具有降低的编程电压的基于垂直二极管的存储器单元及其形成方法技术

在本发明专利技术第一方面中，提供了形成非易失性存储器单元的方法。该方法包括（１）形成金属－绝缘体－金属（ＭＩＭ）反熔丝叠层，该ＭＩＭ反熔丝叠层包括（ａ）第一金属层；（ｂ）在第一金属层上方形成的二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅反熔丝层；（ｃ）在该反熔丝层上方形成的第二金属层。该方法还包括（２）在ＭＩＭ叠层上方形成邻接ｐ－ｉ－ｎ二极管，该邻接ｐ－ｉ－ｎ二极管包括淀积的半导体材料；（３）形成与淀积的半导体材料接触的硅化物、硅锗化物或锗化物层；以及（４）晶化与硅化物、硅锗化物或锗化物层接触的淀积的半导体材料。该存储器单元包括邻接ｐ－ｉ－ｎ二极管和ＭＩＭ叠层。本发明专利技术也提供了其它方面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求美国专利申请序列号No. 11/864, 848的优先权，该申请提交于2007年 9 月 28 日，其标题为“VERTICAL DIODE BASED MEMORYCELLS HAVING A LOWERED PROGRAMMING VOLTAGE ANDMETH0DS OF FORMING THE SAME”(代理律师卷号 No. SD-MXD-0343)，该申请的 全部内容通过引用的方式为所有目的合并于此。相关申请本申请涉及Herner的2007年9月28日提交的美国专利申请序列号 N0. 11/864，870，(代理人卷号 NO. [MXD-0346]), MULTIPLEANTIFUSE MEMORY CELLS AND METHODS TO FORM, PROGRAM, AND SENSE THE SAME，，，该申请由本申请的受让人所有，并且全 部内容通过引用合并于此。本申请也涉及Herner的2004年9月29日提交的美国专利申请序列 号 No. 10/954, 510, Memory Cell Comprising a Semiconductor JunctionDiode Crystallized Adjacent to a Silicide，，(以下称为'510 申请)，该申请是 Petti 等人的 美国专利 No. 6，946，719 Semiconductor Device Includingjunction Diode Contacting Contact-Antifuse Unit Comprising Silicide，，的部分继续，二者均由本申请的受让人所 有，并且其全部内容通过引用合并于此。
技术介绍
本专利技术涉及包括在导体之间电串联地形成的二极管和介电击穿反熔丝 (dielectric rupture antifuse)的非易失性存储器单元。通常，将编程这种存储器单元所 需的电压最小化是有益的。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面，提供了形成非易失性存储器单元的方法。该方法包括(1) 形成金属_绝缘体_金属(MIM)反熔丝叠层，该MIM反熔丝叠层包括(a)第一金属层；(b) 在第一金属层上方形成的二氧化硅、氮氧化物或氮化硅反熔丝层；以及(c)在反熔丝层上 方形成的第二金属层。该方法还包括(2)在MIM叠层上方形成邻接p-i-n 二极管，该邻接 p-i-n 二极管包括淀积的半导体材料；(3)形成与淀积的半导体材料接触的硅化物、硅锗化 物或锗化物层；以及(4)晶化接触硅化物、硅锗化物或锗化物层的淀积的半导体材料。该存 储器单元包括邻接P-I-N 二极管和MIM叠层。在本专利技术的第二方面，提供了在衬底上方单片形成第一存储器级的方法。该方法 包括(1)在衬底上方形成多个基本平行、基本共面的第一导体，该第一导体沿第一方向延 伸；以及(2)在第一导体上方形成多个MIM反熔丝叠层，每个MIM反熔丝叠层包括(a)第一 金属层；(b)在第一金属层上方形成的二氧化硅、氮氧化物或者氮化硅反熔丝层；以及(c) 在反熔丝层上方形成的第二金属层。该方法还包括(3)在MIM反熔丝叠层上方形成多个垂 直取向的邻接P-i-n 二极管，每个邻接p-i-n 二极管包括与硅化物、硅锗化物或锗化物层接触晶化的半导体材料；并且(4)在邻接p-i-n二极管上方形成多个基本平行、基本共面的第 二导体，该第二导体沿与第一方向不同的第二方向延伸，每个邻接p-i-n 二极管垂直设置 在MIM叠层之一的上方并在第一导体之一和第二导体之一之间。在本专利技术的第三方面，提供了在衬底上方形成单片三维存储器阵列的方法。该方 法包括(a)在衬底上方单片形成第一存储器级(memorylevel)，该第一存储器级由下列步 骤形成(i)形成多个基本平行、基本共面且沿第一方向延伸的第一导体；(ii)形成多个基 本平行、基本共面且沿与第一方向不同的第二方向延伸的第二导体，第二导体在第一导体 的上方；(iii)由淀积的半导体材料形成多个垂直取向的邻接P-i-n 二极管，该淀积的半导 体材料接触硅化物、锗硅化物或锗化物层晶化，每个二极管垂直设置在第一导体之一和第 二导体之一之间；(iv)形成多个金属_绝缘体-金属(MIM)反熔丝叠层；以及(v)形成多 个存储器单元，每个存储器单元包括位于串联排列的MIM反熔丝叠层之一上方的二极管之 一。每个MIM反熔丝叠层包括(1)第一金属层；(2)在第一金属层上方形成的二氧化硅、氮 氧化物或氮化硅反熔丝层；以及(3)在反熔丝层上方形成的第二金属层。该方法还包括(b) 在第一存储器级上方单片形成第二存储器级。在本专利技术的第四方面，提供了一种半导体器件，其包括金属-绝缘体-金属(MIM) 反熔丝叠层，该MIM反熔丝叠层包括(a)第一金属层；(b)在第一金属层上方形成的二氧化 硅、氮氧化物或氮化硅反熔丝层；以及(c)在反熔丝层上方形成的第二金属层。该半导体器 件还包括在MIM反熔丝叠层上方由邻近硅化物、锗化物或硅锗化物层晶化的淀积半导体材 料形成的邻接P-i-n 二极管。在本专利技术的第五方面，提供了第一存储器级，其包括(1)在衬底上方形成的多个 基本平行、基本共面的第一导体；(2)在第一导体上方形成的多个基本平行、基本共面的第 二导体；(3)多个垂直取向的邻接p-i-n 二极管，这些二极管包括邻近硅化物、硅锗化物或 锗化物层晶化的半导体材料；以及(4)多个位于p-i-n 二极管下方的金属_绝缘体_金属 (MIM)反熔丝叠层，并且每个MIM反熔丝叠层包括(a)第一金属层；(b)在第一金属层上方 形成的二氧化硅、氮氧化物或氮化硅反熔丝层；(c)在反熔丝层上方形成的第二金属层。每 个邻接p-i-n 二极管被设置在MIM反熔丝叠层之一的上方并且在第一导体之一和第二导体 之一之间。第一存储器级还包括多个存储器单元，每个存储器单元包括邻接P-i-n 二极管 之一和MIM反熔丝叠层之一。在本专利技术的第六方面，单片三维存储器阵列在衬底上方形成，该存储器阵列包括 在衬底上方单片形成的第一存储器级，该第一存储器级包括(i)多个基本平行、基本共面 且沿第一方向延伸的第一导体；(ii)多个基本平行、基本共面且沿与第一方向不同的第二 方向延伸的第二导体，第二导体在第一导体上方；(iii)由邻近硅化物、硅锗化物或锗化物 层晶化的淀积半导体材料形成的多个垂直取向的邻接P-i-n 二极管，每个二极管垂直设 置在第一导体之一和第二导体之一之间；(iv)位于P-i-n 二极管下方的多个金属_绝缘 体-金属(MIM)反熔丝叠层，并且每个MIM反熔丝叠层包括(a)第一金属层；(b)在第一金 属层上方形成的二氧化硅、氮氧化物或氮化硅反熔丝层；(c)在反熔丝层上方形成的第二 金属层；以及(v)多个存储器单元，每个存储器单元包括串联排列的二极管之一和MIM反熔 丝叠层之一。单片三维存储器阵列还包括在第一存储器级上方单片形成的第二存储器级。在本专利技术的第七方面，一种器件包括(1)包括半导体材料的邻接p-i-n 二极管；⑵与邻接p-i-n二极管的半导体材料接触的硅化物或硅锗化物层；以及(3)位于p-i-n二 极管下方的金属-绝缘体-金属(MIM)反熔丝叠层。MIM反熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成非易失性存储器单元的方法，该方法包括：形成金属－绝缘体－金属即ＭＩＭ反熔丝叠层，该ＭＩＭ反熔丝叠层包括：第一金属层；在所述第一金属层上方形成的二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅反熔丝层；以及在所述反熔丝层上方形成的第二金属层；在所述ＭＩＭ叠层上方形成邻接ｐ－ｉ－ｎ二极管，所述邻接ｐ－ｉ－ｎ二极管包括淀积的半导体材料；形成与所述淀积的半导体材料接触的硅化物、硅锗化物或锗化物层；以及晶化与所述硅化物、硅锗化物或锗化物层接触的所述淀积的半导体材料；其中所述存储器单元包括所述邻接ｐ－ｉ－ｎ二极管和所述ＭＩＭ叠层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-9-28 11/864,848一种形成非易失性存储器单元的方法，该方法包括形成金属-绝缘体-金属即MIM反熔丝叠层，该MIM反熔丝叠层包括第一金属层；在所述第一金属层上方形成的二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅反熔丝层；以及在所述反熔丝层上方形成的第二金属层；在所述MIM叠层上方形成邻接p-i-n二极管，所述邻接p-i-n二极管包括淀积的半导体材料；形成与所述淀积的半导体材料接触的硅化物、硅锗化物或锗化物层；以及晶化与所述硅化物、硅锗化物或锗化物层接触的所述淀积的半导体材料；其中所述存储器单元包括所述邻接p-i-n二极管和所述MIM叠层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反熔丝层是使用原子层淀积形成的。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述反熔丝层由以下步骤形成 在所述第一金属层上方淀积硅层；以及氧化所述硅层以形成二氧化硅。4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括氮化所述二氧化硅以形成氮氧化物。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述反熔丝层由以下步骤形成 在所述第一金属层上方淀积硅层；以及氮化所述硅层以形成氮化硅。6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括氧化所述氮化硅。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述反熔丝层由以下步骤形成 在所述第一金属层上方淀积硅层；以及氮氧化所述硅层以形成氮氧化硅。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述反熔丝层的厚度是大约40埃或更小。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述反熔丝层的厚度是大约18埃或更小。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一金属层和所述第二金属层中至少一个 包括氮化钛、氮化钽或氮化钨。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述淀积的半导体材料包括硅、锗或硅锗合金。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅化物、硅锗化物或锗化物是硅化钛、硅锗 化钛、锗化钛、硅化钴、硅锗化钴或锗化钴。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述邻接p-i-n二极管被布置在顶部导体和底部 导体之间，并且其中所述MIM反熔丝叠层被布置在所述邻接p-i-n 二极管和所述底部导体 之间。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述邻接p-i-n二极管是垂直取向的。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体材料是多晶的或单晶粒的。16.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述邻接p-i-n二极管包括 形成底部导体；在形成所述底部导体后，在所述底部导体上方形成所述MIM反熔丝叠层； 在形成所述MIM反熔丝叠层后，在所述MIM反熔丝叠层上方淀积半导体层的叠层； 图案化并刻蚀所述半导体层的叠层和MIM反熔丝叠层，从而在单个图案化步骤中形成支柱；以及在图案化并刻蚀所述半导体层的叠层和MIM反熔丝叠层之后，在所述支柱上方形成第二导体。17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括使所述反熔丝层的一部分受到介电击 穿，从而对所述存储器单元编程。18.根据权利要求17所述的方法，其中使所述反熔丝层的一部分受到介电击穿包括在 所述第一导体和所述第二导体之间施加编程电压。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述编程电压不超过大约7伏。20.一种根据权利要求1所述的方法形成的存储器单元。21.一种在衬底上方单片形成第一存储器级的方法，该方法包括在所述衬底上方形成多个基本平行、基本共面的第一导体，所述第一导体沿第一方向 延伸；在所述第一导体上方形成多个MIM反熔丝叠层，每个MIM反熔丝叠层包括第一金属层；在所述第一金属层上方形成的二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅反熔丝层；以及 在所述反熔丝层上方形成的第二金属层；在所述MIM反熔丝叠层上方形成多个垂直取向的邻接p-i-n 二极管，每个邻接p-i-n 二极管包括接触硅化物、硅锗化物或锗化物层晶化的半导体材料；以及在所述邻接P-i-n 二极管上方形成多个基本平行、基本共面的第二导体，所述第二导 体沿着与所述第一方向不同的第二方向延伸，每个邻接P-i-n 二极管被垂直布置在所述 MIM叠层之一上方并在所述第一导体之一与所述第二导体之一之间。22.根据权利要求21所述的方法，其中每个MIM叠层的所述反熔丝层是通过原子层淀 积形成的。23.根据权利要求21所述的方法，其中每个MIM叠层的所述反熔丝层由以下步骤形成在所述第一金属层上方淀积硅层；并且 氧化所述硅层以形成二氧化硅。24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包括氮化所述二氧化硅以形成氮氧化物。25.根据权利要求21所述的方法，其中所述反熔丝层由以下步骤形成 在所述第一金属层上方淀积硅层；并且氮化所述硅层以形成氮化硅。26.根据权利要求25所述的方法，其进一步包括氧化所述氮化硅。27.根据权利要求21所述的方法，其中所述反熔丝层由以下步骤形成 在所述第一金属层上方淀积硅层；并且氮氧化所述硅层以形成氮氧化硅。28.根据权利要求21所述的方法，其中所述半导体材料包括硅、锗和硅锗合金中的至 少一种。29.根据权利要求21所述的方法，其中所述衬底包括单晶硅。30.根据权利要求21所述的方法，其中至少一个第二存储器级被单片形成在所述第一存储级上方。31.一种根据权利要求21所述的方法形成的第一存储器级。32.—种在衬底上方形成单片三维存储器阵列的方法，该方法包括(a)在所述衬底上方单片形成第一存储器级，所述第一存储器级由以下步骤形成(i)形成多个基本平行、基本共面且沿第一方向延伸的第一导体；(ii)形成多个基本平行、基本共面且沿与所述第一方向不同的第二方向延伸的第二导 体，所述第二导体在所述第一导体上方；(iii)形成多个垂直取向的邻接p-i-n晶体管，所述邻接p-i-n晶体管由淀积的半导体 材料形成，该淀积的半导体材料接触硅化物、硅锗化物或锗化物晶化，每个二极管垂直布置 在所述第一导体之一和所述第二导体之一之间；(iv)形成多个金属_绝缘体_金属即MIM反熔丝叠层，每个叠层包括第一金属层；在所述第一金属层上方形成的二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅反熔丝层；以及在所述反熔丝层上方形成的第二金属层；以及(v)形成多个存储器单元，每个存储器单元包括设置在串联布置的所述MIM反熔丝叠 层之一上方的所述二极管之一；以及(b)在所述第一存储器级上方单片地形成第二存储器级。33.根据权利要求32所述的方法，其中每个MIM反熔丝叠层的所述反熔丝层由原子层 淀积形成。34.根据权利要求32所述的方法，其中每个MIM反熔丝叠层的所述反熔丝层由以下步 骤形成在所述第一金属层上方淀积硅层；并且氧化所述硅层以形成二氧化硅。35.根据权利要求34所述的方法，进一步包括氮化所述二氧化硅以形成氮氧化物。36.根据权利要求32所述的方法，其中每个MIM反熔丝叠层的所述反熔丝层由以下步 骤形成在所述第一金属层上方淀积硅层；并且氮化所述硅层以形成氮化硅。37.根据权利要求36所述的方法，其进一步包括氧化所述氮化硅。38.根据权利要求32所述的方法，其中所述反熔丝层由以下步骤形成在所述第一金属层上方淀积硅层；并且氮氧化所述硅层以形成氮氧化硅。39.根据权利要求32所述的方法，其中所述淀积的半导体材料包括硅、锗和硅锗合金 中的至少一种。40.根据权利要求32所述的方法，其中所述衬底包括单晶硅。41.一种单片三维存储器阵列，其根据权利要求32所述的方法形成。42.一种半导体器件，其包括金属_绝缘体_金属即MIM反熔丝叠层，该反熔丝叠层包括第一金属层；在所述第一金属层上方形成的二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅反熔丝层；和 在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：SB赫纳，T卡玛，
申请(专利权)人：桑迪士克三D公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]