低コンタクト抵抗を有する３次元ポリシリコンダイオードおよびその形成方法
半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードおよび半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成する方法を開示する。一形態において、一の導電型（ｐ＋またはｎ＋の一方）を有するようにドープされた領域と、ｐ−ｉ−ｎダイオードへの電気コンタクトの間に、ＳｉＧｅ領域が形成される。ＳｉＧｅ領域は、コンタクト抵抗を低減する働きをすることができ、順バイアス電流を増加させることができる。ドープされた領域は、ドープされた領域がＳｉＧｅ領域とダイオードの真性領域との間に存在するように、ＳｉＧｅ領域の下方を伸びている。ｐ−ｉ−ｎダイオードは、シリコンから形成することができる。ＳｉＧｅ領域の下方のドープされた領域は、付加されたＳｉＧｅ領域によって逆バイアス電流が増加することを防止する働きをすることができる。一実施形態では、メモリアレイ内の上向きのｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流が、下向きのｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流に実質的に一致するように、ＳｉＧｅは形成される。これらのダイオードが３Ｄメモリアレイの読み出し／書き込み材料に用いられた場合に、より良いスイッチング結果を達成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ記憶のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において、半導体ベースのｐ−ｉ−ｎダイオードが知られている。これらのダイオードは、ｐ型の導体が高濃度にドープされた領域（ｐ＋領域）、真性領域、およびｎ型の導体が高濃度にドープされた領域（ｎ＋領域）を備えるため、ｐ−ｉ−ｎデバイスと呼ばれている。真性領域は意図的にドープされていないが、低レベルのｎ型および／またはｐ型の不純物を含んでいても良い。ｐ−ｉ−ｎダイオードは、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、などの材料によって形成されていてもよい。適切なドーパントを、ｐ＋領域およびｎ＋領域に用いることができる。
【０００３】
半導体ベースのｐ−ｉ−ｎダイオードは、様々な用途を有している。一つの提案された用途は、メモリセルである。「Nonvolatile Memory Cell without a Dielectric Antifuse having High- and Low-impedance States」と題された、２００４年９月２９出願の米国特許出願公開公報２００５／００５２９１５号には、メモリセルとして用いることができるような、少なくとも２つの抵抗状態を有するｐ−ｉ−ｎダイオードが記載されている。形成されてすぐの状態では、ｐ−ｉ−ｎダイオードは高抵抗状態にあることある。プログラミング電圧の印加により、抵抗を低抵抗状態に変化させることができる。「Nonvolatile Memory Cell Operating by Increasing Order in Polycrystalline Semiconductor Material」と題された、２００５年６月８出願の米国特許出願公開公報２００５／０２２６０６７号も、メモリセルに用いることができるｐ−ｉ−ｎダイオードが記載されている。前記特許出願の両方は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【０００４】
半導体ベースのｐ−ｉ−ｎダイオードは、可逆的抵抗スイッチングを行う性質を有する素子をメモリセルとして使用するメモリアレイ内の、ステアリング素子としての使用も提案されている。ステアリング素子として用いられた場合、ｐ−ｉ−ｎダイオードは、何れのメモリセルがプログラムされたり読み出されるかを制御するために、電流フローを制御することに役立つ。可逆的抵抗スイッチングを行う性質を有する様々な材料を、メモリセルとして用いることができる。これらの材料は、カルコゲニド、炭素重合体（carbon polymers）、ペロブスカイト（perovskites）、ある金属酸化物および金属窒化物を含んでいる。特に、１つだけの金属を含み、信頼性のある抵抗スイッチングを行う性質を有する、金属酸化物および金属窒化物が存在する。このグループは、PagniaおよびSotnickによる「Bistable Switching in Electroformed Metal-Insulator-Metal Device」、Phys. Stat. Sol. (A) 108, 11-65(1988)に記載してあるように、例えば、ＮｉＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯＸ、ＣｒＯ２、ＶＯ、ＢＮ、およびＡｌＮを含む。これらの材料の１つよりなる層は、例えば比較的に低抵抗な状態など、初期状態に形成することができる。十分な電圧が印加されると、その材料は、安定した高抵抗状態に切り替わる。この抵抗スイッチングは、上記の電圧印加の後に適切な電流または電圧を印加することで抵抗スイッチング材料を安定した低抵抗状態に戻すことができる点において、可逆的であってもよい。この転換は、何度も繰り返すことができる。一部の材料では、初期状態は低抵抗ではなく高抵抗である。
【０００５】
十分に機能するために、ｐ−ｉ−ｎダイオードは、高い順バイアス電流と低い逆バイアス電流を有することが望ましい。ダイオードの整流比率は、特定のバイアス電圧（正および負）における、順バイアス電流の逆バイアス電流に対する比として定義される。高い整流比率が望ましい。しかしながら、より高い順バイアス電流を供給するための技術は、望ましくないことに逆バイアス電流を増加させる傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
メモリアレイ内の全てのダイオードの順バイアス電流が、おおよそ同一であることも望ましい。しかしながら、メモリアレイの様々な部分におけるダイオードの順バイアス電流の間には、ばらつきが存在することがある。一部の従来のメモリアレイにとって、これらのばらつきはシステムに起因している場合がある。メモリアレイは、通常、一部のダイオードが基板から上を向いており、他のダイオードが下を向いている状態で、基板上に形成される。上向きであることは、順バイアス電流の方向が基板から離れることを意味している。一部の従来のメモリセルに関して、上向きのダイオードの順バイアス電流は、下向きのダイオードの順バイアス電流よりも、常に高い状態または低い状態になることがある。何れのメモリセルがプログラムされ読み出されるかを制御するためにダイオードを用いる場合に、順バイアス電流のこれらの違いは、問題を呈することがある。電流の違いによって、他の問題も発生しうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】ｐ−ｉ−ｎダイオードの一実施形態である。
【０００８】
【図１Ｂ】メモリセルとして使用されるｐ−ｉ−ｎダイオードの一実施形態の簡易斜視図である。
【０００９】
【図１Ｃ】ステアリング素子として使用されるｐ−ｉ−ｎダイオードを備えるメモリセルの一実施形態の簡易斜視図である。
【００１０】
【図２】複数のメモリセルから形成された第１のメモリレベルの一部の簡易斜視図である。
【００１１】
【図３】３次元メモリアレイの一部の簡易斜視図である。
【００１２】
【図４】３次元メモリアレイの一部の簡易斜視図である。
【００１３】
【図５】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１４】
【図６】メモリアレイを形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１５】
【図７】メモリアレイ内に導体を形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１６】
【図８】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１７】
【図９】抵抗状態変化素子を形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１８】
【図１０Ａ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｂ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｃ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｄ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｅ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｆ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｇ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書では、半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードおよび半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードの形成方法を開示する。本明細書では、ｐ−ｉ−ｎダイオードを有するメモリアレイ、および、ｐ−ｉ−ｎダイオードを有するメモリアレイを形成するための技術を開示する。本明細書で開示されている技術は、良好な順バイアス電流を供給する、ｐ−ｉ−ｎダイオードと上部コンタクトとの間の低コンタクト抵抗を提供する。また、本技術は、比較的に低い逆バイアス電流を提供する。従って、ｐ−ｉ−ｎダイオードは良好な整流比率を有する。さらに、本明細書で開示されている技術は、複数の順バイアス電流が実質的に一致するように、メモリアレイ内に複数のｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するステップを提供する。具体的には、複数の上向きダイオードの順バイアス電流が、複数の下向きダイオードの電流と実質的に一致させることができる。これにより、３次元メモリアレイに使用された場合に、より良いスイッチング結果を達成することができる。上向きおよび下向きのダイオードが一致する電気的性能を有することで、メモリアレイの様々なレベルにおいて、プログラムされたビットのよりよいスイッチング歩留まり（switching yields）を得ることができる。
【００２０】
一実施形態では、ｎ＋領域とｐ−ｉ−ｎダイオードへのコンタクトとの間に、ＳｉＧｅ領域が形成される。ＳｉＧｅ領域は、コンタクトとｐ−ｉ−ｎダイオードとの間の抵抗を低減する働きをすることができ、順バイアス電流を増加させることができる。ｎ＋領域は、ｎ＋領域がＳｉＧｅ領域とダイオードの真性領域との間に存在するように、ＳｉＧｅ領域の下方を伸びている。ＳｉＧｅ領域の下方のｎ＋領域は、付加されたＳｉＧｅ領域によって逆バイアス電流が増加することを防止する働きをすることができる。一実施形態では、ｐ＋領域とｐ−ｉ−ｎダイオードへのコンタクトとの間に、ＳｉＧｅ領域が形成される。ｐ＋領域は、ｐ＋領域がＳｉＧｅ領域とダイオードの真性領域との間に存在するように、ＳｉＧｅ領域の下方を伸びている。
【００２１】
一実施形態では、メモリアレイ内の一部のｐ−ｉ−ｎダイオードが、高濃度にドープされた領域とコンタクトとの間にＳｉＧｅ領域を有しているのに対して、他のｐ−ｉ−ｎダイオードは有さない。例えば、上向きダイオードはＳｉＧｅ領域を有する一方で、下向きダイオードはＳｉＧｅ領域を有さないとすることができる。別の例として、下向きダイオードはＳｉＧｅ領域を有する一方で、下向きダイオードはＳｉＧｅ領域を有さないとすることができる。上向きのｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流が、下向きのｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流と実質的に一致するように、ＳｉＧｅ領域を形成することができる。
【００２２】
第１、第２、などの用語が、本明細書では様々な要素を記述するために用いられているが、当然のことながら、これらの要素はこれらの用語によって限定されない。これらの用語は、ある要素を他の要素と区別するために用いられているだけである。例えば、実施形態例の範囲から離れることなく、第１要素は第２要素と記載されることができ、同様にして、第２要素は第１要素と記載されることができる。本明細書では、「および／または」の用語は、関連列挙項目の１つ以上の何れかおよび全ての組合せを含んでいる。
【００２３】
当然のことながら、要素または層が、他の要素や層の「上に形成されている」と記載される場合、または、他の要素や層の「上方に形成されている」と記載される場合には、直接的にまたは間接的に、他の要素や層の上または上方に形成されているとすることができる。すなわち、介在要素または介在層が存在してもよい。一方、要素または層が、他の要素に「直接に形成されている」と記載される場合には、介在要素または介在層は存在しない。要素間または層間の関係を記述するための他の言葉も、同様に解釈されるべきである。（例えば、「接触する」に対して「直接に接触する」、「間に」に対して「直接的に〜の間に」、「隣接する」に対して「直接に隣接する」、など）。
【００２４】
図１Ａはｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の一実施態様である。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、下部導電性コンタクト２１３と上部導電性コンタクト２３０の間に接続されて示されている。下部導電性コンタクト２１３および上部導電性コンタクト２３０の各々は、ＴｉＮまたは他の導体で形成されていてもよい。ダイオード２０４は、真性多結晶シリコン（ここでは「ポリシリコン」）領域２４４の両側に、高濃度にドープされた領域２４２、２４６を備えている。領域２４２は、ｎ型不純物が高濃度にドープされたポリシリコンである。この領域２４２の厚さの範囲の一例は、堆積されており、１００Å〜２００Åである。しかしながら領域２４２は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。ｎ型不純物の例は、リンやヒ素を含むが、これに限定されない。領域２４６は、ｐ型不純物が高濃度にドープされたポリシリコンである。この領域２４６の厚さの範囲の一例は、１００Å〜２００Åである。しかしながら領域２４６は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。ｎ型不純物の例は、ボロンやＢＦ２を含むが、これに限定されない。真性ポリシリコン領域２４４の厚さの範囲の一例は、１５００Å〜１８００Åである。しかしながら領域２４４は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。一部の実施形態では、領域２４２と２４６の不純物注入は、逆にすることができる。すなわち、領域２４２にｐ型不純物がドープされ、領域２４６にｎ型不純物がドープされてもよい。しかしながら、説明を進めるに際し、領域２４６をｐドープ領域と呼ぶことにする。
【００２５】
ｐ＋領域２４６の上方には、少なくとも一部がシリサイド化されたＳｉＧｅ領域２３３が存在する。ＳｉＧｅ領域２３３は、上部コンタクト２３０へ低い電気抵抗を与えることができる。従って、順バイアス電流が増加する。一実施形態では、ＳｉＧｅ領域２３３は、最初はＳｉ０．８Ｇｅ０．２によって形成される。しかしながら、シリコンおよびゲルマニウムの他の相対濃度を用いることもできる。シリサイドを形成する材料（例：チタン）および上部コンタクト２３０を堆積させたあと、ＳｉＧｅ領域２３３の少なくとも一部がシリサイド化されるように、熱アニールを実行することができる。例えば、ＳｉＧｅの少なくとも一部から、チタン−シリコン−ゲルマニド（a titanium-silicon-germanide）が形成される。領域２３３のＳｉＧｅの一部は、シリサイド化されない状態に維持することができる。この点、領域２３３に言及する場合には、当然のことながら、ＳｉＧｅは少なくとも一部は、シリサイドを形成する材料でシリサイド化されていることがある。シリサイドを形成する材料は、チタン、コバルト、タンタル、プラチナ、タングステンまたはニッケルを含んでいるが、これらに限定されない。堆積されたＳｉＧｅの初期厚さの範囲の例は、１００Å〜２００Åである。しかしながら領域２３３は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。一実施形態では、真性ポリシリコンの薄いキャッピング層２３１が、ＳｉＧｅ領域２３３の上方に堆積される（図１Ａには記載されていない）。キャッピング層の厚さの例は、１０〜３０Åである。しかしながらキャッピング層は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。
【００２６】
ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４と上部コンタクト２３０との間に良好な電気抵抗を有することが望ましい。低い電気抵抗は、十分な順バイアス電流をもたらすことができる。すなわち、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４とダイオード２０４の上方の導電体層との間の電気抵抗が低い場合には、順バイアス電流が大きくなる傾向がある。しかしながら、順バイアス電流を増加させるために用いられてきた幾つかの従来技術は、逆バイアス電流も増加させる傾向にあり、好ましくない。
【００２７】
図１Ａでは、ｐ＋領域２４６は、ＳｉＧｅ領域２３３の下方に存在することに留意されたい。従って、ＳｉＧｅのｐ＋領域への接合部分、および、ｐ＋ポリシリコンの真性ポリシリコンへの接合部分が存在する。ＳｉＧｅ領域２３３の下方にｐ＋領域を有することで、逆バイアス電流を比較的に小さく維持する働きをすることができる。すなわち、ＳｉＧｅ領域２３３の下方にｐ＋領域２４６（または、代わりにｎ＋領域）が存在しなければ、ＳｉＧｅ領域２３３の効果は、順バイアス電流および逆バイアス電流の両方を増加させるものとなりうる。ｐ＋領域２４６の深さは、所望のダイオード特性が得られるように選択することができる。ｐ＋領域２４６の深さを増加させると、真性領域２４４の厚さを減少させることができる場合があることに留意されたい。真性領域２４４の厚さがより短く作られると、逆電流が増加することがある。
【００２８】
一部の実施形態では、半導体ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、メモリアレイ内のメモリセルとして使用される。図１Ｂは、メモリセル２００として使用されているｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の一実施形態の、簡易斜視図である。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、メモリセルとして用いることができるように、少なくとも２つの抵抗状態を有していても良い。メモリセルとしてｐ−ｉ−ｎダイオードを使用するさらなる詳細は、参照することによって本明細書に前に組み込まれた、米国特許出願公開公報２００５／００５２９１５号および米国特許出願公開公報２００５／０２２６０６７号に見出すことができる。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、ポリシリコンで形成することができる。
【００２９】
ＴｉＮまたは他の導体とすることができる下部コンタクト２１３は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４と下部導体２０６との間に存在する。ＴｉＮまたは他の導体とすることができる上部コンタクト２３０は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４と上部導体２０８との間に存在する。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、一方の導電型の高濃度にドープされた領域２４２（例えば、ｎ＋またはｐ＋の一方）、真性領域２４４、ＳｉＧｅ領域２３３（少なくとも一部がシリサイド化されていてもよい）、および、他方の導電型の高濃度にドープされた領域２４６（例えば、ｐ＋またはｎ＋の一方）を備えている。例として、領域２４２にｎ型ドーパント（例えば、リン、ヒ素、またはアンチモン）がドープされ、領域２４６にｐ型ドーパント（例えば、ボロンまたはＢＦ２）がドープされてもよい。あるいは、領域２４２にｎ型ドーパントがドープされ、領域２４６にｐ型ドーパントがドープされてもよい。真性領域２４４は、意図的にドープされない。しかしながら、真性領域２４４に少量の不純物が存在してもよい。一部の実施形態では、下部導体２１３と下部導体２０６との間に、バリア層が存在する。バリア層は、常には使用されない。ＳｉＧｅ領域２３３自体は、ドープされてもよいし、ドープされなくてもよい。
【００３０】
導体２０６および２０８は、タングステン、何らかの適切な金属、高濃度にドープされた半導体材料、導電性のシリサイド、導電性のシリサイド−ゲルマニド（a conductive silicide-germanide）、導電性のゲルマニドなどの、何らかの好適な導電性材料によって形成されてもよい。図１Ｂの実施形態では、導体２０６および２０８はレール形状であり、異なる方向（例えば、互いに実質垂直な方向）に伸びている。他の導体の形状および／または構造を用いることもできる。一部の実施形態では、バリア層、接着層、反射防止コーティング、および／または同種のもの（不図示）を、デバイス性能を改善するため、および／またはデバイス製造の支援をするために、導体２０６および２０８に用いることができる。
【００３１】
一部の実施形態では、可逆的スイッチング素子にデータが記憶されるメモリアレイ内のステアリング装置として、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が用いられる。図１Ｃは、メモリセル２００の一実施形態の、簡易斜視図である。メモリセル２００は、第１導体２０６と第２導体２０８との間に、（ステアリング素子として用いられる）ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４に直列に接続されている、可逆的抵抗スイッチング素子２０２を備えている。
【００３２】
可逆的抵抗スイッチング素子２０２は、２以上の状態を可逆的にスイッチングすることが可能な抵抗率を有する可逆的抵抗性スイッチング材料２３１を備える。例えば、可逆的抵抗性スイッチング材料は、製造時には初期高抵抗率状態であってもよく、この状態は、第１の物理的信号を印加すると低抵抗率状態にスイッチング可能である。例えばデバイスは、エネルギー、電荷、熱、電圧、電流、または他の物理現象の第１の量を印加することに応じて、状態を切り替えることができる。エネルギー、電荷、熱、電圧、電流、または他の物理現象の第２の量を印加すると、可逆的抵抗率スイッチング材料は、高抵抗率状態に戻ってもよい。あるいは、可逆的抵抗スイッチング素子２３１は、製造時には初期低抵抗率状態であってもよく、この状態は、適切なエネルギー、電荷、熱、電圧、電流、または他の物理現象を印加すると、高抵抗率状態に可逆的にスイッチング可能である。メモリセルに使用される場合、１つの抵抗状態は、２進の「０」を表し、別の抵抗状態は２進の「１」を表してもよい。しかしながら、２以上のデータ／抵抗状態が使用されてもよい。
【００３３】
１つの実施形態では、高抵抗率状態から低抵抗率状態に抵抗をスイッチングするプロセスは、可逆的抵抗スイッチング素子２０２を「セットする」（SETTING）と称される。低抵抗率状態から高抵抗率状態に抵抗をスイッチングするプロセスは、可逆的抵抗スイッチング素子２０２を「リセットする」（RESETTING）と称される。高抵抗率状態は２進のデータ「０」に関連しており、低抵抗率状態は２進のデータ「１」に関連している。他の実施形態では、「セットする」と「リセットする」及び／又はデータの符号化は、逆であってもよい。
【００３４】
可逆的抵抗スイッチング素子２０２は、電極２３２，２３４を有する。電極２３２は、可逆的抵抗性スイッチング材料２３１と導体２０８の間に位置している。１つの実施形態では、電極２３２はプラチナを用いて形成されている。電極２３４は、可逆的抵抗性スイッチング材料２３１とダイオード２０４の間に位置している。１つの実施形態では、電極２３４は窒化チタン、窒化タングステンなどを用いて形成されている。
【００３５】
ある実施形態では、可逆的抵抗スイッチング材料２３１は、酸化金属から形成されてもよい。様々な他の酸化金属を用いることもできる。１つの例では、酸化ニッケルが用いられる。可逆的抵抗性スイッチング材料、および、可逆的抵抗スイッチング材料を使用するメモリセルの動作についての更なる情報は、例えば、「Rewriteable Memory Cell Comprising a Diode and a Resistance-Switching Material」と題された、２００５年５月９日に出願の、米国特許出願公開公報２００６／０２５０８３６号、および、「Memory Cell that Employs a Selectively Deposited Reversible Resistance Switching Element and Methods of Forming the Same」と題された、２００７年６月２９日に出願の、米国特許出願公開公報２００９／０００１３４３号に記載されている。これらの両方は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる。
【００３６】
ｐ−ｉ−ｎダイオード（ステアリング素子）２０４は、２次元または３次元メモリアレイの一部としてメモリセル２００を用いることを許容する。アレイ内の他のメモリセルに影響を与えることなく、データをメモリセル２００に書き込むこと、および／または、データをメモリセル２００から読み出すことができる。ダイオード２０４は、ダイオードのｐ領域の上方にｎ領域を有する上向きであるか、ダイオードのｎ領域の上方にｐ領域を有する下向きであるかに関わらず、垂直な多結晶のｐ−ｎまたはｐ−ｉ−ｎダイオードなどの、いずれの好適なダイオードを含んでいる。
【００３７】
例えば、ダイオード２０４は、高濃度にドープされたｎ＋ポリシリコン領域２４２、ｎ＋ポリシリコン領域２４２の上方の低濃度にドープされた又は真性のポリシリコン領域２４４、真性領域２４４の上方のＳｉＧｅ領域２３３（少なくとも一部がシリサイド化されていてもよい）、および、真性領域２４４の上方の高濃度にドープされたｐ＋ポリシリコン領域２４６を含んでもよい。ＳｉＧｅ領域２３３は、電極（またはコンタクト）２３４（ＴｉＮであってもよい）へ、低い電気抵抗を与える。当然のことながら、ｎ＋領域とｐ＋領域の位置は逆であってもよい。
【００３８】
導体２０６および２０８は、タングステン、何らかの適切な金属、高濃度にドープされた半導体材料、導電性のシリサイド、導電性のシリサイド−ゲルマニド（a conductive silicide-germanide）、導電性のゲルマニドなどの、何らかの好適な導電性材料を含んでいてもよい。図１Ｃの実施形態では、導体２０６および２０８はレール形状であり、異なる方向（例えば、互いに実質垂直な方向）に伸びている。他の導体の形状および／または構造を用いることもできる。一部の実施形態では、バリア層、接着層、反射防止コーティング、および／または同種のもの（不図示）を、デバイス性能を改善するため、および／またはデバイス製造の支援をするために、導体２０６および２０８に用いることができる。
【００３９】
導体２０６および２０８は、通常は互いに直交し、メモリセル２００のアレイにアクセスするためのアレイターミナルライン（array terminal lines）を形成する。１層でのアレイターミナルライン（アレイラインとも呼ぶ）は、ワードラインまたはＸ−ラインと呼ぶことがある。垂直に隣接する層でのアレイラインは、ビットラインまたはＹ−ラインと呼ぶことがある。メモリセル２００は、各ワードラインと各ビットラインの投影された交点に形成することができる。メモリセル２００の形成に示すように、メモリセル２００は、交差するワードラインとビットラインの各々の間に接続される。メモリセル２００の少なくとも２つのレベル（例えば、２つのメモリ面）を有する３次元メモリアレイは、ワードラインの２層以上および／またはビットラインの２層以上を利用することができる。モノリシックな３次元メモリアレイは、複数のメモリレベルが、中間基板を用いないでウェハなどの単一の基板上に形成されるアレイである。その一例が、「Rail Stack Array Of Charge Storage Devices And Method Of Making Same」と題された、２００４年５月２０日出願の、米国特許第６，９９２，３４９号に記載されている。当該文献は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００４０】
図１Ｃでは、ダイオード２０４の上方に位置するように可逆的抵抗スイッチング素子２０２が示されているが、別の実施形態においては当然のことながら、可逆的抵抗スイッチング素子２０２はダイオード２０４の下方に位置していてもよい。
【００４１】
図２は、メモリセル２００の複数個から形成される第１のメモリレベル２１４の一部の略斜視図である。図１Ｂまたは図１Ｃの何れかのメモリセル２００を使用することができる。簡略化のために、図２では、一部の要素は別々に示されていない。例えば、（素子２０２を使用する実施形態に対する）可逆的抵抗スイッチング素子２０２、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４、下部コンタクト２１３、および、上部コンタクト２３０は、別々に示されていない。メモリアレイ２１４は、（図に示されるように）複数のメモリセルが接続される複数のビットライン（第２導体２０８）及びワードライン（第１導体２０６）を含む「クロスポイント」アレイである。他のメモリアレイ構造が、マルチレベルのメモリとして使用されてもよい。
【００４２】
図３は、第２のメモリレベル２２０の下に配置される第１のメモリレベル２１８を含むモノリシックな３次元アレイ２１６の一部の略斜視図である。図３の実施形態では、各メモリレベル２１８、２２０は、クロスポイントアレイ内に複数のメモリセル２００を含んでいる。当然ながら、第１のメモリレベル２１８と第２のメモリレベル２２０との間に、追加の層（例えば、中間誘電体）が存在してもよいが、簡単にするために図３では示されない。他のメモリアレイ構造が、メモリの追加レベルとして使用されてもよい。図３の実施形態では、すべてのダイオードは、ｐ型領域をダイオードの上部または下部のどちらに有するｐ−ｉ−ｎダイオードが使用されるかによって、上向きまたは下向きなどの同じ方向に「向く」ことで、ダイオードの製造を簡略化することもできる。しかしながら、上向きおよび下向きのダイオードは、異なるレベルで用いられてもよい
【００４３】
一部の実施形態では、メモリレベルは、「High-Density Three-Dimensional Memory Cell」という米国特許第６，９５２，０３０号に記載されているように形成されてもよい。当該文献は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる。例えば、第１のメモリレベルの上側導体は、図４に示すように、第１のメモリレベルの上方に位置している第２のメモリレベルの下側導体として使用されてもよい。この構造は、完全ミラー構造と呼ばれることがある。実質的に平行で同一平面上にある複数の導体２０６は、第１のメモリレベル２１８において、ビットラインの第１集合を形成する。レベル２２０におけるメモリセル２００ａは、これらのビットラインと、隣接するワードライン２０８との間に、形成されている。図４の配置では、ワードライン２０８は、メモリ層２１８と２２０との間で共用されている。従ってワードライン２０８は、メモリレベル２２０において、メモリセル２００ｂにさらに接続されている。導体の第３集合は、レベル２２０のセルに対するビットライン２０６を形成する。これらのビットライン２０６は、同様にして、メモリレベル２００ｂと追加のメモリレベル（図４には記載されていない）との間で共用されている。ダイオードの極性の配置、および、ワードラインおよびビットラインの各々の配置は、実施形態によって変更することができる。また、３つ以上のメモリレベルを用いることもできる。
【００４４】
幾つかの実施形態では、あらゆる点でその全体が本願明細書において参照により援用されている、２００７年３月２７日に出願された「LARGE ARRAY OF UPWARD POINTING P-I-N DIODES HAVING LARGE AND UNIFORM CURRENT」と題する米国特許出願公開公報２００７／０１９０７２２号で説明されるように、隣接するメモリレベル上のダイオードは、反対方向に向くのが好ましい。例えば、第１のメモリレベル２１８のダイオードは、（例えば、ダイオードの下部にｎ領域を有して）矢印Ａ１で示されるように下向きダイオードであってもよく、第２のメモリレベル２２０のダイオードは、（例えば、ダイオードの下部にｐ領域を有して）矢印Ａ２で示されるように上向きダイオードであってもよく、あるいはその逆であってもよい。
【００４５】
モノリシックな３次元メモリアレイは、複数のメモリレベルが、中間基板を用いないでウェハなどの単一の基板上に形成されるアレイである。１つのメモリレベルを形成する層は、（単数または複数の）既存のレベルの層の上に、直接に堆積または成長される。これに対して、積層メモリは、Leedyによる「Three dimensional structure memory」と題する米国特許第５，９１５，１６７号の場合のように、別々の基板上にメモリレベルを形成し、そのメモリレベルを互いに重ねて接着することによって構築されている。基板は、ボンディングの前に薄くされても、あるいはメモリレベルから取り除かれてもよいが、メモリレベルが個別の基板上に最初に形成されるので、このようなメモリは、本当のモノリシックな３次元メモリアレイではない。
【００４６】
図１−４は、開示された配置に関連して、円筒形状のメモリセルおよびレール形状の導体を示している。しかしながら、本明細書で開示された技術は、メモリセルについてのある特定の構造に限定されない。可逆的抵抗性スイッチング材料を含んでいるメモリセルを形成するために、他の構造を用いることもできる。例えば、以下の特許は、可逆的抵抗性スイッチング材料を使用するように構成することができるメモリセルの構造の例を提供している。米国特許６，９５２，０４３号、米国特許６，９５１，７８０号、米国特許６，０３４，８８２号、米国特許６，４２０，２１５号、米国特許６，５２５，９５３号、および米国特許７，０８１，３７７号。
【００４７】
図５は、半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するためのプロセス５００の一実施形態を示している。プロセス５００は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４を形成するための一般的なプロセスを示しており、メモリアレイでの使用に限定されない。しかしながら、プロセス５００は、３次元メモリアレイ内でステアリング素子として使用されるダイオードを形成するために使用することができる。プロセス５００は、メモリアレイ内で自身をメモリセルとして使用する半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するために使用することもできる。全てのプロセスステップは、プロセス５００に記載されていない。例えば、マスクの形成、マスクのパターニング、およびエッチングは、記載されていない。ステップ５０２では、下部導電性コンタクト２１３が形成される。下部導電性コンタクト２１３は、ＴｉＮまたは他の導体によって形成されてもよい。一部の実施形態では、下部コンタクト２１３は、下部導体２０６の上に形成される。しかしながら、下部コンタクト２１３は、他の何れかの導体材料の上に形成することができる。
【００４８】
ステップ５０４では、下部コンタクト２１３の上に、ｎ＋ポリシリコン領域２４２が形成される。領域２４２は、従来知られている、何れかの堆積方法およびドーピング方法によって形成することができる。シリコンを堆積させた後にドープすることや、または、シリコンが堆積される間にｎ型のドーパント原子を供給するガスを流すことで、シリコンにインサイチュ（in situ）ドーピングすることができる。ｎ型不純物の例は、リンおよびヒ素を含むが、これらに限定されない。領域２４２の厚さの範囲の一例は、１００Å〜２００Åである。しかしながら領域２４２は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。
【００４９】
ステップ５０６では、真性領域２４４に用いられるポリシリコンが堆積される。ポリシリコンは、意図的にドープされない。真性領域２４４は、従来知られている何れかの方法によって形成することができる。一実施形態では、真性領域２４４はシリコンである。真性ポリシリコンの厚さの範囲の一例は、約１７００から１８００オングストロームの間の厚さである。
【００５０】
ステップ５０６の後、ｐ＋領域２４６およびＳｉＧｅ領域２３３を形成するステップとして、２つの選択肢が存在する。選択肢Ａはステップ５０８〜５１２に記載されており、選択肢Ｂはステップ５１３〜５１５に記載されている。選択肢Ａが使用される場合には、ステップ５０８において、ｐ＋領域２４６のためにポリシリコンが堆積される。選択肢Ａでは、領域２４６は後ほどトープされる。従って、ステップ５０８では、ポリシリコンは意図的にドープされない。同一のプロセスステップの間にステップ５０６および５０８を実行することができるが、説明を進めるに際し、分離して記載されていることに留意されたい。
【００５１】
ステップ５１０では、ｐ＋領域２４６になる真性ポリシリコン上に、ＳｉＧｅが堆積される。ＳｉＧｅは、シリコンの堆積を継続するステップと、選択された量のゲルマニウムをシリコンに追加するステップによって、堆積されてもよい。一実施形態では、相対濃度はＳｉ０．８Ｇｅ０．２である。しかしながら、シリコンおよびゲルマニウムの他の相対濃度を用いることもできる。堆積されたＳｉＧｅの初期厚さの範囲例は、１００Å〜２００Åである。しかしながらＳｉＧｅは、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。
【００５２】
ステップ５１２では、ＳｉＧｅ領域２３３の下方にｐ＋領域２４６を形成するために、ｐ−ドーパントが注入される。一実施形態では、イオン注入が行われる。イオンが拡散すると、高濃度にドープされたｐ型領域２４６が形成される。ｐ型ドーパントは、注入エネルギーが例えば１〜５ｋｅＶであり、ドーズ量の例が約８Ｅ１４〜５Ｅ１５／ｃｍ２である、ボロンの浅い注入であってもよい。ＳｉＧｅ領域２３３がドープされること、または、ＳｉＧｅ領域２３３およびｐ＋領域２４６内のドーピング濃度が同一であることは、必要とされないことに留意されたい。しかしながら一部の実施形態では、ｐ＋領域２４６と同一のドーパントが、ＳｉＧｅ領域にドープされる。ｐ型ドーパントが拡散された後では、ｐ＋領域２４６がＳｉＧｅ領域２３３の下側に存在するように、ｐ型ドーパントはＳｉＧｅ領域２４６の下側へ広がっている。選択肢Ａはこれで終了する。
【００５３】
選択肢Ｂが使用される場合には、ステップ５１３において、インサイチュドーピング（in situ doping）によってｐ＋領域２４６が形成される。シリコンが堆積される間にｐ型のドーパント原子を供給するガスを流すことで、シリコンにインサイチュ（in situ）ドーピングすることができる。ｐ型不純物の例は、注入種としてのボロンおよびＢＦ２や、インサイチュドーパントとしてのＢＣｌ３を含むが、これらに限定されない。
【００５４】
ステップ５１５では、ｐ＋領域２４６上にＳｉＧｅが堆積される。ＳｉＧｅはドープされてもよいが、必須ではない。例えば、ＳｉＧｅが堆積される間にｐ型のドーパント原子を供給するガスを流すことで、ＳｉＧｅにインサイチュ（in situ）ドーピングすることができる。選択肢Ｂはこれで終了する。
【００５５】
ＳｉＧｅが堆積された後に、ステップ５１６において、ＳｉＧｅ領域の上にシリサイドを形成する材料が堆積される。シリサイドを形成する材料は、チタン、コバルト、タンタル、プラチナ、タングステンまたはニッケルを含んでもよいが、これらに限定されない。例として、ＳｉＧｅ上にチタンが堆積される。例えば、チタンの厚さは１０〜２０Åである。一実施形態では、シリサイドを形成する材料の堆積に先立って、ＳｉＧｅの上に真性ポリシリコンの薄いキャッピング層が堆積される。キャッピング層の厚さの例は、１０〜５０Åである。しかしながら、キャッピング層はより厚くてもよいし、より薄くてもよい。一実施形態では、シリサイドを形成する材料を堆積した後に、上部コンタクト２３０を完成させるために別の材料が堆積される。例えば、シリサイドを形成する材料がチタンである場合には、チタンの上にＴｉＮが堆積されてもよい。上部コンタクト２３０は、ＴｉＮ以外の材料であってもよい。
【００５６】
ステップ５１８において、ＳｉＧｅ領域にシリサイドを生成するために、熱アニールが行われる。このステップの間、高温となるため、シリサイドを形成する材料はＳｉＧｅの一部と反応してシリサイド層を形成することができる。一実施形態では、熱アニールはセ氏５５０〜６５０度で約６０秒間実施される。しかしながら、温度はより低くまたはより高くすることもできる。さらに、アニールは６０秒間よりも長くまたは短くすることもできる。ＳｉＧｅ領域に形成されるシリサイドは、シリサイドを形成する材料に依存する。例えば、シリサイドを形成する材料がチタンであった場合には、シリサイドは、チタン・シリサイド−ゲルマニド（a titanium silicide-germanide）であることがある。シリサイドを形成する材料がコバルトである場合には、シリサイドは、コバルト・シリサイド−ゲルマニド（cobalt silicide-germanide）であることがある。他のシリサイドをＳｉＧｅ領域２３３に形成することもできる。
【００５７】
ＳｉＧｅ領域２３３の全体がシリサイド化されることが要求されないことに留意されたい。しかしながら、一部の実施形態では、ＳｉＧｅ領域２３３の全てがシリサイド化される。ＳｉＧｅ領域２３３の初期厚さは、シリサイドプロセスの間にどれだけが消費されるか（シリサイドに変質されるか）に基づいて、選択されてもよい。例えば、チタンの１Åが、シリコンの約５〜１０Å（あるいはそれ以下）を消費する場合において、Ｔｉ厚さが２０Åである場合には、ＳｉＧｅは約２００Å（あるいはそれ以上）であってもよい。
【００５８】
プロセス５００は、ステップ５０４でｎ型不純物が使用される、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の形成を記述していたことに留意されたい。しかしながら、ステップ５０４では、ｎ＋領域の形成に代えて、ｐ＋領域を形成することができる。その場合、ステップ５１２または５１３の一方で、ｐ＋ドーパントの注入に代えて、ｎ型ドーパントを注入することができる。
【００５９】
一実施形態では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４はメモリアレイの一部である。この場合、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の全体のレベルは、同一のプロセスステップを用いて形成されてもよい。しかしながら、各レベルでｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が同一の方法で形成されることが要求されないことに留意されたい。例えば、あるレベルにおいては本明細書に記載されたＳｉＧｅ領域２３３によってｐ−ｉ−ｎダイオードが形成されるが、別のレベルにおいてはＳｉＧｅ領域２３３が用いられなくてもよい。一実施形態では、１つおきのレベルにおけるｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が、ＳｉＧｅ領域を有する。シリコンのゲルマニウムに対する相対濃度（および他の要因）は、１のレベルにおけるｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流を、他のレベルの順バイアス電流に一致させることを支援可能に調整することができる。例えば、１のレベルにおける上向きダイオードの順バイアス電流を、他のレベルにおける下向きダイオードの順バイアス電流に一致させることができる。
【００６０】
図６は、１のレベルにおけるダイオードがＳｉＧｅ２３３の領域を有し、他のレベルにおけるダイオードがＳｉＧｅ２３３の領域を有さないメモリアレイを形成する、一実施形態のプロセス６００を示している。この例では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、ステアリング素子として使用される。しかしながら、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の抵抗に基づいて情報を記憶するなど、別の目的を果たしてもよい。プロセス６００は、図４に記載されたメモリアレイ２１４などの、アレイを形成するために使用されてもよい。
【００６１】
ステップ６０２では、メモリアレイ２１４の最も下部の導体である、導体２０６ａが基板上に形成される。図７は、導体２０６ａを形成するステップの一実施形態のさらなる詳細を示している。ステップ６０２は、複数の導体２０６ａの間に誘電材料を形成するステップを含んでもよいことに留意されたい。
【００６２】
ステップ６０４では、導体２０６ａ上に、ＳｉＧｅ領域２３３を有するｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が形成される。一実装態様では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４を形成するために、図５のプロセス５００が使用される。これらのｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、上向きまたは下向きの何れであってもよい。図８のプロセス８００は、ステップ６０４を実行するために用いることができる、多くのｐ−ｉ−ｎダイオード形成するステップの一実施形態を示している。
【００６３】
ステップ６０６では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の上方に、可逆的抵抗スイッチング素子２０２が形成される。図９のプロセス９００は、可逆的抵抗スイッチング素子２０２を形成するステップの一実施形態を示している。一部の実施形態では、可逆的抵抗スイッチング素子２０２の上方にｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が形成されるように、ステップ６０４と６０６が交代される。ｐ−ｉ−ｎダイオードおよび可逆的抵抗スイッチング素子２０２を形成するステップの結果、誘電材料が複数の支柱の間にある、支柱（素子２００ａ、図４）を形成することができる。
【００６４】
ステップ６０８では、導体２０８が形成される。これにより、メモリアレイ２１４の１つのレベル２１８の形成が完了する。導体２０８は、メモリアレイの第２のレベル２２０のための下部導体としても用いられる。
【００６５】
ステップ６１０において、導体２０８の上方に、ＳｉＧｅ領域２３３を有さないｐ−ｉ−ｎダイオードが形成される。図４のＡ１およびＡ２が付された矢印に関して、下側レベル２１８におけるダイオードが上向きであった場合には、第２のレベル２２０におけるｐ−ｉ−ｎダイオードは下向きであってもよい。しかしながら、逆もまた当てはまる。下側レベル２１８におけるダイオードが下向きであった場合には、レベル２２０におけるダイオードは上向きであってもよい。一部の実施形態では、第２のレベル２２０におけるｐ−ｉ−ｎダイオードは、ＳｉＧｅ領域２３３を備えることなく形成される。
【００６６】
ステップ６１２では、第２のレベル２２０におけるｐ−ｉ−ｎダイオードの上方に、可逆的抵抗スイッチング素子２０２が形成される。下側レベル２１８と同様にして、可逆的抵抗スイッチング素子２０２の下方ではなく、可逆的抵抗スイッチング素子２０２の上方にｐ−ｉ−ｎダイオードが形成されてもよい。
【００６７】
ステップ６１４では、導体２０６ｂが形成される。導体２０６ｂを形成するステップの結果は、複数の導体２０６ｂの間に誘電材料を形成するステップを含んでいてもよい。これにより、メモリアレイ２１４の最初の２つのレベル２１８、２２０の形成が完了する。追加のレベルが追加されてもよい。上向きのダイオードと下向きのダイオードを交互に配置するパターンが継続されてもよい。また、ＳｉＧｅ領域２３３を有するダイオードとＳｉＧｅ領域を有さないダイオードを交互に配置するパターンが継続されてもよい。
【００６８】
プロセス６００を実行する場合、ＳｉＧｅ内のゲルマニウムの濃度は、第１のレベル２１８におけるｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流が、第１のレベル２２０におけるｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流と一致するか、または少なくとも非常に近づくように、選択されてもよい。以下に、電流を一致させるゲルマニウム濃度の調整に関する、いくらかの情報を提供する。ＳｉＧｅは、シリコンよりも狭いバンドギャップを有する。例えば、シリコンは１．１２ｅＶのバンドギャップを有することがある一方、ゲルマニウムは０．６６ｅＶのバンドギャップを有することがある。従って、ＳｉＧｅのバンドギャップは、シリコンとゲルマニウムの相対濃度に応じて、０．６６ｅＶ−１．１２ｅＶの間を変動することができる。ＳｉＧｅの（Ｓｉに比して）低いバンドギャップは、ＳｉＧｅ／ＴｉＮ接合部分に（Ｓｉ／ＴｉＮ接合部分と比較して）低いバリア高さをもたらすことができる。これは、上部コンタクト２３０に対する電気抵抗を低下させることができる。これにより、ダイオードの順バイアス電流密度を改善することができる。例えば、一部の実装態様では、２Ｖの順バイアス電圧において、ＳｉＧｅ領域を有さないダイオードと比較して、２〜５倍に電流密度を改善することができる。ＳｉＧｅ内のゲルマニウムの量は、メモリアレイ２１４の１のレベルのダイオードの順バイアス電流を他のレベルに一致させるように、調整することができるパラメータである。
【００６９】
メモリアレイ２１４の１のレベルのダイオードの順バイアス電流を他のレベルに一致させるために、他の要因を用いることもできる。例えば、様々なメモリアレイレベルにおけるダイオード高さを、互いに異ならせることができる。具体例として、ダイオード高さ（または真性領域のような特定の領域）を低くすることで、順バイアス電流を大きくすることができる。一方で、高さを高くすることで、順バイアス電流を小さくすることができる。ダイオード高さを高くするほど（例えば、真性領域を厚くする）ダイオード抵抗が高くなり、ダイオード高さを低くするほど（例えば、真性領域を薄くする）ダイオード抵抗が減少することに留意されたい。しかしながら、ダイオードを低くするほど、同様な逆バイアス電圧での逆リーク電流が、厚い真性領域を有するダイオードと比較して大きくなることにも留意されたい。一実施形態では、真性領域の高さは、ダイオード順バイアス電流を一致させるように調整されている。
【００７０】
図６の実施形態では、あるレベルのｐ−ｉ−ｎダイオード２０４はＳｉＧｅ領域２３３を有している一方で、他のレベルのダイオードはＳｉＧｅ領域２３３を有していないことに留意されたい。一部の実施形態では、メモリアレイの全レベルのｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が、ＳｉＧｅ領域２３３を有していてもよい。しかしながら、ＳｉＧｅ領域２３３は、全レベルで必ずしも同一でなくてもよい。例えば、様々なメモリレベルでダイオードの順バイアス電流を一致させるために、ＳｉＧｅ内のゲルマニウムの濃度が様々なレベルで異なっていてもよい。例えば、下向きｐ−ｉ−ｎダイオード２０４に比して、複数の上向きｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、ＳｉＧｅ領域内のゲルマニウムの様々な濃度を有していてもよい。
【００７１】
図７は、導体を形成するプロセスの一実施形態を示している。プロセス７００は、プロセス６００のステップ６０２の一実施態様である。メモリアレイの形成は、基板に対して開始されてもよい。基板は、単結晶シリコン、シリコン−ゲルマニウムやシリコン−ゲルマニウム−カーボンのようなＩＶ−ＩＶ族化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩＩ族化合物、これらの基板上のエピタキシャル層、または何らかの他の半導体材料などの、従来知られている任意の半導体基板とすることができる。基板は、その中に製造された集積回路を含んでいてもよい。例えば基板は、メモリアレイを読み出すためにおよびメモリアレイをプログラムするために、導体２０６および２０８に電気的に接続されている回路を含んでいてもよい。ステップ７０２では、基板上に絶縁層が形成される。絶縁層は、酸化シリコン、シリコン窒化物、または他の好適な絶縁材料とすることができる。
【００７２】
ステップ７０４において、絶縁体の上に、第１の導体２０６ａのための材料が堆積される。導電層の絶縁層への接着を支援するために、絶縁層と導電層との間に接着層が含まれていてもよい。上を覆う導電層がタングステンである場合には、接着層として窒化チタンを用いることができる。導電層は、タングステン、または、タンタル、チタン、銅、コバルトを含む他の材料、またはそれらの合金など、従来知られている導電材料を備えていてもよい。
【００７３】
導体レール２０６ａを形成する全ての層が堆積されると、ステップ７０６において、実質平行で実質同一平面上にある複数の導体２０６ａ形成するために好適なマスキングプロセスおよびエッチングプロセスを用いて、それらの層はパターン形成されエッチングされる。一実施形態では、フォトレジストが堆積され、フォトリソグラフィによってパターン形成され層がエッチングされ、その後通常のプロセス技術を用いてフォトレジストが除去される。
【００７４】
次に、ステップ７０８において、複数の導体２０６ａの上および間に、誘電材料が堆積される。誘電材料は、酸化シリコン、シリコン窒化物、またはシリコン酸窒化物（silicon oxynitride）などの、既知の電気絶縁材料とすることができる。一実施形態では、誘電材料として、高密度プラズマ法によって堆積された二酸化シリコンが使用される。導体レール２０６ａの上面上の余分な誘電材料を除去し、誘電材料で分離された導体２０６ａの上面を露出させ、実質的に平面な表面を残してもよい。平面な表面を形成するための余分な誘電体の除去は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）または平坦化エッチバックなどの、従来知られている何れかのプロセスによって実行することができる。別の実施形態では、ダマシン法によって導体２０６ａを形成することができる。ステップ７０８の後、導体２０６ａの上にｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が形成されてもよい。または、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の形成に先立って、導体２０６ａの上に抵抗状態変化素子２０２が形成されてもよい。
【００７５】
図８は、多数のｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセス８００の一実施形態を示している。プロセス８００は、プロセス６００のステップ６０４の一実施態様である。プロセス８００は、導体２０６ａを形成するためにプロセス７００を実行するステップが使用された後に、実行されてもよい。一実施形態では、導体２０６ａとｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の間に、抵抗状態変化素子２０２が形成される。プロセス８００に先立ち、導体２０６ａ上に下部コンタクト２１３が形成されてもよい。図１０Ａ〜１０Ｇは、例として、プロセス８００の様々なステップ後の結果を示している。図１０Ａ〜１０Ｇでは、下側の高濃度にドープされた領域がｎ＋であり、上側がｐ＋である。図１０Ａ−１０Ｇは、１つの下部導体２０６ａに平行に走るラインに沿った視点からの図を示している。複数の層の相対厚さは、原寸に比例して示されていないことに留意されたい。図１０Ａは、基板上に導体を形成するとともに、下部コンタクトとして使用されるＴｉＮの層を形成した後の結果を示している。具体的には、基板１００２、１つの下部導体２０６ａ、およびＴｉＮ層１０１３が記載されている。下部導体２０６ａのレベルでは、図１０Ａでは見られない誘電体も存在する。
【００７６】
ステップ８０２では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４に使われる支柱にパターン形成される半導体材料の層が堆積される。ステップ８０２は、導体２０６ａおよび導体２０６ａの間に存在する誘電体の上に、シリコンの層を堆積させるステップを含んでいてもよい。一実施形態では、半導体材料はシリコンである。ｎ＋領域またはｐ＋領域の一方として使用されるために下側部分が高濃度にドープされるように、シリコンを堆積させながらインサイチュドーピングが実施されてもよい。ｎ＋領域またはｐ＋領域の一方として使用されるために上側部分が高濃度にドープされるように、シリコンを堆積させながらインサイチュドーピングが同様に実施されてもよい。これはプロセス５００の選択肢Ｂに類似している。しかしながら、下側部分も上側部分もインサイチュドーピングされる必要はない。従って、シリコンを堆積させた後にドープすることや、または、シリコンが堆積される間にｎ型またはｐ型のドーパント原子を供給するガスを流すことでシリコンにインサイチュドーピングすることができる。図１０Ｂは、ｐ＋層がインサイチュで形成される場合の、ステップ８０２の後の結果を示している。図１０Ｃは、ｐ＋層がインサイチュドーピングされず、そのために現在の段階でｐ＋層がドープされていない結果を示している。
【００７７】
ステップ８０４では、ポリシリコン層の上にＳｉＧｅの層が堆積される。上側の高濃度にドープされた領域を形成するためのドーピングがまだ実施されていない場合には、当該ドーピングがここで行われてもよい。これは、プロセス５００の選択肢Ａに類似している。図１０Ｄは、ｐ型ドーパントをＳｉＧｅ層およびＳｉＧｅ層の直下の層の両方に注入するステップを図説している。ステップ８０６では、ＳｉＧｅ層の上に、シリサイドを形成する材料の層および上部コンタクトのための材料の層（例えば、ＴｉＮ）が堆積される。図１０Ｅは、ステップ８０６の後の結果を示している。シリサイドを形成する材料を堆積させた後、シリサイドを形成するために熱アニールを実施してもよいことに留意されたい。例として、セ氏５５０〜６５０度の間の高速熱アニール（ＲＴＡ）が、約６０秒間実施されてもよい。
【００７８】
ステップ８０７では、メモリ素子２０２のための材料が堆積される。例えば、下部電極２３４を形成するために用いられる層、状態変化素子２３１を形成するために用いられる層、および、上部電極２３２を形成するために用いられる層が堆積される。図９のプロセス９００は、メモリ素子２０２を形成するステップの追加の詳細を提供している。図１０Ｅに示されるＴｉＮ層の上面上に、メモリ素子２０２のための層を堆積することができる。メモリ素子２０２のための材料は、ダイオードのための材料を堆積させるステップに先立って堆積することができることに留意されたい。
【００７９】
ステップ８０８では、ポリシリコン、ＳｉＧｅ層、シリサイドを形成する材料、上部コンタクト材料、およびメモリ素子材料から、支柱が形成される。任意の好適なマスキングプロセスおよびエッチングプロセスを用いて、支柱を形成することができる。例えば、フォトレジストを堆積させ、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジストをパターン形成し、エッチングすることができる。その後、フォトレジストを除去することができる。または、例えば二酸化シリコンなどのある別の材料のハードマスクを、下部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）を上面に有して、半導体層スタックの上面上に形成し、その後パターン形成してエッチングすることができる。同様に、ハードマスクとして、誘電体反射防止コーティング（ＤＡＲＣ）を用いることができる。一部の実施形態では、各支柱が導体２０６の上に形成されるように、支柱は、下方の導体２０６とほぼ同一のピッチおよびほぼ同一の幅を有している。多少の位置ずれは許容することができる。図１０Ｆは、ステップ８０８の後の結果を示している。図１０Ｆでは、各支柱が１つのｐ−ｉ−ｎダイオードに対応している。図を分かりにくくしないために、図１０Ｆではメモリ素子２０２は記載されていないことに留意されたい。
【００８０】
ステップ８１０では、半導体支柱の上および間に誘電材料１０３７が堆積され、支柱間の間隙が埋められる。誘電材料１０３７は、酸化シリコン、シリコン窒化物、またはシリコン酸窒化物などの、既知の電気絶縁材料とすることができる。一実施形態では、誘電材料として二酸化シリコンが使用される。支柱の上面上の誘電材料が除去され、誘電材料で分離された支柱の上面が露出され、実質的に平面な表面が残される。余分な誘電体の除去は、ＣＭＰまたはエッチバックなどの、従来知られている何れかのプロセスによって実行することができる。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４を形成した後、抵抗状態変化素子が形成されてもよい（ステップ６０６、プロセス６００）。図１０Ｇは、ステップ８１０の後の結果を示している。シリサイドを形成するために使用される熱アニールに加えて、１つ以上の熱アニールがあってもよいことに留意されたい。例えば、ポリシリコンを結晶化するため、および、ドーパントを活性化するために、熱アニールがあってもよい。一実施形態では、セ氏７００〜７５０度で高速熱アニール（ＲＴＡ）が６０秒間行われる。しかしながら、他の温度および時間を用いることもできる。ダイオードの多層を有するメモリ装置が構成されている場合には、シリサイド（例えば、各シリサイド領域を形成するために別々のアニールがあることがある）を形成するために多数のアニールが行われることがあるが、ポリシリコンを結晶化するためおよびドーパントを活性化するために１回のみのアニールが行われることがあることに留意されたい。
【００８１】
図９は、抵抗状態変化素子２０２を形成するプロセス９００の一実施形態を示している。プロセス９００は、プロセス６００のステップ６０６および６１２の一実施態様である。ステップ９０２では、下部電極２３４が形成される。下部電極２３４は、ＴｉＮによって形成されてもよい。下部電極２３４の形成は、ＴｉＮ（または他の材料）を堆積するステップと、パターン形成するステップおよびエッチングするステップにより、実現することができる。下部電極２３４は、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）およびスパッタリングを含む、様々な技術を用いて堆積させることができるが、これらの方法に限定されない。下部電極２３４は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４への電気的接続を形成する。一部の実施形態では、下部電極２３４も、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４に対する上部コンタクト２３０としての機能を果たす。
【００８２】
ステップ９０４では、状態変化素子２３１が形成される。このステップでは、多くの異なるタイプの状態変化素子を形成することができる。一実施形態では、状態変化素子２３１は金属酸化物（ＭｅＯＸ）である。ＭｅＯＸは、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）およびスパッタリングを含む、様々な技術を用いて堆積させることができるが、これらの方法に限定されない。一実施形態では、状態変化素子２３１はＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５（ＧＳＴ）である。ＧＳＴは、結晶質から非晶質へ可逆的に相変化する性質を有しており、セルにつき２つのレベルを割り当てる。しかしながら、ＧＳＴを用いてセルに追加のレベルを割り当てるために、準非晶質および準結晶質の相が用いられることもある。一部の実施形態では、炭素材料から状態変化素子２３１が形成される。炭素から形成される状態変化素子２３１は、非晶質と黒鉛炭素の任意の組合せを備えていてもよい。一形態において、状態変化素子２３１はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）である。
【００８３】
ステップ９０６において、上部電極２３２が形成される。上部電極２３２は、ＴｉＮ、ＴａＮおよびＷＮなどを含む多種多様の材料から形成されてもよいが、これらの材料に限定されない。上部電極２３２は、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）およびスパッタリングを含む、様々な技術を用いて堆積させることができるが、これらの方法に限定されない。
【００８４】
ここで述べたように、一実施形態は、以下の要素を含む半導体デバイスである。そのデバイスは、第１導電型の第１材料がドープされたシリコンの第１領域と、前記第１領域の上方に位置し、意図的にドープされていないシリコンの第２領域と、前記第２領域の上方に位置し、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料がドープされているシリコンの第３領域と、前記第３領域の上方に位置する、ＳｉＧｅを含んでいる領域と、前記ＳｉＧｅ領域の上方に位置する導電性コンタクトと、を有する。一部の実施形態では、ＳｉＧｅの少なくとも一部はシリサイドを含んでいる。
【００８５】
一実施形態は、以下のステップを含んでいる、半導体デバイスを形成する方法である。 第１導電型の第１材料がドープされたポリシリコンの第１領域が形成される。前記第１領域上に、ポリシリコンの第２領域が形成される。前記第２領域は、意図的にドープされない。前記第２領域上に、ポリシリコンの第３領域が形成される。前記第３領域には、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料がドープされる。ポリシリコンの前記第３領域上に、ＳｉＧｅの領域が形成される。前記ＳｉＧｅの領域上に、上部導電性コンタクトが形成される。一部の実施形態では、前記ＳｉＧｅ上にシリサイドを形成する材料を備える領域が堆積され、前記シリサイドを形成する材料をＳｉＧｅに反応させてシリサイドを形成するために熱アニールが実施される。
【００８６】
一実施形態は、以下の要素を備える３次元メモリアレイである。前記メモリアレイは、基板の上方の第１導電性ラインと、前記第１導電性ラインの上方の第２導電性ラインと、前記第２導電性ラインの上方の第３導電性ラインと、を有する。前記第１導電性ラインと前記第２導電性ラインとの間に、第１ｐ−ｉ−ｎダイオードが結合されている。前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードは、第１導電型の不純物がドープされた第１ポリシリコン領域と、前記第１ポリシリコン領域の上方の、真性の第２ポリシリコン領域と、前記第２ポリシリコン領域の上方の第３ポリシリコン領域と、を含んでいる。前記第３ポリシリコン領域は、第２導電型の不純物がドープされている。前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードは、前記第３ポリシリコン領域の上方のＳｉＧｅ領域と、前記第３ポリシリコン領域の上方の上部導電性コンタクトも含んでいる。前記メモリは、前記第２導電性ラインと前記第３導電性ラインの間に結合される、第２ｐ−ｉ−ｎダイオードも有する。前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオードは、前記第２導電型の不純物がドープされた第１ポリシリコン領域と、前記第１領域の上方の、真性ポリシリコンである第２ポリシリコン領域と、前記第２領域の上方の、前記第１導電型の不純物がドープされた第３ポリシリコン領域と、前記第３ポリシリコン領域の上方の上部導電性コンタクトと、を有する。一部の形態では、前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記ＳｉＧｅ領域は、前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記順バイアス電流を前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記順バイアス電流に実質的に一致させることができるように選択された組成を有している。
【００８７】
一態様は、以下のステップを備える、３次元メモリアレイを形成する方法である。基板上に第１導電性ラインが形成され、前記第１導電性ライン上に第１ｐ−ｉ−ｎダイオードが形成される。前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するステップは、以下のステップを含んでいる。第１導電型の第１材料がドープされたポリシリコンの第１領域が形成される。前記第１領域上に、ポリシリコンの第２領域が形成される。前記第２領域は、意図的にドープされていない。前記第２領域上に、ポリシリコンの第３領域が形成される。前記第３領域には、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料がドープされる。ポリシリコンの前記第３領域上に、ＳｉＧｅの領域が形成される。前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオード上に第２導電性ラインが形成される。前記第２導電性ライン上に第２ｐ−ｉ−ｎダイオードが形成される。前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するステップは、以下のステップを含んでいる。前記第２導電型の材料がドープされたポリシリコンの第４領域が形成される。前記第４領域上に、ポリシリコンの第５領域が形成される。前記第５領域上に、前記第１導電型の材料がドープされたポリシリコンの第６領域が形成される。前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオード上に第３導電性ラインが形成される。一部の形態では、ポリシリコンの前記第３領域上に前記ＳｉＧｅの領域を形成するステップは、前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記順バイアス電流を前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記順バイアス電流に実質的に一致させることができるように選択された、シリコンに対するゲルマニウムの組成を有する前記ＳｉＧｅ領域を形成するステップを含んでいる。
【００８８】
上述の本発明に係る詳細な記載は、実例及び描写を目的として用意されたものであり、本発明を開示した詳細な形態に限定又は制限することを意図したものではない。上記教示において多くの改良や変形例が可能である。開示される実施形態は、本発明の本質を最も良く表すために選ばれたものであり、当業者であれば、実用上の変形例において、本発明を様々な実施形態において最適に利用し、特定の用途に合致するように様々な改良を加えることができる。本発明の範囲は、添付される特許請求の範囲によって定義されるものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ記憶のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において、半導体ベースのｐ−ｉ−ｎダイオードが知られている。これらのダイオードは、ｐ型の導体が高濃度にドープされた領域（ｐ＋領域）、真性領域、およびｎ型の導体が高濃度にドープされた領域（ｎ＋領域）を備えるため、ｐ−ｉ−ｎデバイスと呼ばれている。真性領域は意図的にドープされていないが、低レベルのｎ型および／またはｐ型の不純物を含んでいても良い。ｐ−ｉ−ｎダイオードは、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、などの材料によって形成されていてもよい。適切なドーパントを、ｐ＋領域およびｎ＋領域に用いることができる。
【０００３】
半導体ベースのｐ−ｉ−ｎダイオードは、様々な用途を有している。一つの提案された用途は、メモリセルである。「Nonvolatile Memory Cell without a Dielectric Antifuse having High- and Low-impedance States」と題された、２００４年９月２９出願の米国特許出願公開公報２００５／００５２９１５号には、メモリセルとして用いることができるような、少なくとも２つの抵抗状態を有するｐ−ｉ−ｎダイオードが記載されている。形成されてすぐの状態では、ｐ−ｉ−ｎダイオードは高抵抗状態にあることある。プログラミング電圧の印加により、抵抗を低抵抗状態に変化させることができる。「Nonvolatile Memory Cell Operating by Increasing Order in Polycrystalline Semiconductor Material」と題された、２００５年６月８出願の米国特許出願公開公報２００５／０２２６０６７号も、メモリセルに用いることができるｐ−ｉ−ｎダイオードが記載されている。前記特許出願の両方は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【０００４】
半導体ベースのｐ−ｉ−ｎダイオードは、可逆的抵抗スイッチングを行う性質を有する素子をメモリセルとして使用するメモリアレイ内の、ステアリング素子としての使用も提案されている。ステアリング素子として用いられた場合、ｐ−ｉ−ｎダイオードは、何れのメモリセルがプログラムされたり読み出されるかを制御するために、電流フローを制御することに役立つ。可逆的抵抗スイッチングを行う性質を有する様々な材料を、メモリセルとして用いることができる。これらの材料は、カルコゲニド、炭素重合体（carbon polymers）、ペロブスカイト（perovskites）、ある金属酸化物および金属窒化物を含んでいる。特に、１つだけの金属を含み、信頼性のある抵抗スイッチングを行う性質を有する、金属酸化物および金属窒化物が存在する。このグループは、PagniaおよびSotnickによる「Bistable Switching in Electroformed Metal-Insulator-Metal Device」、Phys. Stat. Sol. (A) 108, 11-65(1988)に記載してあるように、例えば、ＮｉＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯＸ、ＣｒＯ２、ＶＯ、ＢＮ、およびＡｌＮを含む。これらの材料の１つよりなる層は、例えば比較的に低抵抗な状態など、初期状態に形成することができる。十分な電圧が印加されると、その材料は、安定した高抵抗状態に切り替わる。この抵抗スイッチングは、上記の電圧印加の後に適切な電流または電圧を印加することで抵抗スイッチング材料を安定した低抵抗状態に戻すことができる点において、可逆的であってもよい。この転換は、何度も繰り返すことができる。一部の材料では、初期状態は低抵抗ではなく高抵抗である。
【０００５】
十分に機能するために、ｐ−ｉ−ｎダイオードは、高い順バイアス電流と低い逆バイアス電流を有することが望ましい。ダイオードの整流比率は、特定のバイアス電圧（正および負）における、順バイアス電流の逆バイアス電流に対する比として定義される。高い整流比率が望ましい。しかしながら、より高い順バイアス電流を供給するための技術は、望ましくないことに逆バイアス電流を増加させる傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
メモリアレイ内の全てのダイオードの順バイアス電流が、おおよそ同一であることも望ましい。しかしながら、メモリアレイの様々な部分におけるダイオードの順バイアス電流の間には、ばらつきが存在することがある。一部の従来のメモリアレイにとって、これらのばらつきはシステムに起因している場合がある。メモリアレイは、通常、一部のダイオードが基板から上を向いており、他のダイオードが下を向いている状態で、基板上に形成される。上向きであることは、順バイアス電流の方向が基板から離れることを意味している。一部の従来のメモリセルに関して、上向きのダイオードの順バイアス電流は、下向きのダイオードの順バイアス電流よりも、常に高い状態または低い状態になることがある。何れのメモリセルがプログラムされ読み出されるかを制御するためにダイオードを用いる場合に、順バイアス電流のこれらの違いは、問題を呈することがある。電流の違いによって、他の問題も発生しうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】ｐ−ｉ−ｎダイオードの一実施形態である。
【０００８】
【図１Ｂ】メモリセルとして使用されるｐ−ｉ−ｎダイオードの一実施形態の簡易斜視図である。
【０００９】
【図１Ｃ】ステアリング素子として使用されるｐ−ｉ−ｎダイオードを備えるメモリセルの一実施形態の簡易斜視図である。
【００１０】
【図２】複数のメモリセルから形成された第１のメモリレベルの一部の簡易斜視図である。
【００１１】
【図３】３次元メモリアレイの一部の簡易斜視図である。
【００１２】
【図４】３次元メモリアレイの一部の簡易斜視図である。
【００１３】
【図５】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１４】
【図６】メモリアレイを形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１５】
【図７】メモリアレイ内に導体を形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１６】
【図８】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１７】
【図９】抵抗状態変化素子を形成するためのプロセスの一実施形態を示す。
【００１８】
【図１０Ａ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｂ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｃ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｄ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｅ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｆ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【図１０Ｇ】ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセスの様々なステップ後の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書では、半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードおよび半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードの形成方法を開示する。本明細書では、ｐ−ｉ−ｎダイオードを有するメモリアレイ、および、ｐ−ｉ−ｎダイオードを有するメモリアレイを形成するための技術を開示する。本明細書で開示されている技術は、良好な順バイアス電流を供給する、ｐ−ｉ−ｎダイオードと上部コンタクトとの間の低コンタクト抵抗を提供する。また、本技術は、比較的に低い逆バイアス電流を提供する。従って、ｐ−ｉ−ｎダイオードは良好な整流比率を有する。さらに、本明細書で開示されている技術は、複数の順バイアス電流が実質的に一致するように、メモリアレイ内に複数のｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するステップを提供する。具体的には、複数の上向きダイオードの順バイアス電流が、複数の下向きダイオードの電流と実質的に一致させることができる。これにより、３次元メモリアレイに使用された場合に、より良いスイッチング結果を達成することができる。上向きおよび下向きのダイオードが一致する電気的性能を有することで、メモリアレイの様々なレベルにおいて、プログラムされたビットのよりよいスイッチング歩留まり（switching yields）を得ることができる。
【００２０】
一実施形態では、ｎ＋領域とｐ−ｉ−ｎダイオードへのコンタクトとの間に、ＳｉＧｅ領域が形成される。ＳｉＧｅ領域は、コンタクトとｐ−ｉ−ｎダイオードとの間の抵抗を低減する働きをすることができ、順バイアス電流を増加させることができる。ｎ＋領域は、ｎ＋領域がＳｉＧｅ領域とダイオードの真性領域との間に存在するように、ＳｉＧｅ領域の下方を伸びている。ＳｉＧｅ領域の下方のｎ＋領域は、付加されたＳｉＧｅ領域によって逆バイアス電流が増加することを防止する働きをすることができる。一実施形態では、ｐ＋領域とｐ−ｉ−ｎダイオードへのコンタクトとの間に、ＳｉＧｅ領域が形成される。ｐ＋領域は、ｐ＋領域がＳｉＧｅ領域とダイオードの真性領域との間に存在するように、ＳｉＧｅ領域の下方を伸びている。
【００２１】
一実施形態では、メモリアレイ内の一部のｐ−ｉ−ｎダイオードが、高濃度にドープされた領域とコンタクトとの間にＳｉＧｅ領域を有しているのに対して、他のｐ−ｉ−ｎダイオードは有さない。例えば、上向きダイオードはＳｉＧｅ領域を有する一方で、下向きダイオードはＳｉＧｅ領域を有さないとすることができる。別の例として、下向きダイオードはＳｉＧｅ領域を有する一方で、下向きダイオードはＳｉＧｅ領域を有さないとすることができる。上向きのｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流が、下向きのｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流と実質的に一致するように、ＳｉＧｅ領域を形成することができる。
【００２２】
第１、第２、などの用語が、本明細書では様々な要素を記述するために用いられているが、当然のことながら、これらの要素はこれらの用語によって限定されない。これらの用語は、ある要素を他の要素と区別するために用いられているだけである。例えば、実施形態例の範囲から離れることなく、第１要素は第２要素と記載されることができ、同様にして、第２要素は第１要素と記載されることができる。本明細書では、「および／または」の用語は、関連列挙項目の１つ以上の何れかおよび全ての組合せを含んでいる。
【００２３】
当然のことながら、要素または層が、他の要素や層の「上に形成されている」と記載される場合、または、他の要素や層の「上方に形成されている」と記載される場合には、直接的にまたは間接的に、他の要素や層の上または上方に形成されているとすることができる。すなわち、介在要素または介在層が存在してもよい。一方、要素または層が、他の要素に「直接に形成されている」と記載される場合には、介在要素または介在層は存在しない。要素間または層間の関係を記述するための他の言葉も、同様に解釈されるべきである。（例えば、「接触する」に対して「直接に接触する」、「間に」に対して「直接的に〜の間に」、「隣接する」に対して「直接に隣接する」、など）。
【００２４】
図１Ａはｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の一実施態様である。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、下部導電性コンタクト２１３と上部導電性コンタクト２３０の間に接続されて示されている。下部導電性コンタクト２１３および上部導電性コンタクト２３０の各々は、ＴｉＮまたは他の導体で形成されていてもよい。ダイオード２０４は、真性多結晶シリコン（ここでは「ポリシリコン」）領域２４４の両側に、高濃度にドープされた領域２４２、２４６を備えている。領域２４２は、ｎ型不純物が高濃度にドープされたポリシリコンである。この領域２４２の厚さの範囲の一例は、堆積されており、１００Å〜２００Åである。しかしながら領域２４２は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。ｎ型不純物の例は、リンやヒ素を含むが、これに限定されない。領域２４６は、ｐ型不純物が高濃度にドープされたポリシリコンである。この領域２４６の厚さの範囲の一例は、１００Å〜２００Åである。しかしながら領域２４６は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。ｎ型不純物の例は、ボロンやＢＦ２を含むが、これに限定されない。真性ポリシリコン領域２４４の厚さの範囲の一例は、１５００Å〜１８００Åである。しかしながら領域２４４は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。一部の実施形態では、領域２４２と２４６の不純物注入は、逆にすることができる。すなわち、領域２４２にｐ型不純物がドープされ、領域２４６にｎ型不純物がドープされてもよい。しかしながら、説明を進めるに際し、領域２４６をｐドープ領域と呼ぶことにする。
【００２５】
ｐ＋領域２４６の上方には、少なくとも一部がシリサイド化されたＳｉＧｅ領域２３３が存在する。ＳｉＧｅ領域２３３は、上部コンタクト２３０へ低い電気抵抗を与えることができる。従って、順バイアス電流が増加する。一実施形態では、ＳｉＧｅ領域２３３は、最初はＳｉ０．８Ｇｅ０．２によって形成される。しかしながら、シリコンおよびゲルマニウムの他の相対濃度を用いることもできる。シリサイドを形成する材料（例：チタン）および上部コンタクト２３０を堆積させたあと、ＳｉＧｅ領域２３３の少なくとも一部がシリサイド化されるように、熱アニールを実行することができる。例えば、ＳｉＧｅの少なくとも一部から、チタン−シリコン−ゲルマニド（a titanium-silicon-germanide）が形成される。領域２３３のＳｉＧｅの一部は、シリサイド化されない状態に維持することができる。この点、領域２３３に言及する場合には、当然のことながら、ＳｉＧｅは少なくとも一部は、シリサイドを形成する材料でシリサイド化されていることがある。シリサイドを形成する材料は、チタン、コバルト、タンタル、プラチナ、タングステンまたはニッケルを含んでいるが、これらに限定されない。堆積されたＳｉＧｅの初期厚さの範囲の例は、１００Å〜２００Åである。しかしながら領域２３３は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。一実施形態では、真性ポリシリコンの薄いキャッピング層２３１が、ＳｉＧｅ領域２３３の上方に堆積される（図１Ａには記載されていない）。キャッピング層の厚さの例は、１０〜３０Åである。しかしながらキャッピング層は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。
【００２６】
ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４と上部コンタクト２３０との間に良好な電気抵抗を有することが望ましい。低い電気抵抗は、十分な順バイアス電流をもたらすことができる。すなわち、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４とダイオード２０４の上方の導電体層との間の電気抵抗が低い場合には、順バイアス電流が大きくなる傾向がある。しかしながら、順バイアス電流を増加させるために用いられてきた幾つかの従来技術は、逆バイアス電流も増加させる傾向にあり、好ましくない。
【００２７】
図１Ａでは、ｐ＋領域２４６は、ＳｉＧｅ領域２３３の下方に存在することに留意されたい。従って、ＳｉＧｅのｐ＋領域への接合部分、および、ｐ＋ポリシリコンの真性ポリシリコンへの接合部分が存在する。ＳｉＧｅ領域２３３の下方にｐ＋領域を有することで、逆バイアス電流を比較的に小さく維持する働きをすることができる。すなわち、ＳｉＧｅ領域２３３の下方にｐ＋領域２４６（または、代わりにｎ＋領域）が存在しなければ、ＳｉＧｅ領域２３３の効果は、順バイアス電流および逆バイアス電流の両方を増加させるものとなりうる。ｐ＋領域２４６の深さは、所望のダイオード特性が得られるように選択することができる。ｐ＋領域２４６の深さを増加させると、真性領域２４４の厚さを減少させることができる場合があることに留意されたい。真性領域２４４の厚さがより短く作られると、逆電流が増加することがある。
【００２８】
一部の実施形態では、半導体ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、メモリアレイ内のメモリセルとして使用される。図１Ｂは、メモリセル２００として使用されているｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の一実施形態の、簡易斜視図である。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、メモリセルとして用いることができるように、少なくとも２つの抵抗状態を有していても良い。メモリセルとしてｐ−ｉ−ｎダイオードを使用するさらなる詳細は、参照することによって本明細書に前に組み込まれた、米国特許出願公開公報２００５／００５２９１５号および米国特許出願公開公報２００５／０２２６０６７号に見出すことができる。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、ポリシリコンで形成することができる。
【００２９】
ＴｉＮまたは他の導体とすることができる下部コンタクト２１３は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４と下部導体２０６との間に存在する。ＴｉＮまたは他の導体とすることができる上部コンタクト２３０は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４と上部導体２０８との間に存在する。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、一方の導電型の高濃度にドープされた領域２４２（例えば、ｎ＋またはｐ＋の一方）、真性領域２４４、ＳｉＧｅ領域２３３（少なくとも一部がシリサイド化されていてもよい）、および、他方の導電型の高濃度にドープされた領域２４６（例えば、ｐ＋またはｎ＋の一方）を備えている。例として、領域２４２にｎ型ドーパント（例えば、リン、ヒ素、またはアンチモン）がドープされ、領域２４６にｐ型ドーパント（例えば、ボロンまたはＢＦ２）がドープされてもよい。あるいは、領域２４２にｎ型ドーパントがドープされ、領域２４６にｐ型ドーパントがドープされてもよい。真性領域２４４は、意図的にドープされない。しかしながら、真性領域２４４に少量の不純物が存在してもよい。一部の実施形態では、下部導体２１３と下部導体２０６との間に、バリア層が存在する。バリア層は、常には使用されない。ＳｉＧｅ領域２３３自体は、ドープされてもよいし、ドープされなくてもよい。
【００３０】
導体２０６および２０８は、タングステン、何らかの適切な金属、高濃度にドープされた半導体材料、導電性のシリサイド、導電性のシリサイド−ゲルマニド（a conductive silicide-germanide）、導電性のゲルマニドなどの、何らかの好適な導電性材料によって形成されてもよい。図１Ｂの実施形態では、導体２０６および２０８はレール形状であり、異なる方向（例えば、互いに実質垂直な方向）に伸びている。他の導体の形状および／または構造を用いることもできる。一部の実施形態では、バリア層、接着層、反射防止コーティング、および／または同種のもの（不図示）を、デバイス性能を改善するため、および／またはデバイス製造の支援をするために、導体２０６および２０８に用いることができる。
【００３１】
一部の実施形態では、可逆的スイッチング素子にデータが記憶されるメモリアレイ内のステアリング装置として、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が用いられる。図１Ｃは、メモリセル２００の一実施形態の、簡易斜視図である。メモリセル２００は、第１導体２０６と第２導体２０８との間に、（ステアリング素子として用いられる）ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４に直列に接続されている、可逆的抵抗スイッチング素子２０２を備えている。
【００３２】
可逆的抵抗スイッチング素子２０２は、２以上の状態を可逆的にスイッチングすることが可能な抵抗率を有する可逆的抵抗性スイッチング材料２３１を備える。例えば、可逆的抵抗性スイッチング材料は、製造時には初期高抵抗率状態であってもよく、この状態は、第１の物理的信号を印加すると低抵抗率状態にスイッチング可能である。例えばデバイスは、エネルギー、電荷、熱、電圧、電流、または他の物理現象の第１の量を印加することに応じて、状態を切り替えることができる。エネルギー、電荷、熱、電圧、電流、または他の物理現象の第２の量を印加すると、可逆的抵抗率スイッチング材料は、高抵抗率状態に戻ってもよい。あるいは、可逆的抵抗スイッチング素子２３１は、製造時には初期低抵抗率状態であってもよく、この状態は、適切なエネルギー、電荷、熱、電圧、電流、または他の物理現象を印加すると、高抵抗率状態に可逆的にスイッチング可能である。メモリセルに使用される場合、１つの抵抗状態は、２進の「０」を表し、別の抵抗状態は２進の「１」を表してもよい。しかしながら、２以上のデータ／抵抗状態が使用されてもよい。
【００３３】
１つの実施形態では、高抵抗率状態から低抵抗率状態に抵抗をスイッチングするプロセスは、可逆的抵抗スイッチング素子２０２を「セットする」（SETTING）と称される。低抵抗率状態から高抵抗率状態に抵抗をスイッチングするプロセスは、可逆的抵抗スイッチング素子２０２を「リセットする」（RESETTING）と称される。高抵抗率状態は２進のデータ「０」に関連しており、低抵抗率状態は２進のデータ「１」に関連している。他の実施形態では、「セットする」と「リセットする」及び／又はデータの符号化は、逆であってもよい。
【００３４】
可逆的抵抗スイッチング素子２０２は、電極２３２，２３４を有する。電極２３２は、可逆的抵抗性スイッチング材料２３１と導体２０８の間に位置している。１つの実施形態では、電極２３２はプラチナを用いて形成されている。電極２３４は、可逆的抵抗性スイッチング材料２３１とダイオード２０４の間に位置している。１つの実施形態では、電極２３４は窒化チタン、窒化タングステンなどを用いて形成されている。
【００３５】
ある実施形態では、可逆的抵抗スイッチング材料２３１は、酸化金属から形成されてもよい。様々な他の酸化金属を用いることもできる。１つの例では、酸化ニッケルが用いられる。可逆的抵抗性スイッチング材料、および、可逆的抵抗スイッチング材料を使用するメモリセルの動作についての更なる情報は、例えば、「Rewriteable Memory Cell Comprising a Diode and a Resistance-Switching Material」と題された、２００５年５月９日に出願の、米国特許出願公開公報２００６／０２５０８３６号、および、「Memory Cell that Employs a Selectively Deposited Reversible Resistance Switching Element and Methods of Forming the Same」と題された、２００７年６月２９日に出願の、米国特許出願公開公報２００９／０００１３４３号に記載されている。これらの両方は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる。
【００３６】
ｐ−ｉ−ｎダイオード（ステアリング素子）２０４は、２次元または３次元メモリアレイの一部としてメモリセル２００を用いることを許容する。アレイ内の他のメモリセルに影響を与えることなく、データをメモリセル２００に書き込むこと、および／または、データをメモリセル２００から読み出すことができる。ダイオード２０４は、ダイオードのｐ領域の上方にｎ領域を有する上向きであるか、ダイオードのｎ領域の上方にｐ領域を有する下向きであるかに関わらず、垂直な多結晶のｐ−ｎまたはｐ−ｉ−ｎダイオードなどの、いずれの好適なダイオードを含んでいる。
【００３７】
例えば、ダイオード２０４は、高濃度にドープされたｎ＋ポリシリコン領域２４２、ｎ＋ポリシリコン領域２４２の上方の低濃度にドープされた又は真性のポリシリコン領域２４４、真性領域２４４の上方のＳｉＧｅ領域２３３（少なくとも一部がシリサイド化されていてもよい）、および、真性領域２４４の上方の高濃度にドープされたｐ＋ポリシリコン領域２４６を含んでもよい。ＳｉＧｅ領域２３３は、電極（またはコンタクト）２３４（ＴｉＮであってもよい）へ、低い電気抵抗を与える。当然のことながら、ｎ＋領域とｐ＋領域の位置は逆であってもよい。
【００３８】
導体２０６および２０８は、タングステン、何らかの適切な金属、高濃度にドープされた半導体材料、導電性のシリサイド、導電性のシリサイド−ゲルマニド（a conductive silicide-germanide）、導電性のゲルマニドなどの、何らかの好適な導電性材料を含んでいてもよい。図１Ｃの実施形態では、導体２０６および２０８はレール形状であり、異なる方向（例えば、互いに実質垂直な方向）に伸びている。他の導体の形状および／または構造を用いることもできる。一部の実施形態では、バリア層、接着層、反射防止コーティング、および／または同種のもの（不図示）を、デバイス性能を改善するため、および／またはデバイス製造の支援をするために、導体２０６および２０８に用いることができる。
【００３９】
導体２０６および２０８は、通常は互いに直交し、メモリセル２００のアレイにアクセスするためのアレイターミナルライン（array terminal lines）を形成する。１層でのアレイターミナルライン（アレイラインとも呼ぶ）は、ワードラインまたはＸ−ラインと呼ぶことがある。垂直に隣接する層でのアレイラインは、ビットラインまたはＹ−ラインと呼ぶことがある。メモリセル２００は、各ワードラインと各ビットラインの投影された交点に形成することができる。メモリセル２００の形成に示すように、メモリセル２００は、交差するワードラインとビットラインの各々の間に接続される。メモリセル２００の少なくとも２つのレベル（例えば、２つのメモリ面）を有する３次元メモリアレイは、ワードラインの２層以上および／またはビットラインの２層以上を利用することができる。モノリシックな３次元メモリアレイは、複数のメモリレベルが、中間基板を用いないでウェハなどの単一の基板上に形成されるアレイである。その一例が、「Rail Stack Array Of Charge Storage Devices And Method Of Making Same」と題された、２００４年５月２０日出願の、米国特許第６，９９２，３４９号に記載されている。当該文献は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００４０】
図１Ｃでは、ダイオード２０４の上方に位置するように可逆的抵抗スイッチング素子２０２が示されているが、別の実施形態においては当然のことながら、可逆的抵抗スイッチング素子２０２はダイオード２０４の下方に位置していてもよい。
【００４１】
図２は、メモリセル２００の複数個から形成される第１のメモリレベル２１４の一部の略斜視図である。図１Ｂまたは図１Ｃの何れかのメモリセル２００を使用することができる。簡略化のために、図２では、一部の要素は別々に示されていない。例えば、（素子２０２を使用する実施形態に対する）可逆的抵抗スイッチング素子２０２、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４、下部コンタクト２１３、および、上部コンタクト２３０は、別々に示されていない。メモリアレイ２１４は、（図に示されるように）複数のメモリセルが接続される複数のビットライン（第２導体２０８）及びワードライン（第１導体２０６）を含む「クロスポイント」アレイである。他のメモリアレイ構造が、マルチレベルのメモリとして使用されてもよい。
【００４２】
図３は、第２のメモリレベル２２０の下に配置される第１のメモリレベル２１８を含むモノリシックな３次元アレイ２１６の一部の略斜視図である。図３の実施形態では、各メモリレベル２１８、２２０は、クロスポイントアレイ内に複数のメモリセル２００を含んでいる。当然ながら、第１のメモリレベル２１８と第２のメモリレベル２２０との間に、追加の層（例えば、中間誘電体）が存在してもよいが、簡単にするために図３では示されない。他のメモリアレイ構造が、メモリの追加レベルとして使用されてもよい。図３の実施形態では、すべてのダイオードは、ｐ型領域をダイオードの上部または下部のどちらに有するｐ−ｉ−ｎダイオードが使用されるかによって、上向きまたは下向きなどの同じ方向に「向く」ことで、ダイオードの製造を簡略化することもできる。しかしながら、上向きおよび下向きのダイオードは、異なるレベルで用いられてもよい
【００４３】
一部の実施形態では、メモリレベルは、「High-Density Three-Dimensional Memory Cell」という米国特許第６，９５２，０３０号に記載されているように形成されてもよい。当該文献は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる。例えば、第１のメモリレベルの上側導体は、図４に示すように、第１のメモリレベルの上方に位置している第２のメモリレベルの下側導体として使用されてもよい。この構造は、完全ミラー構造と呼ばれることがある。実質的に平行で同一平面上にある複数の導体２０６は、第１のメモリレベル２１８において、ビットラインの第１集合を形成する。レベル２２０におけるメモリセル２００ａは、これらのビットラインと、隣接するワードライン２０８との間に、形成されている。図４の配置では、ワードライン２０８は、メモリ層２１８と２２０との間で共用されている。従ってワードライン２０８は、メモリレベル２２０において、メモリセル２００ｂにさらに接続されている。導体の第３集合は、レベル２２０のセルに対するビットライン２０６を形成する。これらのビットライン２０６は、同様にして、メモリレベル２００ｂと追加のメモリレベル（図４には記載されていない）との間で共用されている。ダイオードの極性の配置、および、ワードラインおよびビットラインの各々の配置は、実施形態によって変更することができる。また、３つ以上のメモリレベルを用いることもできる。
【００４４】
幾つかの実施形態では、あらゆる点でその全体が本願明細書において参照により援用されている、２００７年３月２７日に出願された「LARGE ARRAY OF UPWARD POINTING P-I-N DIODES HAVING LARGE AND UNIFORM CURRENT」と題する米国特許出願公開公報２００７／０１９０７２２号で説明されるように、隣接するメモリレベル上のダイオードは、反対方向に向くのが好ましい。例えば、第１のメモリレベル２１８のダイオードは、（例えば、ダイオードの下部にｎ領域を有して）矢印Ａ１で示されるように下向きダイオードであってもよく、第２のメモリレベル２２０のダイオードは、（例えば、ダイオードの下部にｐ領域を有して）矢印Ａ２で示されるように上向きダイオードであってもよく、あるいはその逆であってもよい。
【００４５】
モノリシックな３次元メモリアレイは、複数のメモリレベルが、中間基板を用いないでウェハなどの単一の基板上に形成されるアレイである。１つのメモリレベルを形成する層は、（単数または複数の）既存のレベルの層の上に、直接に堆積または成長される。これに対して、積層メモリは、Leedyによる「Three dimensional structure memory」と題する米国特許第５，９１５，１６７号の場合のように、別々の基板上にメモリレベルを形成し、そのメモリレベルを互いに重ねて接着することによって構築されている。基板は、ボンディングの前に薄くされても、あるいはメモリレベルから取り除かれてもよいが、メモリレベルが個別の基板上に最初に形成されるので、このようなメモリは、本当のモノリシックな３次元メモリアレイではない。
【００４６】
図１−４は、開示された配置に関連して、円筒形状のメモリセルおよびレール形状の導体を示している。しかしながら、本明細書で開示された技術は、メモリセルについてのある特定の構造に限定されない。可逆的抵抗性スイッチング材料を含んでいるメモリセルを形成するために、他の構造を用いることもできる。例えば、以下の特許は、可逆的抵抗性スイッチング材料を使用するように構成することができるメモリセルの構造の例を提供している。米国特許６，９５２，０４３号、米国特許６，９５１，７８０号、米国特許６，０３４，８８２号、米国特許６，４２０，２１５号、米国特許６，５２５，９５３号、および米国特許７，０８１，３７７号。
【００４７】
図５は、半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するためのプロセス５００の一実施形態を示している。プロセス５００は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４を形成するための一般的なプロセスを示しており、メモリアレイでの使用に限定されない。しかしながら、プロセス５００は、３次元メモリアレイ内でステアリング素子として使用されるダイオードを形成するために使用することができる。プロセス５００は、メモリアレイ内で自身をメモリセルとして使用する半導体ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するために使用することもできる。全てのプロセスステップは、プロセス５００に記載されていない。例えば、マスクの形成、マスクのパターニング、およびエッチングは、記載されていない。ステップ５０２では、下部導電性コンタクト２１３が形成される。下部導電性コンタクト２１３は、ＴｉＮまたは他の導体によって形成されてもよい。一部の実施形態では、下部コンタクト２１３は、下部導体２０６の上に形成される。しかしながら、下部コンタクト２１３は、他の何れかの導体材料の上に形成することができる。
【００４８】
ステップ５０４では、下部コンタクト２１３の上に、ｎ＋ポリシリコン領域２４２が形成される。領域２４２は、従来知られている、何れかの堆積方法およびドーピング方法によって形成することができる。シリコンを堆積させた後にドープすることや、または、シリコンが堆積される間にｎ型のドーパント原子を供給するガスを流すことで、シリコンにインサイチュ（in situ）ドーピングすることができる。ｎ型不純物の例は、リンおよびヒ素を含むが、これらに限定されない。領域２４２の厚さの範囲の一例は、１００Å〜２００Åである。しかしながら領域２４２は、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。
【００４９】
ステップ５０６では、真性領域２４４に用いられるポリシリコンが堆積される。ポリシリコンは、意図的にドープされない。真性領域２４４は、従来知られている何れかの方法によって形成することができる。一実施形態では、真性領域２４４はシリコンである。真性ポリシリコンの厚さの範囲の一例は、約１７００から１８００オングストロームの間の厚さである。
【００５０】
ステップ５０６の後、ｐ＋領域２４６およびＳｉＧｅ領域２３３を形成するステップとして、２つの選択肢が存在する。選択肢Ａはステップ５０８〜５１２に記載されており、選択肢Ｂはステップ５１３〜５１５に記載されている。選択肢Ａが使用される場合には、ステップ５０８において、ｐ＋領域２４６のためにポリシリコンが堆積される。選択肢Ａでは、領域２４６は後ほどトープされる。従って、ステップ５０８では、ポリシリコンは意図的にドープされない。同一のプロセスステップの間にステップ５０６および５０８を実行することができるが、説明を進めるに際し、分離して記載されていることに留意されたい。
【００５１】
ステップ５１０では、ｐ＋領域２４６になる真性ポリシリコン上に、ＳｉＧｅが堆積される。ＳｉＧｅは、シリコンの堆積を継続するステップと、選択された量のゲルマニウムをシリコンに追加するステップによって、堆積されてもよい。一実施形態では、相対濃度はＳｉ０．８Ｇｅ０．２である。しかしながら、シリコンおよびゲルマニウムの他の相対濃度を用いることもできる。堆積されたＳｉＧｅの初期厚さの範囲例は、１００Å〜２００Åである。しかしながらＳｉＧｅは、より厚くてもよいし、より薄くてもよい。
【００５２】
ステップ５１２では、ＳｉＧｅ領域２３３の下方にｐ＋領域２４６を形成するために、ｐ−ドーパントが注入される。一実施形態では、イオン注入が行われる。イオンが拡散すると、高濃度にドープされたｐ型領域２４６が形成される。ｐ型ドーパントは、注入エネルギーが例えば１〜５ｋｅＶであり、ドーズ量の例が約８Ｅ１４〜５Ｅ１５／ｃｍ２である、ボロンの浅い注入であってもよい。ＳｉＧｅ領域２３３がドープされること、または、ＳｉＧｅ領域２３３およびｐ＋領域２４６内のドーピング濃度が同一であることは、必要とされないことに留意されたい。しかしながら一部の実施形態では、ｐ＋領域２４６と同一のドーパントが、ＳｉＧｅ領域にドープされる。ｐ型ドーパントが拡散された後では、ｐ＋領域２４６がＳｉＧｅ領域２３３の下側に存在するように、ｐ型ドーパントはＳｉＧｅ領域２４６の下側へ広がっている。選択肢Ａはこれで終了する。
【００５３】
選択肢Ｂが使用される場合には、ステップ５１３において、インサイチュドーピング（in situ doping）によってｐ＋領域２４６が形成される。シリコンが堆積される間にｐ型のドーパント原子を供給するガスを流すことで、シリコンにインサイチュ（in situ）ドーピングすることができる。ｐ型不純物の例は、注入種としてのボロンおよびＢＦ２や、インサイチュドーパントとしてのＢＣｌ３を含むが、これらに限定されない。
【００５４】
ステップ５１５では、ｐ＋領域２４６上にＳｉＧｅが堆積される。ＳｉＧｅはドープされてもよいが、必須ではない。例えば、ＳｉＧｅが堆積される間にｐ型のドーパント原子を供給するガスを流すことで、ＳｉＧｅにインサイチュ（in situ）ドーピングすることができる。選択肢Ｂはこれで終了する。
【００５５】
ＳｉＧｅが堆積された後に、ステップ５１６において、ＳｉＧｅ領域の上にシリサイドを形成する材料が堆積される。シリサイドを形成する材料は、チタン、コバルト、タンタル、プラチナ、タングステンまたはニッケルを含んでもよいが、これらに限定されない。例として、ＳｉＧｅ上にチタンが堆積される。例えば、チタンの厚さは１０〜２０Åである。一実施形態では、シリサイドを形成する材料の堆積に先立って、ＳｉＧｅの上に真性ポリシリコンの薄いキャッピング層が堆積される。キャッピング層の厚さの例は、１０〜５０Åである。しかしながら、キャッピング層はより厚くてもよいし、より薄くてもよい。一実施形態では、シリサイドを形成する材料を堆積した後に、上部コンタクト２３０を完成させるために別の材料が堆積される。例えば、シリサイドを形成する材料がチタンである場合には、チタンの上にＴｉＮが堆積されてもよい。上部コンタクト２３０は、ＴｉＮ以外の材料であってもよい。
【００５６】
ステップ５１８において、ＳｉＧｅ領域にシリサイドを生成するために、熱アニールが行われる。このステップの間、高温となるため、シリサイドを形成する材料はＳｉＧｅの一部と反応してシリサイド層を形成することができる。一実施形態では、熱アニールはセ氏５５０〜６５０度で約６０秒間実施される。しかしながら、温度はより低くまたはより高くすることもできる。さらに、アニールは６０秒間よりも長くまたは短くすることもできる。ＳｉＧｅ領域に形成されるシリサイドは、シリサイドを形成する材料に依存する。例えば、シリサイドを形成する材料がチタンであった場合には、シリサイドは、チタン・シリサイド−ゲルマニド（a titanium silicide-germanide）であることがある。シリサイドを形成する材料がコバルトである場合には、シリサイドは、コバルト・シリサイド−ゲルマニド（cobalt silicide-germanide）であることがある。他のシリサイドをＳｉＧｅ領域２３３に形成することもできる。
【００５７】
ＳｉＧｅ領域２３３の全体がシリサイド化されることが要求されないことに留意されたい。しかしながら、一部の実施形態では、ＳｉＧｅ領域２３３の全てがシリサイド化される。ＳｉＧｅ領域２３３の初期厚さは、シリサイドプロセスの間にどれだけが消費されるか（シリサイドに変質されるか）に基づいて、選択されてもよい。例えば、チタンの１Åが、シリコンの約５〜１０Å（あるいはそれ以下）を消費する場合において、Ｔｉ厚さが２０Åである場合には、ＳｉＧｅは約２００Å（あるいはそれ以上）であってもよい。
【００５８】
プロセス５００は、ステップ５０４でｎ型不純物が使用される、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の形成を記述していたことに留意されたい。しかしながら、ステップ５０４では、ｎ＋領域の形成に代えて、ｐ＋領域を形成することができる。その場合、ステップ５１２または５１３の一方で、ｐ＋ドーパントの注入に代えて、ｎ型ドーパントを注入することができる。
【００５９】
一実施形態では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４はメモリアレイの一部である。この場合、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の全体のレベルは、同一のプロセスステップを用いて形成されてもよい。しかしながら、各レベルでｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が同一の方法で形成されることが要求されないことに留意されたい。例えば、あるレベルにおいては本明細書に記載されたＳｉＧｅ領域２３３によってｐ−ｉ−ｎダイオードが形成されるが、別のレベルにおいてはＳｉＧｅ領域２３３が用いられなくてもよい。一実施形態では、１つおきのレベルにおけるｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が、ＳｉＧｅ領域を有する。シリコンのゲルマニウムに対する相対濃度（および他の要因）は、１のレベルにおけるｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流を、他のレベルの順バイアス電流に一致させることを支援可能に調整することができる。例えば、１のレベルにおける上向きダイオードの順バイアス電流を、他のレベルにおける下向きダイオードの順バイアス電流に一致させることができる。
【００６０】
図６は、１のレベルにおけるダイオードがＳｉＧｅ２３３の領域を有し、他のレベルにおけるダイオードがＳｉＧｅ２３３の領域を有さないメモリアレイを形成する、一実施形態のプロセス６００を示している。この例では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、ステアリング素子として使用される。しかしながら、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の抵抗に基づいて情報を記憶するなど、別の目的を果たしてもよい。プロセス６００は、図４に記載されたメモリアレイ２１４などの、アレイを形成するために使用されてもよい。
【００６１】
ステップ６０２では、メモリアレイ２１４の最も下部の導体である、導体２０６ａが基板上に形成される。図７は、導体２０６ａを形成するステップの一実施形態のさらなる詳細を示している。ステップ６０２は、複数の導体２０６ａの間に誘電材料を形成するステップを含んでもよいことに留意されたい。
【００６２】
ステップ６０４では、導体２０６ａ上に、ＳｉＧｅ領域２３３を有するｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が形成される。一実装態様では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４を形成するために、図５のプロセス５００が使用される。これらのｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、上向きまたは下向きの何れであってもよい。図８のプロセス８００は、ステップ６０４を実行するために用いることができる、多くのｐ−ｉ−ｎダイオード形成するステップの一実施形態を示している。
【００６３】
ステップ６０６では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の上方に、可逆的抵抗スイッチング素子２０２が形成される。図９のプロセス９００は、可逆的抵抗スイッチング素子２０２を形成するステップの一実施形態を示している。一部の実施形態では、可逆的抵抗スイッチング素子２０２の上方にｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が形成されるように、ステップ６０４と６０６が交代される。ｐ−ｉ−ｎダイオードおよび可逆的抵抗スイッチング素子２０２を形成するステップの結果、誘電材料が複数の支柱の間にある、支柱（素子２００ａ、図４）を形成することができる。
【００６４】
ステップ６０８では、導体２０８が形成される。これにより、メモリアレイ２１４の１つのレベル２１８の形成が完了する。導体２０８は、メモリアレイの第２のレベル２２０のための下部導体としても用いられる。
【００６５】
ステップ６１０において、導体２０８の上方に、ＳｉＧｅ領域２３３を有さないｐ−ｉ−ｎダイオードが形成される。図４のＡ１およびＡ２が付された矢印に関して、下側レベル２１８におけるダイオードが上向きであった場合には、第２のレベル２２０におけるｐ−ｉ−ｎダイオードは下向きであってもよい。しかしながら、逆もまた当てはまる。下側レベル２１８におけるダイオードが下向きであった場合には、レベル２２０におけるダイオードは上向きであってもよい。一部の実施形態では、第２のレベル２２０におけるｐ−ｉ−ｎダイオードは、ＳｉＧｅ領域２３３を備えることなく形成される。
【００６６】
ステップ６１２では、第２のレベル２２０におけるｐ−ｉ−ｎダイオードの上方に、可逆的抵抗スイッチング素子２０２が形成される。下側レベル２１８と同様にして、可逆的抵抗スイッチング素子２０２の下方ではなく、可逆的抵抗スイッチング素子２０２の上方にｐ−ｉ−ｎダイオードが形成されてもよい。
【００６７】
ステップ６１４では、導体２０６ｂが形成される。導体２０６ｂを形成するステップの結果は、複数の導体２０６ｂの間に誘電材料を形成するステップを含んでいてもよい。これにより、メモリアレイ２１４の最初の２つのレベル２１８、２２０の形成が完了する。追加のレベルが追加されてもよい。上向きのダイオードと下向きのダイオードを交互に配置するパターンが継続されてもよい。また、ＳｉＧｅ領域２３３を有するダイオードとＳｉＧｅ領域を有さないダイオードを交互に配置するパターンが継続されてもよい。
【００６８】
プロセス６００を実行する場合、ＳｉＧｅ内のゲルマニウムの濃度は、第１のレベル２１８におけるｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流が、第１のレベル２２０におけるｐ−ｉ−ｎダイオードの順バイアス電流と一致するか、または少なくとも非常に近づくように、選択されてもよい。以下に、電流を一致させるゲルマニウム濃度の調整に関する、いくらかの情報を提供する。ＳｉＧｅは、シリコンよりも狭いバンドギャップを有する。例えば、シリコンは１．１２ｅＶのバンドギャップを有することがある一方、ゲルマニウムは０．６６ｅＶのバンドギャップを有することがある。従って、ＳｉＧｅのバンドギャップは、シリコンとゲルマニウムの相対濃度に応じて、０．６６ｅＶ−１．１２ｅＶの間を変動することができる。ＳｉＧｅの（Ｓｉに比して）低いバンドギャップは、ＳｉＧｅ／ＴｉＮ接合部分に（Ｓｉ／ＴｉＮ接合部分と比較して）低いバリア高さをもたらすことができる。これは、上部コンタクト２３０に対する電気抵抗を低下させることができる。これにより、ダイオードの順バイアス電流密度を改善することができる。例えば、一部の実装態様では、２Ｖの順バイアス電圧において、ＳｉＧｅ領域を有さないダイオードと比較して、２〜５倍に電流密度を改善することができる。ＳｉＧｅ内のゲルマニウムの量は、メモリアレイ２１４の１のレベルのダイオードの順バイアス電流を他のレベルに一致させるように、調整することができるパラメータである。
【００６９】
メモリアレイ２１４の１のレベルのダイオードの順バイアス電流を他のレベルに一致させるために、他の要因を用いることもできる。例えば、様々なメモリアレイレベルにおけるダイオード高さを、互いに異ならせることができる。具体例として、ダイオード高さ（または真性領域のような特定の領域）を低くすることで、順バイアス電流を大きくすることができる。一方で、高さを高くすることで、順バイアス電流を小さくすることができる。ダイオード高さを高くするほど（例えば、真性領域を厚くする）ダイオード抵抗が高くなり、ダイオード高さを低くするほど（例えば、真性領域を薄くする）ダイオード抵抗が減少することに留意されたい。しかしながら、ダイオードを低くするほど、同様な逆バイアス電圧での逆リーク電流が、厚い真性領域を有するダイオードと比較して大きくなることにも留意されたい。一実施形態では、真性領域の高さは、ダイオード順バイアス電流を一致させるように調整されている。
【００７０】
図６の実施形態では、あるレベルのｐ−ｉ−ｎダイオード２０４はＳｉＧｅ領域２３３を有している一方で、他のレベルのダイオードはＳｉＧｅ領域２３３を有していないことに留意されたい。一部の実施形態では、メモリアレイの全レベルのｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が、ＳｉＧｅ領域２３３を有していてもよい。しかしながら、ＳｉＧｅ領域２３３は、全レベルで必ずしも同一でなくてもよい。例えば、様々なメモリレベルでダイオードの順バイアス電流を一致させるために、ＳｉＧｅ内のゲルマニウムの濃度が様々なレベルで異なっていてもよい。例えば、下向きｐ−ｉ−ｎダイオード２０４に比して、複数の上向きｐ−ｉ−ｎダイオード２０４は、ＳｉＧｅ領域内のゲルマニウムの様々な濃度を有していてもよい。
【００７１】
図７は、導体を形成するプロセスの一実施形態を示している。プロセス７００は、プロセス６００のステップ６０２の一実施態様である。メモリアレイの形成は、基板に対して開始されてもよい。基板は、単結晶シリコン、シリコン−ゲルマニウムやシリコン−ゲルマニウム−カーボンのようなＩＶ−ＩＶ族化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩＩ族化合物、これらの基板上のエピタキシャル層、または何らかの他の半導体材料などの、従来知られている任意の半導体基板とすることができる。基板は、その中に製造された集積回路を含んでいてもよい。例えば基板は、メモリアレイを読み出すためにおよびメモリアレイをプログラムするために、導体２０６および２０８に電気的に接続されている回路を含んでいてもよい。ステップ７０２では、基板上に絶縁層が形成される。絶縁層は、酸化シリコン、シリコン窒化物、または他の好適な絶縁材料とすることができる。
【００７２】
ステップ７０４において、絶縁体の上に、第１の導体２０６ａのための材料が堆積される。導電層の絶縁層への接着を支援するために、絶縁層と導電層との間に接着層が含まれていてもよい。上を覆う導電層がタングステンである場合には、接着層として窒化チタンを用いることができる。導電層は、タングステン、または、タンタル、チタン、銅、コバルトを含む他の材料、またはそれらの合金など、従来知られている導電材料を備えていてもよい。
【００７３】
導体レール２０６ａを形成する全ての層が堆積されると、ステップ７０６において、実質平行で実質同一平面上にある複数の導体２０６ａ形成するために好適なマスキングプロセスおよびエッチングプロセスを用いて、それらの層はパターン形成されエッチングされる。一実施形態では、フォトレジストが堆積され、フォトリソグラフィによってパターン形成され層がエッチングされ、その後通常のプロセス技術を用いてフォトレジストが除去される。
【００７４】
次に、ステップ７０８において、複数の導体２０６ａの上および間に、誘電材料が堆積される。誘電材料は、酸化シリコン、シリコン窒化物、またはシリコン酸窒化物（silicon oxynitride）などの、既知の電気絶縁材料とすることができる。一実施形態では、誘電材料として、高密度プラズマ法によって堆積された二酸化シリコンが使用される。導体レール２０６ａの上面上の余分な誘電材料を除去し、誘電材料で分離された導体２０６ａの上面を露出させ、実質的に平面な表面を残してもよい。平面な表面を形成するための余分な誘電体の除去は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）または平坦化エッチバックなどの、従来知られている何れかのプロセスによって実行することができる。別の実施形態では、ダマシン法によって導体２０６ａを形成することができる。ステップ７０８の後、導体２０６ａの上にｐ−ｉ−ｎダイオード２０４が形成されてもよい。または、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の形成に先立って、導体２０６ａの上に抵抗状態変化素子２０２が形成されてもよい。
【００７５】
図８は、多数のｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するプロセス８００の一実施形態を示している。プロセス８００は、プロセス６００のステップ６０４の一実施態様である。プロセス８００は、導体２０６ａを形成するためにプロセス７００を実行するステップが使用された後に、実行されてもよい。一実施形態では、導体２０６ａとｐ−ｉ−ｎダイオード２０４の間に、抵抗状態変化素子２０２が形成される。プロセス８００に先立ち、導体２０６ａ上に下部コンタクト２１３が形成されてもよい。図１０Ａ〜１０Ｇは、例として、プロセス８００の様々なステップ後の結果を示している。図１０Ａ〜１０Ｇでは、下側の高濃度にドープされた領域がｎ＋であり、上側がｐ＋である。図１０Ａ−１０Ｇは、１つの下部導体２０６ａに平行に走るラインに沿った視点からの図を示している。複数の層の相対厚さは、原寸に比例して示されていないことに留意されたい。図１０Ａは、基板上に導体を形成するとともに、下部コンタクトとして使用されるＴｉＮの層を形成した後の結果を示している。具体的には、基板１００２、１つの下部導体２０６ａ、およびＴｉＮ層１０１３が記載されている。下部導体２０６ａのレベルでは、図１０Ａでは見られない誘電体も存在する。
【００７６】
ステップ８０２では、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４に使われる支柱にパターン形成される半導体材料の層が堆積される。ステップ８０２は、導体２０６ａおよび導体２０６ａの間に存在する誘電体の上に、シリコンの層を堆積させるステップを含んでいてもよい。一実施形態では、半導体材料はシリコンである。ｎ＋領域またはｐ＋領域の一方として使用されるために下側部分が高濃度にドープされるように、シリコンを堆積させながらインサイチュドーピングが実施されてもよい。ｎ＋領域またはｐ＋領域の一方として使用されるために上側部分が高濃度にドープされるように、シリコンを堆積させながらインサイチュドーピングが同様に実施されてもよい。これはプロセス５００の選択肢Ｂに類似している。しかしながら、下側部分も上側部分もインサイチュドーピングされる必要はない。従って、シリコンを堆積させた後にドープすることや、または、シリコンが堆積される間にｎ型またはｐ型のドーパント原子を供給するガスを流すことでシリコンにインサイチュドーピングすることができる。図１０Ｂは、ｐ＋層がインサイチュで形成される場合の、ステップ８０２の後の結果を示している。図１０Ｃは、ｐ＋層がインサイチュドーピングされず、そのために現在の段階でｐ＋層がドープされていない結果を示している。
【００７７】
ステップ８０４では、ポリシリコン層の上にＳｉＧｅの層が堆積される。上側の高濃度にドープされた領域を形成するためのドーピングがまだ実施されていない場合には、当該ドーピングがここで行われてもよい。これは、プロセス５００の選択肢Ａに類似している。図１０Ｄは、ｐ型ドーパントをＳｉＧｅ層およびＳｉＧｅ層の直下の層の両方に注入するステップを図説している。ステップ８０６では、ＳｉＧｅ層の上に、シリサイドを形成する材料の層および上部コンタクトのための材料の層（例えば、ＴｉＮ）が堆積される。図１０Ｅは、ステップ８０６の後の結果を示している。シリサイドを形成する材料を堆積させた後、シリサイドを形成するために熱アニールを実施してもよいことに留意されたい。例として、セ氏５５０〜６５０度の間の高速熱アニール（ＲＴＡ）が、約６０秒間実施されてもよい。
【００７８】
ステップ８０７では、メモリ素子２０２のための材料が堆積される。例えば、下部電極２３４を形成するために用いられる層、状態変化素子２３１を形成するために用いられる層、および、上部電極２３２を形成するために用いられる層が堆積される。図９のプロセス９００は、メモリ素子２０２を形成するステップの追加の詳細を提供している。図１０Ｅに示されるＴｉＮ層の上面上に、メモリ素子２０２のための層を堆積することができる。メモリ素子２０２のための材料は、ダイオードのための材料を堆積させるステップに先立って堆積することができることに留意されたい。
【００７９】
ステップ８０８では、ポリシリコン、ＳｉＧｅ層、シリサイドを形成する材料、上部コンタクト材料、およびメモリ素子材料から、支柱が形成される。任意の好適なマスキングプロセスおよびエッチングプロセスを用いて、支柱を形成することができる。例えば、フォトレジストを堆積させ、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジストをパターン形成し、エッチングすることができる。その後、フォトレジストを除去することができる。または、例えば二酸化シリコンなどのある別の材料のハードマスクを、下部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）を上面に有して、半導体層スタックの上面上に形成し、その後パターン形成してエッチングすることができる。同様に、ハードマスクとして、誘電体反射防止コーティング（ＤＡＲＣ）を用いることができる。一部の実施形態では、各支柱が導体２０６の上に形成されるように、支柱は、下方の導体２０６とほぼ同一のピッチおよびほぼ同一の幅を有している。多少の位置ずれは許容することができる。図１０Ｆは、ステップ８０８の後の結果を示している。図１０Ｆでは、各支柱が１つのｐ−ｉ−ｎダイオードに対応している。図を分かりにくくしないために、図１０Ｆではメモリ素子２０２は記載されていないことに留意されたい。
【００８０】
ステップ８１０では、半導体支柱の上および間に誘電材料１０３７が堆積され、支柱間の間隙が埋められる。誘電材料１０３７は、酸化シリコン、シリコン窒化物、またはシリコン酸窒化物などの、既知の電気絶縁材料とすることができる。一実施形態では、誘電材料として二酸化シリコンが使用される。支柱の上面上の誘電材料が除去され、誘電材料で分離された支柱の上面が露出され、実質的に平面な表面が残される。余分な誘電体の除去は、ＣＭＰまたはエッチバックなどの、従来知られている何れかのプロセスによって実行することができる。ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４を形成した後、抵抗状態変化素子が形成されてもよい（ステップ６０６、プロセス６００）。図１０Ｇは、ステップ８１０の後の結果を示している。シリサイドを形成するために使用される熱アニールに加えて、１つ以上の熱アニールがあってもよいことに留意されたい。例えば、ポリシリコンを結晶化するため、および、ドーパントを活性化するために、熱アニールがあってもよい。一実施形態では、セ氏７００〜７５０度で高速熱アニール（ＲＴＡ）が６０秒間行われる。しかしながら、他の温度および時間を用いることもできる。ダイオードの多層を有するメモリ装置が構成されている場合には、シリサイド（例えば、各シリサイド領域を形成するために別々のアニールがあることがある）を形成するために多数のアニールが行われることがあるが、ポリシリコンを結晶化するためおよびドーパントを活性化するために１回のみのアニールが行われることがあることに留意されたい。
【００８１】
図９は、抵抗状態変化素子２０２を形成するプロセス９００の一実施形態を示している。プロセス９００は、プロセス６００のステップ６０６および６１２の一実施態様である。ステップ９０２では、下部電極２３４が形成される。下部電極２３４は、ＴｉＮによって形成されてもよい。下部電極２３４の形成は、ＴｉＮ（または他の材料）を堆積するステップと、パターン形成するステップおよびエッチングするステップにより、実現することができる。下部電極２３４は、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）およびスパッタリングを含む、様々な技術を用いて堆積させることができるが、これらの方法に限定されない。下部電極２３４は、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４への電気的接続を形成する。一部の実施形態では、下部電極２３４も、ｐ−ｉ−ｎダイオード２０４に対する上部コンタクト２３０としての機能を果たす。
【００８２】
ステップ９０４では、状態変化素子２３１が形成される。このステップでは、多くの異なるタイプの状態変化素子を形成することができる。一実施形態では、状態変化素子２３１は金属酸化物（ＭｅＯＸ）である。ＭｅＯＸは、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）およびスパッタリングを含む、様々な技術を用いて堆積させることができるが、これらの方法に限定されない。一実施形態では、状態変化素子２３１はＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５（ＧＳＴ）である。ＧＳＴは、結晶質から非晶質へ可逆的に相変化する性質を有しており、セルにつき２つのレベルを割り当てる。しかしながら、ＧＳＴを用いてセルに追加のレベルを割り当てるために、準非晶質および準結晶質の相が用いられることもある。一部の実施形態では、炭素材料から状態変化素子２３１が形成される。炭素から形成される状態変化素子２３１は、非晶質と黒鉛炭素の任意の組合せを備えていてもよい。一形態において、状態変化素子２３１はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）である。
【００８３】
ステップ９０６において、上部電極２３２が形成される。上部電極２３２は、ＴｉＮ、ＴａＮおよびＷＮなどを含む多種多様の材料から形成されてもよいが、これらの材料に限定されない。上部電極２３２は、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）およびスパッタリングを含む、様々な技術を用いて堆積させることができるが、これらの方法に限定されない。
【００８４】
ここで述べたように、一実施形態は、以下の要素を含む半導体デバイスである。そのデバイスは、第１導電型の第１材料がドープされたシリコンの第１領域と、前記第１領域の上方に位置し、意図的にドープされていないシリコンの第２領域と、前記第２領域の上方に位置し、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料がドープされているシリコンの第３領域と、前記第３領域の上方に位置する、ＳｉＧｅを含んでいる領域と、前記ＳｉＧｅ領域の上方に位置する導電性コンタクトと、を有する。一部の実施形態では、ＳｉＧｅの少なくとも一部はシリサイドを含んでいる。
【００８５】
一実施形態は、以下のステップを含んでいる、半導体デバイスを形成する方法である。 第１導電型の第１材料がドープされたポリシリコンの第１領域が形成される。前記第１領域上に、ポリシリコンの第２領域が形成される。前記第２領域は、意図的にドープされない。前記第２領域上に、ポリシリコンの第３領域が形成される。前記第３領域には、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料がドープされる。ポリシリコンの前記第３領域上に、ＳｉＧｅの領域が形成される。前記ＳｉＧｅの領域上に、上部導電性コンタクトが形成される。一部の実施形態では、前記ＳｉＧｅ上にシリサイドを形成する材料を備える領域が堆積され、前記シリサイドを形成する材料をＳｉＧｅに反応させてシリサイドを形成するために熱アニールが実施される。
【００８６】
一実施形態は、以下の要素を備える３次元メモリアレイである。前記メモリアレイは、基板の上方の第１導電性ラインと、前記第１導電性ラインの上方の第２導電性ラインと、前記第２導電性ラインの上方の第３導電性ラインと、を有する。前記第１導電性ラインと前記第２導電性ラインとの間に、第１ｐ−ｉ−ｎダイオードが結合されている。前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードは、第１導電型の不純物がドープされた第１ポリシリコン領域と、前記第１ポリシリコン領域の上方の、真性の第２ポリシリコン領域と、前記第２ポリシリコン領域の上方の第３ポリシリコン領域と、を含んでいる。前記第３ポリシリコン領域は、第２導電型の不純物がドープされている。前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードは、前記第３ポリシリコン領域の上方のＳｉＧｅ領域と、前記第３ポリシリコン領域の上方の上部導電性コンタクトも含んでいる。前記メモリは、前記第２導電性ラインと前記第３導電性ラインの間に結合される、第２ｐ−ｉ−ｎダイオードも有する。前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオードは、前記第２導電型の不純物がドープされた第１ポリシリコン領域と、前記第１領域の上方の、真性ポリシリコンである第２ポリシリコン領域と、前記第２領域の上方の、前記第１導電型の不純物がドープされた第３ポリシリコン領域と、前記第３ポリシリコン領域の上方の上部導電性コンタクトと、を有する。一部の形態では、前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記ＳｉＧｅ領域は、前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記順バイアス電流を前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記順バイアス電流に実質的に一致させることができるように選択された組成を有している。
【００８７】
一態様は、以下のステップを備える、３次元メモリアレイを形成する方法である。基板上に第１導電性ラインが形成され、前記第１導電性ライン上に第１ｐ−ｉ−ｎダイオードが形成される。前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するステップは、以下のステップを含んでいる。第１導電型の第１材料がドープされたポリシリコンの第１領域が形成される。前記第１領域上に、ポリシリコンの第２領域が形成される。前記第２領域は、意図的にドープされていない。前記第２領域上に、ポリシリコンの第３領域が形成される。前記第３領域には、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料がドープされる。ポリシリコンの前記第３領域上に、ＳｉＧｅの領域が形成される。前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオード上に第２導電性ラインが形成される。前記第２導電性ライン上に第２ｐ−ｉ−ｎダイオードが形成される。前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオードを形成するステップは、以下のステップを含んでいる。前記第２導電型の材料がドープされたポリシリコンの第４領域が形成される。前記第４領域上に、ポリシリコンの第５領域が形成される。前記第５領域上に、前記第１導電型の材料がドープされたポリシリコンの第６領域が形成される。前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオード上に第３導電性ラインが形成される。一部の形態では、ポリシリコンの前記第３領域上に前記ＳｉＧｅの領域を形成するステップは、前記第１ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記順バイアス電流を前記第２ｐ−ｉ−ｎダイオードの前記順バイアス電流に実質的に一致させることができるように選択された、シリコンに対するゲルマニウムの組成を有する前記ＳｉＧｅ領域を形成するステップを含んでいる。
【００８８】
上述の本発明に係る詳細な記載は、実例及び描写を目的として用意されたものであり、本発明を開示した詳細な形態に限定又は制限することを意図したものではない。上記教示において多くの改良や変形例が可能である。開示される実施形態は、本発明の本質を最も良く表すために選ばれたものであり、当業者であれば、実用上の変形例において、本発明を様々な実施形態において最適に利用し、特定の用途に合致するように様々な改良を加えることができる。本発明の範囲は、添付される特許請求の範囲によって定義されるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１材料がドープされたシリコンの第１領域を形成するステップと（５０４）、
前記第１領域の上に、意図的にドープされていないシリコンの第２領域を形成するステップと（５０６）、
前記第２領域の上にシリコンの第３領域を形成するステップと（５０８、５１３）、
前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料を前記第３領域にドープするステップと（５１２、５１３）、
前記シリコンの第３領域の上にＳｉＧｅの領域を形成するステップと（５１０、５１５）、
前記ＳｉＧｅの領域の上に上部コンタクトを形成するステップと、
を備える、半導体ダイオードを形成する方法。
【請求項２】
シリサイドを形成する材料を備える領域を前記ＳｉＧｅ上に堆積させるステップと、
前記シリサイドを形成する材料を前記ＳｉＧｅに反応させて、前記ＳｉＧｅの領域にシリサイドを形成するために、熱アニールを行うステップと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＳｉＧｅの領域に前記第２導電型の材料をドープするステップをさらに備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＳｉＧｅ領域におけるシリコンのゲルマニウムに対する比率は、約４：１である、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第３領域にドープする前記ステップは、インサイチュドーピングを実行するステップを含んでいる、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第３領域にドープする前記ステップは、前記第２材料のイオン注入を実行するステップを含んでいる、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第３領域にドープする前記ステップは、前記ＳｉＧｅの領域を形成するステップの後に、前記第２材料のイオン注入を実行するステップを含んでいる、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
シリサイドを形成する材料を備える領域を前記ＳｉＧｅ上に堆積させる前記ステップは、チタニウム、タンタルおよびコバルトの１つ以上を備える領域を前記ＳｉＧｅの領域上に形成するステップを備える、請求項２〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
第１導電型の第１材料がドープされたシリコンの第１領域と（２４２）、
前記第１領域の上方に位置する、意図的にドープされていないシリコンの第２領域と（２４４）、
前記第２領域の上方に位置し、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料がドープされたシリコンの第３領域と（２４６）、
前記第３領域の上方に位置する、ＳｉＧｅを含んでいる領域と（２３３）、
前記ＳｉＧｅ領域の上方に位置する導電性コンタクトと（２３０）、
を備える半導体ダイオード。
【請求項１０】
前記ＳｉＧｅ領域はシリサイドである、請求項９に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記導電性コンタクトは、窒化チタン、窒化タンタル、または窒化コバルトの１つ以上を含んでいる、請求項９または１０に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記ＳｉＧｅ領域におけるシリコンのゲルマニウムに対する比率は、約４：１である、請求項９〜１１の何れか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記ＳｉＧｅ領域には前記第２導電型の材料がドープされている、請求項９〜１２の何れか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記ＳｉＧｅ領域は「ｘ」単位の厚さを有しており、前記第２領域は約「ｘ」単位の厚さを有している、請求項９〜１３の何れか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
前記ＳｉＧｅ領域と前記導電性コンタクトの間にシリコンの領域をさらに備える、請求項９〜１４の何れか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１】
第１導電型の第１材料がドープされたシリコンの第１領域を形成するステップと（５０４）、
前記第１領域の上に、意図的にドープされていないシリコンの第２領域を形成するステップと（５０６）、
前記第２領域の上にシリコンの第３領域を形成するステップと（５０８、５１３）、
前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料を前記第３領域にドープするステップと（５１２、５１３）、
前記シリコンの第３領域の上にＳｉＧｅの領域を形成するステップと（５１０、５１５）、
前記ＳｉＧｅの領域の上に上部コンタクトを形成するステップと、
を備える、半導体ダイオードを形成する方法。
【請求項２】
シリサイドを形成する材料を備える領域を前記ＳｉＧｅ上に堆積させるステップと、
前記シリサイドを形成する材料を前記ＳｉＧｅに反応させて、前記ＳｉＧｅの領域にシリサイドを形成するために、熱アニールを行うステップと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＳｉＧｅの領域に前記第２導電型の材料をドープするステップをさらに備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＳｉＧｅ領域におけるシリコンのゲルマニウムに対する比率は、約４：１である、請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第３領域にドープする前記ステップは、インサイチュドーピングを実行するステップを含んでいる、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第３領域にドープする前記ステップは、前記第２材料のイオン注入を実行するステップを含んでいる、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第３領域にドープする前記ステップは、前記ＳｉＧｅの領域を形成するステップの後に、前記第２材料のイオン注入を実行するステップを含んでいる、請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
シリサイドを形成する材料を備える領域を前記ＳｉＧｅ上に堆積させる前記ステップは、チタニウム、タンタルおよびコバルトの１つ以上を備える領域を前記ＳｉＧｅの領域上に形成するステップを備える、請求項２〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
第１導電型の第１材料がドープされたシリコンの第１領域と（２４２）、
前記第１領域の上方に位置する、意図的にドープされていないシリコンの第２領域と（２４４）、
前記第２領域の上方に位置し、前記第１導電型とは逆の第２導電型の第２材料がドープされたシリコンの第３領域と（２４６）、
前記第３領域の上方に位置する、ＳｉＧｅを含んでいる領域と（２３３）、
前記ＳｉＧｅ領域の上方に位置する導電性コンタクトと（２３０）、
を備える半導体ダイオード。
【請求項１０】
前記ＳｉＧｅ領域はシリサイドである、請求項９に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記導電性コンタクトは、窒化チタン、窒化タンタル、または窒化コバルトの１つ以上を含んでいる、請求項９または１０に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記ＳｉＧｅ領域におけるシリコンのゲルマニウムに対する比率は、約４：１である、請求項９〜１１の何れか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記ＳｉＧｅ領域には前記第２導電型の材料がドープされている、請求項９〜１２の何れか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記ＳｉＧｅ領域は「ｘ」単位の厚さを有しており、前記第２領域は約「ｘ」単位の厚さを有している、請求項９〜１３の何れか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
前記ＳｉＧｅ領域と前記導電性コンタクトの間にシリコンの領域をさらに備える、請求項９〜１４の何れか１項に記載の半導体デバイス。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図１０Ｇ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図１０Ｇ】
【公表番号】特表２０１３−５０５５８１（Ｐ２０１３−５０５５８１Ａ）
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２９７９７（Ｐ２０１２−５２９７９７）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７９５７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３４７５０
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５０７３１８６２４）サンディスク スリーディー，エルエルシー (86)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４７９５７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３４７５０
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５０７３１８６２４）サンディスク スリーディー，エルエルシー (86)
【Ｆターム（参考）】
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