(57)【要約】【課題】改善された不揮発性メモリデバイス及びその回路構成要素の提供【解決手段】銀アイランドアンチヒューズ(100)は、第1の電気導体(102)と、第1の導体(102)と接触している電気的に抵抗性の材料(104)と、第1の電気導体(102)の反対側において、電気的に抵抗性の材料(104)上に配置された少なくとも1つの銀アイランド(108)とを含む。銀アイランド(108)上に配置される第2の電気導体(106)が、銀アイランド(108)を電気的に抵抗性の材料(104)に密着させる。銀アイランドアンチヒューズ(100)の両端に臨界電位が印加されると、銀アイランド(108B)から電気的に抵抗性の材料(104)を貫通する金属フィラメント(300)が降下して、短絡を確立し、ひいては銀アイランドアンチヒューズ(100)を高抵抗から低抵抗に切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電気導体（１０２）と、
前記第１の電気導体（１０２）と接触している電気的に抵抗性の材料（１０４）と、
前記第１の電気導体（１０２）の反対側において、前記電気的に抵抗性の材料（１０４）上に配置される少なくとも１つの銀アイランド（１０８）と、及び
前記少なくとも１つの銀アイランド（１０８）上に配置される第２の電気導体（１０６）とを含み、
前記第２の電気導体（１０６）が、前記少なくとも１つの銀アイランド（１０８）を前記電気的に抵抗性の材料（１０４）に密着させる、銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項２】
前記電気的に抵抗性の材料（１０４）が、アモルファスシリコン層（１１０）を含む、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項３】
前記第２の電気導体（１０６）が銀よりも高い接着性を有する、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項４】
前記第２の電気導体（１０６）がクロムからなる、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項５】
前記第１の電気導体（１０２）が銀よりも高い接着性を有する、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項６】
スイッチとして動作することができ、閾値電圧および電流を印加することにより、少なくとも１つの銀アイランド（１０８Ｂ）から前記電気的に抵抗性の材料（１０４）を貫通する金属フィラメント（３００）の成長が生じ、前記電気的に抵抗性の材料（１０４）を通って短絡が引き起こされる、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項７】
前記第１の電気導体（１０２）が金属拡散障壁（４００）を含む、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの銀アイランド（１０８）が、１０ｎｍ（１００オングストローム）未満の厚さである、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項９】
前記第２の電気導体（１０６）が前記少なくとも１つの銀アイランド（１０８）よりも厚い、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項１０】
前記電気的に抵抗性の材料（１０４）の反対側で、前記第２の電気導体（１０６）と接触している金属拡散障壁（４００）をさらに含む、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項１１】
前記金属拡散障壁（４００）が、チタン、タングステン、及び／又はチタン／タングステンからなる、請求項１０に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【請求項１２】
前記銀アイランドアンチヒューズ（１００）が金属拡散障壁（４００）を通してダイオード（５０２）に直列に結合されて、メモリデバイス（５００）が提供される、請求項１に記載の銀アイランドアンチヒューズ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してメモリシステムに関し、特に、銀アイランド（silver island）を組み込むアンチヒューズ(anti-fuse)を作成する改善された方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大抵のコンピュータ及び電子装置は、情報を格納するために用いられるメモリ装置およびメモリ素子を有する。格納される情報の種類は広範囲に及ぶ。一般に、限定はしないが、この情報は、オペレーティングシステムの命令、処理を受けるデータ、及び／又は文書ファイル、画像ファイル、音楽ファイル、プログラムコードなどの、後に検索するために格納されるデータとすることができる。
【０００３】
静止画および／または動画用のデジタルカメラなどの多くの装置は、画像を表す大量のデジタル情報を生成する。一般に、画像の解像度が高いほど、大量のデジタル情報を格納する必要がある。１枚の高解像度の画像が、優に数メガバイトのデジタル記憶空間を必要とする場合がある。
【０００４】
デジタルカメラのユーザはたくさんの写真を撮影したいと思う場合があり、外部電源または記憶装置に接続する必要のないポータブルの態様でカメラを使用したいと思うことも多い。また、ＭＰ３再生装置および他の装置のような音楽再生装置においても、多くの場合にユーザは、ポータブルで利用し、楽しむことができるようにしながら、大量の記憶容量が提供されることを当てにしている。
【０００５】
これらのタイプの情報記憶の用途に用いられるメモリデバイスに対して、ユーザは一般に２つのことを要求している。第１に、そのメモリデバイスは、有用に役に立つだけの十分な記憶容量を依然として提供しながら、装置（即ち、デジタルカメラ又はＭＰ３再生装置）に取外し可能に組み込まれるのに十分に物理的に小さくなければならないこと。第２に、そのメモリデバイスは消費電力が低くなければならないこと。本当の意味でのポータブル装置の場合、種々の環境において動作し、依然として用いられるためには、そのメモリデバイスは比較的堅牢な物理的な特性を有することも望ましい。製造の観点からすれば、製造の費用対効果が大きいメモリデバイスを用いて消費者の要求を満たすことが望ましい。
【０００６】
コンピュータ情報は、２値形式で最も容易に格納され、処理され、及びそうでなければ操作される。即ち、一連の論理状態が「０」又は「１」として表される。従って、単一のメモリデバイス又はメモリ媒体内に「０」又は「１」の論理状態のような情報を格納する能力は一般に、例えば高抵抗状態または低抵抗状態のような２つの状態のうちの一方を確立する能力に基づいている。
【０００７】
また、メモリ記憶装置で使用されるメモリには、一般的に受け入れられている２つのタイプのメモリ、即ち揮発性および不揮発性のメモリがある。揮発性メモリは、電力が絶えず供給される限り機能を果たす。電力が除去されると、揮発性メモリの内容は、完全には失われないにしても、大きく損傷を受ける可能性が高い。一般に、コンピュータ内の従来のメインメモリＲＡＭは、揮発性メモリである。
【０００８】
対照的に、不揮発性メモリは電力に依存せず、長期間にわたって大きく劣化することなく、その記憶装置内に配置された情報を保持し続ける。不揮発性メモリは、一般に物理的特性を変更することにより、例えばＣＤ又はＤＶＤの場合のように材料の反射特性を変更する、ポリマー表面内の凹凸の形成を変更する、又は媒体によって与えられる磁界の配列を変更するなどにより、このように長期で、電源に依存しない記憶能力を達成する。不揮発性メモリは記憶媒体と呼ばれる場合もある。
【０００９】
個別のメモリ素子を含む、半導体ベースのメモリデバイスの場合、各メモリ素子内の抵抗の相対的な状態が、格納されたデータ値を示すこともできる。言い換えると、高抵抗は２値の「１」を示すことができ、一方、低抵抗は２値の「０」を示すことができる。特にポータブルの形態でより大量のメモリ記憶容量を必要とする製品が増え続けているので、半導体ベースの不揮発性メモリデバイスが益々一般的になっている。例えば、いくつかの初期のデジタルカメラは、写真を構成するデジタル情報を格納するために、１．４４メガバイトのメモリを有する３．５インチのフロッピー（Ｒ）ディスクを利用していた。今日の最新のデジタルカメラは頻繁に、１．４４メガバイトをはるかに超える画像を生成するので、３２メガバイト、６４メガバイト、１２８メガバイト又はそれ以上の記憶容量を提供する半導体データ記憶チップを利用する。
【００１０】
ポータブル長期データ記憶デバイスは一般に、書換え可能である。言い換えると、情報が、或る時点でデバイスに書き込まれ、後に新たな情報で上書きされ得る。不揮発性データ記憶デバイスにおいて書換え可能な特性を提供する能力は多くの場合に、製造を複雑にし、デバイス内の制御ロジック及び回路の数を増やすので、そのようなデバイスのコストは高くなる。
【００１１】
デジタルカメラ、音楽再生装置、携帯情報端末などのポータブル電子機器のためのメモリデバイスに関しては、利用可能な大多数のメモリデバイスが書換え型である。多くの場合に、記憶デバイスが書換え可能であるということは、ユーザにとって重要性も関心も高いことではない。実際には、一度しか書き込めない、低コストのメモリデバイスでも、さらに有用であり、楽しむことができるかもしれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、上記で明らかにされた１つ又は複数の欠点を克服する、改善された不揮発性メモリデバイス及びその回路構成要素が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、銀アイランドアンチヒューズと、銀アイランドアンチヒューズを作成する関連した方法とを提供することにより、当該技術分野を進歩させる。
【００１４】
特に単なる例示のための一実施形態によれば、第１の電気導体と、第１の電気導体と接触している電気的に抵抗性の材料と、第１の電気導体と反対側で、電気的に抵抗性の材料と接触している第２の電気導体と、一方または両方の電気導体内に少なくとも部分的に配置され、電気的に抵抗性の材料と接触している複数の銀アイランドとを含む、銀アイランドアンチヒューズが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、銀アイランドアンチヒューズ（ＳＩＡＦ）が提供され、それは銀を含まないデバイスよりも低い電力で切り替えることが可能である。そのため、デバイスの消費電力が下がり、ひいてはデバイスの電力要件も低減され、ポータブル装置に有利なメモリシステムを構築することが可能になる。また、本発明のＳＩＡＦを用いるメモリデバイスは、１００ｎｍスケールで容易に製造されるため、大きな記憶容量のデバイスを安価に提供することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
詳細な説明に進む前に、本明細書に記載される教示は一例であって、限定するものではないことを理解されたい。従って、本明細書に記載される手段は、説明の都合上、例示的な実施形態に関して図示および説明されるが、その原理は他のタイプのメモリデバイスにも同様に適用され得ることは理解されたい。図面が必ずしも一律の縮尺に従って描かれていないこと、及び考察を容易にするために、或る特定の態様において拡大される場合があることは理解されたい。
【００１７】
以下の説明において、用語「データ」は、文脈に応じて種々の態様で表されるものと理解および認識されたい。一般に、問題となっているデータは事実上、主として２値であり、論理「０」及び論理「１」として表される。しかしながら、実際には、２値状態は、測定または検出され得る、相対的に異なる電圧、電流、抵抗などによって表されることができ、或るメモリ素子内に現われる個々のデータが実際に「０」又は「１」を表すか、或いは他のメモリ状態を示すかは、設計上の選択事項であることは理解されたい。
【００１８】
ここで図面を、特に図１を参照すると、銀アイランドアンチヒューズ（これ以降、silver island anti-fuse：「ＳＩＡＦ」と称す）１００の一部が示される。少なくとも１つの実施形態では、ＳＩＡＦ１００は、第１の電気導体（これ以降、第１の導体１０２と称す）と、電気的に抵抗性の材料１０４と、第２の電気導体（これ以降、第２の導体１０６と称す）と、少なくとも１つの銀アイランド１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄ（まとめて銀アイランド１０８として特定される）とを有する。
【００１９】
具体的に言えば、電気的に抵抗性の材料１０４は第１の導体１０２と接触している。第２の導体１０６は、第１の導体１０２の反対側で、電気的に抵抗性の材料１０４と接触している。少なくとも１つの銀アイランド、例えば銀アイランド１０８Ａは、導体１０２及び１０６の一方または両方内に少なくとも部分的に配置され、電気的に抵抗性の材料１０４と接触している。導体１０２及び１０６は電極と呼ばれる場合もある。少なくとも１つの実施形態では、電気的に抵抗性の材料１０４はアモルファスシリコン層１１０である。
【００２０】
図２は、図１に示されたＳＩＡＦ１００の斜視図である。図２に関して、銀アイランド１０８（銀アイランド２００〜２１６を含む）の特徴をさらに十分に理解することができる。特に、第１の導体１０２の反対側において、複数の銀アイランド１０８が電気的に抵抗性の材料１０４上に配置される。説明図から理解され得るように、銀アイランド１０８は物理的に互いに直接接触していない。例えば、特定の銀アイランド２００は電気的に抵抗性の材料１０４と物理的に直接接触しているが、銀アイランド２００は、その隣接する銀アイランド２０２〜２１６とは物理的に直接接触していない。銀アイランド１０８間の電気的な接触は、抵抗性材料１０４及び第２の導体１０６による間接的なものである。
【００２１】
銀アイランド１０８は、フォトリソグラフィエッチング工程または他の特徴を画定する工程を用いることなく、有利に設けられ得る。抵抗性材料１０４は、ポリシリコン、ポリマー、酸化物、又は第１の電気導体１０２と第２の電気導体１０６との間に高抵抗状態を与えるのに適した他の材料とすることができる。上述のように、少なくとも１つの実施形態では、電気的に抵抗性の材料１０４はアモルファスシリコン層である。
【００２２】
１０ｎｍ（１００オングストローム）未満の厚みの銀の層が、シリコン、窒化シリコン、又はアモルファスシリコン層１１０を含む多くの他の材料上に堆積される場合、その銀は連続した薄膜を形成するのではなく、むしろ、概ね同じサイズの一連のアイランド（島状要素）に分離する。各銀アイランド１０８のサイズは、堆積される銀層の厚みと概ね同じである。具体的に言えば、設けられる銀層が７．５ｎｍ（７５オングストローム）厚である場合には、結果として生じる銀アイランド１０８は約７．５ｎｍ（７５オングストローム）厚になり、直径は平均で約７．５ｎｍ（７５オングストローム）になる。少なくとも１つの実施形態では、銀アイランド１０８は、スパッタリングによって、抵抗層１０４上に堆積される。図１６は、シリコン層上に１０ｎｍ（１００オングストローム）未満の厚さの銀の層を堆積して、銀アイランドが生成されることを示す、透過電子顕微鏡写真を複写したものである。
【００２３】
少なくとも１つの好適な実施形態では、第１の導体１０２は一般に、アモルファスシリコン層１１０への良好な接着性を有し、そして当然のことながら、導電性であるクロム又は別の金属からなる。代替の実施形態では、第１の導体１０２は、やはりアモルファスシリコンに対する良好な接着性を有することが知られている金属である、チタン及び／又はタングステンからなることができる。接着性の問題は、材料の固相に関係する。接着は材料の界面化学と堆積工程の条件との関係による。アモルファスシリコン層１１０はシリコンの非結晶形態である。通常のシリコンは４つの隣接するシリコン原子に四面体型結合され、それはアモルファスシリコンの場合にも当てはまる。しかしながら、アモルファスシリコンは、結晶性シリコンにおいて見られるような連続した結晶格子を形成しない。いくつかのシリコン原子はダングリングボンドを有することができ、ダングリングボンドは、シリコン原子が４つの隣接する原子に結合しない場合に生じる。シリコン原子の全てが４配位（４つの他の原子に接続される）ではないので、アモルファスシリコンは不十分に配位結合されていると考えられる。
【００２４】
アモルファスシリコンのダングリングボンドは、アモルファスシリコンの連続したランダムな網状構造内に欠陥を導入し、アモルファスシリコンが、結晶性シリコンによって通常覆われる面積よりも広い面積にわたって使用されることを可能にする有利な特性を与える。具体的に言えば、アモルファスシリコンは多数の自然の欠陥を有するので、意図していない不純物のような任意の他の欠陥が、材料の特性全体に実質的に影響を与えない。ダングリングボンドは、水素を導入し、かくして水素添加アモルファスシリコンを達成することにより、不動態化され得る。さらに、アモルファスシリコンは、従来の結晶性シリコンの場合と同様にドーピングされて、特定の意図された特性を与えることができ、例えばｎ型またはｐ型アモルファスシリコンにすることができる。
【００２５】
また、結晶性シリコンとは異なり、アモルファスシリコンは低温、例えば７５℃で堆積され得る。そのように低い温度は、製造される構造体、特に結果として生じるＳＩＡＦ１００への熱応力および衝撃を有利に低減する。
【００２６】
第２の導体１０６は部分的にはキャッピング層としての役割を果たす。さらに、第２の導体１０６は、アモルファスシリコン層１１０に対して良好な接着性を有し、かつ導電性であるクロム又は別の金属（例えば、チタン及び／又はタングステン）からなる。連続した層または好都合の銀アイランド１０８のいずれかであるような銀は、アモルファスシリコン層１１０に対する接着性が高くない。言い換えると、銀アイランド１０８の固体状態の銀は、アモルファスシリコン１１０から分離するか、又は剥離する可能性がある。第２の導体１０６は、銀アイランド１０８よりも高い接着性を有する材料からなるので、第２の導体１０６は、少なくとも１つの銀アイランド１０８をアモルファスシリコン層１１０に密着させる。さらに、第２の導体１０６は、銀アイランド１０８のアモルファスシリコン１１０に対する接着を改善するだけでなく、アモルファスシリコン１１０の表面にわたる多くの銀アイランド１０８と、電源（図示せず）との間の電気的な連続性も与える。図面に示されるように、少なくとも１つの実施形態では、第２の導体１０６のような、銀アイランド１０８をキャッピングする導電性材料の層は、銀アイランド１０８よりも厚い。
【００２７】
先に示されたように、銀アイランド１０８は、導電層１０４（特に、アモルファスシリコン層１１０）のいずれかの側に設けられ、電気導体１０２及び１０６の一方または両方内に配置され得る。第１の導体１０２及び第２の導体１０６はいずれも、銀よりも高い接着性を有する材料からなるので、銀アイランド１０８が設けられる場合に、それらの銀アイランド１０８は、それらが少なくとも部分的に配置される導体によって、電気的に抵抗性の材料１０４に密着される。銀アイランド１０８は第１の導体１０２及び第２の導体１０６の両方に設けることができるが、銀の特性から見て、一般的には、第１の導体１０２又は第２の導体１０６の両方ではなく、いずれか一方の中に１組のみの銀アイランド１０８を設けることが好ましい。
【００２８】
初期の製造時の条件では、ＳＩＡＦ１００は相対的に高い抵抗率、例えば電気的に抵抗性の材料１０４に使用され得るような真性アモルファスシリコンの典型的な抵抗率である１０１０Ω・ｃｍを有する。ＳＩＡＦ１００の実際の抵抗が、デバイス面積に反比例し、アモルファスシリコン層１１０の厚みに正比例することは理解および認識されたい。
【００２９】
ＳＩＡＦ１００の両端の臨界電位を超える場合に、破壊が生じ、図３に示されるように、少なくとも１つの銀アイランド、例えば銀アイランド１０８Ｂから、電気的に抵抗性の材料１０４を貫通する金属フィラメント３００が降下する。金属フィラメント３００はＳＩＡＦ１００を短絡させる。金属フィラメント３００は、固体の銀である場合があるか、又は銀を含む材料の組み合わせによって形成された、電気的に抵抗性の材料層１０４を貫通する、導電性の高い領域である場合がある。金属フィラメント３００を確立してＳＩＡＦ１００を短絡させるために、金属フィラメントが１つ又は複数の銀アイランド（１０８Ａ〜１０８Ｄ）から生成されるか、又は特定の銀アイランド１０８Ｂから生成されるかは重要ではない。
【００３０】
短絡した状態では、ＳＩＡＦ１００のインピーダンスは、数百から数千Ωであり、ＳＩＡＦ１００の初期の高インピーダンス状態と容易に区別されるレンジである。また、インピーダンスはフィラメントの幾何学的形状に依存するので、インピーダンスのレベルを下げることは、ＳＩＡＦ１００のサイズに比較的影響を受けにくい。このように下げられたインピーダンスは、ＳＩＡＦ１００がメモリデバイスに組み込まれる場合に、論理「１」又は「０」としてセンシング（検出）され得る。
【００３１】
試験により、金属フィラメント３００が第１の導体１０２で止まらずに、第１の導体１０２を貫通して他の材料内に進み続ける場合があることが明らかになっている。結果として、少なくとも１つの実施形態では、図４に示されるように、金属拡散障壁４００が、電気的に抵抗性の材料１０４の反対側で、第１の導体１０２と接触している。さらに、金属拡散障壁４００は、銀アイランド１０８から反対側に設けられる。少なくとも１つの代替の実施形態では、第１の導体１０２は、さらに金属拡散障壁４００としての役割を果たすのに適した材料からなる。言い換えると、第１の導体１０２は、導体および拡散障壁の両方となることができる。
【００３２】
一般的に、金属フィラメント３００は、銀アイランド１０８からキャッピング導体、即ち図示されるように第２の導体１０６を貫通して上方に進む傾向を示していない。しかしながら、電気的に抵抗性の材料１０４とは反対側で、第２の導体１０６と接触している金属拡散障壁（図示せず）を設けることもできる。少なくとも１つの実施形態では、金属拡散障壁４００、又は第１の導体１０２及び拡散障壁４００を一体にした層は、チタン、又はチタンとタングステンの合金、及び／又は金属フィラメント３００を阻止するのに十分な他の金属からなる。
【００３３】
少なくとも１つの銀アイランド１０８を有するＳＩＡＦ１００を切り替えるために必要な電力は、銀を含まないアンチヒューズを切り替えるために必要な電力よりも著しく小さい。図５、図６及び図７に与えられたグラフは、アモルファスシリコン層１１０を組み込むＳＩＡＦ１００デバイスのこの有利な特性をさらに例示するために提供される。
【００３４】
上述したような銀アイランドを有するＳＩＡＦ１００の電気的特性を測定するための実験を実施した。それらのデバイスは全て、クロムを１００ｎｍ（１０００オングストローム）までスパッタリングし、その後、プラズマ化学蒸着法（「ＰＥＣＶＤ」）により真性アモルファスシリコンをコーティングされたポリイミド基板上に形成された。３つの異なる厚み、即ち３０ｎｍ（３００オングストローム）、５１．５ｎｍ（５１５オングストローム）及び９１．５ｎｍ（９１５オングストローム）のアモルファスシリコン１１０が堆積された。その後、４つの異なる上側電極、即ち１００ｎｍ（１０００オングストローム）のスパッタリングされたクロム、１４０ｎｍ（１４００オングストローム）のスパッタリングされた銀、及び上述したような２つの複合銀クロム電極（銀アイランド１０８及び第２の導体１０６）が堆積された。
【００３５】
１つの複合銀クロム電極は６ｎｍ（６０オングストローム）の銀アイランドを含み、第２の複合銀クロム電極は３ｎｍ（３０オングストローム）の銀アイランドを含んだ。銀を堆積した後に、横方向の導電率を測定して、低いことを確認することにより、その銀のアイランド構造を検証した。いずれの場合でも、銀を堆積した後に、第２の導体１０６として１００ｎｍ（１０００オングストローム）のクロムがスパッタリングされた。４つのタイプの上側導体（即ち、第２の導体）が表１に要約される。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
その後、上側導体１０６が、従来のフォトリソグラフィ及びウエットエッチングを用いてパターン形成された。結果として生じたＳＩＡＦ１００構造体は、上述のように、断面図として図１に、斜視図として図２に示される。試験されたデバイスの横方向寸法は、１０μｍ〜１２８０μｍの範囲であった。
【００３８】
デバイスの切替え特性が、自動ウェーハプロービングマシンで測定された。下側電極に対する電気的な接触は、デバイスからかなり離れて配置されたバイアを通してなされた。第２の電極１０６、別称、上側電極をウェーハプローブと直に接触させた。Agilent4155パラメータアナライザを用いて、振幅が１２μＡから１ｍＡまで（４０μｍサイズのデバイスの代表値）対数関数的な間隔をおいて変化する、一連の５００μＳ持続時間の電流パルスをデバイスの中に送り込んだ。パルスを送り込むために必要な電圧および電流が、正負両極性について記録された。切替えは、デバイスインピーダンスが、通常数桁の大きさだけかなり下がることによって判定された。
【００３９】
図５は、正のバイアスをかけた場合の切替え電流（Ｉ）対アモルファスシリコン層１１０の厚みを示す。図示されるように、サイズが６ｎｍ（６０オングストローム）の銀アイランド（菱形の点として表される）は、アモルファスシリコン層１１０が約３９ｎｍ（３９０オングストローム）又は９０ｎｍ（９００オングストローム）である場合に、純銀を有するアンチヒューズと概ね同じ切替え特性をＳＩＡＦ１００に与える。全ての例示された事例において、銀が存在する結果として、銀が存在しない場合に必要とされる切替え電流よりも切替え電流が有利に小さくなる。さらに重要なのは、銀アイランドが、純銀層と概ね同程度に有効であることである。
【００４０】
図６は、Ａｇ／Ｓｉ境界面に正のバイアスがかけられた場合の切替え電圧（Ｖ）対アモルファスシリコン層１１０の厚みを示す。具体的に言えば、図６は、ＳＩＡＦ１００が切り替わる電圧が、アモルファスシリコン層１１０の厚みに正比例して変化することを示す。その切替えは、第２の導体１０６内にクロムを含む全てのデバイスについて類似し、第２の導体１０６として純銀を有するデバイスがわずかに高い。
【００４１】
切替え電圧が厚みに比例するので、ＳＩＡＦ１００の切替えは約１ＭＶ／ｃｍの臨界電界において生じる。図５に示される切替え電流Ｉとは異なり、切替え電圧は第２の導体１０６の金属に依存するのではなく、むしろ、アモルファスシリコン層１１０の厚みに依存する。
【００４２】
図７は、正のバイアスがかけられた場合の切替え電流および切替え電圧をスケーリングして組み合わせた結果を示す。図示されるように、連続した層または銀アイランド１０８のいずれかとして銀を含む第２の導体１０６（グループ９０２）は、クロムのみを含む電極（グループ９００）について観測された切替え電力よりも著しく低い切替え電力を示す。従って、図１〜図４に示されたような複合的な第２の導体１０６は、クロムの接着性とともに、銀電極の有利で、望ましい電気的特性を提供する。
【００４３】
図３に関して上述したように、閾値電圧および電流を印加することにより、電気的に抵抗性の材料１０４、即ちアモルファスシリコン層１１０を貫通する金属フィラメント３００の成長が生じる。図示されるように、金属フィラメント３００は、少なくとも１つの銀アイランド１０８から第１の導体１０２まで延在するように成長する。この点では、銀アイランド１０８によって、金属フィラメント３００が成長する可能性が高い場所に関して素子を制御することが可能になるので、銀アイランド１０８を用いることは、銀の連続した層よりも有利であり得る。
【００４４】
図９に示されるように、ＳＩＡＦ１００をダイオード５０２と直列に結合することにより、好都合に簡単で、非常に有効なメモリデバイス５１４をもたらすことができる。ダイオード５０２が、アモルファスシリコン層１１０に概ね類似したアモルファスシリコンを含むことができる場合、金属拡散障壁４００によって、生成された金属フィラメント３００がＳＩＡＦ１００からダイオード５０２を貫通して進むことが防止される。
【００４５】
ダイオード５０２は一般に、ＳＩＡＦ１００を製造する際に用いられるのと類似した薄膜工程を用いて形成される。具体的に言えば、Ｃｒ／Ａｌ／Ｃｒのクロム三重層を約１００ｎｍ（１０００オングストローム）の厚みまでスパッタリングすることにより、適切なダイオード５０２を設けることができる。この上に、縮退が生じるようにドーピングされたｎ＋微晶質Ｓｉが、ＰＥＣＶＤによって約６０ｎｍ（６００オングストローム）の厚みまで堆積される。これに、約１６０ｎｍ（１６００オングストローム）のＰＥＣＶＤ真性微晶質Ｓｉ、約３３．５ｎｍ（３３５オングストローム）のＰＥＣＶＤ混合相（非晶質／微晶質）真性Ｓｉ、及びＰＥＣＶＤによる約３０ｎｍ（３００オングストローム）の縮退が生じるようにドーピングされたｐ＋微晶質ＳｉＣが追加される。
【００４６】
ＳＩＡＦ１００は、切替え動作が極性に依存することを実証することができる。言い換えると、第１の導体１０２に正の極性がかけられ、第２の導体１０６に負の極性がかけられる場合には、ＳＩＡＦ１００は１組の切替え特性を有するであろう。これらの極性が反転される場合には、切替え特性は単純に逆にはならないが、異なるであろう。
【００４７】
所望の最終的なデバイスに応じて、一実施形態ではＳＩＡＦ１００に順方向バイアスをかけることが好ましい場合があり、別の実施形態では、ＳＩＡＦ１００に逆方向バイアスをかけることが好ましい場合がある。また、動作中にかけるバイアスを変更し、ひいてはＳＩＡＦ１００が３状態デバイスとしての役割を果たすことを可能にすることが望ましい場合もある。
【００４８】
このようにバイアスをかけることは、ＳＩＡＦ１００とダイオード５０２との間の結合順序および向きを変更することにより達成され得る。どちらにしても、金属拡散障壁４００が、ＳＩＡＦ１００とダイオード５０２との間に配置され、ＳＩＡＦ１００の電気的に抵抗性の材料１０４内に生成されるときの金属フィラメント３００の成長を阻止する。
【００４９】
図８に９’として示されたメモリデバイス５１４と実質的に同じ複数のメモリデバイス５００をメモリシステム５０４に組み込むことができ、そのメモリシステム５０４は、列導体５０６及び行導体５０８の一般的な行列を含み、１つのメモリデバイス５００は各列／行の交差部分にある。また、列導体５０６は導電性ビット線と呼ばれる場合もある。また、行導体５０８は導電性ワード線と呼ばれる場合もある。特定の行導体５１０及び特定の列導体５１２を選択することにより、特定のメモリデバイス５１４を分離することができる。
【００５０】
上述したように、ＳＩＡＦ１００の抵抗、それゆえにメモリデバイス５００の抵抗は、アモルファスシリコン層１１０を貫通して延在する金属フィラメント３００（図３を参照）の存在により著しく変更される。この抵抗の差をセンシングして、メモリデバイス５００が「０」の論理状態を格納しているか、又は「１」の論理状態を格納しているかが判定される。
【００５１】
例えば、ＳＩＡＦ１００が元の、高抵抗の製造時の状態にある（金属フィラメント３００が存在しない）場合には「０」の論理状態が存在し、ＳＩＡＦ１００が低抵抗の状態にある場合には「１」の論理状態が存在するなどの、或る取り決めが採用されることは理解および認識されたい。少なくとも１つの実施形態では、抵抗の判定は時間積分に従って行われる。さらに、抵抗のセンシングは、繰返し行われて平均化され、抵抗の状態を検出する精度を高めることができる。
【００５２】
図５、図６、及び図７のグラフに示されるように、ＳＩＡＦ１００は、銀を含まないデバイスよりも低い電力で切り替えられ得る。このように低減された電力要件の結果として、デバイス（例えば、メモリシステム５０４）の消費電力が下がり、ダイオード、トランジスタ、導体およびＳＩＡＦ１００に電力を向ける他の構成要素の負担を減らすことができるので有利である。このように低減された電力要件は、ＳＩＡＦ１００がポータブル装置に組み込まれる場合に特に有利である。
【００５３】
ＳＩＡＦ１００及びダイオード５０２の非常に単純ではあるが、信頼性が高いという特徴により、メモリデバイス５００が１００ナノメートルスケールで容易に製造され、かくして大きな記憶容量のデバイスが安価に提供される。これらのデバイスは、使用前にユーザが事前にフォーマットする必要はないので、メモリを必要とする装置に挿入または接続して即座に使用され得る。そういうものだから、これらのデバイスは、フォーマットされていない又はチェックされていない書換え可能なデバイスで享受されるものよりも迅速なサービスをユーザに提供することができる。
【００５４】
さらに、高抵抗から低抵抗に一度だけ切り替えることに限定はされるが、製造コストの低下により、消費者に提供される価格が下がるという結果になるので、一度しか書き込むことができなくても、書換え可能であるということが本当に望まれていないか、又は有益ではない時と場所において、価格の高い書換え可能なデバイスに代わる魅力的なデバイスが提供される。そういうものだから、ＳＩＡＦ１００が用いられる時と場所が書換え可能なデバイスよりも多くなると、ＳＩＡＦ１００、及びメモリデバイス５００のようなデバイスは、資源の節約、製造時間の短縮および関連するコストの削減をもたらす可能性が高くなる。
【００５５】
ＳＩＡＦ１００の個々の構成要素を説明してきたが、ここで、図１０〜図１５に示されるような、ＳＩＡＦ１００を製造する好適な方法が説明される。説明される方法が、本明細書において説明される順序で実行される必要はないこと、及びこの説明がＳＩＡＦ１００の一実施形態を製造する１つの方法を例示しているにすぎないことは理解されたい。
【００５６】
図１０に示されるように、少なくとも１つの実施形態では、その製造方法は第１の導体６００を準備することによって開始される。第１の導体６００は導電性材料であり、少なくとも１つの実施形態ではクロムからなるが、他の適切な導電性材料を用いることもできる。第１の導体６００は、薄膜構造、ダイオード又は他のデバイスのような予め製造されたウェーハ又はデバイス上に設けられ得る。少なくとも１つの実施形態では、第１の導体６００は、図示されないが、基板上に約１００ｎｍ（１０００オングストローム）のクロムをスパッタリングすることにより設けられる。
【００５７】
その後、第１の導体６００上に抵抗性材料６０２が堆積される。少なくとも１つの実施形態では、抵抗性材料６０２は、ＰＥＣＶＤによって約５５ｎｍ（５５０オングストローム）の厚みまで堆積される真性アモルファスシリコンであり、上述されたアモルファスシリコン層１１０と実質的に同じである。抵抗性材料６０２はさらに、第１の側６０４と、それとは反対の第２の側６０６とを有するものとして説明される。抵抗性材料６０２は、例えば、図１〜図４の抵抗性材料１０４である。図１１に示されるように、抵抗性材料６０２が第１の導体６００上に堆積されるとき、第２の側６０６が、第１の導体６００と密着する。
【００５８】
抵抗性材料６０２の第１の側６０４上には、銀の薄い層が堆積される。やはり上述されたように、その銀の層の厚みが１０ｎｍ（１００オングストローム）未満である場合には、連続した薄膜を形成することはなく、むしろ、上述された銀アイランド１０８と実質的に同じような、好都合の複数の銀アイランド６１０（図１２を参照）を形成する。さらに、少なくとも１つの実施形態では、堆積される銀の層は１０ｎｍ（１００オングストローム）未満である。銀が銀アイランド６１０を形成する傾向は、パターン形成およびエッチング工程を実行して所望の銀アイランド６１０を達成する必要性を軽減する。言い換えると、後に不連続な銀アイランド６１０を設けるために、パターン形成する必要はない。少なくとも１つの実施形態では、銀アイランド６１０は、抵抗性材料６０２上に約６ｎｍ（６０オングストローム）の銀をスパッタリングすることにより堆積される。
【００５９】
銀アイランド６１０を含む銀は、抵抗性材料６０２、即ちアモルファスシリコン層に対する接着性が比較的弱いので、図１３に示されるように、銀アイランド６１０上に、及び抵抗性材料６０２の第１の側６０４上に接着性の高い導電性材料６２０が堆積される。少なくとも１つの実施形態では、導電性材料６２０はクロムを含む。さらに、少なくとも１つの実施形態では、導電性材料６２０は１００ｎｍ（１０００オングストローム）のスパッタリングされたクロムである。
【００６０】
図示されたように、導電性材料６２０は、全ての銀アイランド６１０を実質的に包囲する。しかしながら、導電性材料６２０は、銀アイランド６１０のサブセットを覆うように付着され得ることは理解および認識されたい。導電性材料６２０、及びそれによって覆われる銀アイランド６１０を組み合わせた構造体は、結果として製造されるＳＩＡＦ１００のための上側導体を提供する。
【００６１】
少なくとも１つの実施形態では、閾値電圧および電流を印加することによって生成される金属フィラメント３００（図３を参照）が、少なくとも１つの銀アイランド６１０から抵抗性材料６０２を貫通して、意図することなく進み続けるのを停止させるように、第１の導体６００は、チタン、又はチタンとタングステンの合金、及び／又は金属フィラメント３００を阻止するのに十分な他の金属から構成され得る。
【００６２】
代替の一実施形態では、図１４に示されるように、第１の導体６００は、金属拡散障壁６３０上に電気的に接触した状態で（例えば、スパッタリングにより）堆積され得る。第１の導体６００は、抵抗性材料６０２を堆積する前に、又はＳＩＡＦ１００の製造時の都合の良い適切な時点で、金属拡散障壁６３０上に堆積され得る。別個の拡散障壁６３０を有する、結果としての製造されたＳＩＡＦ１００が図１５に示される。やはり、第１の導体６００は、第１の導体６００を金属拡散障壁として設けるのに十分な材料を含むことができることは理解されたい。
【００６３】
適切な情況のもとでは、金属拡散障壁６３０を第１の導体６００上に堆積することに加えて、又はその代わりに、金属拡散障壁６３０を導電性材料６２０に接触するように堆積することができる。少なくとも１つの実施形態では、金属拡散障壁６３０は、チタン、タングステン、チタン／タングステン、及び／又は生成される金属フィラメント３００を阻止するのに十分な他の金属からなる。
【００６４】
上述したように、少なくとも１つの好適な実施形態では、ＳＩＡＦ１００の構成要素の層（第１の導体６００、銀アイランド６１０を確立するための銀、銀アイランド６１０上の導電性材料６２０、及び金属拡散障壁６４０）は、ロールツーロール堆積装置を用いて、主にスパッタリング及びＰＥＣＶＤによって堆積される。適切な情況のもとでは、例えば、スピン鋳造、イオンビーム堆積、電子ビーム蒸着、ロールツーロール薄膜塗布、有機金属堆積（ＭＯＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、又はそのような他の適切な方法などの、薄膜製造において一般的に用いられる材料付着の別の方法を用いることもできる。方法の選択は、含まれる材料および製造技術者の好みによって適切に決定されるであろう。
【００６５】
本発明の範囲から逸脱することなく、上記の方法、システム及び構造において変更を行うことができる。従って、上記の説明に含まれ、及び／又は添付の図面に示される事項は、例示として解釈されるべきであり、限定する意味に解釈されるべきではないことに留意されたい。添付の特許請求の範囲は、本明細書に記載される全ての一般的な特徴および特定の特徴、ならびに言葉の問題ではあるが、それらの特徴の間に入ると言っても差し支えのない、本発明の方法、システム及び構造の範囲の全ての記述を網羅することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】一実施形態による銀アイランドアンチヒューズの中央断面図である。
【図２】図１に示された銀アイランドアンチヒューズの部分斜視図である。
【図３】銀アイランドから生成された金属フィラメントを有する、図１に示された銀アイランドアンチヒューズの中央断面図である。
【図４】図３に示された金属フィラメントを阻止する金属拡散障壁を有する、図１に示された銀アイランドアンチヒューズの中央断面図である。
【図５】銀を用いる場合と、用いない場合のデバイス構造についてアモルファスシリコン層の切替え電流対厚みを示すグラフである。
【図６】銀を用いる場合と、用いない場合のデバイス構造についてアモルファスシリコン層の切替え電圧対厚みを示すグラフである。
【図７】銀を用いる場合と、用いない場合のデバイス構造について切替え電流および電圧をスケーリングして組み合わせた結果を示すグラフである。
【図８】銀アイランドアンチヒューズデバイスを組み込む複数のセルを含むメモリデバイスの平面図である。
【図９】図８に示され、９’として特定される１つのセルに関するさらに詳細な図である。
【図１０】銀アイランドアンチヒューズデバイスを作成する１つの工程において形成された第１の導体を示す図である。
【図１１】銀アイランドアンチヒューズデバイスを作成する１つの工程において形成された抵抗層を示す図である。
【図１２】銀アイランドアンチヒューズデバイスを作成する１つの工程において形成された複数の銀アイランドを示す図である。
【図１３】銀アイランドアンチヒューズデバイスを作成する１つの工程において銀アイランド上に形成された導線性材料を示す図である。
【図１４】銀アイランドアンチヒューズデバイスを作成する１つの工程において形成された拡散障壁を示す図である。
【図１５】銀アイランドアンチヒューズデバイスを作成する少なくとも１つの工程の結果として形成された別個の拡散障壁を有する完成したセルを示す図である。
【図１６】銀アイランドを示す透過電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００６７】
100  銀アイランドアンチヒューズ（ＳＩＡＦ）
102、106  導体
104  電気的に抵抗性の材料
108  銀アイランド
110  アモルファスシリコン層
300  金属フィラメント
400  金属障壁層
500  メモリデバイス
502  ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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