第１の態様では不揮発性メモリセルを形成する方法が提供される。この方法は、（１）金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）アンチヒューズスタックを形成するステップを含み、ＭＩＭアンチヒューズスタックは、（ａ）第１の金属層と、（ｂ）第１の金属層の上に形成される二酸化シリコン、酸窒化物、または窒化シリコンアンチヒューズ層と、（ｃ）アンチヒューズ層の上に形成される第２の金属層と、を含む。この方法はまた、（２）堆積半導体材料を備える連続ｐ−ｉ−ｎダイオードを、ＭＩＭアンチヒューズスタックの上に形成するステップと、（３）堆積半導体材料に接触するシリサイド、シリサイド−ゲルマニド、またはゲルマニド層を形成するステップと、（４）シリサイド、シリサイド−ゲルマニド、またはゲルマニド層に接触する堆積半導体材料を結晶化するステップと、を含む。このメモリセルは、連続ｐ−ｉ−ｎダイオードと、ＭＩＭスタックと、を備える。これとは別の態様も提供される。
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半導体ウェハアセンブリが誘電体の基部を備える。その上にシリコンの層が積層される。そのシリコン上に金属ハードマスクが積層される。その金属ハードマスク上に誘電体ハードマスクが積層される。その誘電体ハードマスク上にフォトレジストが積層される。これにより、シリコン層から複数の犠牲柱が延在するように、金属ハードマスクの層からフォトレジストまで犠牲柱が形成される。複数の犠牲柱が剥離または剥落してシリコンの層から時期尚早に分離するのを防止することによって、シリコンからの接合ダイオードの形成を最適化するべく、複数の犠牲柱の各々と導電材料の層との間の付着力を高めるために導電材料の層とハードマスクの層との間にインターフェイス層が設けられる。
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ダイオード等のステアリング素子と２つ以上の誘電アンチヒューズとが直列する多段の一度だけプログラム可能なメモリセルを製造し、プログラムし、かつ検知する方法を説明する。アンチヒューズは厚みが異なる場合と、誘電材料の誘電率が異なる場合と、厚みと誘電率の両方が異なる場合とがある。アンチヒューズとプログラミングパルスの選択にあたっては、セルをプログラムするときにただ１つのアンチヒューズで最大の電圧降下が起こり、他のアンチヒューズではある程度の漏洩電流を許すようにする。実施形態によっては電圧降下が最大のアンチヒューズが降伏し、他のアンチヒューズは原状を保つ。このようにアンチヒューズを個別に降伏させることで、２つ以上のアンチヒューズを備えるメモリで３つ以上の一意なデータ状態を達成することができる。
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堆積されたシリコン、ゲルマニウム、あるいはシリコン−ゲルマニウムから形成される上向きＰＩＮダイオードが開示される。ダイオードは、底部の強くドープされたｐ型領域と、中間の真性あるいは軽くドープされた領域と、頂部の強くドープされたｎ型領域とを有する。頂部の強くドープされたｐ型領域はヒ素でドープされ、ダイオードの半導体材料は適切なシリサイド、ゲルマニド、またはシリサイド−ゲルマニドに接触して結晶化される。そのような上向きダイオードの大型アレイが、ダイオードのターンオン電圧より高い電圧が印加されたときに優れた一様性の電流がアレイを横断して流れるように形成され得る。このダイオードはモノリシックな３次元メモリアレイに有利に使用される。上向きＰＩＮダイオードの集団を形成する方法および他の多数の面も開示されている。
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（１）基板上に第１の導体を形成するステップと、（２）第１の導体の上にダイオードを形成するステップと、（３）選択付着プロセスを使用して第１の導体の上に可逆的抵抗スイッチング素子を形成するステップと、（４）第１の導体および可逆的抵抗スイッチング素子の上に第２の導体を形成するステップと、を含むメモリセルを形成する方法が提供される。他の数多くの態様も提供される。
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逆方向リークが減少した３次元の読み書きセルとそれを作る方法を開示する。本発明の一実施形態は、半導体ダイオードステアリング素子と、半導体読み書きスイッチング素子とを備える不揮発性記憶装置を提供する。
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（１）基板上に第１の導体（２０６）を形成するステップと、（２）選択成長プロセスを使用して第１の導体の上に可逆的抵抗スイッチング素子（２０２）を形成するステップと、（３）第１の導体の上にダイオード（２０４）を形成するステップと、（４）クロスポイントメモリデバイスを得るために、ダイオードおよび可逆的抵抗スイッチング素子の上に第２の導体（２０８）を形成するステップと、を含むメモリセルを形成する方法が提供される。スイッチング素子は、ＴＦＴによっても操作することができる。スイッチング素子は、ＴｉＯ₂などのエッチングが困難な材料を含み、この材料をエッチングすることなしにＴｉまたはＴｉＮなどの別の材料を酸化することによって形成される。
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炭素または窒素の少なくともいずれかを不可避の不純物レベルの濃度よりも高い濃度でドープする、シリコン、ゲルマニウムまたはシリコン−ゲルマニウムダイオードを備える少なくとも１つの不揮発性メモリセルを備える不揮発性メモリ素子を提供する。
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不揮発性メモリセルを操作する方法が、第１の抵抗率状態（未プログラム状態）で製造されたダイオードを備える不揮発性メモリセルを設けることと、ダイオードにプログラムを行ってダイオードを第２の抵抗率状態（プログラム済状態）に切り換えるために必要な最低電圧より大きい値を有するダイオードに順方向バイアスを印加することとを含む。第２の抵抗率状態は第１の抵抗率状態よりも低い。
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不揮発性メモリ素子が、ダイオードおよび酸化金属アンチヒューズ誘電体層を備える少なくとも１つのメモリセルと、その少なくとも１つのメモリセルと電気的に接触した第１の電極および第２の電極とを備える。使用時、ダイオードが、印加バイアスに応答して第１の抵抗率状態からその第１の抵抗率と異なる第２の抵抗率状態に切り換わることによって、メモリセルの読み出し／書き込み要素として機能する。
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