相反，二極管本身作為熔絲元件。所得到的存
儲單元更簡單且易于制作。
549申請(代理號no. MA-86-a-1)描述了一種存儲單元，具有不用電介質(zhì)破裂反熔絲形成的、插入到導(dǎo)體之間的、垂直定向的結(jié)型二極 管。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，盡管沒有反熔絲，將該單元形成為處于高阻狀態(tài)，并且 在施加編程電壓時(shí)轉(zhuǎn)換到低阻狀態(tài)。盡管不希望局限于任何具體的理論， 向該存儲單元施加編程電壓可以改變結(jié)型二極管的特性，所述結(jié)型二極 管典型地由多晶的硅(多晶硅)形成。 一種可能性是將結(jié)型二極管的多
晶硅形成為處于高阻狀態(tài)，并且在施加可編程電壓時(shí)通過柱(pillar)
來形成低阻細(xì)絲。
如510申請中所教導(dǎo)的(代理號no. MA-109-1)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果在 與硅化物接觸的同時(shí)使結(jié)型二極管結(jié)晶化，單元形成時(shí)處于低阻。硅化 物可以提供用于硅的晶體生長的模板，降低硅缺陷的密度并且提高硅的 導(dǎo)電性。通過以下方式形成硅化物尤其有利1)沉積硅；2)在硅上形 成氧化物、氮化物、或氮氧化物；3)在氧化物、氮化物、或氮氧化物上 形成硅化物成形金屬；4)退火以還原氧化物、硅化物或氮氧化物并且通 過硅化物成形金屬與硅的反應(yīng)來形成硅化物。
本發(fā)明的第一實(shí)施例采用該方法以形成結(jié)型二極管，所述結(jié)型二極 管形成時(shí)處于低阻，并且通過施加足夠破壞或中斷二極管的電壓來對二 極管編程。
將提供根據(jù)本發(fā)明的觀點(diǎn)形成的存儲單元陣列的制作的詳細(xì)示例。 為完整起見，將提供材料、工藝條件、和步驟的許多細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)該 理解的是，可以對許多細(xì)節(jié)進(jìn)行改變、省略、或補(bǔ)充，而結(jié)果落在本發(fā) 明的范圍之內(nèi)。
第一實(shí)施例
470申請描述了包括與圖la和圖lb類似的存儲單元的單片三維存 儲陣列的制作。230申請描述了包括相關(guān)存儲單元的單片三維存儲陣列 的制作。在這些申請中教導(dǎo)的方法和程序，根據(jù)在該討論中描述的修改， 可以提供其中存儲單元包括結(jié)型二極管的單片三維存儲陣列的形成指 南。為清楚起見，并不包括470和230申請的全部細(xì)節(jié)，但是應(yīng)該理解 的是，沒有打算將這些申請的教義排除在外。
詳細(xì)地描述單一存儲級的制作?？梢远询B另外的存儲級，每一個(gè)存儲級單片地形成于它下方的存儲級之上。
轉(zhuǎn)到圖2a，存儲器的形成始于襯底100。該襯底100可以是如本領(lǐng) 域所公知的任何半導(dǎo)體襯底，例如單晶硅、象硅-鍺或硅-鍺-碳的IV-IV 族化合物、III-V族化合物、II-VII化合物、在此種襯底上的外延層、 或任意其他半導(dǎo)體的材料。襯底可以包括在其中形成的集成電路。
在襯底100上形成絕緣層102。絕緣層102可以是氧化硅、氮化硅、 高介電薄膜、Si-C-0-H膜、或任何其他合適的絕緣材料。
在襯底和絕緣體之上形成第一導(dǎo)體200?？梢詫⒄掣綄?04包括在 絕緣層102和導(dǎo)電層106之間，以幫助導(dǎo)電層106粘附。用于粘附層104 的優(yōu)選材料是氮化鉅、氮化鎢、鈦鎢、濺射的鎢、氮化鈦、或這些材料 的組合。如果上覆導(dǎo)電層是鎢，氮化鈦是優(yōu)選為粘附層。
將要沉積的下一層是導(dǎo)電層106。導(dǎo)電層106可以包括本領(lǐng)域公知 的任何導(dǎo)電材料，包括鉅、鈦、鎢、銅、鈷、或其合金?？梢允褂玫?鈦。
如果將鎢用于導(dǎo)電層106，優(yōu)選地在鎢和成為最終放在導(dǎo)體上面的 半導(dǎo)體柱的一部分的半導(dǎo)體材料之間使用阻擋層。這種阻擋層用來防止 鉤和硅之間的反應(yīng)。阻擋層可以用導(dǎo)體軌道繪制圖樣或用半導(dǎo)體柱繪制 圖案。
如果將要使用阻擋層，并且將阻擋層形成為導(dǎo)體軌道的頂層，應(yīng)該 在導(dǎo)電層106之后沉積阻擋層。(在圖2a中未示出阻擋層)?？梢詫⑻峁?此功能的任何材料用在阻擋層中，包括氮化鎢、氮化鉭、氮化鈦、或這 些材料的組合。在優(yōu)選的實(shí)施例中，將氮化鈦用作阻擋層。在阻擋層是 氮化鈦的地方，可以以與前述的粘附層相同的方式來沉積所述氮化鈦。
一旦已經(jīng)沉積了將形成導(dǎo)體軌道的所有層，將使用合適的掩模和刻 蝕工藝對所述層繪制圖案并刻蝕，以形成基本平行的、基本共面的導(dǎo)體 200，如圖2a的剖面圖中所示。在一個(gè)實(shí)施例中，沉積了光致抗蝕劑、 通過光刻對其繪制圖案并刻蝕所述層，并且然后使用標(biāo)準(zhǔn)工藝技術(shù)去除 光致抗蝕劑。
接下來，電介質(zhì)材料108沉積在導(dǎo)體軌道200上面及其之間。電介 質(zhì)材料108可以是任意公知的電絕緣材料，例如氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅。在優(yōu)選的實(shí)施例中，將氧化硅用作電介質(zhì)材料108。
最后，去除導(dǎo)體軌道200的頂部上的過量電介質(zhì)材料108，暴露出 由電介質(zhì)材料108分離的導(dǎo)體軌道200的頂部，并且留下實(shí)質(zhì)平坦表面 109。在圖2a中示出了所得到的結(jié)構(gòu)。過量填充以形成平坦表面109的
電介質(zhì)的去除可以通過本領(lǐng)域公知的任意工藝來執(zhí)行，例如化學(xué)機(jī)械拋 光(CMP)或回蝕(etchback)。此時(shí)，己經(jīng)在襯底100上以第一高度形
成了多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的第一導(dǎo)體。
接下來，轉(zhuǎn)到圖2b，將在已完成的導(dǎo)體軌道200上形成垂直半導(dǎo)體 柱。(為節(jié)省空間，在圖2b中省略了襯底100;假設(shè)其存在)。如果要在 下部導(dǎo)體軌道和半導(dǎo)體元件之間使用阻擋層110，并且還沒有形成阻擋 層IIO，將在導(dǎo)體軌道的平坦化之后將阻擋層IIO沉積為第一層。阻擋 層110可以是任何材料，并且以前述的任何方式來沉積。例如，阻擋層 110的厚度可以是約20和約500埃。優(yōu)選地，阻擋層110的厚度是約200 埃。
接下來沉積將被繪制圖案成柱的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體材料可以是 硅、硅-鍺、硅-鍺-碳、鍺、或其他合適的半導(dǎo)體或化合物。硅一般用于 工業(yè)界，因此為簡單起見，此描述將參考例如硅的半導(dǎo)體材料，但是應(yīng) 該理解的是其他材料可以替代。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，半導(dǎo)體柱是結(jié)型二極管，包括第一導(dǎo)電類型的 底部重?fù)诫s的區(qū)和第二導(dǎo)電類型的頂部重?fù)诫s區(qū)。頂部區(qū)和底部區(qū)之間 的中間區(qū)是本征區(qū)或第一或第二導(dǎo)電類型的輕摻雜區(qū)。圖3a的二極管具 有N+ (重?fù)诫sn型)硅的底部區(qū)112、本征區(qū)114、和P+頂部區(qū)116。 圖3b的二極管相反，具有P+硅的底部區(qū)112、本征區(qū)114、和N+頂部區(qū) 116。中間區(qū)是本征的或非故意摻雜的，盡管在一些實(shí)施例中中間區(qū)可以 是輕摻雜的。優(yōu)選地，未摻雜區(qū)將決不是電中性的，并且將總是具有缺 陷或雜質(zhì)，所述缺陷或雜質(zhì)引起未摻雜區(qū)表現(xiàn)得好像輕n摻雜或p摻雜。 可以將此種二極管認(rèn)為是p-i-n 二極管。
例如，為形成圖3a的二極管，必須形成重?fù)诫sn型硅112層。該 層可以通過本領(lǐng)域公知的任何沉積和摻雜方法來形成。硅可以沉積并且 然后摻雜，但是優(yōu)選地，通過在硅的沉積期間流過提供摻雜劑原子的施主氣體來就地?fù)诫s。在優(yōu)選的實(shí)施例中，該層可以從約100至約1000 埃變動(dòng)，優(yōu)選地200埃，并且具有1X10'9和約2Xl(f原子/cm3的摻雜 濃度，并且優(yōu)選地，約8X102。原子/cm3。
下一層114將是本征的未摻雜硅。該層可以通過本領(lǐng)域公知的任何 沉積方法來形成。本征硅層的厚度可以從約1000至約4000埃變動(dòng)，優(yōu) 選地是2500埃。在一個(gè)實(shí)施例中，非故意摻雜地沉積硅，但是所述硅具 有使其呈現(xiàn)輕微n型的缺陷。
在該層114以上是重?fù)诫sp型硅層116。優(yōu)選地，將該層未摻雜的 沉積，并且將通過隨后步驟的離子注入來摻雜。重?fù)诫sp型硅層116的 厚度可以從約100和約2000埃變動(dòng)，優(yōu)選地，約800埃。注意，這是沉 積時(shí)的厚度。該層的頂部的一些部分將在隨后的CMP或回蝕步驟中消耗 掉，并且將因此在已完成的器件中較薄。在注入過后，優(yōu)選地，該層將 具有約2X10'9和約4XlCf原子/cni3的摻雜濃度，優(yōu)選地是約8乂102°原 子/cm3。
總結(jié)如下，形成結(jié)型二極管包括形成第一導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s 硅層；在第一重?fù)诫s層的正上方形成第二輕摻雜或本征摻雜硅層；在第 二輕摻雜或本征摻雜硅層的正上方形成第二導(dǎo)電類型的第三重?fù)诫s硅 層，第二導(dǎo)電類型于第一導(dǎo)電類型相反。
回到圖2b，將對剛才沉積的半導(dǎo)體層116、 114和112繪制圖案并 刻蝕以形成半導(dǎo)體柱300。如果阻擋層110沒有根據(jù)底部導(dǎo)體軌道繪制 圖案，阻擋層110將根據(jù)柱來繪制圖案。半導(dǎo)體柱300應(yīng)該具有與下面 的導(dǎo)體200約相同的間距和約相同的寬度，使得在導(dǎo)體200的頂部上形 成半導(dǎo)體柱300?？梢匀淌苌僭S不重合。
可以使用任何合適的掩模和刻蝕工藝來形成半導(dǎo)體柱300。例如， 可以沉積光致抗蝕劑，使用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝對光致抗蝕劑繪制圖樣并且刻 蝕，然后去除光致抗蝕劑?？蛇x地，可以在半導(dǎo)體迭層的頂部上形成一 些其他材料(例如二氧化硅)的硬掩模，在頂部上具有底部抗反射涂層 (BARC)，然后對硬掩模繪制圖案并且刻蝕。類似地，可以將電介質(zhì)抗反 射涂層(DARC)用作硬掩模。
在Chen的2003年12月5日遞交的美國申請No. 10/728436，
19"Photomask Features with Interior Nonprinting Window Using Alternating Phase Shifting"、或Chen的2004年4月1日遞交的美國 申請 No. 101815312 ， " Photomask Features with Ch測eless Nonpriting Phase Shifting Window"中描述的光刻技術(shù)，均歸本發(fā)明 的受讓人所有并且從而合并在此作為參考，有利地，所述光刻技術(shù)可以 用于執(zhí)行在根據(jù)本發(fā)明的存儲陣列的形成中使用的任何光刻步驟。
柱的間距和寬度可以按需變化。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，柱的間距(從 一個(gè)柱的中央到下一個(gè)柱的中央的距離)是約300nm，而柱并且因此二 極管的最大直徑在約lOOmn和約150nm之間變化。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例 中，柱的間距是約260nm，而柱的最大直徑在約90nm和約130nm之間變 化。結(jié)型二極管的最大直徑可能小于90nm，例如，約50或約70畫。
將電介質(zhì)材料108沉積在半導(dǎo)體柱300上面和之間，填充半導(dǎo)體柱 之間的間隙。電介質(zhì)材料108可以是任何公知的電絕緣材料，例如氧化 硅、氮化硅、或氮氧化硅。在優(yōu)選的實(shí)施例中，將二氧化硅用作絕緣材 料。
接下來，去除柱300頂部上的電介質(zhì)材料，暴露出由電介質(zhì)材料108 分離的柱300的頂部，并且留下實(shí)質(zhì)平坦的表面。電介質(zhì)過量填充的去 除可以通過本領(lǐng)域公知的任何工藝來執(zhí)行，例如CMP或回蝕。在圖2b 中示出了所得到的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該在這一點(diǎn)上執(zhí)行重?fù)诫s頂部區(qū)116的離子 注入，在該示例中使用p型摻雜劑以形成P+區(qū)域。
轉(zhuǎn)到圖2c，接下來在重?fù)诫s區(qū)116上形成氧化物、氮化物、或氮氧 化物層118。在優(yōu)選的實(shí)施例中，如所示，通過在重?fù)诫s區(qū)116的頂部 處以約60(TC和約85(TC對硅氧化約20秒和約2分鐘來生長二氧化硅層 118，形成在約15和約50埃之間的二氧化硅。優(yōu)選地，通過將晶片暴露 在含氧氣氛中約80(TC約1分鐘來形成氧化層118。代替地，可以沉積層 118。
接下來，沉積硅化物成形金屬的層120。為此目的使用的優(yōu)選硅化 物成形金屬包括鈦、鈷、鉻、鉭、鉬、鎳、鈮、和鈀。該示例將描述鈦 用于層120，但是應(yīng)該理解的是可以使用任何其他材料。
沉積鈦層120到任意適合的厚度，例如在約60和約200埃之間，優(yōu)選地在約100和約150埃之間，最優(yōu)選地是約100埃。為防止鈦層120 的氧化，沉積氮化鈦層122，優(yōu)選地約300埃厚?？梢酝ㄟ^任何傳統(tǒng)方 法沉積層120和122，例如通過濺射。
例如在氮?dú)庵小⒃诩s60(TC和約800。C之間執(zhí)行退火約10秒鐘至約 2分鐘，優(yōu)選地在約65(TC和約75(rC之間，最優(yōu)選地在約670'C執(zhí)行退 火約20秒鐘。退火用來還原氧化層118，并且使鈦層120在覆蓋重?fù)诫s 區(qū)116的地方與重?fù)诫s區(qū)116反應(yīng)以形成硅化鈦。在鈦層120和重?fù)诫s 區(qū)116的硅之間基本完全地還原了氧化層118。如果沉積氧化層118而 不是生長，剩余的氧化層118 (在半導(dǎo)體柱300的頂部之間、覆蓋電介 質(zhì)填充物108)將保留。如果生長氧化層118，其僅存在于如圖2d中所 示的氧化區(qū)118中。
如傳統(tǒng)的自對準(zhǔn)硅化物(salicide)工藝，將氮化鈦層122和未反 應(yīng)的鈦在選擇性濕法刻蝕中剝離，留下硅化鈦層124，每一個(gè)在結(jié)型二 極管300的一個(gè)的頂部上的圓盤形區(qū)域中形成，如圖2d中所示。
傳統(tǒng)的自對準(zhǔn)硅化物形成包括緊接著未反應(yīng)的鈦的剝離的第二退 火，以將硅化鈦從高電阻率C49相轉(zhuǎn)換到低電阻率C54相。在本發(fā)明的
實(shí)施例中省略了該步驟。已知當(dāng)硅化鈦的面積非常小時(shí)，該轉(zhuǎn)換難以實(shí) 現(xiàn)，如在硅化鈦層124中。對于當(dāng)前的使用該轉(zhuǎn)換可能不是必要的，并 且當(dāng)形成另外的存儲級時(shí)隨后的熱處理可以完成可實(shí)現(xiàn)的任何相轉(zhuǎn)換。 在其他的實(shí)施例中，第二退火可能是所希望的。
如所注意的，在該示例中，假設(shè)將鈦用于硅化物成形金屬層120， 但是代替地，已經(jīng)使用了其他材料，包括鈷、鉻、鉭、鉑、鎳、鈮、和 鈀。因此，硅化鈦層124可以代替地是一些其他硅化物，例如硅化鈷、 硅化鉻、硅化鉭、硅化鉑、硅化鎳、硅化鈮、或硅化鈀。
在這一點(diǎn)上，在第一導(dǎo)體上已經(jīng)形成多個(gè)第一柱，每一個(gè)柱包括硅 化物層。
可以以與底層導(dǎo)體相同的方式形成上覆導(dǎo)體。將以超出第一導(dǎo)體高 度的高度形成上覆導(dǎo)體，并且沿與第一導(dǎo)體不同的方向延伸，優(yōu)選地， 與第一導(dǎo)體的方向?qū)嵸|(zhì)垂直。每一個(gè)存儲單元均包括第一導(dǎo)體之一的一 部分、第一柱之一、電介質(zhì)破裂反熔絲之一、和第二導(dǎo)體之一的一部分。所得到的結(jié)構(gòu)是存儲單元的底部或第一級?？梢栽诘谝患壍囊陨蠁纹?br> 形成另外的存儲級，如在470和230申請以及其他合并的參考文獻(xiàn)中所 述，形成單片三維存儲陣列。例如，可以在上部導(dǎo)體以上形成第二多個(gè) 柱，并且可以在它們上面形成第三多個(gè)導(dǎo)體。 一個(gè)存儲級的上部導(dǎo)體可 以作為上覆存儲級的下部導(dǎo)體，或可以在它們之間形成中介電介質(zhì)。
應(yīng)該注意的是，在第一繪制圖案和刻蝕步驟中形成第一導(dǎo)體，在第 二繪制圖案和刻蝕步驟中形成柱，并且在第三繪制圖案和刻蝕步驟中形 成第二導(dǎo)體。這三個(gè)繪制圖案和刻蝕步驟是分開的?，F(xiàn)有技術(shù)的三維存 儲器(例如882專利)在交迭的繪制圖案和刻蝕步驟中形成類似的結(jié)構(gòu)。
剛才提供的示例包括在硅化鈦層124的形成期間還原的氧化層118 的形成。形成和還原該層是優(yōu)選的，但是在硅化物形成期間還原氧化物 的步驟在形成低阻結(jié)型二極管的所有實(shí)施例中并不是必須的。
在圖3a和圖3b中示出了兩種二級管結(jié)構(gòu)。在圖3b中，底部區(qū)112
用諸如硼之類的p型摻雜劑原位摻雜。硼原子傾向于促進(jìn)在沉積期間硅 的結(jié)晶化，并且在大多數(shù)傳統(tǒng)的硅沉積方法中，用硼原位重?fù)诫s的硅在 沉積時(shí)將是多晶的。例如，如果將圖3b的二極管用在圖2a至圖2d中制 作中示出的存儲單元中，結(jié)型二極管300的一些部分可能將在形成硅化 物層124之前結(jié)晶化。在這種情況下，硅化物層124可能不會成功地提 供模板以提高己經(jīng)結(jié)晶化的結(jié)型二極管的那部分的結(jié)晶性。在優(yōu)選的實(shí) 施例中，結(jié)型二極管是沉積的非晶硅(如在所提供的詳細(xì)的示例中所述)， 并且在與硅化物相接觸時(shí)結(jié)晶化。注意，如果底部區(qū)112以允許其是非 晶的這樣一種方式形成重?fù)诫s有P型摻雜劑(例如，通過離子注入摻雜)， 期望可以成功地產(chǎn)生低阻二極管。
在剛才描述的存儲單元中，在形成時(shí)，結(jié)型二極管是導(dǎo)電的并且沉 積在頂部和底部導(dǎo)體之間，并且與頂部和底部導(dǎo)體電接觸。如果沒有電 介質(zhì)層插入，所述兩層相互電接觸，并且電流可以通過它們。參考圖2d， 硅化鈦層124插入到每一個(gè)結(jié)型二極管的頂部處的重?fù)诫s層116和上面 導(dǎo)體之間，以及氮化鈦層IIO插入到每一個(gè)結(jié)型二極管的底部處的重?fù)?雜層112之間。然而，硅化物層124和氮化鈦層IIO兩者均是良導(dǎo)體， 因此，每一個(gè)結(jié)型二極管與上面和下面的導(dǎo)體電接觸。硅化物層對于減少結(jié)型二極管的阻抗是有利的，但是在已完成的器 件中可能是不期望的。在可選的實(shí)施例中，緊接著在結(jié)型二極管上的硅 化物層的形成，可以去除硅化物層。然后照常制作上覆導(dǎo)體。
給出的示例示出了在結(jié)型二極管上面形成的硅化物層，但是本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員應(yīng)該意識到可以在其他地方形成硅化物層例如，在結(jié) 型二極管旁邊或其下面。可以想像許多結(jié)構(gòu)。
剛才描述的本發(fā)明的第一實(shí)施例提供了對于反熔絲存儲器所共有 的問題的補(bǔ)救。通過在頂部和底部導(dǎo)體之間施加讀取電壓來讀取反熔絲 存儲單元。如果沒有電流或僅有非常小的電流流過，沒有對單元編程； 如果較大的電流流過，對單元編程。然而，重復(fù)向同一個(gè)單元施加讀取 電壓可能損壞反熔絲，并且通過多次讀取事件引起的累積損壞可能最終 非故意地使反熔絲破裂。
然后，在剛才描述的本發(fā)明的實(shí)施例中，通過單元的破壞或中斷進(jìn) 行的編程可能通過熱機(jī)制發(fā)生，當(dāng)達(dá)到二極管的硅的熔點(diǎn)時(shí)發(fā)生。通過 讀取電壓的施加不會達(dá)到二極管的硅的熔點(diǎn)，因此無論讀取二極管多少 次也不會引起累積的損壞。
當(dāng)該存儲器完成時(shí)，在未編程的、低阻狀態(tài)中，在第一和第二導(dǎo)體
之間施加約0.5和約3V的讀取電壓時(shí)，在第一和第二導(dǎo)體之間流過約 0.4微安或以上的電流，例如月l.O微安或以上，例如， 一直到約50和 約100微安之間。在己編程的、高阻狀態(tài)中，橫跨二極管兩端的電阻是 約1X1()7歐姆或以上，例如，約2X108歐姆或以上。通過優(yōu)選地在約4V 和約30V之間的編程電壓對單元編程。
第二實(shí)施例
還將描述第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，將存儲單元如549申請(代 理號MA-086-a-1)中所述地那樣形成，單元形成時(shí)不具有電介質(zhì)反熔絲 并且處于高阻狀態(tài)中。在圖4中示出了此種存儲單元3。優(yōu)選的，第一 導(dǎo)體20包括氮化鈦層4和鉤層6。在可選的氮化鈦?zhàn)钃鯇?上形成結(jié)型 二極管30,并且結(jié)型二極管包括第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體層10、未 摻雜半導(dǎo)體材料或第二導(dǎo)電類型的輕摻雜半導(dǎo)體材料的層12、以及第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體層14。優(yōu)選地，第二導(dǎo)體40包括氮化鈦層18 和鎢層22。
當(dāng)形成時(shí)，此單元處于未編程的、高阻狀態(tài)，并且在549申請(代 理號no. MA-086-a-1)中，通過施加編程電壓將單元轉(zhuǎn)換成已編程的、 低阻狀態(tài)。
然而，本發(fā)明是熔絲存儲器，其中未編程的單元必須處于低阻狀態(tài)。 在本發(fā)明中，形成諸如圖4的單元之類的高阻單元。在549申請(代理 號no. MA-086-a-1)中，然后使其承受作為編程電壓的電壓，將其轉(zhuǎn)換 成低阻狀態(tài)。
在549申請(代理號no. MA-086-a-1)中，將現(xiàn)在處于低阻狀態(tài)的 此單元認(rèn)為是已編程的單元。然而，在本發(fā)明中，將該單元認(rèn)為是未編 程的單元。在隨后的時(shí)間，當(dāng)對單元編程時(shí)，施加足夠破壞或中斷二極 管的電壓，將單元從未編程的、低阻狀態(tài)轉(zhuǎn)換成已編程的、高阻狀態(tài)。 二極管作為熔絲。在這種情況下，將在制作時(shí)將單元從其初始的高阻狀 態(tài)轉(zhuǎn)換成未編程的、低阻狀態(tài)的電壓認(rèn)為是預(yù)處理電壓(在549申請中， 將相同的電壓認(rèn)為是編程電壓)。將單元從未編程的、低阻狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn) 換成已編程的、高阻狀態(tài)的電壓認(rèn)為是編程電壓。
將電壓施加到單元兩端產(chǎn)生電流。流過二極管的電流實(shí)際上在單元 中引入了變化?？蛇x地，然后可以說，將制作時(shí)的單元從其初始的高阻 狀態(tài)轉(zhuǎn)換成未編程的低阻狀態(tài)的電流認(rèn)為是預(yù)處理電流(在549申請(代 理號MA-086-a-l)中)同一電流擔(dān)當(dāng)編程電流)。將單元從未編程的、低 阻狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成已編程的、高阻狀態(tài)的電流認(rèn)為是編程電流。
大體上，編程電壓將比預(yù)處理電壓大。例如，優(yōu)選地，預(yù)處理電壓 將在約3V和約8V之間，而優(yōu)選地，編程電壓將在約7V和約30V之間。
如已經(jīng)所述的，單元插入到頂部和底部導(dǎo)體之間。圖5示出了多個(gè) 頂部導(dǎo)體、多個(gè)底部導(dǎo)體的一種可能布置的平面圖，這里將所述頂部導(dǎo) 體稱作位線，并且將所述底部導(dǎo)體稱作字線。驅(qū)動(dòng)器處于每一個(gè)字線或 位線的一端。應(yīng)該理解的是，字線和位線是交錯(cuò)的驅(qū)動(dòng)器DA處于位線 A的一端，而驅(qū)動(dòng)器DB處于位線B的相反的一端。
位線A上的存儲單元Cm是"近位(near bit)"，所述單元在該線上相對接近于驅(qū)動(dòng)器A。位線A上的存儲單元C^是"遠(yuǎn)位(far bit)", 所述單元相對遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)器DA。類似地，存儲單元CwB是位線B上的"近 位"，而存儲單元CFB是位線B上的"遠(yuǎn)位"。因?yàn)榻慌c驅(qū)動(dòng)器DA較短的 距離，在近位U和驅(qū)動(dòng)器DA之間的電阻相對較低，而在遠(yuǎn)位GA和驅(qū)動(dòng) 器DA之間的電阻相對較高。相比向近位Q傳遞較高的電流，更難以向遠(yuǎn) 位CPA傳遞較高的電流。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，然后，可以有利的將熔絲存儲單元和非熔絲存 儲單元組合在相同的陣列中。以這種方式，近位可以用高電壓編程，而 遠(yuǎn)位可以用較低的電壓編程。
例如，可以形成類似圖4的存儲單元3的高阻單元的陣列。該陣列 可以是單片三維存儲陣列，或可以是二維存儲陣列。在圖6a中示出了此 種陣列的一個(gè)存儲級。通過陰影正方形表示高阻單元。在這一點(diǎn)上，所 有的單元是高阻單元。
接下來，使每一個(gè)位線上的近位承受預(yù)處理電壓，以將其轉(zhuǎn)換成低 阻狀態(tài)，通過如圖6b中所示的圓圈表示。遠(yuǎn)位保持在初始的高阻狀態(tài)。 圖6b示出了未編程的單元的陣列。圖6b中的已預(yù)處理的低阻單元(通 過圓圈表示的)是根據(jù)本發(fā)明的熔絲存儲單元，當(dāng)施加編程電壓、破壞 或中斷二極管、并且將單元轉(zhuǎn)換成高阻狀態(tài)時(shí)，所述已預(yù)處理的低阻單 元變成已編程的。圖6b中的未預(yù)處理的高阻單元(由方框表示)不是熔 絲存儲單元，并且當(dāng)施加編程電壓時(shí)變成已編程的，將每一個(gè)高阻單元 轉(zhuǎn)換到低阻狀態(tài)。對已預(yù)處理的熔絲存儲單元編程所需的編程電壓比對 未預(yù)處理的存儲單元編程所需的編程電壓大。因此，對近位編程要求較 高的編程電壓，其中較高的電壓易于傳遞，并且對遠(yuǎn)位編程要求較低的 編程電壓，其中較高的電壓更難以傳遞。
在該示例中，將每一條線上的更靠近驅(qū)動(dòng)器的一半位認(rèn)為是近位， 并且對其預(yù)處理以變成低阻熔絲存儲單元，而將距驅(qū)動(dòng)器較遠(yuǎn)的一半認(rèn) 為是遠(yuǎn)位，并且保持高阻非熔絲存儲單元。明顯地，預(yù)處理的那些單元 和沒有預(yù)處理的那些單元之間的分界線不必是通過每一個(gè)位線的一半長 度，并且可以根據(jù)在沿著每一條線的每一個(gè)點(diǎn)處可獲得實(shí)際電壓來調(diào)節(jié) 所述分界線。另外，為了清楚起見，僅沿位線維度示出了預(yù)處理。也可
25以沿字線方向選擇性地預(yù)處理遠(yuǎn)位和近位。
單片三維存儲陣列是一種其中在單獨(dú)的襯底(例如晶片)上形成多 個(gè)存儲級的存儲陣列，而沒有中間襯底。將形成一個(gè)存儲級的層直接沉
積或生長在現(xiàn)有的級的層之上。相反，如在Leedy的美國專利 No. 5， 915, 167 "Three dimensional structure memory，，， 已經(jīng)通過在分 開的襯底上形成存儲級并且將所述存儲級粘附到彼此的頂上來構(gòu)建堆疊 的存儲級。在鍵合前可以將襯底減薄或從存儲級中去除，但是因?yàn)樽畛?在分開的襯底上形成存儲級，此種存儲器不是真正的單片三維存儲陣列。
這里已經(jīng)在襯底上面形成的單片三維存儲陣列的環(huán)境中描述了本 發(fā)明。此種陣列至少包括在襯底上以第一高度形成的第一存儲級和以與 第一高度不同的第二高度形成的第二存儲級?？梢砸源朔N多級陣列在襯 底上形成三、四、直到八或以上的存儲級。每一個(gè)存儲級單片地形成在 它之下的存儲級上面。
已經(jīng)將本發(fā)明的存儲單元描述為在具有堆疊的存儲級的單片三維 存儲陣列中形成，但是此種單元明顯地也可以在二維陣列中形成。
這里已經(jīng)描述了制作的詳細(xì)方法，但是可以使用形成相同結(jié)構(gòu)的任 何其他方法，而結(jié)果落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
前述詳細(xì)的描述已經(jīng)僅描述了本發(fā)明可以采取的許多形式的一種。 為此，此詳細(xì)描述意欲作為說明而不是作為限制。只有包括以下權(quán)利要 求(包括全部等價(jià)物)規(guī)定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種具有未編程和已編程的狀態(tài)的非易失性熔絲存儲單元，包括半導(dǎo)體結(jié)型二極管，其中，當(dāng)單元從未編程的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成已編程的狀態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體結(jié)型二極管擔(dān)當(dāng)熔絲。
2. 如權(quán)利要求1所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，在未編程的狀態(tài)中，半導(dǎo)體結(jié)型二極管處于低阻狀態(tài)，而在已編程的狀態(tài)中，半 導(dǎo)體結(jié)型二極管處于高阻狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求2所述的非易失性熔絲存儲單元，還包括第一導(dǎo)體 和第二導(dǎo)體，其中，在未編程的狀態(tài)中，將半導(dǎo)體結(jié)型二極管設(shè)置在第 一和第二導(dǎo)體之間，并且與第一和第二導(dǎo)體電接觸。
4. 如權(quán)利要求3所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，在未編程 的低阻狀態(tài)中，當(dāng)在第一和第二導(dǎo)體之間施加約0. 5和約3V之間的讀取 電壓時(shí)，在第一和第二導(dǎo)體之間流過約0. 4微安或以上的電流。
5. 如權(quán)利要求4所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，在未編程 的低阻狀態(tài)中，當(dāng)在第一和第二導(dǎo)體之間施加約0. 5和約3V之間的讀取 電壓時(shí)，在第一和第二導(dǎo)體之間流過約l.O微安或以上的電流。
6. 如權(quán)利要求3所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，在已編程 的高阻狀態(tài)中，二級管兩端的電阻是約1X1()7歐姆或以上。
7. 如權(quán)利要求6所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，在已編程 的高阻狀態(tài)中，二級管兩端的電阻是約2X108歐姆或以上。
8. 如權(quán)利要求3所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，以第一高 度在襯底上形成第一導(dǎo)體，以第二高度在襯底上形成第二導(dǎo)體，第二高 度超過第一高度，并且半導(dǎo)體結(jié)型二極管是垂直定向的柱。
9. 如權(quán)利要求8所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，半導(dǎo)體結(jié) 型二極管是P-i-n二極管。
10. 如權(quán)利要求9所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，在未編程 的狀態(tài)中，半導(dǎo)體結(jié)型二極管與硅化物層相接觸。
11. 如權(quán)利要求10所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，硅化物層包括從由硅化鈦、硅化鈷、硅化鉻、硅化鉭、硅化鉑、硅化鎳、硅化 鈮、和硅化鈀組成的組中所選擇的硅化物。
12. 如權(quán)利要求11所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，第一導(dǎo) 體或第二導(dǎo)體包括鎢。
13. 如權(quán)利要求11所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，半導(dǎo)體 結(jié)型二極管的最大直徑不超過約150nm。
14. 如權(quán)利要求13所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，半導(dǎo)體 結(jié)型二級管的最大直徑不超過約90nm。
15. 如權(quán)利要求8所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，襯底包括 單晶硅。
16. 如權(quán)利要求2所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，通過在二 極管兩端施加編程電壓，將半導(dǎo)體結(jié)型二極管從未編程的低阻狀態(tài)轉(zhuǎn)換 到己編程的高阻狀態(tài)。
17. 如權(quán)利要求16所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，編程電 壓在約4V和約30V之間。
18. 如權(quán)利要求2所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，存儲單元 位于單片三維存儲陣列的第一存儲級。
19. 如權(quán)利要求18所述的非易失性熔絲存儲單元，其中，在第一 存儲級上至少單片地形成第二存儲級。
20. —種多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元，包括 以第一高度在襯底上形成的多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的第一導(dǎo)體； 以第二高度在襯底上形成的多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的第二導(dǎo)體，其中，第二高度與第一高度不同；多個(gè)導(dǎo)電柱，每一個(gè)柱設(shè)置在第一導(dǎo)體之一和第二導(dǎo)體之一之間， 并且每一個(gè)柱與第一柱之一和第二柱之一電接觸，其中，每一個(gè)柱均包括硅化物層。
21. 如權(quán)利要求20所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，多個(gè)柱每一個(gè)均包括半導(dǎo)體結(jié)型二極管。
22. 如權(quán)利要求21所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，每一個(gè)硅化物層位于半導(dǎo)體結(jié)型二極管之一和多個(gè)第二導(dǎo)體之一之間，并且與所述半導(dǎo)體結(jié)型二極管之一和所述多個(gè)第二導(dǎo)體之一相接 觸。
23. 如權(quán)利要求22所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，第二高度超過第一高度。
24. 如權(quán)利要求23所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，非易失性烙絲存儲單元的每一個(gè)均包括多個(gè)第一導(dǎo)體之一的一部分； 多個(gè)柱之一；以及 多個(gè)第二導(dǎo)體之一的一部分。
25. 如權(quán)利要求24所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，針對未編程的存儲單元的每一個(gè)，當(dāng)在存儲單元的第一導(dǎo)體和第 二導(dǎo)體之間施加約0. 5V和約3V之間的讀取電壓時(shí)，在所述存儲單元的 第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間流過約0. 4微安和約100微安之間的電流。
26. 如權(quán)利要求25所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，針對未編程的存儲單元的每一個(gè)，當(dāng)在存儲單元的第一導(dǎo)體和第 二導(dǎo)體之間施加約1. 3和約2. 3V之間的讀取電壓時(shí)，在所述存儲單元的 第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間流過約1微安和約50微安之間的電流。
27. 如權(quán)利要求20所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，硅化物層包括從由硅化鈦、硅化鈷、硅化鉻、硅化鉭、硅化鉑、 硅化鎳、硅化鈮、和硅化鈀組成的組中所選擇的硅化物。
28. 如權(quán)利要求20所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，襯底包括單晶硅。
29. 如權(quán)利要求20所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，多個(gè)單元組成單片三維存儲陣列的一部分。
30. 如權(quán)利要求29所述的多個(gè)未編程的非易失性熔絲存儲單元， 其中，三維單片存儲陣列至少包括在彼此上面單片地形成的兩個(gè)存儲級。
31. —種存儲單元的單片三維存儲陣列，包括第一存儲級，第一存儲級包括多個(gè)第一存儲單元，所述多個(gè)第一存 儲單元的每一個(gè)存儲單元均具有未編程的和己編程的狀態(tài)，每一個(gè)存儲單元包括半導(dǎo)體結(jié)型二極管，其中當(dāng)將單元從未編程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到已編程的狀態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體結(jié)型二極管擔(dān)當(dāng)熔絲；以及第二存儲級，在第一存儲級上面單片地形成第二存儲級。
32. 如權(quán)利要求31所述的單片三維存儲陣列，其中，在未編程的 狀態(tài)中，每一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)型二極管處于低阻狀態(tài)，而在已編程的狀態(tài)中， 每一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)型二極管處于高阻狀態(tài)。
33. 如權(quán)利要求32所述的單片三維存儲陣列，其中，第一存儲級 還包括以第一高度在襯底上形成的多個(gè)第一導(dǎo)體以及以第二高度在襯 底上形成的多個(gè)第二導(dǎo)體，其中第二高度與第一高度不同。
34. 如權(quán)利要求33所述的單片三維存儲陣列，其中，每一個(gè)存儲 單元還包括第一導(dǎo)體之一的一部分和第二導(dǎo)體之一的一部分，其中，當(dāng) 單元處于未編程的狀態(tài)時(shí)，將半導(dǎo)體結(jié)型二極管設(shè)置在第一和第二導(dǎo)體 部分之間，并且與第一和第二導(dǎo)體部分電接觸。
35. 如權(quán)利要求34所述的單片三維存儲陣列，其中，在未編程的 低阻狀態(tài)中，當(dāng)在每一個(gè)存儲單元的第一和第二導(dǎo)體之間施加約0.5V 和約3V之間的讀取電壓時(shí)，在所述存儲單元的第一和第二導(dǎo)體之間流過 約0.4安培或以上的電流。
36. 如權(quán)利要求35所述的單片三維存儲陣列，其中，在未編程的 低阻狀態(tài)中，當(dāng)在每一個(gè)存儲單元的第一和第二導(dǎo)體之間施加約0.5V 和約3V之間的讀取電壓時(shí)，在所述存儲單元的第一和第二導(dǎo)體之間流過 約l.O安培或以上的電流。
37. 如權(quán)利要求32所述的單片三維存儲陣列，其中，在已編程的 高阻狀態(tài)中，每一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)型二級管兩端的電阻是約1X107歐姆或以 上。
38. 如權(quán)利要求32所述的單片三維存儲陣列，其中，在己編程的 高阻狀態(tài)中，每一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)型二級管兩端的電阻是約2乂108歐姆或以 上。
39. 如權(quán)利要求32所述的非單片三維存儲陣列，其中，每一個(gè)半 導(dǎo)體結(jié)型二極管是垂直定向的柱。
40. 如權(quán)利要求39所述的單片三維存儲陣列，其中，每一個(gè)半導(dǎo) 體結(jié)型二極管是P-i-n二極管。
41. 如權(quán)利要求40所述的單片三維存儲陣列，其中，在未編程的 狀態(tài)中，每一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)型二極管均與硅化物層相接觸。
42. 如權(quán)利要求41所述的單片三維存儲陣列，其中，每個(gè)硅化物層包括從由硅化鈦、硅化鈷、硅化鉻、硅化鉭、硅化鉑、硅化鎳、硅化 鈮、和硅化鈀組成的組中所選擇的硅化物。
43. 如權(quán)利要求32所述的單片三維存儲陣列，其中，通過在二極 管兩端施加編程電壓，將每一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)型二極管從未編程的低阻狀態(tài) 轉(zhuǎn)換到已編程的高阻狀態(tài)。
44. 如權(quán)利要求43所述的單片三維存儲陣列，其中，編程電壓在 約4V和約30V之間。
45. 如權(quán)利要求31所述的單片三維存儲陣列，其中，第一存儲級 還包括多個(gè)第二存儲單元，其中所述多個(gè)第二存儲單元不是熔絲存儲單 元。
46. 如權(quán)利要求45所述的單片三維存儲陣列，其中，所述多個(gè)第 二存儲單元的每一個(gè)存儲單元均包括結(jié)型二極管，所述結(jié)型二極管形成 為未編程的高阻狀態(tài)。
47. —種單片三維存儲陣列，包括 在襯底上形成的第一存儲級，第一存儲級包括以第一高度在襯底上形成的多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的下部導(dǎo)體； 以第二高度在襯底上形成的多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的上部導(dǎo)體，其中第 二高度超過第一高度；以及多個(gè)柱，每一個(gè)柱均設(shè)置在第一導(dǎo)體之一和第二導(dǎo)體之一之間，其中每一個(gè)柱包括結(jié)型二極管和硅化物層， 其中每一個(gè)結(jié)型二極管均與下部導(dǎo)體之一和上部導(dǎo)體之一電接觸；以及在第一存儲級上單片地形成的第二存儲級。
48. 如權(quán)利要求47所述的單片三維存儲陣列，其中，每一個(gè)硅化 物層包括從由硅化鈦、硅化鈷、硅化鉻、硅化鉭、硅化鉑、硅化鎳、硅 化鈮、和硅化鈀組成的組中所選擇的硅化物。
49. 如權(quán)利要求48所述的單片三維存儲陣列，其中，每一個(gè)硅化 物層均在結(jié)型二極管之一和導(dǎo)體之一之間，并且與所述結(jié)型二極管之一 和所述導(dǎo)體之一相接觸。
50. 如權(quán)利要求49所述的單片三維存儲陣列，其中，每一個(gè)硅化物層在結(jié)型二極管之一和上部導(dǎo)體之一之間，并且與所述結(jié)型二極管之 一和所述上部導(dǎo)體之一相接觸。
51. 如權(quán)利要求47所述的單片三維存儲陣列，其中，襯底包括單晶硅o
52. —種用于形成熔絲存儲單元并對所述熔絲存儲單元編程的方法，所述方法包括形成存儲單元，所述存儲單元包括具有未編程的低阻狀態(tài)的半導(dǎo)體 結(jié)型二極管；以及通過將二極管轉(zhuǎn)換到已編程的高阻狀態(tài)來對存儲單元編程。
53. 如權(quán)利要求52所述的方法，其中，形成存儲單元的步驟還包括以第一高度在襯底上形成第一導(dǎo)體；以及以第二高度在襯底上形成第二導(dǎo)體，其中第二高度超過第一高度， 其中，將半導(dǎo)體結(jié)型二極管設(shè)置在第一和第二導(dǎo)體之間，并且與所 述第一和第二導(dǎo)體電接觸。
54. 如權(quán)利要求53所述的方法，其中，對存儲單元編程的步驟包 括在半導(dǎo)體結(jié)型二極管兩端施加編程電壓。
55. 如權(quán)利要求54所述的方法，其中，編程電壓在約4V和約30V之間。
56. 如權(quán)利要求54所述的方法，其中，在未編程的低阻狀態(tài)中， 當(dāng)在第一和第二導(dǎo)體之間施加約0. 5V和約3V之間的讀取電壓時(shí)，在所 述第一和第二導(dǎo)體之間流過約0. 4安培或以上的電流。
57. 如權(quán)利要求56所述的方法，其中，在未編程的低阻狀態(tài)中， 當(dāng)在第一和第二導(dǎo)體之間施加約0. 5V和約3V之間的讀取電壓時(shí)，在所 述第一和第二導(dǎo)體之間流過約1. 0安培或以上的電流。
58. 如權(quán)利要求54所述的方法，其中，在已編程的高阻狀態(tài)中，二級管兩端的電阻是約1X1()7歐姆或以上。
59. 如權(quán)利要求58所述的方法，其中，在已編程的高阻狀態(tài)中， 二級管兩端的電阻是約2X108歐姆或以上。
60. 如權(quán)利要求53所述的方法，其中，形成存儲單元的步驟還包 括通過形成p-i-n 二極管來形成半導(dǎo)體結(jié)型二極管。
61. 如權(quán)利要求53所述的方法，其中，形成存儲單元的步驟還包 括通過以下步驟形成半導(dǎo)體結(jié)型二極管形成第一導(dǎo)電類型的第一重?fù)诫s硅層；直接在第一重掾雜層的上面形成第二輕摻雜或本征摻雜硅層；以及 直接在第二輕摻雜或本征摻雜硅層的上面形成第二導(dǎo)電類型的第 三重?fù)诫s硅層，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反。
62. 如權(quán)利要求53所述的方法，其中，在第一繪制圖案步驟中形 成第一導(dǎo)體，在第二繪制圖案步驟中形成半導(dǎo)體結(jié)型二極管，并且在第 三繪制圖案步驟中形成第二導(dǎo)體，其中，第一、第二、和第三繪制圖案 步驟的每一個(gè)是分開的步驟。
63. 如權(quán)利要求52所述的方法，其中，形成存儲單元的步驟包括 通過施加預(yù)處理電壓來預(yù)處理存儲單元，以使半導(dǎo)體結(jié)型二極管處于未 編程的低阻狀態(tài)中。
64. 如權(quán)利要求63所述的方法，其中，對存儲單元編程的步驟包 括施加編程電壓以使半導(dǎo)體結(jié)型二極管處于已編程的高阻狀態(tài)中。
65. 如權(quán)利要求64所述的方法，其中，預(yù)處理電壓小于編程電壓。
66. 如權(quán)利要求65所述的方法，其中，預(yù)處理電壓在約3V和約8V 之間，并且編程電壓在約7V和約30V之間。
67. 如權(quán)利要求52所述的方法，其中，存儲單元位于單片三維存儲陣列的第一存儲級。
68. 如權(quán)利要求67所述的方法，其中，在第一存儲級上至少單片 地形成第二存儲級。
69. —種用于形成多個(gè)未編程的熔絲存儲單元的方法，所述方法包括以第一高度在襯底上形成多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的第一導(dǎo)體-,形成多個(gè)第一半導(dǎo)體結(jié)型二極管，每一個(gè)第一半導(dǎo)體結(jié)型二極管均位于第一導(dǎo)體之一上面，并且與所述第一導(dǎo)體之一電接觸；在每一個(gè)第一半導(dǎo)體結(jié)型二極管上均形成硅化物層，并且所述硅化物層與所述第一半導(dǎo)體結(jié)型二極管接觸；以及以第二高度在襯底上形成多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的第二導(dǎo)體，每一個(gè)硅化物 層與第二導(dǎo)體之一電接觸。
70. 如權(quán)利要求69所述的方法，其中，形成硅化物層的步驟包括 在每一個(gè)第一半導(dǎo)體結(jié)型二極管上形成氧化物區(qū)； 在每一個(gè)氧化物區(qū)上沉積硅化物成形金屬；以及退火，以充分完全地還原硅化物成形金屬和第一半導(dǎo)體結(jié)型二極管 之一之間的每一個(gè)氧化物區(qū)，并形成硅化物層。
71. 如權(quán)利要求70所述的方法，其中，從由鈦、鈷、鉻、鉭、鉑、 鎳、鈮、和鈀組成的組中選擇硅化物成形金屬。
72. 如權(quán)利要求69所述的方法，其中，在第一繪制圖案步驟中形 成第一導(dǎo)體，在第二繪制圖案步驟中形成第一半導(dǎo)體結(jié)型二極管，并且 在第三繪制圖案步驟中形成第二導(dǎo)體，其中，第一、第二、和第三繪制 圖案步驟的每一個(gè)均是分開的步驟。
73. 如權(quán)利要求69所述的方法，其中，在第二導(dǎo)體上形成多個(gè)第二半導(dǎo)體結(jié)型二極管。
74. 如權(quán)利要求73所述的方法，其中，在第二半導(dǎo)體結(jié)型二極管上形成多個(gè)第三導(dǎo)體。
75. —種用于形成單片三維存儲陣列的方法，所述方法包括 通過以下方法形成存儲單元的第一存儲級，該方法包括以第一高度在襯底上形成多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的下部導(dǎo)體； 以第二高度在襯底上形成的多個(gè)實(shí)質(zhì)平行的上部導(dǎo)體，第二高 度超過第一高度；以及形成多個(gè)柱，每一個(gè)柱均設(shè)置在第一導(dǎo)體之一和第二導(dǎo)體之一之間，并且與所述第一導(dǎo)體之一和所述第二導(dǎo)體之一電接觸， 其中每一個(gè)柱包括硅化物層；以及在第一存儲級上單片地形成第二存儲級。
76. 如權(quán)利要求75所述的方法，其中，每一個(gè)硅化物層包括從由 硅化鈦、硅化鈷、硅化鉻、硅化鉭、硅化鉑、硅化鎳、硅化鈮、和硅化 鈀組成的組中所選擇的硅化物。
77. 如權(quán)利要求76所述的方法，其中，每一個(gè)柱包括半導(dǎo)體結(jié)型二極管。
78. 如權(quán)利要求77所述的方法，其中，通過以下方法形成每一個(gè)硅化物層，該方法包括在每一個(gè)半導(dǎo)體結(jié)型二極管上形成氧化物區(qū)；在每一個(gè)氧化物區(qū)上沉積硅化物成形金屬；以及 退火，以還原氧化物區(qū)，并形成硅化物層。
79. 如權(quán)利要求75所述的方法，其中，形成下部導(dǎo)體的步驟包括 沉積第一導(dǎo)電材料；對第一導(dǎo)電材料繪制圖案并刻蝕，以形成分開第一間隙的第一導(dǎo)體；用第一電介質(zhì)材料填充第一間隙。
80. 如權(quán)利要求79所述的方法，其中，形成柱的方法包括 在第一導(dǎo)體和第一電介質(zhì)材料上沉積半導(dǎo)體迭層； 對所述半導(dǎo)體迭層繪制圖案并刻蝕以形成柱。
全文摘要
公開了一種由插入到導(dǎo)體之間的半導(dǎo)體結(jié)型二極管形成的存儲單元。通過使存儲單元呈現(xiàn)非常高的電阻來對所述單元編程，使得當(dāng)施加讀取電壓時(shí)在導(dǎo)體之間不再流過電流。在該單元中，二極管表現(xiàn)為熔絲。半導(dǎo)體結(jié)型二極管包括硅，所述硅與硅化物相接觸時(shí)結(jié)晶化。硅化物可以提供用于結(jié)晶化的模板，降低了硅的缺陷密度并且提高了其導(dǎo)電性。在形成硅化物的步驟期間，還原插入在硅和硅成形金屬之間的電介質(zhì)層(例如，氧化物、氮化物、或氮氧化物)是有利的。
文檔編號G11C17/18GK101432823SQ200580026092
公開日2009年5月13日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
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