專利名稱：具有平坦化碳納米管層的存儲器單元及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非易失性存儲器，并且更具體地涉及采用形成于底部導(dǎo)體上方的選擇 性制造的碳納米管(CNT)可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件的存儲器單元及其制造方法。
背景技術(shù)：
已知由可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件形成的非易失性存儲器。例如于2005年5月9日提交 的，標(biāo)題為"REWRITEABLE MEMORY CELL COMPRISING ADIODE AND A RESISTANCE-SWITCHING MATERIAL”的美國專利申請序列號11/125，939(以下，“’ 939申請”)，其整體通過引用結(jié) 合于此用于所有目的，描述了包括與可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料(例如金屬氧化物或者金屬氮化 物)串連耦合的二極管的可重復(fù)寫入的非易失性存儲器單元。但是，由可重復(fù)寫入可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料制造存儲器裝置在技術(shù)上有挑戰(zhàn)；并且 期望采用可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料的存儲器裝置的改善的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一方面中，提供了制造存儲器單元的方法，其包括(1)在襯底上方 制造第一導(dǎo)體；⑵在第一導(dǎo)體上方制造碳納米管(CNT)材料；(3)沉積電介質(zhì)材料于CNT 材料的頂表面上；⑷平坦化電介質(zhì)材料以暴露至少部分CNT材料；(5)在第一導(dǎo)體上方制 造二極管；和(6)在CNT材料和二極管上方制造第二導(dǎo)體。在本發(fā)明的第二方面中，提供了存儲器單元的制造方法，其包括(1)在襯底上方 制造第一導(dǎo)體；(2)通過在第一導(dǎo)體上方制造碳納米管(CNT)材料而在第一導(dǎo)體上方制造 可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件；(3)沉積電介質(zhì)材料于CNT材料的頂表面上；(4)平坦化電介質(zhì)材料 以暴露至少部分CNT材料；(5)在可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件上方制造垂直多晶二極管；和(6)在垂直多晶二極管上方制造第二導(dǎo)體。在本發(fā)明的第三方面中，提供了存儲器單元的制造方法，其包括(1)在襯底上方 制造第一導(dǎo)體；⑵在第一導(dǎo)體上方制造碳納米管(CNT)材料；(3)沉積電介質(zhì)材料于CNT 材料的頂表面上；(4)平坦化電介質(zhì)材料以暴露至少部分CNT材料；(5)制造與CNT材料的 暴露部分電接觸的二極管；和(6)在二極管上方制造第二導(dǎo)體。在本發(fā)明的第四方面中，提供了存儲器單元，其包括(1)第一導(dǎo)體；(2)包括制造 于第一導(dǎo)體上方的碳納米管(CNT)材料的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件，其中可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件 包括多個CNT ;(3)設(shè)置于CNT之間的電介質(zhì)材料，使得多個CNT在可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件的 平表面中被暴露；(4)形成于第一導(dǎo)體上方的二極管；和(5)形成于可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件和 二極管上方的第二導(dǎo)體。在本發(fā)明的第五方面中，提供了多個非易失性存儲器單元，其包括(1)在第一方 向中延伸的多個基本平行、基本共面的第一導(dǎo)體；(2)多個二極管；(3)多個可逆電阻率轉(zhuǎn) 換元件，其中各可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件包括多個碳納米管(CNT)和設(shè)置于CNT之間的電介質(zhì) 材料，使得多個CNT在可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件的平表面中被暴露；和(4)在與第一方向不同的 第二方向中延伸的多個基本平行、基本共面的第二導(dǎo)體。在各存儲器單元中，二極管之一形 成與可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件串連，設(shè)置于第一導(dǎo)體之一和第二導(dǎo)體之一之間。各可逆電阻率 轉(zhuǎn)換元件包括形成于第一導(dǎo)體之一上方的碳納米管(CNT)材料。在本發(fā)明的第六方面中，提供了單片三維存儲器陣列，其包括形成于襯底上方的 第一存儲器級。第一存儲器級包括多個存儲器單元。各存儲器單元包括(1)第一導(dǎo)體；(2) 包括在第一導(dǎo)體上方制造的碳納米管(CNT)元件的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件，其中各可逆電阻 率轉(zhuǎn)換元件包括多個CNT和設(shè)置于CNT之間的電介質(zhì)材料，使得多個CNT在可逆電阻率轉(zhuǎn) 換元件的平表面中被暴露；(3)與可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件串連形成的二極管；和(4)形成于可 逆電阻率轉(zhuǎn)換元件和二極管上方的第二導(dǎo)體。存儲器陣列包括單片地形成于第一存儲器級 上方的至少一第二存儲器級。在第七方面中，提供了存儲器單元，其包括(1)第一導(dǎo)體；(2)在第一導(dǎo)體上方制 造的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件，其中可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件包括具有設(shè)置于多個CNT之間的電介 質(zhì)材料的碳納米管(CNT)材料和具有被暴露的CNT的平表面；(3)形成與可逆電阻率轉(zhuǎn)換 元件的平表面上被暴露的CNT電接觸的二極管；和(4)形成于二極管上方的第二導(dǎo)體。還 提供了許多其它方面。從下列詳細(xì)描述，所附權(quán)利要求和附圖中，本發(fā)明的其它特征和方面將變得更為 顯見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明提供的典型存儲器單元的示意圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明所提供的存儲器單元的第一實施例的簡化透視圖。圖2B是由圖2A的多個存儲器單元形成的第一存儲器級的一部分的簡化透視圖。圖2C是根據(jù)本發(fā)明所提供的第一典型三維存儲器陣列的一部分的簡化透視圖。圖2D是根據(jù)本發(fā)明所提供的第二典型三維存儲器陣列的一部分的簡化透視圖。圖3A是圖2A的存儲器單元的第一典型實施例的截面圖。
圖3B是圖2A的存儲器單元的第二典型實施例的截面圖。圖3C是圖2A的存儲器單元的第三典型實施例的截面圖。圖4A-F示出了根據(jù)本發(fā)明的第一典型存儲器級的制造期間部分襯底的截面圖。圖5A-C示出了根據(jù)本發(fā)明所提供的第二典型存儲器級制造期間的部分襯底的截 面圖。圖6A-D示出了根據(jù)本發(fā)明的存儲器單元的替代典型實施例的制造期間的部分襯 底的截面圖。
具體實施例方式一些碳納米管(CNT)材料已經(jīng)展示出可以適用于非易失性存儲器的可逆電阻率 轉(zhuǎn)換特性。然而，沉積或者生長的CNT材料典型地具有粗糙的表面形態(tài)，具有顯著的厚度變 化，例如許多峰和谷。這些厚度變化使CNT材料難于蝕刻而沒有過度蝕刻下面的襯底，增加 與其在集成電路中的使用相關(guān)的制造成本和復(fù)雜度。根據(jù)本發(fā)明，難蝕刻的、CNT可重復(fù)寫入電阻率轉(zhuǎn)換材料可以被用于存儲器單元內(nèi) 而沒有被蝕刻。例如，在至少一實施例中，提供存儲器單元，其包括通過(1)在襯底上方制 造第一(底)導(dǎo)體；⑵在第一導(dǎo)體上方沉積CNT仔晶層；(3)在CNT仔晶層上選擇性地制 造CNT材料；(4)在CNT材料上方制造二極管；并且(5)在二極管上方制造第二導(dǎo)體而形成 的CNT可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料。CNT仔晶層可以是促進CNT形成的層，例如表面粗糙的和/或?qū)щ姷膶印Ｔ贑NT仔 晶層上CNT材料的選擇性的形成可以消除或者最小化蝕刻CNT材料的需求。典型的CNT仔晶層包括鈦氮化物、鉭氮化物、鎳、鈷、鐵等等。在一些實施例中，鈦 或者鉭的氮化物層可以被表面粗糙化，用作CNT仔晶層。這樣的表面粗糙的鈦或者鉭氮化 物可以自身作為CNT仔晶層。在其它實施例中，表面粗糙的鈦或者鉭的氮化物層可以被涂 覆有附加的導(dǎo)電層以促進CNT材料形成。這樣的導(dǎo)電層可以與鈦或者鉭的氮化物層一起被 構(gòu)圖和蝕刻，或者在鈦或者鉭的氮化物層被構(gòu)圖和蝕刻之后被選擇性地沉積于鈦或者鉭的 氮化物層上。典型的導(dǎo)電層包括鎳、鈷、鐵等。如在此所使用的，CNT材料涉及包括一或者更多的單和/或多壁CNT的材料。在 一些實施例中，CNT材料的個體管可以被垂直對齊。垂直對齊的CNT允許垂直電流流動而 有小的橫向?qū)щ娀蛘邲]有橫向?qū)щ姟Ｔ谝恍嵤├?，CNT材料的個體管可以被制造以基 本垂直對齊，以減小或者避免相鄰存儲器單元之間橫向或者橋接導(dǎo)電路徑的形成。該垂直 對齊減小和/或避免了存儲器單元的狀態(tài)受到相鄰存儲器單元的狀態(tài)和/或編程的影響或 者“干擾”。注意個體管隔離可以或者不可以延伸到CNT材料的整個厚度上。例如，在初始 生長階段期間，一些或者多數(shù)個體管可以被垂直對齊或者分離。但是，隨著個體管長度垂直 增加，部分管可以變得相互接觸，并且甚至可以變得糾結(jié)或者纏繞。形成CNT材料的典型技 術(shù)如下所述。典型的本發(fā)明的存儲器單元圖1是根據(jù)本發(fā)明提供的典型存儲器單元100的示意圖。存儲器單元100包括耦 合至二極管104并且位于二極管104下面的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件102?？赡骐娮杪兽D(zhuǎn)換元件102包括具有可以在二或者更多的狀態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)換的電阻率的材料(未被單獨地示出)。例如，元件102的可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料可以在制造時處于 初始的低電阻率狀態(tài)。當(dāng)施加第一電壓和/或電流時，材料可以轉(zhuǎn)換到高電阻率狀態(tài)。施 加第二電壓和/或電流可以返回可逆電阻率轉(zhuǎn)換材料至低電阻率狀態(tài)。作為替代，可逆電 阻率轉(zhuǎn)換元件102可以在制造時處于初始的高電阻狀態(tài)，其可以當(dāng)施加合適的電壓和/或 電流時可逆轉(zhuǎn)換至低電阻率狀態(tài)。當(dāng)在存儲器單元中使用時，一種電阻狀態(tài)可以代表二進 制“0”而另一電阻狀態(tài)可以代表二進制“1”，盡管可以使用多于兩個的數(shù)據(jù)/電阻狀態(tài)。例 如在先前結(jié)合的’ 939申請種描述了許多采用可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件的存儲器單元的可逆電 阻率轉(zhuǎn)換材料和操作。在本發(fā)明的至少一實施例中，可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件102使用選擇性地沉積或者生 長CNT材料而形成。如下面將進一步描述的，選擇性地形成的CNT材料的使用消除了蝕刻 CNT材料的需求?？赡骐娮杪兽D(zhuǎn)換元件102的制造由此被簡化。二極管104可以包括通過選擇性地限制跨過可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件102的電壓和/ 和流過可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件102的電流而展示非歐姆導(dǎo)電的任何二極管。以該方式，存儲 器單元100可以被用作二維或者三維存儲器陣列的部分，并且數(shù)據(jù)可以被寫入存儲器單元 100和/或從存儲器單元100讀出而沒有影響陣列中其它存儲器單元的狀態(tài)。下面參考圖2A-5C描述存儲器單元100，可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件102和二極管104的 典型實施例。存儲器單元的第一典型實施例圖2A是根據(jù)本發(fā)明提供的存儲器單元的第一實施例的簡化的透視圖。參考圖2A， 存儲器單元200包括在第一導(dǎo)體206和第二導(dǎo)體208之間的與二極管串連耦合的可逆電阻 率轉(zhuǎn)換元件202 (在虛線中示出)。在一些實施例中，阻擋層209 (例如鈦氮化物、鉭氮化物、 鎢氮化物等)可以設(shè)置于可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202和二極管204之間。如將在下面進一步描述的，可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202被選擇性地形成以簡化存儲 器單元200的制造。在至少一實施例中，可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202包括形成于CNT仔晶層 (例如鈦氮化物，鉭氮化物，鎳，鈷，鐵等)上的CNT材料的至少一部分。例如，鈦或者鉭的 氮化物仔晶層210可以被沉積于第一導(dǎo)體206上，被構(gòu)圖和蝕刻(例如和第一導(dǎo)體206 — 起)。在一些實施例中CNT仔晶層210可以被表面粗糙化，例如通過化學(xué)機械拋光(CMP)。 在其它實施例中，表面粗糙的或者光滑的鈦氮化物、鉭氮化物或者相似的層可以被涂覆有 金屬催化劑層(未被單獨地示出)，以形成CNT仔晶層210，金屬催化劑層例如鎳、鈷、鐵等。 在又一實施例中，CNT仔晶層210可以僅是促進CNT形成的金屬催化劑層，例如鎳、鈷、鐵等。 在任一情形中，進行CNT制造工藝以選擇性的生長和/或沉積CNT材料212于CNT仔晶層 210上。至少部分該CNT材料212用作可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202。任何合適的方法可以被 用于形成CNT材料212，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強CVD、激光蒸鍍、電弧放電等等。在圖2A的實施例中，鈦氮化物或者相似的CNT仔晶層210形成于第一導(dǎo)體206上 方，并且CNT仔晶層210的暴露的上表面通過CMP或者其它相似的工藝被粗糙化。CNT仔晶 層210隨后與第一導(dǎo)體206 —起被構(gòu)圖和蝕刻。此后，CNT材料212選擇性地形成于CNT仔 晶層210上方。垂直交疊和/或?qū)R二極管204的部分CNT材料212可以作為存儲器單元 200的二極管204和第一導(dǎo)體206之間的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202。在一些實施例中，僅可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202的一部分，例如一或者更多CNT可以轉(zhuǎn)換和/或者是可轉(zhuǎn)換的。下 面參考圖3A-C描述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202的另外的細(xì)節(jié)。二極管204可以包括任何合適的二極管，例如垂直多晶p-n或者p-i-η 二極管，無 論是η區(qū)在ρ區(qū)上方的向上指的二極管還是ρ區(qū)在η區(qū)上方的向下指的二極管。二極管 204的典型實施例下面參考圖3Α描述。第一導(dǎo)體206和/或第二導(dǎo)體208可以包括任何合適的導(dǎo)電材料，例如鎢、任何合 適的金屬、重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電硅化物、導(dǎo)電硅化物_鍺化物，導(dǎo)電鍺化物等等。在圖 2Α的實施例中，第一導(dǎo)體206和第二導(dǎo)體208是軌形狀并且在不同方向中延伸(例如，基本 相互垂直)。其它導(dǎo)體形狀和/或配置可以被使用。在一些實施例中，阻擋層、粘合層、抗反 射涂層和等(未示出)也可以與第一導(dǎo)體206和/或第二導(dǎo)體208 —起使用以改善裝置性 能和/或幫助裝置制造。圖2Β是由圖2Α的多個存儲器單元200形成的第一存儲器級214的部分的簡化的 透視圖。為了簡單起見，CNT仔晶層210和CNT材料212僅在底部導(dǎo)體206之一上被示出。 存儲器陣列214是包括耦合多個存儲器單元的多個位線(第二導(dǎo)體208)和字線(第一導(dǎo) 體206)的“交叉點”陣列(如所示出的)。其它存儲器陣列配置也可以被使用，也可以使用 存儲器的多級。因為多個存儲器單元被耦合至形成于各導(dǎo)體206上的CNT材料212，所以在 一或者更多的實施例中，CNT材料212的個體管優(yōu)選基本垂直對齊以減小存儲器單元之間 穿過CNT材料212的橫向?qū)щ娀蛘邩蚪?。注意個體管隔離可以或者不可以延伸到CNT材料 的整個厚度上。例如，在初始生長相期間，一些或者多數(shù)個體管可以被垂直的對齊并且被分 離。但是，由于個體管在長度上垂直增加，管的一些部分可以變得相互接觸，并且甚至變得 糾結(jié)和纏繞。圖2C是包括位于第二存儲器級220下面的第一存儲器級218的單片三維陣列216 的部分的簡化的透視圖。在圖2C的實施例中，各存儲器級218、220包括為交叉點陣列的多 個存儲器單元200。應(yīng)當(dāng)理解一或者更多的附加的層(例如，級間電介質(zhì))可以存在于第一 存儲器級218和第二存儲器級220之間，但是為了簡單起見在圖2C中未被示出。其它存儲 器陣列配置也可以被使用，另外的存儲器級也可以。在圖2C的實施例中，所有二極管可以 “指向”相同的方向，例如向上或者向下，取決于采用P摻雜區(qū)于二極管的底部還是頂部上的 p-i-n 二極管，由此簡化了二極管制造。在一些實施例中，可以形成存儲器級，如例如在美國專利號 6,952,030，" High-density three-dimensional memory cell"中所描述的，其通過引用 在此整體結(jié)合，用于所有目的。例如，第一存儲器級的上導(dǎo)體可以被用作位于第一存儲器級 上方的第二存儲器級的下部導(dǎo)體，如在圖2D中所示出的。在這樣的實施例中，相鄰存儲器 級上的二極管優(yōu)選指向相反的方向，如于2007年3月27日提交并且標(biāo)題為〃 LARGE ARRAY OF UPffARDPOINTING P-I-N DIODES HAVING LARGE AND UNIFORM CURRENT")的美國專利申 請序列號11/692，151(以下“’ 151申請”)中所述，其通過引用整體結(jié)合于此，用于所有目 的。例如，第一存儲器級218的二極管可以是由箭頭A1所指示的向上指的二極管(例如，ρ 區(qū)在二極管底部)，而第二存儲器級220的二極管可以是由箭頭A2所指示的向下指二極管 (例如，η區(qū)在二極管底部)，或者反之。單片三維存儲器陣列是多存儲器級形成于單個襯底上方(例如晶片)而不具有中間的襯底的存儲器陣列。形成一個存儲器級的多層被直接沉積或者生長于現(xiàn)存的級或 者多級上方。相反，堆疊的存儲器通過在單獨的襯底上形成存儲器級并且粘合疊置的存 儲器級而被構(gòu)造,如在Leedy的〃 Threedimensional structure memory “的美國專利號 5，915，167。襯底可以在接合之前被減薄或者從存儲器級去除，但是由于存儲器級最初是形 成于單獨的襯底上，所以這樣的存儲器不是真單片三維存儲器陣列。圖3A是圖2A的存儲器單元200的典型實施例的截面圖。參考圖3A，存儲器單元 200包括可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202、二極管204和第一導(dǎo)體206和第二導(dǎo)體208。可逆電阻 率轉(zhuǎn)換元件202可以是垂直上覆和/或交疊二極管204的部分CNT材料212。在圖3A的實施例中，可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202通過在底部導(dǎo)體206上方形成的 CNT仔晶層210上選擇性的CNT形成工藝而形成。在一些實施例中，CNT仔晶層210可以是 粗糙的金屬氮化物的單層(例如表面粗糙的鈦或者鉭氮化物)，金屬催化劑的單層(例如 鎳、鈷、鐵等)，或者由涂覆有金屬催化劑的光滑或者表面粗糙的金屬氮化物形成的多層結(jié) 構(gòu)。例如，CNT仔晶層210可以是在第一導(dǎo)體206上形成并且與第一導(dǎo)體206 —起構(gòu)圖和 蝕刻的鈦或者鉭的氮化物。在一些實施例中，CNT仔晶層210的構(gòu)圖和蝕刻之后，金屬催化 劑層(例如鎳，鈷，鐵等)可以被選擇性地沉積于CNT仔晶層上方以輔助CNT形成。在其它實施例中，CNT仔晶層210可以在第一導(dǎo)體206被構(gòu)圖和蝕刻之后形成。例 如，CNT仔晶層210可以是金屬催化劑層(例如鎳，鈷，鐵等)，其選擇性地沉積于被構(gòu)圖和 被蝕刻的第一導(dǎo)體206上。在任一情形中，CNT材料212僅在CNT仔晶層210的上方被選 擇性地形成。以該方式，至多僅CNT仔晶層210被蝕刻，例如在第一導(dǎo)體206的構(gòu)圖和蝕刻 步驟期間。在CNT仔晶層210包括鈦氮化物，鉭氮化物或者相似的材料的實施例中，CMP或者 電介質(zhì)回蝕步驟可以被采用以在CNT仔晶層210(和第一導(dǎo)體206)的構(gòu)圖和蝕刻之前粗 糙化CNT仔晶層210的表面。粗糙的鈦氮化物，鉭氮化物或者相似的表面可以被采用作為 CNT 制造的仔晶層。例如，如 Smith 等人在〃 Polishing TiN for Nanotube Synthesis"， Proceedings of the 16th AnnualMeeting of the American Society for Precision Engineering, Nov. 10-15,2001中所述，粗糙的鈦氮化物已經(jīng)展現(xiàn)促進垂直對齊CNT的 形成(也見 Rao 等人， “In situ-grown carbon nanotube array with excellent field emissioncharacteristies " , Appl. Phys. Lett. , Vol. 76, No. 25,19June 200, pp.3813-3815.)。作為示例，CNT仔晶層210可以是大約1000至大約5000埃的金屬氮化物(例如 鈦或者鉭的氮化物)，具有大約850至大約4000埃(更加優(yōu)選大約4000埃)的算數(shù)平均表 面粗糙度Ra。在一些實施例中，大約1至大約200埃，并且更加優(yōu)選大約20埃或者更小的 金屬催化劑層(例如鎳，鈷，鐵等)在CNT形成之前可以被沉積于表面粗糙化的金屬氮化物 層上。在又一實施例中，CNT仔晶層210可以包括大約20至大約500埃的非粗糙或者光滑 的鈦、鉭或者相似的金屬氮化物，其被涂覆有大約1至大約200埃，并且更加優(yōu)選大約20埃 或者更小的金屬催化劑層，例如鎳、鈷、鐵等。在任何實施例中，鎳、鈷、鐵或者其它金屬催化 劑層可以是連續(xù)或者不連續(xù)的膜。在一些實施例中，金屬催化劑層可以使用電弧等離子體槍(APG)法而形成，其中 電弧等離子體槍脈送閃電到金屬靶上，以小金屬顆粒(例如大約3nm的尺寸)噴灑襯底。APG法可以提供非?？煽氐淖芯芏?例如，由于襯底在沉積期間通常不被加熱并且小金 屬顆粒具有極小的遷移率)。其它材料、厚度和表面粗糙度可以被使用。CNT仔晶層210的形成之后，CNT仔晶 層210和/或第一導(dǎo)體206可以被構(gòu)圖和蝕刻。在CNT仔晶層210被界定之后，進行CNT制造工藝以選擇性的生長和/或沉積CNT 材料212于CNT仔晶層210上。至少部分該CNT材料212作為可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202 (如 在圖3A的虛線中所示出的)。任何合適的方法可以被用于形成CNT仔晶層210上的CNT材 料。例如，CVD、等離子體增強CVD、激光蒸鍍、電弧放電等等可以被采用。在一典型實施例中，CNT可以通過CVD在大約675至700°C、在二甲苯，氬，氫和/ 或二茂鐵的大約lOOsccm的流量持續(xù)30分鐘而形成于TiN仔晶層上。其它溫度、氣體、流 量和/或生長時間也可以被使用。在另一典型實施例中，CNT可以通過CVD在大約650°C的溫度、在大約20%的C2H4 和80%的氬中、在大約5. 5Torr的壓力持續(xù)大約20分鐘而形成于鎳催化劑層上。其它溫 度、氣體、比率、壓力和/或生長時間也可以被使用。在又一實施例中，CNT可以形成于金屬催化劑層(例如鎳，鈷，鐵等)上，使用等離 子體增強CVD，使用大約100-200瓦的RF功率，在大約600至900°C的溫度，以大約80%的 氬，氫和/或氨稀釋的大約20%的甲烷、乙烯、乙炔或者其它碳?xì)浠衔镏谐掷m(xù)8-30分鐘。 其它溫度、氣體、比率、功率和/或生長時間也可以被使用。如所述，CNT材料212僅形成于CNT仔晶層210的上方。在一些實施例中，CNT材 料212可以具有大約1納米至大約1微米(甚至數(shù)十微米)的厚度，并且更加優(yōu)選大約10 至大約20納米的厚度，盡管其它CNT材料厚度也可以被使用。CNT材料212中個體管的密 度可以是例如大約6. 6 X IO3至1 X IO6CNT/微米2，并且更加優(yōu)選大約6. 6 X IO4CNT/微米2， 盡管其它密度也可以被使用。例如，假定二極管204具有大約45納米的寬度，在一些實施 例中，在二極管204下優(yōu)選具有至少大約10個CNT，并且更加優(yōu)選至少大約100個CNT (也 可以采用盡管較少的CNT，例如1、2、3、4、5等，或者更多的CNT，例如多于100)。為了改善CNT材料212的可逆電阻率轉(zhuǎn)換特性，在一些實施例中，可以優(yōu)選至少大 約50%并且更加優(yōu)選至少2/3的CNT材料212的碳納米管是半導(dǎo)體。由于多壁CNT通常是 金屬性的，而單壁CNT可以是金屬性或者半導(dǎo)體性的，所以在一或者更多的實施例中，可以 優(yōu)選的是，CNT材料212主要包括半導(dǎo)體單壁CNT。在其它實施例中，CNT材料212的小于 50 %的CNT可以是半導(dǎo)性的。垂直對齊的CNT允許垂直的電流流動而有小橫向?qū)щ娀蛘邲]有橫向?qū)щ?。為了減 小或者避免在包括存儲器單元200的存儲器級上制造的相鄰存儲器單元(未被示出)之間 的橫向或者橋?qū)щ娐窂降男纬?，在一些實施例中，CNT材料212的個體管可以被制造以基本 垂直對齊(例如，由此減小和/或避免存儲器單元的狀態(tài)受到相鄰存儲器單元的狀態(tài)和/ 或編程的影響或者“干擾”)。注意個體管隔離可以或者可以延伸到CNT材料212的整個厚 度上。例如，在初始生長相期間，一些或者多數(shù)個體管可以被垂直對齊(例如，不接觸)。但 是隨著個體管在長度上垂直增加，管的一些部分可以變得相互接觸，并且甚至變得糾結(jié)或 者纏繞。在一些實施例中，缺陷可以在CNT材料212中被有意地產(chǎn)生，以改善或者調(diào)整CNT材料212的可逆電阻率轉(zhuǎn)換特性。例如，CNT材料212形成于CNT仔晶層210之后，氬、O2 或者其它物質(zhì)可以被注入CNT材料212以在CNT材料212中產(chǎn)生缺陷。在第二示例中，CNT 材料212可以經(jīng)歷或者暴露于氬或者O2等離子體(偏壓或者化學(xué))以有意地在CNT材料 212中產(chǎn)生缺陷。如下面參考圖4A-F將進一步描述的，CNT材料212/可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202的 形成之后，電介質(zhì)材料被沉積于CNT材料212和第一導(dǎo)體206的頂部和周圍上。在一些實 施例中，電介質(zhì)材料可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)、高密度等離子體(HDP)沉積、電弧等離 子體輔助沉積、旋涂沉積等等而被沉積。該電介質(zhì)材料隔離CNT材料212和第一導(dǎo)體206 與在包括存儲器單元200的存儲器級上制造的其它存儲器單元的相似的CNT材料區(qū)和第一 導(dǎo)體(未被示出)。隨后進行CMP或者電介質(zhì)回蝕步驟以平坦化電介質(zhì)材料，并且從CNT材 料212的頂部去除電介質(zhì)材料。二極管204隨后形成于CNT材料212/可逆電阻率轉(zhuǎn)換元 件202上方。如所述，二極管204可以是垂直p-n或者p-i-η 二極管，它可以或者是指向上或者 指向下。在相鄰存儲器級共享導(dǎo)體的圖2D的實施例中，相鄰存儲器級優(yōu)選具有指向相反方 向的二極管，例如對于第一存儲器級的向下指P-i-η 二極管和對于相鄰的第二存儲器級的 向上指p-i-n 二極管。在一些實施例中，二極管204可以由多晶半導(dǎo)體材料(例如多晶硅，多晶硅鍺合 金，多鍺或者任何其它合適的材料)形成。例如，二極管204可以包括重?fù)诫s的η+多晶硅 區(qū)302、η+多晶硅區(qū)302上方的輕摻雜或者本征(不有意摻雜)的多晶硅區(qū)304、和本征 區(qū)304上方的重?fù)诫s的ρ+多晶硅區(qū)306。在一些實施例中，薄鍺和/或硅鍺合金層(未被 示出)可以形成于η+多晶硅區(qū)302上，以避免和/或減小從η+多晶硅區(qū)302進入本征區(qū) 304的摻雜劑遷移。這樣的層的使用被描述，例如，于2005年12月9日提交的，并且標(biāo)題 為"DEPOSITED SEMICONDUCTOR STRUCTURE TO MINIMIZE N-TYPEDOPANT DIFFUSION AND METHOD OF MAKING"的美國專利申請序列第11/298, 331號，(以下“，331申請”)，其通過 弓丨用在此整體結(jié)合，用于所有目的。在一些實施例中，具有大約IOat %或者更多的鍺的幾百 ?；蛘吒〉墓桄N合金可以被采用。應(yīng)當(dāng)理解η+和ρ+區(qū)的位置可以相反。在一些實施例中，阻擋層308 (例如鈦氮化物，鉭氮化物，鎢氮化物等)可以形成 于CNT材料212和η+區(qū)302之間(例如，為了避免和/或減小金屬原子進入多晶硅區(qū)的遷 移)。二極管204和阻擋層308的形成之后，二極管204和阻擋層308被蝕刻以形成柱 結(jié)構(gòu)(如所示出的)。電介質(zhì)材料309被沉積于柱結(jié)構(gòu)的頂和周圍上，以隔離柱結(jié)構(gòu)和在包 括存儲器單元200的存儲器級上制造的其它存儲器單元的相似的柱結(jié)構(gòu)(未被示出)。CMP 或者電介質(zhì)回蝕步驟隨后進行以平坦化電介質(zhì)材料309并且從二極管204的頂部去除電介 質(zhì)材料。當(dāng)二極管204由被沉積的硅形成時(例如，非晶或者多晶)，硅化物層310可以 形成于二極管204上，以使被沉積的硅在制造時就處于低電阻率狀態(tài)。這樣的低電阻率狀 態(tài)允許存儲器單元200的更為容易的編程，由于無需大電壓轉(zhuǎn)換被沉積的硅至低電阻率狀 態(tài)。例如，硅化物形成金屬層312(例如鈦或者鈷)可以被沉積于ρ+多晶硅區(qū)306上。在 所采用的結(jié)晶形成二極管204的被沉積的硅的后續(xù)的退火步驟期間(下面描述)，硅化物形成金屬層312和二極管204的被沉積的硅相互反應(yīng)從而形成硅化物層310，消耗所有或者部 分硅化物形成金屬層312。如在美國專利號7,176,064， “ Memory Cell Comprising a SemiconductorJunction Diode Crystallized Adjacent to a Suicide“中所述(其通過 引用在此整體結(jié)合)，硅化物形成材料(例如鈦或者鈷)與被沉積的硅在退火期間反應(yīng)從而 形成硅化物層。鈦硅化物和鈷硅化物的晶格間距接近于硅的晶格間距，并且看上去當(dāng)被沉 積的硅結(jié)晶時，這樣的硅化物層可以作為相鄰的被沉積的硅的“結(jié)晶模板”或者“仔晶”(例 如，在退火期間硅化物層310提高硅二極管204的晶體結(jié)構(gòu))。由此提供較低電阻率的硅。 對于硅鍺合金和/或鍺二極管也可以實現(xiàn)相似的結(jié)果。硅化物形成金屬層312的形成之后，形成頂導(dǎo)體208。在一些實施例中，一或者更 多的阻擋層和/或粘合層314在導(dǎo)電層315的沉積之前可以形成于硅化物形成金屬層312 上方。導(dǎo)電層315、阻擋層314和硅化物形成金屬層312可以一起被構(gòu)圖和/或蝕刻以形成 頂導(dǎo)體208。頂導(dǎo)體208的形成之后，存儲器單元200可以被退火以結(jié)晶二極管204的被沉積 的半導(dǎo)體材料(和/或形成硅化物層310)。在至少一實施例中，退火可以在氮中在大約600 至800°C的溫度(并且更加優(yōu)選大約650和750°C之間)進行大約10秒至大約2分鐘。其 它退火時間、溫度和/或環(huán)境可以被使用。如所述，在形成二極管204的下面的被沉積的半 導(dǎo)體材料的退火期間，硅化物層310可以作為“結(jié)晶模板”或者“仔晶”。由此提供較低電阻 率的二極管材料。在一些實施例中，CNT仔晶層210可以包括一或者更多的附加層。例如，圖3B是圖 21的存儲器單元200的第二典型實施例的截面圖，其中CNT仔晶層210包括附加的金屬催 化劑層316。在CNT仔晶層210被構(gòu)圖、蝕刻和用電介質(zhì)材料隔離之后，金屬催化劑層316 可以被選擇性地沉積于CNT仔晶層210上方(如上面所描述的)。例如，在一些實施例中， 鎳、鈷、鐵等金屬催化劑層316可以被選擇性地形成于表面粗糙化的鈦或者鉭氮化物CNT仔 晶層210上方，通過無電鍍沉積、電鍍等等。CNT材料212隨后可以形成于金屬催化劑涂覆 的CNT仔晶層210上方。在一些實施例中，金屬催化劑層316的使用可以消除在CNT形成 期間催化劑前體的需求。典型的金屬催化劑層厚度從大約1至200埃的范圍，盡管其它厚 度也可以被使用。鎳、鈷、鐵、或者相似的金屬催化劑層也可以形成于非表面粗糙的或者光 滑的鈦氮化物、鉭氮化物或者相似的層上方，通過無電鍍沉積，電鍍等等。在另一實施例中，僅金屬催化劑層316可以被用于CNT仔晶。例如，圖3C是圖2A 的存儲器單元200的第三典型實施例的截面圖。圖3C的存儲器單元200相似于圖3B的存 儲器單元200，但是不包括表面粗糙的CNT仔晶層210。在所示出的實施例中，沒有CNT仔 晶層210在第一導(dǎo)體206的蝕刻和構(gòu)圖之前被沉積于第一導(dǎo)體206上方。第一導(dǎo)體206被 構(gòu)圖和蝕刻之后，金屬催化劑層316(例如鎳，鈷，鐵等)可以選擇性地沉積于第一導(dǎo)體206 上，并且CNT材料212可以形成于金屬催化劑層316上方。存儲器單元的典型制造工藝圖4A-F示出了根據(jù)本發(fā)明的第一存儲器級的制造期間部分襯底400的截面圖。如 下面將描述的，第一存儲器級包括每個包括通過選擇性地在襯底上方制造CNT材料而形成 的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件的多個存儲器單元。另外的存儲器級可以在第一存儲器級的上方被制造(如先前參考圖2C-2D所描述的)。參考圖4A，襯底400作為已經(jīng)經(jīng)歷了幾個工藝步驟而被示出。襯底400可以是任 何合適的襯底，例如硅、鍺、硅鍺；未被摻雜的、摻雜的；體、絕緣體上硅(SOI)或者其它具有 或者不具有附加電路的襯底。例如，襯底400可以包括一或者更多的η阱或者P阱區(qū)(未 被示出)。隔離層402形成于襯底400上方。在一些實施例中，隔離層402可以是二氧化硅、 氮化硅、氧氮化硅或者任何其它合適的絕緣層的層。隔離層402的形成之后，粘合層404形成于隔離層402上方(例如，通過物理氣相 沉積或者其它方法)。例如，粘合層404可以是大約20至大約500埃(并且優(yōu)選大約100 埃)的鈦氮化物或者其它合適的粘合層(例如鉭氮化物，鎢氮化物)，一或者更多的粘合層 的組合等等。其它粘合層材料和/和厚度也可以被采用。在一些實施例中，粘合層404可 以是選擇性的。粘合層404的形成之后，導(dǎo)電層406被沉積于粘合層404上方。導(dǎo)電層406可以 包括任何合適的導(dǎo)電材料，例如通過任何合適的方法(例如化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積 等)沉積的鎢或者其它合適的金屬、重?fù)诫s的半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電硅化物、導(dǎo)電硅化物-鍺化 物、導(dǎo)電鍺化物等等。在至少一實施例中，導(dǎo)電層406可以包括大約200至大約2500埃的 鎢。其它導(dǎo)電層材料和/或厚度也可以被使用。導(dǎo)電層406的形成之后，CNT仔晶層407形成于導(dǎo)電層406的上方。在一些實施例 中，CNT仔晶層407可以是大約1000至大約5000埃的鈦或者鉭氮化物，盡管其它材料和/ 或厚度也可以被使用。在這樣的實施例中，CNT仔晶層407的表面可以被粗糙化以允許CNT 直接形成于仔晶層上。例如，CNT仔晶層407可以由CMP或者回蝕工藝被粗糙化或者織構(gòu) 化。在一或者更多的實施例中，CNT仔晶層407可以被粗糙化，以具有至少大約850至4000 埃(并且更加優(yōu)選至少大約4000埃)的算數(shù)平均表面粗糙度Ra。其它表面粗糙度也可以 被采用。CNT仔晶層407形成和/或使CNT仔晶層粗糙化之后，粘合層404、導(dǎo)電層406和 CNT仔晶層407被構(gòu)圖和蝕亥lj，如在圖4B中所示出的。例如，粘合層404、導(dǎo)電層406和CNT 仔晶層407可以使用采用軟或者硬掩模的傳統(tǒng)光刻技術(shù)，和濕法或者干法蝕刻工藝被構(gòu)圖 和蝕刻。在至少一實施例中，粘合層404、導(dǎo)電層406和CNT仔晶層407被構(gòu)圖和蝕刻以形 成基本平行、基本共面的導(dǎo)體408 (如在圖4B中所示出的)。導(dǎo)體408的典型寬度和/或?qū)?體408之間的間距從大約200至大約2500埃的范圍，盡管其它導(dǎo)體寬度和/或間距也可以 被使用。參考圖4C，底部導(dǎo)體408形成之后，CNT材料409選擇性地在各導(dǎo)體408的頂部 形成的CNT仔晶層407上形成。如果CNT仔晶層407是鈦氮化物、鉭氮化物或者相似的材 料，則CNT仔晶層407的表面可以被粗糙化，以允許CNT直接形成于鈦氮化物、鉭氮化物 或者相似的CNT仔晶層407上。(例如見Smith等人，“Polishing TiN for Nanotube Synthesis“ , Proceedings ofthe 16th Annual Meeting of the American Society for Precision Engineering, Nov. 10-15, 2001 禾口 Rao 等人，"In situ-grown carbon nanotube array with excellentfield emission characteristics" , Appl. Phys. Lett. , Vol. 76, No.25,19June 200，pp.3813-3815)。
在一些實施例中，另外的金屬催化劑層(未被示出)(例如鎳，鈷，鐵等)在CNT材 料409的形成之前可以被選擇性地沉積于CNT仔晶層407上方，以提供在CNT形成期間金 屬催化劑的益處(如先前參考圖3B所述)。在其它實施例中，金屬催化劑層可以被使用，而 沒有下面的表面粗糙的仔晶層(如先前參考圖3C所述)。在任一情形中，進行CNT制造工藝以選擇性地生長和/或沉積CNT材料409于各 導(dǎo)體408上。對于各存儲器單元，至少部分形成于存儲器單元的對應(yīng)導(dǎo)體408上的CNT材 料409作為存儲器單元的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件202。任何合適的方法可以用于在各導(dǎo)體408 上形成CNT材料409。例如，CVD、等離子體增強CVD、激光蒸鍍、電弧放電等等可以被采用。在一典型實施例中，CNT可以通過CVD在大約675至700°C、在二甲苯，氬，氫和/ 或二茂鐵的大約lOOsccm的流量持續(xù)30分鐘而形成于TiN仔晶層上。其它溫度、氣體、流 量和/或生長時間也可以被使用。在另一典型實施例中，CNT可以通過CVD在大約650°C的溫度、在大約20%的C2H4 和80%的氬中、在大約5. 5Torr的壓力持續(xù)大約20分鐘而形成于鎳催化劑層上。其它溫 度、氣體、比率、壓力和/或生長時間也可以被使用。在又一實施例中，CNT可以形成于金屬催化劑層(例如鎳，鈷，鐵等)上，使用等離 子體增強CVD，使用大約100-200瓦的RF功率，在大約600至900°C的溫度，以大約80%的 氬，氫和/或氨稀釋的大約20%的甲烷、乙烯、乙炔或者其它碳?xì)浠衔镏谐掷m(xù)8-30分鐘。 其它溫度、氣體、比率、功率和/或生長時間也可以被使用。如所述，CNT材料409僅形成于各導(dǎo)體408上形成的CNT仔晶層408的上方。在 一些實施例中，CNT材料409可以具有大約1納米至大約1微米(甚至數(shù)十微米)的厚度， 并且更加優(yōu)選大約10至大約20納米的厚度，盡管其它CNT材料厚度也可以被使用。CNT 材料409中個體管的密度可以是例如大約6. 6 X IO3至1 X IO6CNT/微米2，且更加優(yōu)選大約 6. 6 X IO4CNT/微米2，盡管其它密度也可以被使用。例如，假定導(dǎo)體408具有大約45納米的 寬度，在一些實施例中，在導(dǎo)體408上形成的CNT材料409中，優(yōu)選具有至少大約10個CNT， 并且更加優(yōu)選至少大約100個CNT (也可以采用盡管較少的CNT，例如1、2、3、4、5等，或者更 多的CNT，例如多于100)。在CNT材料409形成于各導(dǎo)體408上方之后，電介質(zhì)層410 (圖4D)被沉積于襯底 400上方以填充CNT材料區(qū)和導(dǎo)體408之間的空腔。在一些實施例中，電介質(zhì)層410可以使 用化學(xué)氣相沉積(CVD)、高密度等離子體(HDP)沉積、電弧等離子體輔助沉積、旋涂沉積等 等而被沉積。例如，大約1微米或者更多的二氧化硅可以被沉積于襯底400上，并且使用化 學(xué)機械拋光或者回蝕工藝而被平坦化，以形成平表面412。平表面412包括被電介質(zhì)材料 410所分離的CNT材料409的分立的區(qū)，如所示出的。其它電介質(zhì)材料(例如氮化硅、氧氮化硅、低K電介質(zhì)等)和/或其它電介質(zhì)層厚 度可以被使用。典型的低K電介質(zhì)包括碳摻雜氧化物、硅碳層等等。參考圖4E，CNT材料區(qū)的頂表面的平坦化和暴露之后，形成各存儲器單元的二極 管結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，阻擋層414(例如鈦氮化物、鉭氮化物、鎢氮化物等)可以在二極 管形成之前在CNT材料區(qū)409上方形成(例如，避免和/或減小金屬原子進入多晶硅區(qū)的 遷移)。阻擋層414可以是大約20至大約500埃，并且優(yōu)選大約100埃的鈦氮化物或者其 它的阻擋層，例如鉭氮化物，鎢氮化物，一或者更多的阻擋層的結(jié)合，與其它層組合的阻擋層(例如鈦/鉭氮化物，鉭/鈦氮化物或者鎢/鎢氮化物疊層)，等等。其它阻擋層材料和 /或厚度也可以被采用。阻擋層414的沉積之后，用于形成各存儲器單元的二極管的半導(dǎo)體材料的沉積開 始(例如，圖2A-3C中的二極管204)。各二極管可以是如先前所描述的垂直p-n或者p-i-n 二極管。在一些實施例中，各二極管由多晶半導(dǎo)體材料(例如多晶硅、多晶硅鍺合金、鍺、或 者其它合適的材料)形成。為了方便起見，在此描述了形成多晶硅的向下指的二極管。應(yīng) 當(dāng)理解其它材料和/或二極管配置也可以被使用。參考圖4E，阻擋層414形成之后，重?fù)诫sη+硅層416被沉積于阻擋層414上。在 一些實施例中，η+硅層416在沉積時處于非晶狀態(tài)。在其它實施例中，η+硅區(qū)416在沉積 時于多晶狀態(tài)。化學(xué)氣相沉積或者其它合適的工藝可以被采用以沉積η+硅層416。在至少 一實施例中，可以形成η+硅層416，例如，由大約100至大約1000埃，優(yōu)選大約100埃，的具 有大約IO21CnT3的摻雜濃度的磷或者砷摻雜的硅。其它層厚度、摻雜劑和/或摻雜濃度也可 以被使用。η+硅層416可以被原位摻雜，例如，通過在沉積期間流動施主氣體。其它摻雜方 法也可以被使用(例如，注入)。在η+硅層416的沉積之后，輕摻雜的，本征和/或非有意摻雜的硅層418形成于 η+硅層416的上方。在一些實施例中，本征硅層418在沉積時處于非晶狀態(tài)。在其它實施 例中，本征硅層418在沉積時處于多晶狀態(tài)?；瘜W(xué)氣相沉積或者其它合適的沉積方法可以 被采用以沉積本征硅層418。在至少一實施例中，本征硅層418厚度可以是大約500至大約 4800埃，優(yōu)選大約2500埃。其它本征層厚度也可以被使用。薄(例如幾百?；蛘吒?的鍺和/或硅鍺合金層(未被示出)在本征硅層418 的沉積之前可以形成于η+硅層416上，以避免和/或減小從η+硅層416進入本征硅層418 的摻雜劑遷移(如在先前所結(jié)合的’ 331申請中所描述的)。在η+硅層416和本征硅層418的形成之后，η+硅層416、本征硅層418、和阻擋層 414被構(gòu)圖和蝕刻以形成上覆導(dǎo)體408的硅柱420 (如所示出的)。采用軟或者硬掩模的傳 統(tǒng)光刻技術(shù)，和濕法或者干法蝕刻工藝可以被采用以形成硅柱420。在硅柱420形成之后，電介質(zhì)層422被沉積以填充硅柱420之間的空腔。例如，大 約200-7000埃的二氧化硅可以被沉積，并且使用化學(xué)機械拋光或者回蝕工藝被平坦化以 形成平表面424。平表面424包括被電介質(zhì)材料422所分離的硅柱420的被暴露的頂表面， 如所示出的。其它電介質(zhì)材料(例如氮化硅、氧氮化硅、低K電介質(zhì)等)和/或其它電介質(zhì) 層厚度也可以被使用。典型的低K電介質(zhì)包括碳摻雜氧化物、硅碳層等等。硅柱420的形成之后，ρ+硅區(qū)426在各硅柱420內(nèi)形成，接近硅柱420的上表面。 例如，可以采用毯式P注入以注入硼于硅柱420內(nèi)的預(yù)定的深度。典型的可以注入的由分 子離子包括BF2、BF3、B等等。在一些實施例中，可以采用大約1-5X IO15離子/cm2的注入劑 量。也可以使用其它注入物質(zhì)和/或劑量。此外，在一些實施例中，擴散工藝可以被采用以 摻雜硅柱420的上部。在至少一實施例中，ρ+硅區(qū)426具有大約100-700埃的深度，盡管其 它P+區(qū)的尺寸也可以被使用。(注意如果被形成的二極管是向上指的P-n或者p-i-n 二極 管，則硅柱420的上部將被摻雜以η型)。各硅柱420由此包括向下指p-i-n 二極管428。參考圖4F，完成P-i-n 二極管428之后，硅化物形成金屬層430被沉積于襯底400 上方。典型的硅化物形成金屬包括濺射或者沉積的鈦或者鈷。在一些實施例中，硅化物形成金屬層430具有大約10至大約200埃的厚度，優(yōu)選大約20至大約50埃的厚度并且更加 優(yōu)選大約20埃的厚度。其它硅化物形成金屬層材料和/或厚度也可以被使用。如下面所 進一步描述的，該結(jié)構(gòu)的退火引起來自硅化物形成金屬層430的金屬和來自ρ+硅區(qū)426的 硅反應(yīng)，從而形成相鄰于各P+硅區(qū)426的硅化物區(qū)432。硅化物形成金屬層430的形成之后，第二組導(dǎo)體436可以在二極管428上方以相 似于導(dǎo)體的底部組408的形成的方式形成。在一些實施例中，在用于形成上部第二組導(dǎo)體 436的導(dǎo)電層440的沉積之前，一或者更多的阻擋層和/或粘合層438可以被放置于硅化物 形成金屬層430上方。導(dǎo)電層440可以由任何合適的導(dǎo)電材料(例如鎢、另外的合適的金屬、重?fù)诫s的半 導(dǎo)體材料、導(dǎo)電硅化物、導(dǎo)電硅化物_鍺化物、導(dǎo)電鍺化物等等)通過任何合適的方法(例 如，化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積等)沉積而形成。其它導(dǎo)電層材料也可以被使用。阻擋層 和/或粘合層438可以包括鈦氮化物或者另外的合適的層(例如鉭氮化物、鎢氮化物)、一 或者更多層的組合，或者任何其它合適的材料。被沉積的導(dǎo)電層440、阻擋層和/或粘合層 438、和/或硅化物形成金屬層430可以被構(gòu)圖和蝕刻以形成第二組導(dǎo)體436。在至少一實 施例中，上部導(dǎo)體436是在與下部導(dǎo)體408不同的方向中延伸的基本平行、基本共面的導(dǎo) 體。在本發(fā)明的其它實施例中，上部導(dǎo)體436可以使用金屬鑲嵌工藝形成，其中電介 質(zhì)層被形成、構(gòu)圖和蝕刻以形成以產(chǎn)生用于導(dǎo)體436的開口和空腔。開口或者空腔可以被 填充以粘合層438和導(dǎo)電層440 (和/或?qū)щ娮芯А?dǎo)電填充和/或阻擋層，如果需要的話)。 粘合層438和導(dǎo)電層440隨后可以被平坦化以形成平表面。在本發(fā)明的至少一實施例中，硬掩?？梢栽诙O管428上方被形成，如例如在 于 2006 年 5 月 13 日提交的并且標(biāo)題為 “CONDUCTIVE HARD MASKTO PROTECT PATTERNED FEATURES DURING TRENCH ETCH”的美國專利申請序列第11/444,936號(以下“，936申 請”)中所述，其通過引用整體結(jié)合于此。例如，在本征硅層418和η+硅層416的構(gòu)圖和 蝕刻之前，P+硅層可以通過摻雜本征層418而形成(例如，使用離子注入或者其它摻雜方 法)。硅化物形成金屬層430可以形成于ρ+硅層上方，跟隨著阻擋層和/或?qū)щ妼?。這些 阻擋層和導(dǎo)電層在二極管428的構(gòu)圖和蝕刻期間可以作為硬掩模，并且可以減輕在頂導(dǎo)體 436的形成期間可以出現(xiàn)的任何過度蝕刻(如在’ 936申請中所描述的)。上部導(dǎo)體436形成之后，該結(jié)構(gòu)可以被退火以結(jié)晶二極管428的被沉積的半導(dǎo)體 材料(和/或形成硅化物區(qū)432)。在至少一實施例中，退火可以在氮中在大約600至800°C 的溫度，更加優(yōu)選在大約650和750°C之間進行大約10秒至大約2分鐘。其它退火時間、溫 度和/或環(huán)境也可以被使用。硅化物區(qū)432在下面的被沉積的半導(dǎo)體材料的退火期間可以 作為“結(jié)晶模板”或者“仔晶”，該半導(dǎo)體材料形成二極管(例如，改變?nèi)魏畏蔷У陌雽?dǎo)體材 料至多晶半導(dǎo)體材料和/或改善二極管428的整體結(jié)晶晶體特性)。由此提供較低電阻率 的二極管材料。替代典型存儲器單元在本發(fā)明的其它實施例中，底部導(dǎo)體408可以使用如下所述參考圖5A-C的金屬鑲 嵌工藝而形成。參考圖5A，電介質(zhì)層410被形成、構(gòu)圖和蝕刻以產(chǎn)生用于導(dǎo)體408的開口或 者空腔。開口或者空腔隨后可以被填充以粘合層404和導(dǎo)電層406 (和/或?qū)щ娮芯?、?dǎo)電
18填充和/或阻擋層，如果需要的話)。粘合層404和導(dǎo)電層406隨后可以被平坦化以形成平 表面(如所示出的)。在這樣的實施例中，粘合層404襯里各開口或者空腔的底部和側(cè)壁。平坦化之后，CNT仔晶層407在底部導(dǎo)體408的上方形成。在至少一實施例中，選 擇性的沉積工藝可以被用于形成金屬催化劑CNT仔晶層407于各底部導(dǎo)體408上方。典型 的金屬催化劑仔晶層包括鎳、鈷、鐵等，它可通過無電鍍的沉積、電鍍等等而被選擇性地沉 積。作為替代，鈦氮化物、鉭氮化物或者相似的CNT仔晶層可以在底部導(dǎo)體408上方被沉積， 被表面粗糙化，構(gòu)圖和蝕刻，以形成各導(dǎo)體408上方的CNT仔晶區(qū)407 (具有或者不具有例 如鎳、鈷、鐵等的附加的金屬催化劑層)。鎳、鈷、鐵或者相似的金屬催化劑層也可以在非表 面粗糙或者光滑的鈦氮化物、鉭氮化物或者相似的層上通過無電鍍沉積、電鍍等等而形成。參考圖5B，CNT仔晶層區(qū)407的形成之后，CNT材料409被選擇性地形成于各CNT 仔晶區(qū)上方。任何合適的方法可以被用于形成各導(dǎo)體408上方的CNT材料409。例如，CVD、 等離子體增強CVD、激光蒸鍍、電弧放電等等也可以被采用。垂直對齊的CNT允許垂直電流流動而有小的橫向?qū)щ娀蛘邲]有橫向?qū)щ姟榱藴p 小或者避免相鄰存儲器單元之間的橫向或者橋接導(dǎo)電路徑的形成，在一些實施例中，CNT材 料409的個體管可以被制造以被基本垂直地對齊(例如，由此減小和/或避免存儲器單元 的狀態(tài)被相鄰存儲器單元的狀態(tài)和/或編程所影響或者“干擾”)。注意個體管隔離可以或 者不可以延伸到CNT材料409的整個厚度上。例如，在初始生長階段期間，一些或者多數(shù)個 體管可以被垂直對齊(例如，不接觸)。但是，隨著個體管在長度上垂直增加，管的一些部分 可以變得相互接觸，并且甚至變得糾結(jié)或者纏繞。在各底部導(dǎo)體408上方CNT材料409的形成之后，電介質(zhì)材料411被沉積于CNT材 料409的頂部和周圍上，以相互隔離相鄰的CNT材料區(qū)。在一些實施例中，電介質(zhì)材料411 可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)、高密度等離子體(HDP)沉積、電弧等離子體輔助沉積、旋涂 沉積等等而被沉積。隨后進行CMP或者電介質(zhì)回蝕步驟以平坦化電介質(zhì)材料411，并且從 CNT材料區(qū)的頂部去除電介質(zhì)材料。例如，大約200-7000埃，并且在一些實施例中1微米 或者更多的二氧化硅可以被沉積，并且使用化學(xué)機械拋光或者回蝕工藝而被平坦化。其它 電介質(zhì)材料(例如氮化娃，氧氮化娃，低K電介質(zhì)等)和/或其它電介質(zhì)層厚度也可以被使 用。典型的低K電介質(zhì)包括碳摻雜氧化物，硅碳層等等。一旦電介質(zhì)層被平坦化并且CNT材料的頂表面被暴露，則存儲器級的形成繼續(xù)下 去，如先前參考圖4E-4F所描述的，導(dǎo)致在圖5C中所示出的存儲器級。如先前所述，被沉積或者生長的CNT材料典型地具有粗糙的表面形態(tài)，具有顯著 的厚度變化，例如許多峰和谷。這些厚度變化使CNT材料難于蝕刻而沒有下面的襯底的過 量的蝕刻，增加了與其在集成電路中的使用相關(guān)的制造成本和復(fù)雜度。在一或者更多的先 前描述的實施例中，CNT仔晶層上選擇性的CNT材料的形成可以被用于消除或者最小化蝕 刻CNT材料的需求。根據(jù)一或者更多的本發(fā)明的其它實施例，電介質(zhì)填充和平坦化工藝可 以被用于平滑CNT材料層中的許多厚度變化，允許CNT材料層被更為容易地蝕刻，并且減小 制造成本和復(fù)雜度。例如，在本發(fā)明的一些實施例中，可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件可以包括CNT材料，如下所 述參考圖6A-D。參考圖6A，CNT材料600被沉積于第一導(dǎo)電體602上，第一導(dǎo)電體602嵌 入氧化物603或者其它電介質(zhì)材料中。CNT材料600可以包括對齊或者未被對齊的CNT的束。垂直對齊的CNT材料選擇性生長技術(shù)先前參考圖2A-5C被討論。未被對齊的CNT材料 也可以被使用，它包括水平取向的、官的相互交織纖維，彎曲交疊的管束等等。CNT材料600 可以或者不可以在第一導(dǎo)體602上生長。在CNT材料600不在第一導(dǎo)體602上生長的情形 中，CNT仔晶層可以從第一導(dǎo)體602被省略。例如，預(yù)生長CNT的宏觀片可以被放置于第一 導(dǎo)體602上。在一示例中，懸浮于溶劑中的預(yù)生長CNT的溶液可以被滴涂或者旋涂于第一 導(dǎo)體602上，并且溶劑被蒸發(fā)以形成水平取向的CNT纖維600。如在圖6A中所描述的，CNT 材料600具有不均勻的厚度和不均勻的表面形態(tài)。在圖6B中，電介質(zhì)材料604被沉積于CNT材料600的頂上。電介質(zhì)材料604部分 或者完全填充相鄰的管或者管團聚體之間的區(qū)。電介質(zhì)材料604可以使用化學(xué)氣相沉積 (CVD)、高密度等離子體(HDP)沉積、電弧等離子體輔助沉積、旋涂沉積等等而被沉積。例 如，大約200-7000埃，并且在一些實施例中1微米或者更多的二氧化硅可以作為電介質(zhì)材 料604被沉積。其它電介質(zhì)材料(例如氮化硅、氧氮化硅、低K電介質(zhì)等)和/或其它電介 質(zhì)層厚度也可以被使用。典型的低K電介質(zhì)包括碳摻雜氧化物、硅碳層等等。在圖6C中，電介質(zhì)材料604使用CMP或者電介質(zhì)回蝕而被部分去除，以形成包括 CNT材料的平表面606。換而言之，CNT材料被平坦化。優(yōu)選，CNT材料600在厚度和表面形 態(tài)上是基本均勻的(如前所述使CNT材料600的蝕刻更為容易)。如在圖6C中所示出的，至少部分CNT材料600的管被暴露于平表面606上。因為 CNT材料600的更為均勻的表面形態(tài)，CNT材料600可以使用任何合適的蝕刻工藝如在圖6D 中所示出的被構(gòu)圖和蝕刻。該被構(gòu)圖和蝕刻的CNT材料可以作為可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件608。 可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件608的平表面606可以通過制造于平表面606上的二極管610和在二 極管610上方制造的第二導(dǎo)體612而被電接觸(如先前參考圖3A-C所述)，導(dǎo)致在圖6C中 所示出的存儲器單元。在一些實施例中，CNT材料600可以與形成二極管610的材料一起 被蝕刻。如果希望，選擇性的導(dǎo)體膜或者層，例如TiN或者其它導(dǎo)電材料膜或者層，可以位 于電阻率轉(zhuǎn)換元件608和二極管610之間。上述電介質(zhì)填充和平坦化工藝可以和任何合適 的CNT材料(例如，未對齊的CNT，垂直對齊的CNT等)使用和/或替代任何先前所述的選 擇性的CNT形成工藝。在一些實施例中，CNT材料600可以在二極管610上方被形成，填充 有電介質(zhì)材料和/或被平坦化，如上所述。前述描述僅公開了本發(fā)明的典型實施例。落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的上面公開的設(shè)備 和方法的改進對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是明顯的。因而，雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合其典型實施例被公開，但是應(yīng)當(dāng)理解其它的實施例也 落在由所附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種存儲器單元的制造方法，包括在襯底上方制造第一導(dǎo)體；在所述第一導(dǎo)體上方制造碳納米管(CNT)材料；沉積電介質(zhì)材料于所述碳納米管材料的頂表面上；平坦化所述電介質(zhì)材料以暴露至少部分所述碳納米管材料；在所述第一導(dǎo)體上方制造二極管；并且在所述碳納米管和二極管上方制造第二導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中沉積所述電介質(zhì)材料包括沉積大約200和7000埃之間 的電介質(zhì)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中沉積所述電介質(zhì)材料包括沉積大約1微米或者更多的 電介質(zhì)材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中沉積所述電介質(zhì)材料包括沉積二氧化硅、氮化硅、氧氮 化硅、和低K電介質(zhì)的至少之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中制造所述碳納米管材料包括 在所述第一導(dǎo)體上制造碳納米管仔晶層；并且在所述碳納米管仔晶層上選擇性地制造碳納米管材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括構(gòu)圖并且蝕刻所述碳納米管仔晶層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中構(gòu)圖和蝕刻所述碳納米管仔晶層包括構(gòu)圖和蝕刻所述 第一導(dǎo)體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中制造所述碳納米管材料包括 在所述第一導(dǎo)體上方選擇性地沉積金屬層；并且在所述沉積的金屬層上選擇性地制造碳納米管材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中制造所述二極管包括制造垂直多晶二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括制造與所述垂直多晶二極管的多晶材料接觸的硅 化物、硅化物-鍺化物或者鍺化物區(qū)，使得所述多晶材料處于低電阻率狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述二極管是p-n或者p-i-η二極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述二極管被制造得與所述碳納米管材料的暴露部 分電接觸。
13.一種使用權(quán)利要求1的方法形成的存儲器單元。
14.一種制造存儲器單元的方法，包括 在襯底上方制造第一導(dǎo)體；通過在所述第一導(dǎo)體上方制造碳納米管CNT材料而在所述第一導(dǎo)體上方制造可逆電 阻率轉(zhuǎn)換元件；沉積電介質(zhì)材料于所述碳納米管材料的頂表面上； 平坦化所述電介質(zhì)材料以暴露至少部分所述碳納米管材料； 在所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件上方制造垂直多晶二極管；并且 在所述垂直多晶二極管上方制造第二導(dǎo)體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中沉積所述電介質(zhì)材料包括沉積大約200和7000埃之 間的電介質(zhì)材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中沉積所述電介質(zhì)材料包括沉積大約1微米或者更多 的電介質(zhì)材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中沉積所述電介質(zhì)材料包括沉積二氧化硅、氮化硅、氧 氮化硅、和低K電介質(zhì)的至少之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中制造所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件包括 制造碳納米管仔晶層；并且在所述碳納米管仔晶層上選擇性地制造碳納米管材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述二極管被制造得與所述碳納米管材料的暴露的 部分電接觸。
20.一種使用權(quán)利要求14的方法形成的存儲器單元。
21.一種制造存儲器單元的方法，包括 在襯底上方制造第一導(dǎo)體；在所述第一導(dǎo)體上方制造碳納米管(CNT)材料； 沉積電介質(zhì)材料于所述碳納米管材料的頂表面上； 平坦化所述電介質(zhì)材料以暴露至少部分所述碳納米管材料； 制造與所述碳納米管材料的暴露部分電接觸的二極管；并且 在所述二極管上方制造第二導(dǎo)體。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述碳納米管材料包括碳納米管纖維。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述碳納米管材料包括垂直對齊的多個碳納米管。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述碳納米管材料在所述第一導(dǎo)體上方被選擇性地 生長。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述碳納米管材料被預(yù)生長并且隨后被放置于所述第一導(dǎo)體上方。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述電介質(zhì)材料包括二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、 和低K電介質(zhì)的至少之一。
27.一種使用權(quán)利要求21的方法形成的存儲器單元。
28.一種存儲器單元，包括第一導(dǎo)體；包括在所述第一導(dǎo)體上方制造的碳納米管(CNT)材料的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件，其中所 述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件包括多個碳納米管；設(shè)置于所述碳納米管之間的電介質(zhì)材料，使得所述多個碳納米管在所述可逆電阻率轉(zhuǎn) 換元件的平表面中被暴露；在所述第一導(dǎo)體上方形成的二極管；和在所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件和所述二極管上方形成的第二導(dǎo)體。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的存儲器單元，其中所述二極管包括垂直多晶二極管。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的存儲器單元，還包括與所述垂直多晶二極管的多晶材料接觸的 硅化物、硅化物-鍺化物或者鍺化物區(qū)，使得所述多晶材料處于低電阻率狀態(tài)。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的存儲器單元，還包括形成于所述第一導(dǎo)體上的碳納米管仔晶層 并且在所述碳納米管仔晶層上選擇性地制造所述碳納米管材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的存儲器單元，其中所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件與所述二極管電接觸。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的存儲器單元，其中所述電介質(zhì)材料包括二氧化硅、氮化硅、氧氮 化硅、和低K電介質(zhì)的至少之一。
34.多個非易失性存儲器單元，包括在第一方向中延伸的多個基本平行、基本共面的第一導(dǎo)體； 多個二極管；多個可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件，其中各可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件包括多個碳納米管(CNT)和設(shè) 置于所述碳納米管之間的電介質(zhì)材料，使得多個碳納米管在所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件的平 表面中被暴露；和在與所述第一方向不同的第二方向中延伸的多個基本平行、基本共面的第二導(dǎo)體； 其中，在各存儲器單元中，所述二極管之一形成與所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件之一串連， 設(shè)置于所述第一導(dǎo)體之一和所述第二導(dǎo)體之一之間；并且其中各可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件包括形成于所述第一導(dǎo)體之一上方的碳納米管(CNT)材料。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的多個非易失性存儲器單元，其中各二極管包括垂直多晶二極管。
36.一種單片三維存儲器陣列，包括在襯底上方形成第一存儲器級，所述第一存儲器級包括 多個存儲器單元，其中所述第一存儲器級的各存儲器單元包括 第一導(dǎo)體；包括在所述第一導(dǎo)體上方制造的碳納米管(CNT)材料的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件，其中各 可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件包括多個碳納米管和設(shè)置于所述碳納米管之間的電介質(zhì)材料，使得所 述多個碳納米管在所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件的平表面中被暴露； 與所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件串連形成的二極管；和 在所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件和二極管上方形成的第二導(dǎo)體；和 在所述第一存儲器級上方單片形成的至少一第二存儲器級。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的單片三維存儲器陣列，其中各二極管包括垂直多晶二極管。
38.一種存儲器單元，包括 第一導(dǎo)體；在所述第一導(dǎo)體上方制造的可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件，其中所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件包括 碳納米管(CNT)材料和暴露碳納米管的平表面，碳納米管(CNT)材料具有設(shè)置于多個碳納 米管之間的電介質(zhì)材料；在所述可逆電阻率轉(zhuǎn)換元件的平表面上形成與暴露的碳納米管電接觸的二極管；和 在所述二極管上方形成的第二導(dǎo)體。
39.根據(jù)權(quán)利要求32的存儲器單元，其中所述碳納米管材料包括碳納米管纖維。
40.根據(jù)權(quán)利要求33的存儲器單元，其中所述碳納米管纖維包括基本不對齊的碳納米管束。
41.根據(jù)權(quán)利要求32的存儲器單元，其中所述碳納米管材料包括基本垂直對齊的碳納米管的陣列。
42.根據(jù)權(quán)利要求32的存儲器單元，其中所述電介質(zhì)材料包括二氧化硅、氮化硅、氧氮 化硅、和低K電介質(zhì)的至少之一。
全文摘要
在一些方面，提供了制造存儲器單元的方法，其包括(1)在襯底上方制造第一導(dǎo)體；(2)在第一導(dǎo)體上方制造碳納米管(CNT)材料；(3)沉積電介質(zhì)材料于所述CNT材料的頂表面上；(4)平坦化所述電介質(zhì)材料以暴露至少部分所述CNT材料；(5)在所述第一導(dǎo)體上方制造二極管；和(6)在所述CNT材料和所述二極管上方制造第二導(dǎo)體。還提供了許多其他方面。
文檔編號H01L27/11GK101919048SQ200880123686
公開日2010年12月15日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月31日
發(fā)明者布拉德·赫納, 田中世一郎, 阿普里爾·施里克, 馬克·克拉克 申請人:桑迪士克3D有限責(zé)任公司