專利名稱：碳/隧穿-勢壘/碳二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該申請涉及二極管的技術(shù)。
背景技術(shù)：
各種材料示出了可逆電阻率-切換行為，且如此可以適用于用作存儲器元件。具有可逆電阻率-切換行為的一類材料被稱為電阻改變存儲器(ReRAM)。已經(jīng)提出了過渡金屬氧化物用于ReRAM。具有可逆電阻率-切換行為的第二類材料被稱為相位改變存儲器(PCRAM)。已經(jīng)提出了可以在晶體狀態(tài)(低電阻)和非晶狀態(tài)(高電阻)之間改變的硫族化物(Chalcogenides)用于PCRAM。已經(jīng)提出了諸如碳聚合物、I丐鈦礦和氮化物的其他材料作為具有可逆電阻率-切換行為的存儲器元件。在施加足夠的電壓、電流或其他刺激時，可逆電阻率切換材料切換到穩(wěn)定的低電 阻狀態(tài)。該電阻率-切換是可逆的，以便隨后施加適當(dāng)?shù)碾妷?、電流或其他刺激可以用于將可逆電阻率切換材料返回到穩(wěn)定的高電阻狀態(tài)?？梢灾貜?fù)該轉(zhuǎn)換許多次。對于一些切換材料，初始狀態(tài)是低電阻，而不是高電阻。這些切換材料對于在非易失性存儲器陣列中的使用是有意義的。一類存儲器陣列被稱為交叉點陣列，其是通常沿著X軸(例如字線)且沿著I軸(例如位線)布置的存儲器元件的陣列?？梢詫?shù)字值存儲作為存儲器電阻(高或低)?？梢酝ㄟ^向連接到所選存儲器元件的字線供應(yīng)電壓來讀取存儲器單元的存儲器狀態(tài)。該電阻或存儲器狀態(tài)可以被讀取為連接到所選存儲器單元的位線的輸出電壓或電流。例如，一個電阻狀態(tài)可以對應(yīng)于數(shù)據(jù)“0”，而另一電阻狀態(tài)對應(yīng)于數(shù)據(jù)“I”。一些切換材料可以具有多于兩個穩(wěn)定的電阻狀態(tài)。已知由可逆電阻率-切換元件形成的非易失性存儲器。例如，在2005年5月9日提交的題為“REWRITEABLE MEMORY CELL COMPRISING A DIODE AND A RESISTIVITY-SWITCHINGMATERIAL”的美國專利申請公開2006/0250836，其整體通過引用合并于此，其描述了一種包括與諸如金屬氧化物或金屬氮化物的可逆電阻率-可切換材料串聯(lián)耦合的二極管的可重寫非易失性存儲器單元。通過施加一個或多個編程信號以使得該可逆電阻率-切換從低電阻狀態(tài)改變到高電阻狀態(tài)來編程這種存儲器單元，這可以被稱為復(fù)位該存儲器單元。類似地，通過施加一個或多個編程信號以使得該可逆電阻率-切換從高電阻狀態(tài)改變到低電阻狀態(tài)來編程存儲器單元，這可以被稱為置位該存儲器單元。已經(jīng)提出了交叉點存儲器陣列的操作的單極和雙極兩種模式。在雙極操作中，通過施加具有一個極性的電壓來建立該高電阻狀態(tài)，且通過施加具有相反極性的電壓來建立低電阻狀態(tài)。在單極操作中，通過施加相同極性的電壓來建立高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)?！┐鎯ζ麝嚵惺褂门c可逆電阻率-切換元件串聯(lián)的操縱器件來控制用于置位和復(fù)位操作的電流。也就是說，通過交叉點存儲器陣列，選擇一些存儲器單元用于編程或讀取，而不選擇許多其他存儲器單元，因此在當(dāng)前操作期間這許多其他存儲器單元不應(yīng)該被編程或讀取。該操縱元件有助于控制在給定的操作期間哪些存儲器單元被編程或讀取。該操縱元件的例子是與每個可逆電阻率-切換元件串聯(lián)放置的p-i-n 二極管。通過將適當(dāng)?shù)碾妷菏┘拥轿痪€和字線，可以分離地編程和讀取每個存儲器元件。但是，對于p-i-n 二極管，單極切換可能是優(yōu)選的，因為反轉(zhuǎn)操作可能損壞P-i-n 二極管。而且，單極操作可能遭受諸如需要高復(fù)位電流的問題。而且，單極操作的切換率可以低于雙極操作的切換率。該切換率指的是展現(xiàn)適當(dāng)?shù)那袚Q行為的存儲器單元的百分比。因為期望具有高切換率，可以期望具有與雙極切換兼容的存儲器單元。交叉點存儲器陣列的雙極操作的一個提議是將金屬/絕緣體/金屬(MIM) 二極管置于與電阻性存儲器單元串聯(lián)。但是，可能難以構(gòu)造具有諸如足夠高的前向偏置電流的期望屬性的MM 二極管。


圖IA是碳/隧穿-勢壘/碳二極管的圖。
圖IB描述碳/隧穿-勢壘/碳二極管的一個實施例的示例電流-電壓關(guān)系。圖1C、1D和IE是碳/隧穿-勢壘/碳二極管的實施例。圖2A描述在熱均衡時的碳/硅界面的示例能帶圖。圖2B描述在正向偏壓(Vf)之下的碳/硅界面的一個實施例的示例能帶圖。圖2C描述在反向偏壓(Vr)之下的碳/硅界面的一個實施例的示例能帶圖。圖3A和3B描述碳/隧穿-勢壘/碳二極管的一個實施例的示例電流-電壓關(guān)系。圖4A是存儲器單元的一個實施例的簡化透視圖。圖4B是由圖4A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4C是包括位于第二存儲器級下方的第一存儲器級的單片三維陣列的一部分的簡化透視圖。圖4D是包括位于第二存儲器級下方的第一存儲器級的三維陣列的一部分的簡化透視圖。圖4E是存儲器系統(tǒng)的一個實施例的方框圖。圖5示出形成碳/隧穿-勢壘/碳二極管的一個實施例的工藝。圖6是使用碳/隧穿-勢壘/碳二極管作為操縱元件的存儲器陣列的工藝的一個實施例的流程圖。圖7A-7F描述在圖6的工藝中的各個步驟之后形成存儲器陣列的結(jié)果。
具體實施例方式公開了碳/隧穿-勢壘/碳二極管和其形成方法。在一個實施例中，使用碳/隧穿-勢壘/碳二極管作為存儲器陣列中的操縱元件。存儲器陣列中的每個存儲器單元可以包括可逆電阻率-切換元件和作為操縱元件的碳/隧穿-勢壘/碳二極管。在一個實施例中，使用雙極切換來切換存儲器單元的狀態(tài)。但是，還可以使用單極切換。隧穿-勢壘可以包括半導(dǎo)體或絕緣體。因此，在一個實施例中，該二極管是碳/隧穿-勢壘/碳二極管。二極管中的半導(dǎo)體可以是本征或摻雜的。在一個實施例中，當(dāng)該二極管處于均衡狀況下時，該半導(dǎo)體被耗盡。例如，該半導(dǎo)體可以被輕度摻雜，以便耗盡區(qū)在均衡狀況下從半導(dǎo)體區(qū)的一端延伸到另一端。在另一實施例中，在均衡下該半導(dǎo)體沒有完全耗盡。例如，沒有偏壓或在未選的狀況下，該半導(dǎo)體沒有完全耗盡。但是，該半導(dǎo)體在已選狀況下在完全偏壓之下變得耗盡。在一個實施例中，該二極管是碳/絕緣體/碳二極管?？梢云谕O管中的碳具有低電阻率。在一個實施例中，該碳主要是sp2鍵合的碳，這可能導(dǎo)致低電阻率。主要是sp2鍵合的碳意味著，碳的至少50%與一個或多個其他碳原子形成sp2雜化的鍵。在一個實施例中，該碳是石墨碳，這也可以導(dǎo)致低電阻率。在一個實施例中，該碳被摻雜。還可以使用摻雜該碳來降低該碳的電阻率。圖IA是碳/隧穿-勢壘/碳二極管204以及電極的圖。該二極管204包括第一碳區(qū)242和第二碳區(qū)246之間的隧穿-勢壘244。還描述了二極管204下方的底部電極213和二極管204上方的頂部電極234。在一個實施例中，隧穿-勢壘244包括至少一個半導(dǎo)體。在一個實施例中，隧穿-勢魚244包括至少一個絕緣體。第一碳區(qū)242中和第二碳區(qū)244中的碳包括元素碳。在一個實施例中，第一和第 二區(qū)242、246主要包括元素碳。主要是元素碳意味著第一碳區(qū)242和第二碳區(qū)246中的原子的至少50%是元素碳。注意，諸如但不限于摻雜劑的一些雜質(zhì)可以存在于碳區(qū)242、246中。元素碳的一個例子是石墨；但是，碳區(qū)242、246不限于石墨碳。在一個實施例中，碳區(qū)242、244包括主要是sp2鍵合的碳的元素碳。如在此使用的，術(shù)語“sp2鍵合的碳”指的是與其他碳原子形成sp2鍵的碳。例如，一個S-軌道和兩個P-軌道可以經(jīng)歷sp2雜化以形成sp2鍵合的碳。通過“主要是sp2鍵合的碳”,意味著,碳的至少50%是sp2鍵合的碳。注意，碳的一些可以是sp3鍵合的碳?？梢云谕O管中的碳具有低電阻率。如所述，在一些實施例中，該碳主要是sp2鍵合的碳，這可能導(dǎo)致低電阻率。在一個實施例中，該碳被摻雜。摻雜該碳可以降低該碳的電阻率。示例摻雜劑包括、但不限于硼和氮。頂部電極234和底部電極213提供二極管204和其他元件之間的物理和電接觸。例如，該二極管204可以被置于與存儲器元件串聯(lián)，在該情況下電極213、234之一駐留在二極管204和存儲器元件之間。底部和頂部電極213、234的示例材料包括、但不限于鈦、氮化欽、組、氣化組、鶴、氣化鶴、銅和招。作為一個例子，二極管區(qū)的厚度可以如下碳區(qū)242 10納米(nm)、隧穿-勢壘244 :50nm 碳區(qū) 246 IOnm0圖IB描述碳/隧穿-勢壘/碳二極管204的一個實施例的示例電流-電壓關(guān)系。注意，電流-電壓關(guān)系在該例子中是高度非線性的。對于一些應(yīng)用，期望高的非線性。感興趣的一個參數(shù)是“k因子”，其被定義為在標(biāo)定電壓處的電流與在標(biāo)定電壓的一半處的電流的比。對于一些應(yīng)用，期望高的k-因子(對應(yīng)于高的非線性)。作為一個例子，當(dāng)在交叉點存儲器陣列中使用二極管作為操縱元件時，可以期望高的非線性(或高的k-因子)。隧穿-勢壘244的厚度是可以被調(diào)整以影響二極管的電流-電壓關(guān)系的形狀的參數(shù)。調(diào)整厚度以影響二極管的電流-電壓關(guān)系的形狀將以下討論。圖1C、1D和IE是碳/隧穿-勢壘/碳二極管的不同實施例。具體地，圖IA描述了一般的隧道-勢壘244，而在圖1C、ID和IE中描述用于隧穿-勢壘244的不同類型的材料。圖IC是碳/半導(dǎo)體/碳二極管的一個實施例的圖。在該實施例中，半導(dǎo)體244a可以用作隧穿-勢壘244。示例的半導(dǎo)體包括、但不限于硅和鍺。半導(dǎo)體244a可以包括多于一類半導(dǎo)體。例如，半導(dǎo)體244a可以由多晶硅、多晶硅-鍺合金、多晶鍺或半導(dǎo)體的任何其他適當(dāng)?shù)慕M合形成。在一個實施例中，半導(dǎo)體244a不是有意被摻雜的(例如，該半導(dǎo)體是本征的)。在一個實施例中，半導(dǎo)體244a被摻雜。該摻雜可以相對輕。示例的摻雜濃度是大約7. OX IO17/cm3。在一個實施例中，摻雜濃度使得，在均衡狀況下，半導(dǎo)體244a從一端到另一端耗盡。也就是說，該半導(dǎo)體244a從一個碳/半導(dǎo)體結(jié)到另一碳/半導(dǎo)體結(jié)耗盡。注意，不需要摻雜的半導(dǎo)體244a是均勻的。在一些實施例中，摻雜濃度被逐漸變化的。逐漸變化意味著，摻雜劑的濃度在半導(dǎo)體區(qū)244中的不同位置中不同。通常，該濃度在與碳區(qū)242、246的不同的距離處不同。注意，該濃度可能在一個碳區(qū)(例如碳區(qū)246)附近更重，且在另一個(例如，碳242)附近更輕。在一個實施例中，半導(dǎo)體244a被摻雜了 η和P型施主。例如，可以在碳區(qū)242附近使用η型摻雜劑，而可以在碳區(qū)246附近使用ρ型摻雜劑。在一個實施例中，隧穿-勢壘244被劃分為多個區(qū)，且包括不同類型的半導(dǎo)體。例 如，一個區(qū)包括硅，且另一區(qū)包括鍺。在圖ID的實施例中，隧穿-勢壘244包括第一鍺區(qū)244a(I)、硅區(qū)244a(2)、和第二鍺區(qū)244a(3)。注意，可以使用半導(dǎo)體的其他組合。圖IE是碳/絕緣體/碳二極管的一個實施例的圖。在一個實施例中，絕緣體244b可以用作隧穿-勢壘244。示例的絕緣體包括、但不限于二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化鋁、硅鋁氧化物、氧化鉿、氧化鉿硅、和氧化鈦。注意，可以考慮一些材料為半導(dǎo)體或絕緣體。例如,可以考慮碳化娃為半導(dǎo)體或絕緣體。如所述的，隧穿-勢壘244可以包括硅或一個或多個其他半導(dǎo)體。因此，在一個實施例中，該二極管204具有碳/硅界面?，F(xiàn)在將結(jié)合圖2A-2C討論碳/硅界面的一些屬性。在圖2A-2C中的例子中，該硅被輕微地η摻雜。注意，摻雜并不是必須的，且可以使用ρ摻雜。圖2Α描述在熱均衡時的碳/硅界面的示例能帶圖。描述硅的真空能級(Ere)和碳的真空能級(Eqc)、娃的導(dǎo)電能級(Ec)、娃的價能級(valence level) (Ev)和碳的費米能級(Efc)和硅的費米能級(Efs)。在熱均衡時，硅的費米能級(Efs)和碳的費米能級(Erc)相等。因為碳具有比硅更高的功函數(shù)，因此在熱均衡時存在特定量的能帶彎曲，如由硅中的耗盡區(qū)描述的。還注意，在均衡時，存在內(nèi)置(built-in)電勢ΦΜ。在該例子中，該內(nèi)置電勢指的是硅的導(dǎo)帶(Ec)已經(jīng)被彎下了多少。如以下討論的，該內(nèi)置電勢影響了電荷載流子流動，且因此影響了二極管電流。在圖2Α中，描述該耗盡區(qū)在部分的硅區(qū)上延伸。注意，對于諸如圖IC描述的實施例的二極管204，半導(dǎo)體區(qū)244的兩側(cè)將具有與碳區(qū)242、246的界面。因此，在每個界面處，可能產(chǎn)生耗盡區(qū)。在一個實施例中，當(dāng)該二極管204處于熱均衡下時，該耗盡區(qū)在整個半導(dǎo)體區(qū)上延伸。換句話說，由于每個碳/硅界面而導(dǎo)致的耗盡區(qū)彼此接觸。在一些實施例中，該半導(dǎo)體被輕度摻雜，以便耗盡區(qū)從半導(dǎo)體區(qū)的一端延伸到另一端。如先前描述的，示例的摻雜濃度是大約7. OX 1017/cm3。圖2B描述在正向偏壓(Vf)之下的碳/硅界面的一個實施例的示例能帶圖。在正向偏壓之下，電子可以從輕微η-摻雜的硅流到該碳。通常，電流可能是由于來自該硅的多數(shù)載流子注入。由碳和硅的不相等功函數(shù)建立的勢壘(q(Ob_Vf))影響電流。在一些實施例中，正向電流由超過勢壘的熱發(fā)射來控制。圖2C描述在反向偏壓(Vr)之下的碳/硅界面的一個實施例的示例能帶圖。注意，反向偏壓情況(q(Ob_Vr))的勢壘高度大于正向偏壓情況的勢壘高度。在反向偏壓之下，電子可以從該碳流到輕微η-摻雜的硅。通常，反向電流可能是由于能夠克服勢壘的那些電荷載流子的泄露電荷生成和隧穿。注意，耗盡區(qū)的長度可以對于反向偏壓之下的結(jié)而生長，但可以對于正向偏壓的結(jié)而縮小。如先前所述，來自每個碳/硅結(jié)的耗盡區(qū)可能重疊。在一些實施例中，耗盡的硅區(qū)使得碳/硅/碳二極管204類似于隧道結(jié)，其中硅是隧穿-勢壘且在兩側(cè)的碳觸點用作金屬觸點。由硅形成的隧穿-勢壘244可以對電流呈現(xiàn)相對低的勢壘。例如，該勢壘可以是用于碳/硅界面的大約0.5eV。但是，該勢壘可以取決于材料選擇而更高或更低。例如，可以在隧穿-勢壘244中使用很多種半導(dǎo)體或絕緣體。因此，注意，雖然使用了硅/碳界面的例子用于討論，但是該二極管204不限于用于隧穿-勢壘244的硅。也注意，其中該隧穿-勢壘244是半導(dǎo)體而不是硅或絕緣體的二極管204的實施例也可以類似于隧道結(jié)。考慮到在一些實施例中，二極管204可以用作隧道結(jié)，該二極管204電流可以包括由于通過隧穿-勢壘244的直接隧穿而導(dǎo)致的第一電流分量和由 于通過隧穿-勢壘244的Fowler-Nordheim發(fā)射而導(dǎo)致的第二電流分量。直接隧穿電流可能對隧穿_勢魚244的厚度相當(dāng)敏感。例如，較厚的隧穿-勢壘244可能導(dǎo)致較低的直接隧穿電流。另一方面，對隧穿-勢魚244的厚度的改變可以由于Fowler-Nordheim發(fā)射而對電流的量值具有較少的影響。但是，在二極管204上施加的電壓可能影響Fowler-Nordheim發(fā)射。例如，由于Fowler-Nordheim發(fā)射的電流可以隨施加的電壓增加而增加。因此，在較低電壓處，可以通過直接隧穿電流來主要影響二極管電流。另一方面，在較高電壓處，可以主要通過Fowler-Nordheim發(fā)射來影響二極管電流。圖3A和3B描述碳/隧穿-勢壘/碳二極管的一個實施例的示例能帶圖。注意，在該情況下，隧穿-勢壘244可以是半導(dǎo)體或絕緣體。使用圖3A-3B來對二極管204中的電流提供一個可能的說明。但是，注意，圖3A和3B中的能帶圖是為了圖示的目的，且不要求二極管204具有這種能帶。圖3A描述其中沒有施加的電壓的例子。在費米能級(EF)之上的勢壘高度由qObi表示。該勢壘高度影響電流。圖3B描述其中該施加的電壓大于功函數(shù)ΦΙ 的情況。注意，通過施加電壓(V)來減少勢壘區(qū)的有效厚度(d’)。對于一個實施例，當(dāng)施加的電壓小于功函數(shù)ΦΙ 時，二極管電流主要由于直接隧穿，且當(dāng)施加的電壓大于功函數(shù)Obi時，二極管電流主要由于Fowler-Nordheim 發(fā)身寸。如先前描述的，通過調(diào)整隧穿-勢壘244的厚度，可以調(diào)整直接隧穿電流和Fowler-Nordheim發(fā)射的相對影響。因此，可以調(diào)整非線性的量(或k因子)。例如，使得隧穿-勢壘244較厚可能由于直接隧穿而降低電流。因此，可以通過調(diào)整隧穿-勢壘244的厚度來控制電流-電壓關(guān)系的形狀。示例的存儲器單元和系統(tǒng)如先前描述的，一種使用碳/隧穿-勢壘/碳二極管204的一些實施例作為存儲器陣列中的操縱元件。通常，為了用作操縱元件，一個二極管204與一個存儲器元件串聯(lián)地電連接。圖4A是包括在第一導(dǎo)體206和第二導(dǎo)體208之間與操縱元件204串聯(lián)耦合的可逆電阻率-切換元件202的存儲器單元200的一個實施例的簡化透視圖。存儲器元件202包括可逆電阻率切換材料230、存儲器元件上電極232和存儲器元件下電極234。注意，該存儲器元件下電極234可以用作二極管204的上電極。該存儲器單元200可以具有圖2A中未描述的其他層。在此描述的示例的碳/隧穿-勢壘/碳二極管204中的任一可以用于操縱元件204。將理解，在此描述的碳/隧穿-勢壘/碳204是為了圖示的目的。因此，該操縱元件204不限于在此描述的示例的碳/隧穿-勢壘/碳204。可逆電阻率-切換元件202包括具有可以在兩個或更多狀態(tài)之間可逆地切換的電阻的可逆電阻率-切換材料230。在一個實施例中，可逆電阻率-切換材料230是電阻改變存儲器(ReRAM)。在一個實施例中，可逆電阻率-切換材料230是相位改變存儲器(PCRAM)。但是，可逆電阻率-切換材料230不限于ReRAM或PCRAM。可逆電阻率-切換材料230可以在制造時處于初始高電阻狀態(tài)，其在施加第一物 理信號時可切換到低電阻狀態(tài)。例如，該器件可以響應(yīng)于施加了第一量的能量、電荷、熱量、電壓、電流或其他現(xiàn)象而切換狀態(tài)。施加第二量的能量、電荷、熱量、電壓、電流或其他現(xiàn)象可以將可逆電阻率-切換材料230返回到高電阻狀態(tài)?；蛘撸摽赡骐娮杪?切換元件230可以在制造時處于初始的、低電阻狀態(tài)，其在施加了適當(dāng)?shù)哪芰?、電荷、熱量、電壓、電流或其他現(xiàn)象時可逆地切換到高電阻狀態(tài)。當(dāng)在存儲器單元中使用時，一個電阻狀態(tài)可以表示二進制“0”，而另一電阻狀態(tài)可以表示二進制“I”。但是，可以使用多于兩個數(shù)據(jù)/電阻狀態(tài)。在例如先前并入的美國專利申請公開2006/0250836中描述許多可逆電阻率-切換材料和使用可逆電阻率-切換材料的存儲器單元的操作。在一個實施例中，將電阻從高電阻狀態(tài)切換到低電阻狀態(tài)的過程被稱為置位該可逆電阻率-切換元件202。將電阻從低電阻狀態(tài)切換到高電阻狀態(tài)的過程被稱為復(fù)位該可逆電阻率-切換元件202。高電阻狀態(tài)可以與二進制數(shù)據(jù)“ O ”相關(guān)，且該低電阻狀態(tài)與二進制數(shù)據(jù)“ I”相關(guān)。在其他實施例中，可以反轉(zhuǎn)置位和復(fù)位以及/或數(shù)據(jù)編碼。在一些實施例中，可以由金屬氧化物形成可逆電阻率-切換材料230?？梢允褂酶鞣N不同金屬氧化物。可以在2007年6月29日提交的題為“Memory Cell that Employsa Selectively Deposited Reversible Resistance Switching Element and Methods ofForming the Same”的美國專利申請公開2009/0001343中找到關(guān)于使用可逆電阻率-切換材料來制造存儲器單元的更多信息，其通過引用整體合并于此。注意，可逆電阻率-切換材料230不限于金屬氧化物。可逆電阻率-切換元件202包括電極232和234。電極232位于可逆電阻率-切換材料230和導(dǎo)體208之間。注意，可以反轉(zhuǎn)二極管204和存儲器元件202的相對位置。例如，該二極管204可以在存儲器元件202上方。電極234位于可逆電阻率-切換材料230和二極管204之間?？梢杂砂?、但不限于鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢的材料形成該存儲器元件上電極232和下電極234。導(dǎo)體206和208可以包括任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料，諸如鎢、任何適當(dāng)?shù)慕饘?，重度摻雜的半導(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。在圖4A的實施例中，導(dǎo)體206和208是軌形的，且在(例如，彼此基本上垂直的)不同方向上延伸。可以使用其他導(dǎo)體形狀和/或配置。在一些實施例中，可以與導(dǎo)體206和導(dǎo)體208 —起使用勢壘層、粘接層和/或抗反射涂層等等(未示出)，來改進器件性能和/或幫助器件制造。圖4B是由圖4A的多個存儲器單元200形成的第一存儲器級214的一部分的簡化透視圖。為了簡化，不分離地示出可逆電阻率-切換元件202和二極管操縱元件204。存儲器陣列214是包括多個第一導(dǎo)體206 (例如位線)和多個第二導(dǎo)體208 (例如字線)的“交叉點”陣列，其中，在多個第一導(dǎo)體206和多個第二導(dǎo)體208之間耦合多個存儲器單元(如所似乎)?？梢允褂闷渌鎯ζ麝嚵信渲?，如可以使用多級的存儲器。圖4C是包括位于第二存儲器級220下方的第一存儲器級218的單片三維陣列216的一部分的簡化透視圖。在圖4C的實施例中，每個存儲器級218和220包括在交叉點陣列中的多個存儲器單元200。將理解，可以在第一和第二存儲器級218和220之間存在附加的層(例如，級間電介質(zhì))，但在圖4C中未示出以便簡化。可以使用其他存儲器陣列配置，如可以使用附加級的存儲器。在一些實施例中，如整體通過引用合并于此的美國專利No 6，952，030的“High-Density Three-Dimensional Memory Cell”中描述的，可以形成存儲器級。例如，第一存儲器級的上導(dǎo)體可以被用作位于圖4D所示的第一存儲器級上方的第二存儲器級的下導(dǎo)體。
單片三維存儲器陣列是其中在單個襯底(諸如晶片)上方形成多個存儲器級而沒有中間的襯底的單片三維存儲器陣列。直接在現(xiàn)有一個級或多個級的層上沉積或生長形成一個存儲器級的各層。與之不同，已經(jīng)通過在分離的襯底上形成存儲器級且在彼此頂部粘接這些存儲器級來構(gòu)造堆疊的存儲器，如在Leedy的美國專利No. 4，915，167，題為“ThreeDimensional Structure Memory”中那樣。這些襯底可以在打線之前被減薄或從存儲器級移除，但是由于存儲器級初始地在分離的襯底上形成，因此這種存儲器不是真正的單片三維存儲器陣列。圖4A-4D示出根據(jù)公開的布置的圓柱形的存儲器單元和軌形的導(dǎo)體。但是，在此描述的技術(shù)不限于存儲器單元的任一具體結(jié)構(gòu)。也可以使用其他結(jié)構(gòu)來形成包括可逆電阻率-切換材料的存儲器單元。例如，以下專利提供可以適用于使用可逆電阻率-切換材料的存儲器單元的結(jié)構(gòu)的例子美國專利No. 6，952，043;美國專利No. 6，951，780;美國專利No. 6，034，882;美國專利No. 6，420，215 ;美國專利No. 6，525，953;和美國專利No. 7，081，377。圖4E是可以實現(xiàn)在此描述的技術(shù)的存儲器系統(tǒng)300的一個例子的方框圖。存儲器系統(tǒng)300包括可以是上述存儲器單元的二維或三維陣列的存儲器陣列302。在一個實施例中，存儲器陣列302是單片三維存儲器陣列。存儲器陣列302的陣列終端線包括被組織為行的字線的各種層和被組織為列的位線的各種層。但是，還可以實現(xiàn)其他取向。存儲器系統(tǒng)300包括行控制電路320，其輸出308連接到存儲器陣列302的各個字線。行控制電路320接收一組M行地址信號和來自系統(tǒng)控制邏輯電路330的一個或多個各種控制信號，且通?？梢园ㄖT如用于讀取和編程(例如置位和復(fù)位)操作的行解碼器322、陣列終端驅(qū)動器324和塊選擇電路326的電路。存儲器系統(tǒng)300還包括列控制電路310，其輸入/輸出306連接到存儲器陣列302的各個位線。列控制電路306接收一組M列地址信號和來自系統(tǒng)控制邏輯電路330的一個或多個各種控制信號，且通?？梢园ㄖT如用于列解碼器312、陣列終端接收器或驅(qū)動器314和塊選擇電路316以及讀取/寫入電路和I/O復(fù)用器的電路。系統(tǒng)控制邏輯330從主機接收數(shù)據(jù)和命令，且向主機提供輸出數(shù)據(jù)。在其他實施例中，系統(tǒng)控制邏輯330從分離的控制器電路接收數(shù)據(jù)和命令，且向該控制器電路提供輸出數(shù)據(jù)，且該控制器電路與主機通信。系統(tǒng)控制邏輯330可以包括用于控制存儲器系統(tǒng)300的操作的一個或多個狀態(tài)機、檢測器和其他控制邏輯。在一個實施例中，在圖4E 中描述的所有組件被布置在單個集成電路上。例如，在襯底的表面上形成系統(tǒng)控制邏輯330、列控制電路310和行控制電路320，且存儲器陣列302是在該襯底上方(且因此，在系統(tǒng)控制邏輯330、列控制電路310和行控制電路320上方)形成的單片三維存儲器陣列。在一些情況下，可以在與一些存儲器陣列相同的層上形成控制電路的一部分。并入存儲器陣列的集成電路通常將該陣列細分為多個子陣列或塊。還可以將塊進一步組合為包含例如16、32或不同數(shù)量的塊的艙(bay)。如頻繁使用的，子陣列是連續(xù)的一組存儲器單元，其具有通常由解碼器、驅(qū)動器、感測放大器和輸入/輸出電路繼續(xù)的連續(xù)的字線和位線。這是由于各種原因中的任一而實現(xiàn)。例如，由字線和位線的電阻和電容產(chǎn)生的沿字線和位線傳輸?shù)男盘栄舆t(即RC延遲)可能在大陣列中很明顯。通過將較大陣列細分為一組較小的子陣列來減少這些RC延遲，以便減少每條字線和/或每條位線的長度。作為另一例子，與訪問一組存儲器單元相關(guān)的功率可以決定可以在給定的存儲器周期期間同時訪問的存儲器單元的數(shù)量的上限。將大存儲器陣列頻繁地細分為較小的子陣列來降低同時訪問的存儲器單元的數(shù)量。但是，為了簡化描述，也可以與子陣列同義地使用陣列來指稱一組連續(xù)組存儲器單元，其具有通常由解碼器、驅(qū)動器、感測放大器和輸入/輸出電路繼續(xù)的連續(xù)字線和位線。集成電路可以包括一個或多于一個存儲器陣列。圖5示出形成碳/隧穿-勢壘/碳二極管204的一個實施例的工藝500。工藝500可以用于形成如在圖1A、1C、ID或IE中任一中描述的二極管204，但不限于這種實施例。在步驟502中，形成碳242的第一區(qū)。在一個實施例中，第一區(qū)主要包括元素碳。主要是元素碳意味著，第一區(qū)中的原子的至少50%是元素碳。在一個實施例中，第一區(qū)中元素碳主要包括sp2鍵合的碳。主要為sp2鍵合的碳意味著,第一區(qū)中的碳的至少50%是sp2鍵合的碳。在一個實施例中，在第一區(qū)中的碳用諸如硼或氮的雜質(zhì)摻雜。碳的摻雜可以是原位的或通過植入。在一個實施例中，形成第一碳區(qū)242包括沉積非晶碳，且稍后進行熱退火以使得非晶碳主要包括sp2鍵合的碳。熱退火的示例參數(shù)是在700° C的達60秒的快速熱退火(RTA)。在一個實施例中，使用C2H2氣體，在550° C且以5Torr壓力，在等離子體增強的化學(xué)氣相沉積(PECVD)室中沉積非晶碳。如沉積的，非晶碳可以呈現(xiàn)相對高的電阻率?？梢酝ㄟ^增加sp2鍵合的碳的量來降低碳的電阻率。注意，該電阻率可以取決于該碳的厚度。在一個實施例中，該碳的厚度大約100埃,其可以提供可接受的電阻率和可再生(reproducible)的膜厚度。注意，該碳膜可以比100埃更厚或更薄。例如，可以使得該碳膜比100埃更薄以降低該電阻率。注意，該熱退火可以在工藝500的其他步驟之后發(fā)生。在步驟504中，形成包括碳的第二區(qū)。步驟504類似于步驟502。在一個實施例中，第二區(qū)主要包括元素碳。在一個實施例中，第二區(qū)中的元素碳主要包括sp2鍵合的碳。在一個實施例中，形成第二碳區(qū)242包括沉積非晶碳，且稍后進行熱退火以使得非晶碳形成sp2鍵合的碳。在一個實施例中，在第二區(qū)中的碳用諸如硼或氮的雜質(zhì)參雜。注意，步驟504不一定直接在步驟502之后。在步驟506中，形成包括提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢壘的至少一個材料的第三區(qū)。注意，可以在形成第二碳區(qū)246之前形成第三區(qū)。第三區(qū)中的材料可以包括諸如硅、鍺或硅和鍺的組合的至少一個半導(dǎo)體。第三區(qū)可以包括硅-鍺合金或分離的硅和鍺區(qū)。該半導(dǎo)體可以是未摻雜或輕微摻雜的。在一個實施例中，在均衡時，至少一個半導(dǎo)體被耗盡。在一個實施例中，至少一個半導(dǎo)體具有在包括P型摻雜劑的第一區(qū)附近的第一部分和在包括η-型摻雜劑的第二區(qū)附近的第二部分。在一個實施例中，提供隧穿-勢壘的至少一個材料包括絕緣體。例如，提供隧穿-勢壘的至少一個材料可以包括碳化硅、二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉿硅、氧化鋁硅或氧化鈦中的一個或多個。注意，其中詳述工藝500的步驟的順序不是要求。而且，工藝500的一些步驟可能在不同時間發(fā)生，以便另一步驟的至少一部分在完成其他步驟之前發(fā)生。 圖6是使用碳/隧穿-勢壘/碳二極管204作為操縱元件的存儲器陣列的工藝600的一個實施例的流程圖?？梢允褂霉に?00來形成諸如圖4Β中描述的存儲器陣列214的存儲器陣列。存儲器陣列214的形成以在步驟602中提供襯底而開始。該襯底可以是本領(lǐng)域中已知的任何半導(dǎo)體襯底，諸如單晶硅、諸如硅-鍺或硅-鍺-碳的IV-IV化合物、III-V化合物、II-VII化合物、在這種襯底上的外延層或任何其他半導(dǎo)體材料。該襯底可以包括 在其中制造的集成電路。例如，該襯底可以包括電連接到導(dǎo)體206、208以便讀取和編程該存儲器陣列的電路。在步驟604中，在襯底上形成絕緣層。該絕緣層可以是氧化硅、氮化硅或任何其他適當(dāng)?shù)慕^緣材料。在步驟606中，在絕緣體上形成第一(或下)導(dǎo)體206。步驟606可以包括在絕緣體上沉積第一導(dǎo)體206的材料?？梢栽诮^緣層和導(dǎo)體層之間包括粘接層來幫助將導(dǎo)電層粘接到絕緣層。如果上覆的導(dǎo)體層是鎢，則可以使用氮化鈦作為粘接層。導(dǎo)電層可以包括在本領(lǐng)域中已知的任何導(dǎo)電材料，諸如鶴或包括鉭、鈦、銅、鈷或其合金的其他材料。一旦已經(jīng)沉積了形成第一導(dǎo)體206的所有層，使用任何適當(dāng)?shù)难谀：臀g刻工藝來構(gòu)圖和蝕刻這些層來形成基本上平行、基本上共面的導(dǎo)體206。在一個實施例中，沉積光阻，通過光刻來對構(gòu)圖，且蝕刻這些層，然后使用標(biāo)準(zhǔn)工藝技術(shù)來移除該光阻。接下來，在步驟608中，在第一導(dǎo)體206上且在第一導(dǎo)體206之間沉積介電材料。介電材料可以是任何已知的電絕緣的材料、諸如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。在一個實施例中，由高密度等離子體方法沉積的二氧化硅被用作介電材料?？梢砸瞥谝粚?dǎo)體206頂上的過量介電材料，暴露由介電材料分離的第一導(dǎo)體206的頂部，且留下基本上平坦的表面?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域中已知的任何工藝、諸如化學(xué)機械拋光(CMP)或平坦化回蝕來進行該介電過量的移除來形成平坦表面。在替換的實施例中，可以通過金屬鑲嵌方法來形成第一導(dǎo)體206。圖7Α和7Β描述步驟608之后的結(jié)果。圖7Α示出了在襯底702上存在的第一(下)導(dǎo)體206和底部絕緣體704，且在第一導(dǎo)體206之間有電介質(zhì)706。圖7Β示出沿著圖7Α的線Α-Α’得到的截面部分。在步驟610中，將用于二極管電極213的材料的層被至少沉積在底部導(dǎo)體206上。步驟610可以包括在底部導(dǎo)體206和導(dǎo)體206之間存在的電介質(zhì)706上沉積TiN層。但是，可以由諸如鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢、銅和鋁的另一材料形成二極管電極213。在步驟612、614和618中，沉積將被構(gòu)圖為碳/隧穿-勢壘/碳二極管204的柱的材料的層。為了討論的目的，將討論其中隧穿-勢壘區(qū)244是輕微摻雜的半導(dǎo)體的例子。但是，將理解，隧穿-勢壘可以是絕緣體。而且，不需要摻雜隧穿-勢壘區(qū)244。
在步驟612中，沉積將用作碳區(qū)242的碳的層。在一個實施例中，步驟612包括沉積非晶碳。在一個實施例中，使用C2H2氣體，在550° C且以5Torr壓力，在等離子體增強的化學(xué)氣相沉積(PECVD)室中沉積非晶碳。在一個實施例中，該碳的厚度大約100埃，其可以提供可接受的電阻率和可再生(r印iOducible)的膜厚度。注意，該碳膜可以比100埃更厚或更薄。在一個實施例中，碳的層用諸如硼或氮的材料摻雜。該摻雜可以是原位的或通過在已經(jīng)沉積碳的層之后的植入。在步驟614中，在碳層上形成用作隧穿勢壘214的至少一種半導(dǎo)體的一個或多個層。為了討論的目的，將使用硅作為示例的半導(dǎo)體。在一個實施例中，在摻雜該硅時進行原位摻雜。例如，在沉積該硅期間，提供了提供η型或ρ型摻雜劑原子的氣體。但是，原位摻雜不是必須的。在一個實施例中，在沉積之后進行硅層的摻雜。例如，可以在沉積硅的層之后，進行離子植入。示例的參雜濃度是大約7.0X1017/cm3。注意，可以沉積半導(dǎo)體的多層，諸如沉積硅層、沉積鍺層和沉積硅層。也注意，可以在步驟614中沉積硅鍺合金、多晶鍺或 半導(dǎo)體的任何其他適當(dāng)?shù)慕M合的層。在替換的實施例中，在步驟614中形成用作隧穿勢壘214的絕緣體。在步驟612中，沉積將用作碳區(qū)246的另一碳層。在一個實施例中，步驟616包括沉積非晶碳。在一個實施例中，使用C2H2氣體，在550° C且以5Torr壓力，在等離子體增強的化學(xué)氣相沉積(PECVD)室中沉積非晶碳。在一個實施例中，該碳的厚度大約100埃，其可以提供可接受的電阻率和可再生(r印iOducible)的膜厚度。注意，該碳膜可以比100埃更厚或更薄。在一個實施例中，碳的層用諸如硼或氮的材料摻雜。該摻雜可以是原位的或通過在已經(jīng)沉積碳層之后的植入。圖7C-7F描述在圖7B的結(jié)構(gòu)頂部的附加的層的形成。具體地，圖7C-7F示出從與圖7A的截面部分垂直的角度的存儲器陣列214的截面部分。圖7C描述步驟616之后的結(jié)果。在步驟618中，沉積存儲器單元的底部電極234的材料。由TiN形成底部電極234。但是，可以由諸如鈦、鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢、銅和鋁的另一材料形成二極管電極213。可以使用包括、但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)和濺鍍的各種技術(shù)來沉積底部電極234的材料。在步驟620中，沉積可逆電阻率-切換元件202的材料?？梢栽谠摬襟E中沉積許多不同類型的材料。在一個實施例中，由金屬氧化物(MeOx)形成可逆電阻率-切換元件202。可以使用包括、但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)和濺鍍的各種技術(shù)來沉積MeOx。在一個實施例中，可逆電阻率-切換元件202是Ge2Sb2Te5(GST)0在一些實施例中，由碳材料形成可逆電阻率-切換元件202。由碳形成的可逆電阻率-切換元件202可以包括非晶碳和石墨碳的任一組合。在一個實施例中，可逆電阻率-切換元件202是碳納米管(CNT)。在步驟622中，沉積頂部電極232的材料。可以由包括、但不限于鉬、TiN和TaN的很多種材料形成頂部電極232。但是，可以由諸如鈦、鉭、鎢、氮化鎢、銅和鋁的另一材料形成頂部電極232。可以使用包括、但不限于化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)和濺鍍的各種技術(shù)來沉積頂部電極232的材料。圖7D描述其中由TiN形成頂部電極213且由金屬氧化物(MeOx)形成可逆電阻率-切換元件202的例子的在步驟622之后的結(jié)果。
在步驟624中，進行熱退火。在一個實施例中，熱退火用于使得在步驟612和616中沉積的至少一些非晶碳成為具有sp2碳鍵的碳。在一些實施例中，該碳的至少50%具有sp2碳鍵。在一個實施例中，該熱退火也用于激活加入的任何摻雜劑。熱退火也可以使得在步驟614中沉積了的硅變?yōu)槎嗑Ч琛５?，形成多晶硅不是必須的。熱退火的示例參?shù)是在700° C的達60秒的快速熱退火(RTA)。但是，還可以適用其他溫度和時間。在步驟626中，由在步驟610-622中沉積的材料形成柱?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)难谀：臀g刻工藝來形成柱。例如，可以沉積光阻，使用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)來構(gòu)圖光阻且蝕刻光阻。然后，可以移除該光阻?；蛘?，可以半導(dǎo)體疊層的頂部上形成一些其他材料(例如二氧化硅)的硬掩模，在其頂部上有底部的抗反射涂層(BARC)，然后構(gòu)圖和蝕刻。類似地，可以使用介電抗反射涂層(DARC)作為硬掩模?？梢耘cBARC和DARC—起使用諸如先進的構(gòu)圖膜(APF)的其他硬模材料作為硬掩模。在一些實施例中，這些柱具有與下方的導(dǎo)體206大約相同的間距和大約相同的寬度，以便在導(dǎo)體206的頂上形成每個柱。可以忍受一些失調(diào)。圖7E描述在步驟624之后的結(jié)果，其中每個柱對應(yīng)于具有與存儲器元件202串聯(lián)的碳/半導(dǎo)體/碳二極管204的一個存儲器單元200。 在步驟628中，在半導(dǎo)體柱上且之間沉積介電材料，在它們之間填充間隙。介電材料可以是任何已知的電絕緣的材料、諸如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。在一個實施例中，使用二氧化硅作為絕緣材料。移除柱的頂上的介電材料，暴露由介電材料分離的柱的頂部，且留下基本上平面的表面?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域中已知的任何工藝、諸如CMP或回蝕來進行該介電過量的移除。接下來，在步驟630中進行第二或上導(dǎo)體208。上導(dǎo)體208的形成可以包括在步驟628中沉積了的介電材料和頂部電極230的頂部上沉積上電極的材料。導(dǎo)電層可以包括在本領(lǐng)域中已知的任何導(dǎo)電材料，諸如鎢或包括鉭、鈦、銅、鈷或其合金的其他材料。然后，使用任何適當(dāng)?shù)难谀：臀g刻工藝來對該材料構(gòu)圖和蝕刻，來形成基本上平行、基本上共面的導(dǎo)體208。在一個實施例中，光阻沉積，通過光刻來對構(gòu)圖，且蝕刻這些層，然后使用標(biāo)準(zhǔn)工藝技術(shù)來移除該光阻。可以在導(dǎo)體208上方和其之間沉積介電材料。介電材料可以是任何已知的電絕緣的材料、諸如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。在一個實施例中，由高密度等離子體方法沉積的二氧化硅被用作介電材料。可以移除導(dǎo)體軌208頂上的過量介電材料，暴露由介電材料分離的導(dǎo)體208的頂部，且留下基本上平坦的表面?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域中已知的任何工藝、諸如化學(xué)機械拋光(CMP)或平坦化回蝕來進行該介電過量的移除來形成平坦表面。圖7F描述在形成頂部導(dǎo)體208之后的結(jié)果。在此公開的一個實施例包括二極管，其包括第一區(qū)，該第一區(qū)主要包括元素碳；第二區(qū)，其主要包括元素碳；以及第三區(qū)，其包括提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢壘的至少一種材料。第一區(qū)中的元素碳可以主要包括sp2鍵合的碳。類似地，第二區(qū)中的元素碳可以主要包括sp2鍵合的碳。提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢壘的所述至少一種材料可以包括至少一種半導(dǎo)體。該至少一種半導(dǎo)體可以是未摻雜或輕微摻雜的。提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢壘的所述至少一種材料可以包括絕緣體。在此公開的一個實施例包括形成二極管。該方法包括形成第一區(qū)，該第一區(qū)主要包括元素碳；形成第二區(qū)，其主要包括元素碳；以及形成第三區(qū)，其包括提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢壘的至少一種材料。形成第一區(qū)和形成第二區(qū)可以包括將非晶碳沉積在第一區(qū)和第二區(qū)中，并進行熱退火來由第一區(qū)和第二區(qū)中的非晶碳形成主要為sp2鍵合的碳。提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢壘的所述至少一種材料可以包括至少一種半導(dǎo)體。該至少一種半導(dǎo)體可以是未摻雜或輕微摻雜的。提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢壘的所述至少一個材料可以包括絕緣體。一個實施例包括非易失性存儲器件，包括多個第一導(dǎo)體、多個第二導(dǎo)體和按交叉點陣列配置在所述多個第一和第二導(dǎo)體之間配置的多個存儲器單元。每個存儲器單元包括可逆電阻率-切換元件和與該可逆電阻率-切換元件串聯(lián)的二極管。該二極管包括第一區(qū)，該第一區(qū)主要包括sp2鍵合的碳；第二區(qū)，其主要包括sp2鍵合的元素碳；以及第三區(qū)，其包括提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢壘的至少一種材料。一個實施例包括一種用于形成非易失性存儲器件的方法。該方法包括形成多個第一導(dǎo)體，形成多個第二導(dǎo)體，以及形成按交叉點陣列配置在所述多個第一和第二導(dǎo)體之間配置的多個存儲器單元。形成多個存儲器中的各個包括形成可逆電阻率-切換元件，且形成與該可逆電阻率-切換元件串聯(lián)的二極管。形成該二極管包括形成第一區(qū)，該第一區(qū)主要包括sp2鍵合的碳；形成第二區(qū)，其主要包括sp2鍵合的元素碳；以及形成第三區(qū)，其包括提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢壘的至少一種材料。
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一個實施例包括一種二極管，其包括第一區(qū)，該第一區(qū)主要包括sp2鍵合的碳；第二區(qū)，其主要包括sp2鍵合的元素碳；以及第三區(qū)，其包括提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿勢魚的至少一種材料。一個實施例包括一種形成二極管的方法，其包括形成第一區(qū)，該第一區(qū)主要包括sp2鍵合的碳；形成第二區(qū)，其主要包括sp2鍵合的元素碳；以及形成第三區(qū)，其包括第一區(qū)和第二區(qū)之間的至少一種材料。已經(jīng)為了例示和描述的目的呈現(xiàn)了前述的詳細描述。不意圖窮舉或限制到所公開的精確的形式。在上述教導(dǎo)下，許多修改和變化是可能的。選擇所描述的實施例以便最佳地說明本技術(shù)的原理和其實際的應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在各種實施例中且通過適合于所構(gòu)思的具體用途的各種修改最佳地使用本技術(shù)。本技術(shù)的范圍旨在被附于此的權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種二極管，包括 第一區(qū)，主要包括元素碳(242)； 第二區(qū)，主要包括元素碳(246);以及 第三區(qū)，包括提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿-勢壘的至少一種材料(244)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的二極管，其中，在所述第一區(qū)中的元素碳主要包括sp2鍵合的碳，且在所述第二區(qū)中的元素碳主要包括sp2鍵合的碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的二極管，其中，在所述第一區(qū)中的碳的至少50%是sp2鍵合的碳，且在所述第二區(qū)中的碳的至少50%是sp2鍵合的碳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一的二極管，其中，在所述第一區(qū)中的原子的至少50%是元素碳，且在所述第二區(qū)中的原子的至少50%是元素碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一的二極管，其中，提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿-勢壘的所述至少一種材料包括至少一種半導(dǎo)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一的二極管，其中，提供隧穿-勢壘的所述至少一種材料包括耗盡的至少一種半導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一的二極管，其中，所述第一區(qū)主要包括用雜質(zhì)摻雜的元素碳，且所述第二區(qū)主要包括用雜質(zhì)摻雜的元素碳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一的二極管，其中，所述二極管被用作存儲器器件中的操縱元件，所述存儲器器件包括 多個第一導(dǎo)體(206)； 多個第二導(dǎo)體(208);以及 按交叉點陣列配置在多個第一和第二導(dǎo)體之間配置的多個存儲器單元(200)，每個存儲器單元包括 可逆電阻率-切換元件(202);以及 所述二極管，用作與所述可逆電阻率-切換元件串聯(lián)的操縱元件(204)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一或權(quán)利要求7或8的二極管，其中，提供隧穿-勢壘的所述至少一種材料包括絕緣體。
10.一種形成二極管的方法，所述方法包括 形成第一區(qū)，其主要包括元素碳(502)； 形成第二區(qū)，其主要包括元素碳(504);以及 形成第三區(qū)，其包括提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿-勢壘的至少一種材料(506)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，在所述第一區(qū)中的碳的至少50%是sp2鍵合的碳，且在所述第二區(qū)中的碳的至少50%是sp2鍵合的碳。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其中，形成所述第一區(qū)和形成所述第二區(qū)包括 在所述第一區(qū)和所述第二區(qū)中沉積非晶碳；以及 進行熱退火以由所述第一區(qū)和所述第二區(qū)中的非晶碳形成主要sp2鍵合的碳。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一的方法，其中，在所述第一區(qū)中的原子的至少50%是元素碳，且在所述第二區(qū)中的原子的至少50%是元素碳。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一的方法，其中，形成所述第三區(qū)包括在所述第三區(qū)中形成至少一個半導(dǎo)體。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一的方法，其中，形成所述第三區(qū)包括在所述第三區(qū)中形成至少一個絕緣體。
16.一種形成二極管的裝置，所述裝置包括 形成第一區(qū)的裝置，該第一區(qū)主要包括元素碳(502)； 形成第二區(qū)的裝置，該第二區(qū)主要包括元素碳(504);以及 形成第三區(qū)的裝置，該第三區(qū)包括提供第一區(qū)和第二區(qū)之間的隧穿-勢壘的至少一種材料(506)。
全文摘要
公開了碳/隧穿-勢壘/碳二極管和其形成方法?？梢允褂锰?隧穿-勢壘/碳作為存儲器陣列中的操縱元件。存儲器陣列中的每個存儲器單元可以包括可逆電阻率-切換元件和作為操縱元件的碳/隧穿-勢壘/碳二極管。隧穿-勢壘可以包括半導(dǎo)體或絕緣體。因此，該二極管可以是碳/半導(dǎo)體/碳二極管。二極管中的半導(dǎo)體可以是本征或摻雜的。當(dāng)該二極管處于均衡狀況下時，該半導(dǎo)體可以被耗盡。例如，該半導(dǎo)體可以被高度摻雜，以便耗盡區(qū)從半導(dǎo)體區(qū)域的一端延伸到另一端。該二極管可以是碳/絕緣體/碳二極管。
文檔編號H01L45/00GK102870246SQ201080063987
公開日2013年1月9日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者A.班德約帕德亞伊, F.克魯普爾, A.米尼亞, 肖立 申請人:桑迪士克3D有限責(zé)任公司