[发明专利]具有硅锗低接触电阻的PIN二极管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据存储技术。

背景技术

基于半导体的PIN二极管(Positive-Intrinsic-Negative Diode)在本领域中是已知的。这些二极管由于包括以p型导体重掺杂的区域(p+区)、本征区以及以n型导体重掺杂的区域(n+区)，所以称为PIN器件。本征区未故意掺杂，但是可能存在低程度的n型和/或p型杂质。PIN二极管可由诸如硅、锗、硅锗合金等材料制成。合适的掺杂物可用于p+区和n+区中。

基于半导体的PIN二极管具有多种用途。一种推荐的应用是存储器单元。于2004年9月29日提交的题为“Nonvolatile Memory Cell without a Dielectric Antifuse having High-and Low-impedance States”的已公开的美国专利申请2005/0052915描述了具有至少两个电阻状态从而可用作存储器单元的PIN二极管。PIN二极管在形成时可处于高电阻状态。施加编程电压可将电阻变为低电阻状态。于2005年6月8日提交的题为“Nonvolatile Memory Cell Operating by Increasing Order in Polycrystalline Semiconductor Material”的已公开的美国专利申请2005/0226067也描述了可用于存储器单元的PIN二极管。上述两个专利申请通过引用而并入本文中用于各种目的。

还提出在使用具有可逆电阻切换行为的元件用作存储器单元的存储器阵列中将基于半导体的PIN二极管用作控向元件。当作为控向元件使用时，PIN二极管帮助控制电流从而控制对哪些存储器单元进行编程和读取。表现出可逆电阻切换性能的多种材料可用作存储器单元。这些材料包括硫族化物、碳聚合物、钙钛矿、某些金属氧化物和氮化物。特别地，存在一些金属氧化物和氮化物仅包括一种金属而表现出可靠的电阻切换性能。这些包括：例如NiO、Nb₂O₅、TiO₂、HfO₂、Al₂O₃、MgO_X、CrO₂、VO、BN和AIN，如Pagnia及Sotnick在“Bistable Switching in Electroformed Metal-Insulator-Metal Device”(Phys.Stat.Sol.(A)108，11-65(1988))中所描述的那样。这些材料之一制成的层在制成时可处于原始状态，例如相对低电阻状态。在施加足够电压后，该材料切换到稳定的高电阻状态。这种电阻切换可以是可逆的，从而后续施加合适的电流或电压可用于使电阻切换材料回到稳定的低电阻状态。这种变换可重复多次。对于某些材料，初始状态是高电阻而非低电阻。

为了工作良好，期望PIN二极管具有高的正向偏置电流和低的反向偏置电流。二极管的整流比定义为在特定偏置电压(正的及负的)时的正向偏置电流与反向偏置电流的比。期望具有高的整流比。然而，用于提供较高正向偏置电流的技术往往不良地增加反向偏置电流。

还期望存储器阵列中所有二极管的正向偏置电流大致相同。然而，在存储器阵列不同部分中的二极管的正向偏置电流之间可能存在差异。对于一些传统的存储器阵列，这些差异是系统惯有的。存储器阵列通常形成在衬底上方，一些二极管从该衬底向上指向而其它二极管向下指向。向上指向意味着正向偏置电流的方向远离衬底。对于一些传统的存储器阵列，与向下指向的二极管的正向偏置电流相比，向上指向的二极管的正向偏置电流可一贯较高或较低。当使用二极管以控制对哪些存储器单元进行编程和读取时，正向偏置电流的这些差异可存在问题。由于电流差异，还会出现其它问题。

附图说明

图1A是PIN二极管的一个实施例。

图1B是用作存储器单元的PIN二极管的一个实施例的简化透视图。

图1C是具有用作控向元件的PIN二极管的存储器单元的一个实施例的简化透视图。

图2是由多个存储器单元形成的第一存储器级的一部分的简化透视图。

图3是三维存储器阵列的一部分的简化透视图。

图4是三维存储器阵列的一部分的简化透视图。

图5示出了用于形成PIN二极管的过程的一个实施例。

图6示出了用于形成存储器阵列的过程的一个实施例。

图7示出了在存储器阵列中形成导体的过程的一个实施例。