包括二極管和電阻切換材料的非易失性存儲器單元制作方法

包括二極管和電阻切換材料的非易失性存儲器單元制作方法

包括二極管和電阻切換材料的非易失性存儲器單元制作方法是由S·布拉德·赫納 坦邁·庫馬爾 克里斯托弗·J·佩蒂 發明開發。

本發明涉及包括二極管和電阻切換材料的非易失性存儲器單元。在一種形成于襯底上方的新穎的非易失性存儲器單元中,二極管與可逆電阻切換材料配對,所述材料優選為例如NiO、NbO、xyxyTiO、HdO、AlO、MgO、CoO、CrO、VO、ZnO、xyxyxyxyxyxyxyxyZrO、BN和AlN等金屬氧化物或氮化物。在優xyxyxy選實施例中,所述二極管形成為設置在導體之間的垂直支柱??啥询B多個存儲器層級以形成單片三維存儲器陣列。在一些實施例中,所述二極管包括鍺或鍺合金,其可在相對較低溫度下沉積和結晶,從而允許在所述導體中使用鋁或銅。本發明的存儲器單元可用作可重寫存儲器單元或一次性可編程存儲器單元,且可存儲兩種或兩種以上數據狀態。

[0003] 本發明涉及一種可重寫非易失性存儲器陣列,其中每一單元均包括串聯的二極管和電阻切換元件。

背景技術

[0004] 可在高電阻狀態與低電阻狀態之間可逆轉換的電阻切換材料是已知的。這兩種穩定的電阻狀態使此類材料成為用于可重寫非易失性存儲器陣列中的有吸引力的選擇。然而,由于單元之間的干擾危險、高泄漏電流和無數制造挑戰的緣故,很難形成此類單元的較大高密度陣列。

[0005] 因此,需要一種使用可容易制造且可靠編程的電阻切換元件的較大可重寫非易失性存儲器陣列。

內容

[0006] 本發明由所附權利要求書界定,且本部分中的所有內容都不應作為對這些權利要求的限制。一般來說,本發明針對于包括二極管和電阻切換材料的非易失性存儲器單元。

[0007] 本發明的第一方面提供一種非易失性存儲器單元,其包括:二極管;以及電阻切換元件,其包括電阻率切換金屬氧化物或氮化物化合物層,所述金屬氧化物或氮化物化合物僅包含一種金屬,其中所述二極管和電阻切換元件是所述存儲器單元的部分。

[0008] 本發明的另一方面提供多個非易失性存儲器單元,其包括:在第一方向上延伸的第一多個大體上平行且大體上共面的導體;第一多個二極管;第一多個電阻切換元件;以及在與所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二多個大體上平行且大體上共面的導體,其中在每一存儲器單元中,所述第一二極管中的一者與所述第一電阻切換元件中的一者串聯布置,且設置在所述第一導體中的一者與所述第二導體中的一者之間,且其中所述第一多個電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料層:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、x y x y x y x yAl O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 、Zr O 、B N 和Al N 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y

[0009] 本發明的優選實施例提供一種單片三維存儲器陣列,其包括:a) 形成在襯底上方的第一存儲器層級,所述第一存儲器層級包括:第一多個存儲器單元,其中所述第一存儲器層級的每一存儲器單元均包括電阻切換元件,所述電阻切換元件包括電阻率切換金屬氧化物或氮化物化合物層,所述金屬氧化物或氮化物化合物僅具有一種金屬;以及 b) 以單片形式形成在所述第一存儲器層級上方的至少一第二存儲器層級。

[0010] 本發明的另一方面提供一種用于形成多個非易失性存儲器單元的方法,所述方法包括以下步驟:形成第一多個大體上平行且大體上共面的第一導體;在所述第一多個導體上方形成第一多個二極管;形成第一多個電阻切換元件;以及在所述第一二極管上方形成第二多個大體上平行且大體上共面的導體,其中所述第一電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 、Zr O 、x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y x yB N 和Al N 。x y x y

[0011] 本發明的另一優選實施例提供一種用于形成單片三維存儲器陣列的方法,所述方法包括以下步驟:a) 在襯底上方形成第一存儲器層級,所述第一存儲器層級通過包括以下步驟的方法形成:i) 形成第一多個二極管;和 ii) 形成第一多個電阻切換元件,其包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、x y x y x y x y x y x y x y x y x yZn O 、Zr O 、B N 和Al N ,其中所述第一二極管中的每一者與所述電阻切換元件中的一者串x y x y x y x y聯布置;以及 b) 在所述第一存儲器層級上方和所述襯底上方以單片形式形成至少一第二存儲器層級。

[0012] 相關實施例提供一種用于形成單片三維存儲器陣列的方法,所述方法包括以下步驟:形成在襯底上方第一高度處且在第一方向上延伸的第一多個大體上平行且大體上共面的導體;形成在所述第一高度上方第二高度處且在與所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二多個大體上平行且大體上共面的導體;形成第一多個電阻切換元件,其包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 、x y x y x y x y x y x y x y x y x y x yZr O 、B N 和Al N ;形成第一多個二極管,其中所述第一二極管和所述第一電阻切換元件在x y x y x y所述第一高度上方且在所述第二高度下方;在所述第二導體上方形成第二二極管;以及在所述第二導體上方形成第三導體。

[0013] 又一實施例提供一種用于形成非易失性存儲器單元的方法,所述方法包括:形成第一導體;形成第二導體;形成電阻切換元件;以及形成二極管,其中所述二極管和所述電阻切換元件以電學方式串聯設置在所述第一導體與所述第二導體之間,且其中在形成所述第一及第二導體、二極管和切換元件以及結晶所述二極管期間,溫度不超過約500攝氏度。

[0014] 本發明的再一優選實施例提供一種用于形成單片三維存儲器陣列的方法,所述方法包括:i) 在襯底上方形成第一存儲器層級,所述第一存儲器層級包括多個第一存儲器單元,每一第一存儲器單元均包括:a)電阻切換元件;以及b)二極管,其中在形成所述第一存儲器層級期間溫度不超過約 475 攝氏度;以及 ii) 在所述第一存儲器層級上方以單片形式形成至少一第二存儲器層級。

[0015] 本發明的一方面提供一種非易失性存儲器單元,其包括:包括半導體材料的二極管,其中所述半導體材料二極管為鍺或鍺合金;以及電阻切換元件。相關實施例提供一種單片三維存儲器陣列,其包括:i) 形成在襯底上方的第一存儲器層級,所述第一存儲器層級包括多個第一存儲器單元,每一第一存儲器單元均包括:a) 電阻切換元件;以及 b) 二極管,所述二極管包括半導體材料,其中所述半導體材料為鍺或鍺合金;以及 ii) 以單片形式形成在所述第一存儲器層級上方的至少一第二存儲器層級。

[0016] 再一實施例提供一種單片三維存儲器陣列,其包括:i) 形成在襯底上方的第一存儲器層級,所述第一存儲器層級包括多個第一存儲器單元,每一第一存儲器單元均包括:形成在所述襯底上方的第一底部導體,所述第一底部導體包括鋁、鋁合金或銅層;電阻切換元件;以及形成在所述第一底部導體上方的二極管;以及 ii) 以單片形式形成在所述第一存儲器層級上方的至少一第二存儲器層級。

[0017] 本發明的另一方面提供一種用于對存儲器陣列中的存儲器單元進行編程的方法,其中所述存儲器單元包括金屬氧化物或氮化物化合物的電阻率切換層,所述金屬氧化物或氮化物化合物恰好包含一種金屬,所述方法包括:通過將所述電阻率切換層從第一電阻率狀態改變到第二編程電阻率狀態來對所述存儲器單元進行編程,其中所述第二編程電阻率狀態存儲所述存儲器單元的數據狀態。

[0018] 本發明的相關方面提供一種用于編程和感測存儲器陣列中的存儲器單元的方法,其中所述存儲器單元包括金屬氧化物或氮化物化合物的電阻率切換層 ( 所述金屬氧化物或氮化物化合物恰好包含一種金屬 ) 以及包括多晶半導體材料的二極管,所述電阻率切換層與所述二極管以電學方式串聯布置,所述方法包括:i) 向所述存儲器單元施加第一編程脈沖,其中所述第一編程脈沖:a) 可檢測地改變所述電阻率切換層的第一電阻率狀態;或b) 可檢測地改變所述多晶半導體材料的第二電阻率狀態,或 c) 可檢測地改變所述電阻率切換層的第一電阻率狀態并可檢測地改變所述多晶半導體材料的第二電阻率狀態;以及ii) 讀取所述存儲器單元,其中所述電阻率切換層的第一電阻率狀態用以存儲數據且所述多晶半導體材料的第二電阻率狀態用以存儲數據。

[0019] 本文中所描述的本發明的每一方面和實施例可單獨使用或者彼此組合使用。

[0020] 現將參看附圖描述優選的方面和實施例。

技術要求書

1.一種非易失性存儲器單元,其包括:二極管;以及電阻切換元件,其包括電阻率切換金屬氧化物化合物層,所述金屬氧化物化合物僅包含一種金屬,其中所述二極管和電阻切換元件是所述存儲器單元的部分,且其中所述電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻。

2.根據權利要求1所述的非易失性存儲器單元,其中所述金屬氧化物化合物選自由以下物質組成的群組:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y

3.根據權利要求1所述的非易失性存儲器單元,其中所述二極管和所述電阻切換元件串聯連接。

4.根據權利要求3所述的非易失性存儲器單元,其中所述二極管和所述電阻切換元件設置在第一導體與第二導體之間。

5.根據權利要求4所述的非易失性存儲器單元,其中所述第二導體在所述第一導體上方,且所述二極管和所述電阻切換元件垂直設置在所述第二導體與所述第一導體之間。

6.根據權利要求5所述的非易失性存儲器單元,其中所述二極管在所述電阻切換元件上方。

7.根據權利要求5所述的非易失性存儲器單元,其中所述電阻切換元件在所述二極管上方。

8. 根據權利要求 5 所述的非易失性存儲器單元,其進一步包括支柱,其中所述二極管駐留在所述支柱中且垂直定向。

9.根據權利要求8所述的非易失性存儲器單元,其中所述第一導體和所述第二導體為軌道形狀。

10. 根據權利要求 9 所述的非易失性存儲器單元,其中所述第一導體在第一方向上延伸,且所述第二導體在與所述第一方向不同的第二方向上延伸。

11.根據權利要求10所述的非易失性存儲器單元,其中所述電阻切換元件設置在所述支柱中。

12. 根據權利要求 10 所述的非易失性存儲器單元,其中所述電阻切換元件為軌道形狀,設置在所述第二導體與所述二極管之間,且在所述第二方向上延伸。

13. 根據權利要求 10 所述的非易失性存儲器單元,其中所述電阻切換元件為軌道形狀,設置在所述第一導體與所述二極管之間,且在所述第一方向上延伸。

14. 根據權利要求 8 所述的非易失性存儲器單元,其中所述第一導體或所述第二導體包括鋁。

15. 根據權利要求 8 所述的非易失性存儲器單元,其中所述第一導體或所述第二導體包括鎢。

16.根據權利要求3所述的非易失性存儲器單元,其中所述二極管為半導體結二極管。

17. 根據權利要求 16 所述的非易失性存儲器單元,其中所述半導體結二極管包括硅、鍺或者硅或鍺合金。

18. 根據權利要求 17 所述的非易失性存儲器單元,其中所述硅、鍺或者硅或鍺合金不是單晶的。

19. 根據權利要求 18 所述的非易失性存儲器單元,其中所述硅、鍺或者硅或鍺合金是多晶的。20. 根據權利要求 17 所述的非易失性存儲器單元,其中所述半導體結二極管垂直定向,包括具有第一導電類型的底部重摻雜區、中間本征或輕摻雜區以及具有第二導電類型的頂部重摻雜區。21. 根據權利要求 17 所述的非易失性存儲器單元,其中所述半導體結二極管是 Zener二極管。22.根據權利要求21所述的非易失性存儲器單元,其中所述Zener二極管經垂直定向,包括具有第一導電類型的底部重摻雜區以及具有第二導電類型的頂部重摻雜區。23. 根據權利要求 3 所述的非易失性存儲器單元,其中所述存儲器單元是第一存儲器層級的部分。24.根據權利要求23所述的非易失性存儲器單元,其中所述第一存儲器層級形成在單晶硅襯底上方。25.根據權利要求23所述的非易失性存儲器單元,其中在單片三維存儲器陣列中至少一第二存儲器層級以單片形式形成在所述第一存儲器層級上方。26. 根據權利要求 1 所述的非易失性存儲器單元,其中所述電阻切換元件鄰近于貴金屬。27. 根據權利要求 26 所述的非易失性存儲器單元,其中所述貴金屬選自由 Pt、Pd、Ir和Au組成的群組。28. 根據權利要求 3 所述的非易失性存儲器單元,其中所述電阻率切換金屬氧化物化合物層可處于多種電阻率狀態中的一種。29.根據權利要求28所述的非易失性存儲器單元,其中在對所述電阻切換元件施加設定脈沖之后,所述電阻率切換金屬氧化物化合物層從較高電阻率狀態轉換到較低電阻率狀態。30.根據權利要求28所述的非易失性存儲器單元,其中在對所述電阻切換元件施加復位脈沖之后,所述電阻率切換金屬氧化物化合物層從較低電阻率狀態轉換到較高電阻率狀態。31.根據權利要求1所述的非易失性存儲器單元,其中所述存儲器單元是可重寫的。32. 根據權利要求 1 所述的非易失性存儲器單元,其中所述電阻率切換金屬氧化物化合物層可處于多種電阻率狀態中的一種。33.根據權利要求32所述的非易失性存儲器單元,其中在對所述電阻切換元件施加設定脈沖之后,所述電阻率切換金屬氧化物化合物層從較高電阻率狀態轉換到較低電阻率狀態。34.根據權利要求32所述的非易失性存儲器單元,其中在對所述電阻切換元件施加復位脈沖之后,所述電阻率切換金屬氧化物化合物層從較低電阻率狀態轉換到較高電阻率狀態。35. 根據權利要求 1 所述的非易失性存儲器單元,其中所述電阻率切換金屬氧化物化合物層包含金屬添加劑,其中所述金屬添加劑在所述金屬氧化物化合物層中的金屬原子的約0.01%與約5%之間。36.根據權利要求35所述的非易失性存儲器單元,其中所述金屬添加劑選自由以下金屬組成的群組:鈷、鋁、鎵、銦、錳、鎳、鈮、鋯、鈦、鉿、鉭、鎂、鉻、釩、硼、釔和鑭。37.一種多個非易失性存儲器單元,其包括:在第一方向上延伸的第一多個大體上平行且大體上共面的導體;第一多個二極管;第一多個電阻切換元件,每個電阻切換元件包括一層電阻率切換金屬氧化物化合物,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻;以及在與所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二多個大體上平行且大體上共面的導體,其中在每一存儲器單元中,所述第一二極管中的一者與所述第一電阻切換元件中的一者串聯布置,且設置在所述第一導體中的一者與所述第二導體中的一者之間,且其中所述第一多個電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料的層:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y38.根據權利要求37所述的多個非易失性存儲器單元,其中所述第一導體形成在第一高度處且所述第二導體形成在第二高度處,所述第二高度在所述第一高度上方。39.根據權利要求38所述的多個非易失性存儲器單元,其中所述第一二極管是垂直定向的半導體結二極管。40. 根據權利要求 39 所述的多個非易失性存儲器單元,其中所述第一二極管是 p-i-n二極管。41. 根據權利要求 39 所述的多個非易失性存儲器單元,其中所述第一二極管是 Zener二極管。42. 根據權利要求 39 所述的多個非易失性存儲器單元,其進一步包括第一多個支柱,每一支柱均設置在所述第一導體中的一者與所述第二導體中的一者之間。43.根據權利要求42所述的多個非易失性存儲器單元,其中所述第一二極管中的每一者均設置在所述第一支柱中的一者中。44.根據權利要求43所述的多個非易失性存儲器單元,其中所述第一電阻切換元件中的每一者均設置在所述第一支柱中的一者中。45.根據權利要求43所述的多個非易失性存儲器單元,其中所述第一電阻切換元件中的每一者均不設置在所述第一支柱中的一者中。46.根據權利要求37所述的多個非易失性存儲器單元,其中所述第一多個二極管包括硅、鍺或者硅或鍺合金。47.一種單片三維存儲器陣列,其包括:a)形成在襯底上方的第一存儲器層級,所述第一存儲器層級包括:第一多個存儲器單元,其中所述第一存儲器層級的每一存儲器單元均包括電阻切換元件,所述電阻切換元件包括電阻率切換金屬氧化物化合物層,所述金屬氧化物化合物僅具有一種金屬,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻;以及b)以單片形式形成在所述第一存儲器層級上方的至少一第二存儲器層級。48.根據權利要求47所述的單片三維存儲器陣列,其中所述金屬氧化物選自由以下物質組成的群組:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y49.根據權利要求47所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一存儲器單元是可重寫存儲器單元。50.根據權利要求47所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一存儲器單元是一次性可編程存儲器單元。51.根據權利要求47所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一存儲器單元能夠存儲多種可檢測數據狀態中的一種。52.根據權利要求51所述的單片三維存儲器陣列,其中所述多個可檢測數據狀態包含兩個數據狀態。53.根據權利要求51所述的單片三維存儲器陣列,其中所述多個可檢測數據狀態包含至少三個數據狀態。54.根據權利要求51所述的單片三維存儲器陣列,其中所述多個可檢測數據狀態包含至少四個數據狀態。55.根據權利要求47所述的單片三維存儲器陣列,其中所述襯底包括單晶硅。56.根據權利要求47所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一存儲器層級進一步包括第一多個二極管,其中所述第一存儲器層級的每一存儲器單元均包括所述第一二極管中的一者。57.根據權利要求56所述的單片三維存儲器陣列,其中在所述第一存儲器層級的每一存儲器單元中,所述二極管和所述電阻切換元件串聯布置。58.根據權利要求57所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一存儲器層級進一步包括:在第一方向上延伸的第一多個大體上平行且大體上共面的底部導體;以及在與所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二多個大體上平行且大體上共面的導體,所述第二導體在所述第一導體上方,其中在所述第一存儲器層級的每一存儲器單元中,所述第一二極管和所述電阻切換元件設置在所述第一導體中的一者與所述第二導體中的一者之間。59.根據權利要求58所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一存儲器層級進一步包括第一多個支柱,其中每一第一支柱均垂直設置在所述第一導體中的一者與所述第二導體中的一者之間。60.根據權利要求58所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一導體或所述第二導體包括鎢。61.根據權利要求58所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一導體或所述第二導體包括鋁。62.根據權利要求58所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一二極管是半導體結二極管。63. 根據權利要求 62 所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一二極管包括鍺、硅或者鍺和/或硅合金。64.根據權利要求63所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一二極管本質上由鍺或至少80原子%鍺的半導體合金組成。65. 根據權利要求 64 所述的單片三維存儲器陣列,其中所述半導體合金是至少 90 原子%的鍺。66.根據權利要求57所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一存儲器層級進一步包括電阻率切換材料連續層,其中所述電阻切換元件的每一者均設置在所述電阻率切換材料連續層內。67.根據權利要求66所述的單片三維存儲器陣列,其中所述電阻率切換材料連續層在所述第一二極管上方。68.根據權利要求66所述的單片三維存儲器陣列,其中所述電阻率切換材料連續層在所述第一二極管下方。69.根據權利要求47所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第二存儲器層級包括第二多個存儲器單元,其中所述第二存儲器層級的每一存儲器單元均包括電阻切換元件,所述電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料的層:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、x y x y x y x y x yMg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y70.一種用于形成多個非易失性存儲器單元的方法,所述方法包括以下步驟:形成第一多個大體上平行且大體上共面的第一導體;在所述多個第一導體上方形成第一多個二極管;形成第一多個電阻切換元件,每個電阻切換元件包括一層電阻率切換金屬氧化物化合物,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻;以及在所述第一二極管上方形成第二多個大體上平行且大體上共面的導體,其中所述第一電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、x y x yTi O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y71.根據權利要求70所述的方法,其中在襯底上方形成所述第一導體。72.根據權利要求71所述的方法,其中所述襯底包括單晶硅。73.根據權利要求70所述的方法,其中所述第一二極管的每一者均與所述第一電阻切換元件中的一者串聯布置。74.根據權利要求73所述的方法,其中所述形成所述第一導體的步驟包括:沉積第一導電材料層或堆疊;圖案化和蝕刻所述第一導電材料層或堆疊以形成第一導體;以及在所述第一導體之間沉積介電填充物。75.根據權利要求73所述的方法,其中所述形成所述第一二極管的步驟包括:在所述第一導體上方沉積半導體層堆疊;以及圖案化和蝕刻所述半導體層堆疊以形成所述第一二極管。76.根據權利要求75所述的方法,其中所述半導體層堆疊包括硅、鍺或其合金。77.根據權利要求73所述的方法,其中所述形成所述第一電阻切換元件的步驟包括在所述第一導體上方沉積電阻切換材料層,所述層包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y78.根據權利要求77所述的方法,其中所述形成所述第一電阻切換元件的步驟進一步包括在用于圖案化和蝕刻所述第一二極管的相同圖案化步驟中圖案化和蝕刻所述電阻切換材料層。79.根據權利要求73所述的方法,其中所述第一導體包括鋁。80.根據權利要求73所述的方法,其中所述第一導體包括鎢。81.根據權利要求73所述的方法,其中所述第一二極管具有垂直定向的支柱的形式。82.根據權利要求73所述的方法,其中所述形成所述第二導體的步驟包括:沉積第二導電材料層或堆疊;以及圖案化和蝕刻所述第二導電材料層或堆疊以形成第二導體。83. 根據權利要求 82 所述的方法,其中所述形成所述第一電阻切換元件的步驟包括在所述第一二極管上方沉積電阻切換材料層,所述層包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y84.根據權利要求83所述的方法,其中所述形成所述第一電阻切換元件的步驟進一步包括在用于圖案化和蝕刻所述第二導體的相同圖案化步驟中圖案化和蝕刻所述電阻切換材料層。85.一種用于形成單片三維存儲器陣列的方法,所述方法包括以下步驟:a)在襯底上方形成第一存儲器層級,所述第一存儲器層級通過包括以下步驟的方法來形成:i)形成第一多個二極管;以及ii) 形成第一多個電阻切換元件,每個電阻切換元件包括一層電阻率切換金屬氧化物化合物,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻,所述第一多個電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、x y x y x y x y x y x yCo O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O ,進一步其中所述第一二極管的每一者均與所述電阻切換元x y x y x y x y x y件中的一者串聯布置;以及b) 在所述第一存儲器層級上方和在所述襯底上方以單片形式形成至少一第二存儲器層級。86.根據權利要求85所述的方法,其中所述襯底包括單晶硅。87.根據權利要求85所述的方法,其中所述形成所述第一存儲器層級的步驟進一步包括:形成第一多個大體上平行且大體上共面的導體;以及形成第二多個大體上平行且大體上共面的導體,其中所述第二導體在所述第一導體上方。88. 根據權利要求 87 所述的方法,其中所述第一存儲器層級包括第一多個存儲器單元,其中每一存儲器單元均包括所述第一導體中的一者的一部分、所述第一二極管中的一者、所述電阻切換元件中的一者以及所述第二導體中的一者的一部分。89.根據權利要求87所述的方法,其中所述形成所述第一二極管的步驟包括:在所述第一導體上方沉積第一半導體層堆疊并插入介電間隙填充物;以及圖案化和蝕刻所述第一半導體層堆疊以形成所述第一二極管。90.根據權利要求89所述的方法,其中所述圖案化和蝕刻所述第一半導體層堆疊以形成所述第一二極管的步驟包括圖案化和蝕刻所述半導體層堆疊以形成第一多個支柱。91.根據權利要求85所述的方法,其中所述形成所述第一多個電阻切換元件的步驟包括沉積第一電阻切換材料層。92.根據權利要求85所述的方法,其中所述在所述第一存儲器層級上方以單片形式形成至少所述第二存儲器層級的步驟包括在所述襯底上方沉積第二電阻切換材料層。93.根據權利要求85所述的方法,其中所述第一二極管包括鍺、硅或其合金。94.一種用于形成單片三維存儲器陣列的方法,所述方法包括以下步驟:形成位于襯底上方的第一高度處且在第一方向上延伸的第一多個大體上平行且大體上共面的導體;形成位于所述第一高度上方的第二高度處且在與所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二多個大體上平行且大體上共面的導體;形成第一多個電阻切換元件,每個電阻切換元件包括一層電阻率切換金屬氧化物化合物,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻,所述第一多個電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、x y x y x y x y x y x y x yCr O 、V O 、Zn O 和Zr O ;x y x y x y x y形成第一多個二極管,其中所述第一二極管和所述第一電阻切換元件在所述第一高度上方且在所述第二高度下方;在所述第二導體上方形成第二二極管;以及在所述第二導體上方形成第三導體。95.根據權利要求94所述的方法,其中所述單片三維存儲器陣列包括第一多個存儲器單元,每一第一存儲器單元均包括串聯布置在所述第一導體中的一者與所述第二導體中的一者之間的所述第一二極管中的一者和所述電阻切換元件中的一者。96. 根據權利要求 94 所述的方法,其進一步包括第二多個電阻切換元件,所述第二多個電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、x y x y x y x y x yMg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O ,所述第二電阻切換元件形成在所述第二導體上方。x y x y x y x y x y x y97.根據權利要求94所述的方法,其中所述第三導體在所述第二二極管上方。98.根據權利要求94所述的方法,其進一步包括在所述第二二極管上方的第四多個大體上平行且大體上共面的導體。99.根據權利要求98所述的方法,其中所述第二二極管在所述第三導體上方。100.根據權利要求94所述的方法,其中所述第一二極管包括硅、鍺或者硅或鍺合金。101.一種用于形成非易失性存儲器單元的方法,所述方法包括:形成第一導體;形成第二導體;形成電阻切換元件,其包括一層電阻率切換金屬氧化物化合物,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻;以及形成二極管,其中所述二極管和所述電阻切換元件以電學方式串聯設置在所述第一導體與所述第二導體之間,且其中在所述第一和第二導體、二極管及電阻切換元件形成以及所述二極管結晶期間,溫度不超過約500攝氏度。102.根據權利要求101所述的方法,其中所述電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y103.根據權利要求101所述的方法,其中所述溫度不超過約475攝氏度。104.根據權利要求101所述的方法,其中所述溫度不超過約400攝氏度。105.根據權利要求101所述的方法,其中所述溫度不超過約350攝氏度。106. 根據權利要求 101 所述的方法,其中所述二極管包括半導體材料,所述半導體材料由鍺或鍺合金組成。107.根據權利要求106所述的方法,其中所述鍺合金是至少80原子%的鍺。108.根據權利要求107所述的方法,其中所述鍺合金是至少90原子%的鍺。109.根據權利要求107所述的方法,其中所述二極管是半導體結二極管。110.根據權利要求106所述的方法,其中所述半導體材料大體上是多晶的。111.根據權利要求101所述的方法,其中所述第一導體或所述第二導體包括鋁層。112.根據權利要求101所述的方法,其中所述第一導體或所述第二導體包括銅層。113.根據權利要求101所述的方法,其中所述襯底包括單晶硅。114.一種用于形成單片三維存儲器陣列的方法,所述方法包括:i) 在襯底上方形成第一存儲器層級,所述第一存儲器層級包括多個第一存儲器單元,每一第一存儲器單元均包括:a) 電阻切換元件,其包括一層電阻率切換金屬氧化物化合物,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻;以及b)二極管,其中形成所述第一存儲器層級期間的溫度不超過約475攝氏度;以及ii)在所述第一存儲器層級上方以單片形式形成至少一第二存儲器層級。115.根據權利要求114所述的方法,其中每一第一存儲器單元的所述電阻切換元件均包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、x y x y x y x y x y x y x y x yV O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y116. 根據權利要求 114 所述的方法,其中所述二極管包括半導體材料,其中所述半導體材料為鍺或鍺合金。117.根據權利要求116所述的方法,其中所述半導體材料是至少80原子%的鍺。118.根據權利要求117所述的方法,其中所述半導體材料是至少90原子%的鍺。119.根據權利要求116所述的方法,其中所述半導體材料大體上是多晶的。120.根據權利要求116所述的方法,其中所述第一存儲器層級進一步包括多個第一導體和多個第二導體,所述第二導體形成在所述第一導體上方,其中每一第一存儲器單元均包括所述第一導體中的一者的一部分以及所述第二導體中的一者的一部分,其中所述第一導體或所述第二導體包括鋁層或銅層。121.一種非易失性存儲器單元,其包括:包括半導體材料的二極管,其中所述半導體材料二極管為鍺或鍺合金;以及電阻切換元件,其包括一層電阻率切換金屬氧化物化合物,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻。122.根據權利要求121所述的非易失性存儲器單元,其中所述電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn Ox y x y x y x y x y x y x y x y x y x y和Zr O 。x y123.根據權利要求121所述的非易失性存儲器單元,其中所述鍺合金是至少20原子%的鍺。124.根據權利要求123所述的非易失性存儲器單元,其中所述鍺合金是至少50原子%的鍺。125.根據權利要求124所述的非易失性存儲器單元,其中所述鍺合金是至少80原子%的鍺。126.根據權利要求121所述的非易失性存儲器單元,其中所述半導體材料為鍺。127.根據權利要求121所述的非易失性存儲器單元,其進一步包括底部導體和頂部導體,其中所述二極管和所述電阻切換元件串聯布置在所述底部導體與所述頂部導體之間,且所述頂部導體在所述底部導體上方。128.根據權利要求127所述的非易失性存儲器單元,其中所述頂部導體或所述底部導體包括銅層或鋁層。129.一種單片三維存儲器陣列,其包括:i) 形成在襯底上方的第一存儲器層級,所述第一存儲器層級包括多個第一存儲器單元,每一第一存儲器單元均包括:a) 電阻切換元件,其包括一層電阻率切換金屬氧化物化合物,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻;以及b)二極管,所述二極管包括半導體材料,其中所述半導體材料為鍺或鍺合金;以及ii)以單片形式形成在所述第一存儲器層級上方的至少一第二存儲器層級。130.根據權利要求129所述的單片三維存儲器陣列,其中所述電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn Ox y x y x y x y x y x y x y x y x y x y和Zr O 。x y131.根據權利要求129所述的單片三維存儲器陣列,其中所述鍺合金是至少20原子%的鍺。132.根據權利要求131所述的單片三維存儲器陣列,其中所述鍺合金是至少50原子%的鍺。133.根據權利要求131所述的單片三維存儲器陣列,其中所述鍺合金是至少80原子%的鍺。134.根據權利要求129所述的單片三維存儲器陣列,其中所述二極管是半導體結二極管。135.根據權利要求134所述的單片三維存儲器陣列,其中所述二極管是p-i-n二極管。136.根據權利要求134所述的單片三維存儲器陣列,其中所述二極管是Zener二極管。137.根據權利要求129所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一存儲器層級進一步包括:在第一方向上延伸且形成在所述襯底上方的第一多個大體上平行且大體上共面的導體;以及在第二方向上延伸且形成在所述第一導體上方的第二多個大體上平行且大體上共面的導體,其中每一第一存儲器單元進一步包括所述第一導體中的一者的一部分以及所述第二導體中的一者的一部分,且在每一存儲器單元中,所述二極管和所述電阻切換元件設置在所述第一導體中的一者與所述第二導體中的一者之間。138.根據權利要求137所述的單片三維存儲器陣列,其中所述第一導體或所述第二導體包括鋁層或銅層。139.一種單片三維存儲器陣列,其包括:i) 形成在襯底上方的第一存儲器層級,所述第一存儲器層級包括多個第一存儲器單元,每一第一存儲器單元均包括:a)形成在所述襯底上方的第一底部導體,所述第一底部導體包括鋁、鋁合金或銅層;b) 電阻切換元件,其包括一層電阻率切換金屬氧化物化合物,其中每個電阻切換元件具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻;以及c)形成在所述第一底部導體上方的二極管;以及ii)以單片形式形成在所述第一存儲器層級上方的至少一第二存儲器層級。140.根據權利要求139所述的單片三維存儲器陣列,其中所述電阻切換元件包括選自由以下物質組成的群組的材料:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn Ox y x y x y x y x y x y x y x y x y x y和Zr O 。x y141.根據權利要求139所述的單片三維存儲器陣列,其中所述二極管由鍺或鍺合金形成。142.根據權利要求141所述的單片三維存儲器陣列,其中所述二極管是多晶的。143.一種用于對存儲器陣列中的存儲器單元進行編程的方法,其中所述存儲器單元包括金屬氧化物化合物的電阻率切換層,所述金屬氧化物化合物恰好包含一種金屬,且其中所述電阻率切換層具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻,所述方法包括:通過將所述電阻率切換層從所述第一電阻率狀態改變為所述第二編程電阻率狀態來對所述存儲器單元進行編程,其中所述第二編程電阻率狀態存儲所述存儲器單元的數據狀態。144.根據權利要求143所述的方法,其中所述存儲器陣列包括用以編程和讀取所述存儲器單元的電路,且其中所述電路適于編程所述存儲器單元僅一次,且其中所述存儲器陣列是一次性可編程陣列。145.根據權利要求144所述的方法,其中所述電路適于將所述存儲器單元編程為兩種可能數據狀態中的一種。146.根據權利要求144所述的方法,其中所述電路適于將所述存儲器單元編程為兩種以上可能數據狀態中的一種。147.根據權利要求146所述的方法,其中所述電路適于將所述存儲器單元編程為三種或四種可能數據狀態中的一種。148.根據權利要求144所述的方法,其中所述編程所述存儲器單元的步驟包括施加第一編程脈沖。149.根據權利要求148所述的方法,其進一步包括在施加所述第一編程脈沖之后讀取所述存儲器單元。150.根據權利要求149所述的方法,其進一步包括在尚未實現所述第二編程電阻率狀態的情況下施加第二編程脈沖。151.根據權利要求143所述的方法,其中所述金屬氧化物化合物選自由以下物質組成的群組:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y152.根據權利要求143所述的方法,其中所述存儲器單元進一步包括與所述電阻率切換層串聯的二極管。153.根據權利要求152所述的方法,其中所述二極管包括硅、鍺或者硅或鍺合金。154.根據權利要求153所述的方法,其中所述硅、鍺或者硅或鍺合金是多晶的。155.根據權利要求143所述的方法,其中所述電路適于將所述存儲器單元編程為兩種以上可能數據狀態中的一種。156.根據權利要求155所述的方法,其中所述電路適于將所述存儲器單元編程為三種或四種可能數據狀態中的一種。157.根據權利要求156所述的方法,其中所述存儲器陣列是可重寫存儲器陣列。158.一種用于編程和感測存儲器陣列中的存儲器單元的方法,其中所述存儲器單元包括:金屬氧化物化合物的電阻率切換層,所述金屬氧化物化合物恰好包含一種金屬,且其中所述電阻率切換層具有對應于所述金屬氧化物化合物的第一電阻率狀態的第一電阻,和對應于所述金屬氧化物化合物的第二電阻率狀態的第二電阻,所述存儲器單元進一步包括含有多晶半導體材料的二極管,所述電阻率切換層與所述二極管以電學方式串聯布置,所述方法包括:i)向所述存儲器單元施加第一編程脈沖,其中所述第一編程脈沖:a)可檢測地改變所述電阻率切換層的第一電阻率狀態;或b)可檢測地改變所述多晶半導體材料的第二電阻率狀態,或c) 可檢測地改變所述電阻率切換層的所述第一電阻率狀態并可檢測地改變所述多晶半導體材料的所述第二電阻率狀態;以及ii) 讀取所述存儲器單元,其中所述電阻率切換層的所述第一電阻率狀態用以存儲數據且所述多晶半導體材料的所述第二電阻率狀態用以存儲數據。159.根據權利要求158所述的方法,其中所述存儲器單元適于存儲三種或四種數據狀態中的一種。160.根據權利要求158所述的方法,其中所述多晶半導體材料是多晶硅。161.根據權利要求158所述的方法,其中所述二極管是結二極管。162.根據權利要求158所述的方法,其中所述金屬氧化物化合物選自由以下物質組成的群組:Ni O 、Nb O 、Ti O 、Hf O 、Al O 、Mg O 、Co O 、Cr O 、V O 、Zn O 和Zr O 。x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y163.根據權利要求162所述的方法,其中所述金屬氧化物化合物選自由以下物質組成的群組:NiO、Nb O 、TiO 、HfO 、Al O 、MgO、CoO、CrO 、VO、ZnO和ZrO。2 5 2 2 2 3 2

說明書附圖

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5a

圖5b

圖6 圖7

圖8

圖9

圖10

圖11a

圖11b

圖12

圖13a

圖13b

圖13c

圖14

圖15

圖16a

圖16b

圖16c