TW201133635A - Method of making damascene diodes using sacrificial material - Google Patents

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201133635 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明-般而言係關於半導體裝置處理之領❺，且具體 而言係關於一種製作一非揮發性記憶體裝置之方法。八 【先前技術】

Herner等人於2004年9月29曰申請之以引用方式併入本 文中的第1 0/955,549號美國專利申請案（其對應於美國公開 申請案2〇〇5/0〇5291 5 A1)閣述其中以一柱形半導體接面二 極體之多晶半導體材料之電阻率狀態來儲存一記憶體單元 之資料狀態之一三維記憶體陣列。使用一減性方法來製造 此等柱二極體裝置。此方法包含沈積一個或多個石夕、錯或 其他半導體材料層。然後蝕刻該一個或多個所沈積之半導 體層以獲得若干個半導體柱可使用—SiC)2層作為一硬遮 罩用於柱蝕刻且此後將其移除。接下來，在該等柱之間及 其等頂部上沈積SiCh或其他間隙填充電介質材料。然後實 施一化學機械拋光（CMP)或回蝕步驟以將該間隙填充電介 質與該等柱之上部表面一起平坦化。 對於減性柱製造製程之額外闡述，參見Herner等人於 2004年12月17日申請之第1 1/015,824號美國專利申請案 「Non-volatile Memory Cell Comprising a Reduced Height Vertical Diode」。然而，在減性方法中，半導體柱之高度 可受到用作蝕刻遮罩之薄且軟之光阻劑的限制。光阻劑遮 罩材料係以慢於該半導體材料之一速率姓刻，但仍然独 刻，且S半^體蚀刻元成時必須保持一些遮罩材料。當該 149666.doc 201133635 等柱之間的開口之縱橫比增加及/或間隙填充層之CMP製 程或回蝕移除所沈積之半導體材料之一顯著厚度時，柱蝕 刻之後之氧化物間隙填充步驟帶來一處理挑戰。 【發明内容】 本發明之一個實施例提供一種製作一半導體裝置之方 法，其包含：在一下伏層上方形成包括一晶種材料之一第 一層，在該第一層上方形成包括一犧牲材料之—第二層， 該犧牲材料不同於該晶種材料；將該第一層及該第二層圖 案化成複數個單獨特徵；在該複數個單獨特徵之間形成一 絕緣填充材料；自該等單獨特徵移除該犧牲材料以在該絕 緣填充材料中形成複數㈣口，以便在該複數個開口中曝 露該晶種材料；及在該複數個開口中於該所曝露之晶種材 料上生長一半導體材料。 、本發明之另一實施例提供一種製作複數個二極體之方 法，其包含：在一下伏層上方形成包括一晶種材料之一第 一層’在該第-層上方形成包括-犧牲材料之—第二層； 將：第-層及該苐二層圖案化成複數個柱，該複數個柱中 =一者包括位於-個犧牲材料部分下面之—晶種材料部 刀’在4讀個柱之間形成—絕緣填充材料；移除該複數 個柱之該犧牲材料部分以在制緣填錢料中形成複數個 :口’以便在該複數個開口中曝露該複數個柱之該晶種材 科部分；及在該複數個開口中於該所曝露之晶種材料部分 上生長—半導體材料以形成該複數個二極體。 本發月之另-貫施例提供—種製作—非揮發性記憶體裝 149666.doc 201133635 ，之：法’其包含：形成非揮發性記憶體單元之複數個儲 存-件；形成複數個柱，該複數個柱中之每一者包括位於 犧牲材料部分下面之—晶種材料部分；在 方形成一襯墊；在該複數個柱之 狂之間形成一絕緣填充材料； 移除錢數個柱之該犧牲材料部分以在該絕緣填充材料中 /成复數個開σ ’ u便在該複數個開口中曝露該複數個柱 =種材料部分；及在該複數個開口中形成複數個二極 體引導元件。 【實施方式】 本：明之-個實施例提供一種製作一半導體裝置之方 法、、包含：在一下伏層上方形成包括一晶種材料之一第 -層，在該第一層上方形成包括一犧牲材料之一第二層， ^犧牲材料不同於該晶種材料；將該第一層及該第二層圖 !化成複數個單獨特徵，·在該複數個單獨特徵之間形成一 緣真充材料，自s亥等單獨特徵移除該犧牲材料以在該絕 緣填充材料中形成複數個開口，以便在該複數個開口中曝 露該晶種材料；及名马 #奴. -復數個開口中於該所曝露之晶種材 料上生長一半導體材料。 在-些貫施例中’該半導體裝置包括形成於該複數個開 中之複數個—極體。在某些實施例中，該複數個二極體 可係㈣。該等二極體中之每一者包括至少一第一傳導類 型（例如’ η型）半導體材料及位於該第一傳導類型半導體材 =方之—第二傳導類型（例如，ρ型）半導體材料。在某些 貫施例中’該二極體之定向可係相反的。視情況，該二極 149666.doc 201133635 體可包括位於該第-傳導類型半導體材料與該第二傳導類 型半導體材料之間的一本質半導體材料。 該半導體裝置可係一非揮發性記憶體裝置，其 個儲存元件及複數個二極體引導元件。每一儲存元件㈣ 成於Γ對應二極體引導元件下方或上方。另-選擇為，該 料兀件可係形成於該：極體之-下部部分（例如:該第 -傳導類型半導體材料)與一上部部分(例 類型半導體材料）之間。 乐一傳導 、圖1…d顯示使用選擇性沈積形成柱裝置之— 法0 參照圖u，可在一基板210上方形成—下伏層暮咳其 板可係此顿財已知隸—半㈣ ^ 非半導+此專基板上方之磊晶層或任-其他半導電材料或 2導讀料(例如，玻璃、塑膠、金屬 基板可包含奥栌於甘L ^ ^; 置之驅動哭電路、路，諸如用於一記憶體裝 (未顯示）。 u地在下伏層扇下方形成-絕緣層 及中，下伏層2°〇可包括複數個底部電極2。4 已：的I;電二Μ之—絕緣材料2〇8。可使用此項技術中 鈕可導電材料，諸如鎢及/或其他材料，包含鋁、 204可進包::其:金。在某些實施例中，底部電極 兴例 4 4於—導電材料上方/下面之-黏合層。 ^ 卜底部電極204可包括一導電材料堆疊，例如， 149666.doc 201133635 二（底部）/Al/TiN(頂部）、或Ti/TiN鑛邮或此 ，;斗任”且&。在較佳實施例中，底部電極204可係 大致平行'大致共面之軌道。 然後可在底部電極204上方及其等之間形成一絕緣材料 諸如氧化⑪、氮化⑦或氧氮化⑦’之後使用底部電 極204之頂部表面作為—停止件而進行—⑽或回蚀步 可在下伏層200上方形成一第一層500。第一層5〇〇可 包括由用於生長族IV半導體材料之任何適合晶種材料（諸

Sl Ge合金、或一金屬矽化物）構成之一晶種層 可使用其他晶種材料來生長ΠΙ ν、π_νι等半導體。 晶種層511之厚度可係约20-50 nm。 在某二只轭例中，第一層5〇〇可進一步包括形成於晶種 層511下方之—儲存材料堆疊川。儲存材料堆疊518可包 括一金屬-絕緣體-金屬型堆疊，該堆疊包括兩個導電（例 士 TlN)層520與521之間的儲存材料層519«電阻率切換 材料層519可包括任何適合材料，諸如_反熔絲（即，反溶 絲電=質）、炼絲、多晶石夕記憶效應材料、金屬氧化物（諸 如，氧化錄、約鈦鑛材料等）、碳奈求管（單壁奈米管、多 =求管、或單壁與多壁奈米管之一混合）、非晶碳、多 炭石墨烯电阻率切換材料、相變材料、可切換複合金 屬乳化物、導電橋接元件或可切換聚合物等。在某些實施 例中’若需要，則可省略導電層52G及/或導電層521。 然後可在第一層500上方形成一第二層600。第二層600 149666.doc -8 _ 201133635 可包括由任何適合犧牲材料（諸如非晶碳、氮化石夕或錯）構 成之-犧牲層612。可使用其他犧牲材料，諸如有機材料 或光敏（例如，光阻劑）材料。第二層_可^#“㈣ 於犧牲層612上方之一廊诚罢 ^硬遮罩層614，如圖Ia_所示。硬遮 罩層614可包括任何適合硬遮罩及/或抗反射材料中之—者 或多者’舉例而言，氧化石夕、氮化石夕等。在某些實施例 中，若需要，則可省略硬遮罩層6】4。 最後，在可選硬遮罩層614上方(或者，若省略硬遮罩層 614則在犧牲層612上方）形成光阻劑或類似光敏材料特徵 6〇6’從而產生如圖la中所示之一結構。若犧牲層612係光 敏的，則可省略特徵606及硬遮罩層614。在此實施例中， 可藉由輻射（若層614係光阻劑）或電子束（若層614係一電子 束敏感抗蝕劑）來圖案化光敏犧牲層614。 接下來，使用光阻劑特徵606作為一遮罩來蝕刻第二層 6〇〇(例如，硬遮罩層614及犧牲層612)以及第一層5〇〇(例 如，晶種層5 11及儲存材料層5丨8)以形成複數個分離之特 徵700。複數個分離之特徵7〇〇中之每一者包括一犧牲材料 部分602下面之一晶種材料部分i〗丨且視情況包括位於晶種 材料部分111下面之一儲存材料部分丨丨8，如圖lb中所示。 單獨特徵700可具有一柱或一轨道之一形狀。在某些實施 例中，複數個單獨特徵700包括具有與下面之電極2〇4大約 相同之間距及大約相同之寬度的若干個圓柱形柱。可容忍 部份不對準。 在某些實施例中，在蝕刻犧牲層612、第一層511及儲存 149666.doc -9- 201133635 材料518之堆疊之步驟期間可完全消耗硬遮罩層6i4。單獨 特徵700之形狀可但未必如其在圖讣中所顯現的那樣呈錐 形。 另一選擇為，可在圖案化底部電極2〇4之相同步驟期間 圖案化而非在圖案化第二層6〇〇之相同步驟中圖案化第一 層500。目此’在此實施例中，所產生之晶種材料部分⑴ 及儲存材料部分118可具有如底部電極2〇4一樣的一軌道形 狀’而非犧牲材料部分6〇2之一柱形狀。 接下來，轉至圖1C，視情況，可在複數個單獨特徵700 上方形成一襯墊702。襯墊7〇2可包括氮化矽或其他適合絕 緣材料。 然後可在複數個單獨特徵700上方及其等之間形成一今 緣填充材料258，從而產生如圖μ所示之—結構。絕每 填充㈣258可包括m緣材料，諸如氧切、氮々 石夕、高介電常數膜、Si_c_〇-H膜，戋饪_ 1 m A仕其他適合絕緣相 料。 接下來，可藉助犧牲材料部分6〇2之上部表面作為一停 止件而藉由CMP或回钱來平坦化此絕緣填充材料… 而曝露由絕緣填充材料258分離之犧牲材料部分_。缺後 移除犧牲材料部分6G2以在絕緣填充材料258中形成複數個 開口印，以便在複數個開口㈣中曝露晶種材料部分 川’從而產生如圖ld中所示之一結構。可藉由選擇性钱 刻或灰化來實施犧牲材料部分6()2之移除（若犧牲材料區段 602包括非晶碳或其他適合有機材料 149666.doc 201133635 接下來’在複數個開口 632中於所曝露晶種材料丨丨丨上方 形成一半導體材料113,如圖le中所圖解闡釋。開口 632可 但未必如其在圖le中所顯現的那樣經部分地填充。在較佳 實施例中，半導體材料113構成一半導體接面二極體。術 a吾接面二極體在本文中用來指代具有非歐姆導電之性質之 半V體裝置，其具有兩個端子電極且由在一個電極處係 P型而在另一電極處係n型之半導電材料製成。實例包含： 如圖2a中所示之p_i_n二極體3〇〇，其中本質（未經摻雜）半導 體材料114間置於一第一傳導類型(例如，半導體材料 Π2與一第二傳導類型（例如，p型）半導體材料之間丨以 2諸如齊納二極體之p_n二極體及n_p二極體，其中省略本 質部分114，如圖21)中所示。當然，替代地，第二傳導類 型可係η型，而第一傳導類型係p型。 、 一。肢300之半導體材料113可包括任何適合半導體 料，舉例而言，石夕、鍺或石夕鍺合金。下文閨述中所提及之 k擇!·生生長方法包含用於在開口 6 3 2中所曝露之晶種材料 111上方選擇性地生長對應半導體材m即，大致不沈積於 開口 632之侧壁上方）之任何適合方〉去，諸如選擇性wo方 法」列如，使用矽烷及氯源氣體來沈積矽之咖叩。舉例 而吕’可使用於2005年6月22曰申請之美國申請案第 1 ^59,03 1號（其公開為美國公開中請案2_/〇2923()1 Α1) 中所闡述之方法也.、亡接_处 文中。 積錯’該申請案以引用之方式併入本 在某些貫施例中 形成一半導體材料113之步驟包括在 s 149666.doc -11- 201133635 複數個開口 632中於晶種材料部分u丨上方選擇性地生長一 第—傳導類型之一半導體材料以形成複數個二極體3〇〇之 一下部部分（即，第一傳導類型部分）112。可使用任何適合 方法來形成第一傳導類型半導體材料。舉例而言，形成經 重推雜之η型材料之步驟可包括沈積本質材料之後進行一 摻雜步驟或藉由在半導體材料之一選擇性CVD期間使含有 提供例如磷（即，呈添加至鍺烷及/或矽烷氣體之磷化氫氣 體之形式）之η型摻雜劑原子之氣體之—摻雜劑流動來進行 原位摻雜。經重摻雜之區112較佳地係約10與約80 nm之間 厚。 可在一單獨CVD步驟期間或在與區U2之沈積相同之 CVD步驟期間藉由關斷摻雜劑氣體（諸如磷化氫）之流動來 貫知本貝材料114沈積。本質區！丨4可係約40與約200 nm之 間厚’較佳地約50 nm厚。 在某些實施例中，可在開口 632中及其上方非選擇性地 形成半導體材料1 1 3，如圖3a中所示。在此等實施例中， 可只施一 CMP步驟以移除絕緣層258之頂部上之任何橋接 之半導體材料113 從而形成如圖3b中所圖解闡釋之一結 構。可使用任何其他適合方法來平坦化半導體材料Η 3， 舉例而5，使用HBr/〇2化學品之一標準乾式蝕刻等。2〇〇8 年1月15日申請之美國專利申請案第12/〇〇7,781號中闡述了 非選擇性一極體沈積方法，該申請案以全文引用的方式併 入本文中。 此外，可將摻雜劑植入至複數個二極體3〇〇之本質半導 149666.doc -12- 201133635 體部分114之一 部部分，如圖3 頂部部分中以形成複數個二極體3〇〇之一上

另一選擇為，不县雜冬祜A............

S，可在與本質區114沈積步驟分離之一 CVD步驟期間或 在與區114沈積步驟相同之CVD步驟期間藉由導通摻雜劑 氣體（諸如三氯化硼）之流動來實施p型頂部區116沈積。p型 區116可係約1 〇與約8〇 ηηι之間厚。 在某些其他實施例中，晶種材料部分丨丨丨包括一第—傳 導颏型之一半導體材料，其構成複數個二極體3〇〇之一下 部部分11 2，如圖2a中所示。在此等實施例中，形成一半 導體材料113之步驟包括在複數個開口 632中於晶種材料部 分111上方選擇性地生長一本質半導體材料以形成複數個 一極體300之一本質部分H4。然後可在本質部分114上方 非選擇性地沈積或選擇性地生長一第二傳導類型之一半導 體材料以形成複數個二極體3〇〇之一上部部分丨16，如圖2a 中所示。另一選擇為，不是非選擇性地沈積或選擇性地生 長一第二傳導類型（例如，p型）之一半導體材料來形成複數 個二極體300之一上部部分116，而是可實施離子植入以轉 149666.doc -13· 201133635 換本質半導體部分114之1部部分來形成複數個二極體 〇之上部分1 16。上部部分i 16包括不同於第一傳導 類型之一第二傳導類型之—半導體材料。 在說明性實例t，底部區112係N+(經重推雜之η型），且 頂部區116係Ρ+。’然而，垂直柱亦可包括其他結構。舉例 而言，底部區112可係Κ而頂部區116_+。另外，中間區 可係經有意輕摻雜或者其可係本f的或未經有意摻雜。一 未經摻雜區（即，本質區）將絕對不會為完全地電中性，且 將始終具有缺陷或污染物而致使其表現得就像經稍微订推 雜或ρ摻雜一樣。此一二極體可視為一p_i n二極體。因 此，可形成一 P+/N7N+、P+/P-/N+、Ν+/Ν·/ρ+或 N+/p./p+二極 體。 一般而言，二極體3〇〇較佳地具有一大致圓柱形形狀， 其中一圓形或大略圓形之剖面具有25〇 nm或更小之—直 徑。一極體300之間距及寬度由開口 632界定，且可視需要 而變化。在一個較佳實施例中，二極體3〇〇之間距（自—個 一極體之中心至下一二極體之中心之距離）為約48 nm,而 二極體300之寬度在約24 nm與約28 nm之間變化。在另一 較佳實施例中，二極體300之間距為約48 nm，而二極體 3 〇〇之寬度在約18 nm與24 nm之間變化。 接下來，可在二極體300及絕緣填充材料258上方形成上 部電極400。該等上部電極可包括—導電材料堆疊，舉例 而言，Τι(底部）/Al/TiN(頂部）、或 Ti/TiN/Al/TiN、或 Ti/Al/Ti W、或此#材料之任一組合。頂部上之BN或τι w 149666.doc 14- 201133635 層可充當用於圖案化導體之一抗反射塗層且充當用於一絕 緣層之後續CMP之一拋光停止材料’如下文將閣述。使用 任一適合遮罩及蝕刻技術來圖案化並蝕刻以上所闡述之上 部電極400，以形成較佳地垂直於底部電極2〇4延伸之大致 平行大致共面之導體軌道。 接下來，在導體軌道400上方及其等之間沈積另一絕緣 層（未顯示）。該絕緣層可係任一習知電絕緣材料，諸如氧 化石夕、氮化石夕或乳氮化石夕。在一較佳實施例中，使用氧化 矽作為此絕緣材料。可藉由CMp或回蝕將此絕緣層與導體 執道400之上部表面一起平坦化。圖4中顯示所產生之裝置 之一三維視圖。 在-替代實施例中，儲存元件可位於半導體二極體上方 或該二極體之下部部分與上部部分之間而非位於該二極體 下面。在此實施例中’可省略如上所解釋位於晶種層下面 之儲存材料層，且在於開口中形成二極體之後形成一健存 -件。在另-非限制性實例中，該晶種層構成二極體之下 部部分’在該晶種層上方選擇性地生長一本質部分，且然 後^非選擇性地沈積二極體之上部部分之前在該二極體之 本質部分上方形成該儲存材料層。在此非限制性實例中， 所產生之結構包括位於該二極體之下部部分與上部部分之 間的一儲存部分。 該半導體裝置可自柘 OD , _ 1 匕括一早次可程式化（otp)或可重寫非 揮發性記憶體單元。舉例而言，每-二極體遍可充當— 記憶體單元之—引導元件且儲存材料118充當與二極體3〇〇 s. I49666.doc ·】5· 201133635 串聯定位於電極204與電極彻之間的—電阻率切換材料 (即，其在程式化電流或電壓之施加之後藉由電阻率狀態 之一永久性改變來儲存資料），如圖4中所示。 在某些實施例中’柱二極體3⑽本身可用作資料儲存襄 置。在此等實施例中，二極體3〇〇之電阻率係藉由施加提 供於電極204與電極彻之間的正向㈣及/或反向偏昼而 =化，如2_年9月29日申請之第1〇/955 549號美國專利辛 請案（其對應於美國公開申請案2〇〇5/〇〇52915八^及“”年 3月30日申睛之第1 1/693,845號美國專利申請案(其對應於 美國公開申請案2007/0164309 A1)中所闡述，該兩個申請 案白以全文引用的方式併人本文中。在此實施例中，若需 要，則可省略電阻率切換材料U 8。 視情況，可形成一個或多個黏合/障壁層以改良所產生 之裝置之效能。可使用任何適合材料作為可選黏合/障壁 層，舉例而言，過渡金屬、金屬矽化物、金屬氮化物，諸 如鈦、矽化鈦、氮化鈇、矽化鎢、氮化鎢、矽化鎳或氮 化鎳。舉例而言，在一個實施例中，在儲存材料部分與晶 種材料部分之間形成一氮化鈦黏合層。 已闡述一第一記憶體層級之形成。可在此第一記憶體層 級上面形成額外記憶體層級以形成一單體式三維記憶體陣 列。在某些實施例中，導體可在各記憶體層級之間共用； 即，頂部導體400將充當下—記憶體層級之底部導體。在 其他實施例中，在該第一記憶體層級上面形成一層間電介 質（未顯示）’平坦化其表面，且一第二記憶體層級之構造 149666.doc -16- 201133635 在此經平坦化之層間電介質上開始而無共用之導體。 一單體式三維記憶體陣列係一種其中多個記憶體層級形 成於一單個基板（諸如一圓晶）上面而無介入基板之記憶體 陣列。形成一個記憶體層級之層直接沈積或生長在一現有 層級或多個層級之層上方。相比之下，如在Leedy之美國 專利第 5,915，167號「Three dimensional structure memory」 中，已藉由在單獨基板上形成若干個記憶體層級且使該等 5己’1:¾體層級黏合在彼此頂部上來構造堆疊記憶體。可在接 合之前使該等基板變薄或自該等記憶體層級移除該等基 板’但由於該等記憶體層級最初係形成於單獨基板上方， 因此此等記憶體並非真正的單體式三維記憶體陣列。與 Leedy中所闡述之製程相反，在本發明之一實施例中，二 極體共用兩個毗鄰層之間的一導電導線或電極。在此組態 中，「底部」二極體將「指向」「上部」層中之二極體之 相反方向（即，每一二極體之相同傳導類型層電接觸位於 該等二極體之間的相同導線或電極）。對於此組態，該兩 個二極體可共用其之間的導線且仍不具有一讀取或寫入干 擾問題。 形成於一基板上面之一單體式三維記憶體陣列至少包 括.一第一記憶體層級，其形成於該基板上面之一第一高 度處；及一第二記憶體層級，其形成於不同於該第一高度 之一第二咼度處。可以此一多層級陣列在該基板上面形成 二個、四個、八個或實際上任何數目個記憶體層級。 以上所闡述之實施例之一個優點係半導體材料（例如， 149666.doc •17- 201133635

Si、Ge或Si_Ge)在㈤口中之選擇性生長(例如，准磊晶生 長）可產生比藉由習用非選擇性沈積方法沈積之半導體材 7之晶粒大得多的晶粒。此大晶粒材料(例如，大晶粒多 aa夕）可耐又切換§己憶體單元之儲存材料所需之較高電 流。因此’可省略傳統上用來增加晶粒大小之一高溫後退 火此外可藉由用姓刻犧牲材料之—步驟（其蚀刻明顯 較容易）替換習用方式所需之触刻一厚裂置層堆疊之步驟 來改良在記憶體單元之製造步驟期間各層之黏合。 非限制性實例 在非限制性貫例中，形成一鶴底部電S。然後，以如 下次序在該底部電極上方沈積一 TiN層、一多晶矽晶種層

及一先進圖案化膜（即，一非晶碳犧牲材料，亦稱為一 ApF 層）。 然後，圖案化此TiN/Si/APF層堆疊以形成複數個柱。圖 5顯示其中已將APF層蝕刻成以及TiN層上方之柱之一 sem 影像。 然後在TiN/Si/APF柱上方及其等之間形成—氮化石夕觀 墊。此步驟顯示於圖6中。然後，藉由PECVD在該等柱上 方及其等之間形成-氧化石夕絕緣填充層。在沈積氧化石夕填 充材料之步驟期間，該等柱中之非晶碳收縮至—更小大 小，此可能係由於用於沈積氧化矽填充材料之氧化物電漿 所致。 在使用非晶碳柱部分之頂部表面作為一停止件來平坦化 該氧化矽填充材料之一CMP步驟之後，藉由氧氣電漿灰化 I49666.doc 201133635 來移除該等柱之碳部分，從而形成-開口陣列，如圖7中 所示。在該開口陣列中曝露矽晶種材料。 然後在該等開口令所曝露之石夕晶種材料上選擇性地生長 石夕柱’如圖8中所示。在此非限制性實例中，於62Gt：下實 施一低壓化學氣相沈積（LPCVD)，其令使用UK及CL作為 源氣體。所生長之矽材料之平均晶粒寬度係約15至25 細，從而自孔之底部一直垂直延伸至頂部。在此非限制性 貫f ]中在母一開口中形成大約僅兩個至四個（諸如三個） 多晶晶粒《若LPCVD之參數及/或孔之大小改變，則晶粒 大小及每孔晶粒之數目可變化。 基於本發明之教示内容，預期熟習此項技術者將能夠容 易地實踐本發明。據信，本文所提供之對各種實施例之闡 述提供對本發明之充分瞭解及細節以使得熟f此項技術者 能夠實踐本發明。雖然未具體闡述某些支援電路及製造步 驟，但此等電路及協定係眾所習知的，且在實踐本發明之 背景中此等步驟之具體變化不提供任何特定優點。此外， 據信，具備本發明之教示内容之熟習此項技術者將能夠在 不進行過度實驗之情形下實施本發明。 前文細節說明僅已闡述了本發明之諸多可能實施方案中 之幾種。出於此原因，此詳細說明意欲作為說明而非限 定。可基於本文所陳述的說明對本文所揭示之實施例作出 變化及修改，此並不背離本發明之範疇及精神。意欲僅由 包含所有等效内容之以下申請專利範圍來界定本發明之範 0

S 149666.doc . ι〇 201133635 【圖式簡單說明】 圖13至卜係圖解闡釋根據本發明之—實施例形成一半導 體裝置中之各階段之側視剖面圖。 圖h至2b示意性地顯示本發明之某些實施例之二極體之 結構。 圖咖係圓解閣釋根據本發明之一實施例形成一半導 體裝置中之各階段之側視剖面圖。 體 裝:==之—實施例—完成之非揮發性記憶 —半導體裝 圖5至8係根據本發明之一非限制性實例形成 置中之各階段之剖面SEM影像。 【主要元件符號說明】 111 晶種材料 112 第一傳導類型半導體材料 113 半導體材料 114 本質部分 116 第二傳導類型半導體材料 118 儲存材料 200 下伏層 204 底部電極 208 絕緣材料 210 基板 258 絕緣填充材料 300 二極體 149666.doc 201133635 400 上部電極 500 第一層 511 晶種層 518 儲存材料堆疊 519 電阻率切換材料層（儲存材料層） 520 導電層 521 導電層 600 第二層 602 犧牲材料部分 606 光阻劑或類似光敏材料特徵 612 犧牲層 614 硬遮罩層 632 開口 700 單獨特徵 702 襯墊 % 149666.doc -21 -

Claims (1)

1. 201133635 七 、申請專利範圍： 1. -種製作—半導體裝置之方法，盆包括. 二π上方形成包括一晶種材料之-第-層； 犧：方形成包括-犧牲材料之-第二層，該 犧牲材枓不同於該晶種材料； 將3亥第一淹Ά兮直-既η … μ — g圖案化成複數個單獨特徵，該 複數個單獨特徵中之每— 者0括位於一犧牲材料部分下 之至少一晶種材料部分； 在5亥複數個單獨特徵之間形成-絕緣填充材料； 二：等單獨特徵移除該犧牲材料部分以在該絕緣填充 形成複數個開口，以便在該複數個開口中曝露該 晶種材料部分；及 在該複數個開口中於該所曝露之晶種材料上生長 導體材料。 a求項1之方法’其中該晶種材料包括一金屬矽化 物。 3 ·如請求項1之方法，其中： 該晶種材料包括一第一傳導類型之一半導體材料；及 x生長該半導體材料之步驟包括選擇性地生長一本質 半導體材料或一第二傳導類型之一半導體材料。 士 π求項1之方法，其中該晶種材料及該半導體材料各 自包括Si、Ge4Si_Ge合金。 5.如請求項1之方法，其中： 该犧牲材料包括非晶碳、氮化矽或Ge ;及 149666.doc 201133635 6如：：緣填充材料包括-無機絕緣材料。 岣求項1之方法，其進一弗勺紅 特徵之n 少匕括於該在該複數個單獨 價之間形成該絕緣填充材料之 單獨特徵上方形成—襯墊β Μ，在該複數個 7. 如請求们之方法，其 包括—桂或-軌道。复數料獨特徵中之每-者 8. ::求項1之方法，其中該複數個單獨特徵中之每一者 9. 一種,』 柱且其令該半導體裝置包括-二極體。 種1作複數個二極體之方法，其包括： 伏層上方形成包括一晶種材料之一第一層； 亥第一層上方形成包括—犧牲材料之―第二声. 柱H第一層及該第二層圖案化成複數個柱’該㈣個 材料部ΓΓ者包括位於一個犧牲材料部分下面之一晶種 在該複數個柱之間形成-絕緣填充材料； t除該複數個柱之該犧牲材料部分以在該絕緣填充材 2中形成複數個開口’以便在該複數個開口中曝露該複 數個柱之該晶種材料；及 在該複數個開η中於該所曝露之晶種材料上生長一半 導體材料以形成該複數個二極體。 10.如請求項9之方法，其甲該晶種材料包括一金屬石夕化 物。 11·如請求項9之方法’其中該晶種材料及該半導體材料包 括Si、Ge或Si-Ge合金。 149666.doc 201133635 12.如s奢求項9之方法，其中·· 該犧牲材料包括非晶碳、氮化矽或Ge，·及 H緣填充材料包括-無機填充材料。 月长項9之方法，其進一步包括於在複數個單獨特徵 之間形成該絕緣填充材料之步驟之前，在該複數個柱上 方形成一親墊。 14.如請求項9之方法，其中： 该晶種材料包括-第-傳導類型之-半導體材料，其 構成該複數個二極體之一下部部分；及 ;該生長一半導體材料之步驟包括在該複數個開口中於 /種材料上方選擇性地生長—本質半導體材料以形成 該複數個二極體之一本質部分。 15.如請求項14之方法，其進一步包括： 在该複數個開口中於該本質半導體部分上方形成該複 數個一極體之一上部部分， 其申： 該上部部分包括不同於兮笛 」β褒弟—傳導類型之一第二傳 導類型之一，半導體材料；及 該形成該上部部分之并_ @ — 刀之少驟包括非選擇性地沈積或選 擇性地生長該第二傳導類型之一半導體。 16.如請求項14之方法，1淮一 '、 乂匕括將摻雜劑植入至該本 夤半導體部分之一頂部部分中 Τ 乂开少成该複數個二極體之 一上部部分，其中該上部部 刀包括不同於該第一傳導類 里之-第二傳導類型之一半導體材料。 149666.doc 201133635 括在：項1之方法’其中該生長—半導體材料之步驟包 第一^ 口中於該晶種#料上方選擇性地生長一 奸之¥類型之一第一半導體材料以形成該複數個二極 體之一下部部分。 18. 如請求項17之方法，其進_步包括： 在該複數個開口中於該複數個二極體之該下部部分上 方^擇性地生長或非選擇性地沈積該複數個：極體之— 本質部分；及 2摻雜㈣人至該複數個二極體之該本質半導體部分 之一頂部部分中以形成該複數個二極體之-上部部分， «數個二極體之該上部部分包括不同於該第—傳導類 里之第一傳導類型之一半導體材料。 、 19. 如請求項17之方法，其進—步包括： 在該複數個開口中於嗜χ 亥歿數個二極體之該下部部分上 方形成該複數個二極體之—上部部分， 其中： 該上部部分包括不同於該第—傳導類型之—第二傳 導類型之一半導體材料；及 §亥形成該上部部分$牛w V驟匕括非選擇性地沈積或選 擇性地生長該第二傳導類型之一半導體。 法’其進—步包括在該形成該上部部分 在該複數個開口中於該複數個二極體之該 :部部分上方形成該複數個二極體之-本質部分，其中 ㈣成5亥本f部分之步驟包括非選擇性地沈積或選擇性 149666.doc 201133635 地生長一本質半導體 21 -種製作一非揮發性記憶體裝置之方法，其包括： 形成非揮發性記憶體單元之複數個儲存元件； 形成複數個柱，該複數個柱中之每一者包括位於一犧 牲材料部分下面之一晶種材料部分； 在6玄複數個柱上方形成一概塾； 在該複數個柱之間形成一絕緣填充材料； 移除該複數個柱之該犧牲材料部分以在該絕緣填充材 料中形成複數個開口，以便在該複數個開口中曝露該複 數個柱之該晶種材料部分；及 在該複數個開口中形成複數個二極體引導元件。 22.如請求項21之方法，其中： 該複數個二極體引導元件中之每一者包括至少_下部 部分及位於該下部部分上方之一上部部分； 自由以下各項組成之一群組選擇該複數個儲存元件中 之每-者：反熔絲、熔絲、金屬氧化物記憶體、可切換 複合金屬氧化物、碳奈米管記憶體、石墨烯電阻率可切 換材料、碳電阻率可切換材料、相變材料記憶體、導電 橋接元件或可切換聚合物記憶體；及 在每-非揮發性記憶體單元中，該儲存元件係位於該 二極體引導元件上方或該二極體引導元件下方或者嗲複 數個二極體引導元件中之每—者之該下部部分與^ 部分之間。 A如請求項21之方法，其中該在該複數個—中形成該複 S 149666.doc 201133635 數個二極體引導元件之步戰包括在該複數個開口中於該 晶種材料部分上方選擇性地生長一第一傳導類型之一半 導體材料以形成該複數個二極體引導 干70件之一下部部 分。 24.如請求項23之方法，其中該在該複數個開口中形成複數 個二極體引導元件之步驟進一步包括： 非選擇性地沈積或選擇性地生長一本質半導體以在該 複數個開口中於該複數個二極體引導元件之該下部部分 上方形成該複數個二極體引導元件之—本質部分；及 將摻雜劑植入至該本質半導體部分之—頂部部分中以 形成該複數個二極體引導元件之該上部部分，該複數個 二極體引導元件之該上部部分包括不同於該第一傳導類 型之一第二傳導類型之一半導體材料。 25·如請求項23之方法，其中該在該複數個開口中形成該複 數個一極體引導元件之步驟進一步包括非選擇性地沈積 或選擇性地生長不同於該第一傳導類型之一第二傳導類 型之一半導體以在該複數個開口中於該複數個二極體引 導元件之該下部部分上方形成該複數個二極體引導元件 之該上部部分。 26.如請求項25之方法，其中該在該複數個開口中形成該複 數個二極體引導元件之步驟進一步包括在該形成該複數 個二極體引導元件之該上部部分之步驟之前，在該複數 個開口中選擇性地生長一本質半導體以在該複數個二極 體引導元件之該下部部分上方形成該複數個二極體引導 元件之一本質部分。 149666.doc -6 -