(57)【要約】不揮発性可変抵抗装置の形成方法は、元素状態の銀を含むパターン化した材料を基板の上方に形成する工程を含む。元素状態の銀を含むパターン化した材料を有する基板部分上に元素状態のセレンを含有する層を形成する。元素状態のセレンを含有する層の一部のみが元素状態の銀を含む材料と反応してセレン化銀を含有するパターン化した材料を形成するのに有効な状態に基板部分をさらす。この基板部分から反応しなかった元素状態のセレンを含有する層を除去する。セレン化銀を含有するパターン化した材料の一部分と電気接続するように第１導電性電極を設ける。セレン化銀を含有するパターン化した材料の他の一部分と電気接続するようにセレン化ゲルマニウム含有材料を設ける。このセレン化ゲルマニウム含有材料と電気接続するように第２導電性電極を設ける。
2005516418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に、元素状態の銀を含有するパターン化した材料を形成する工程と、
この元素状態の銀を含有するパターン化した材料を有する基板部分上に元素状態のセレンを含有する層を形成する工程と、
前記元素状態のセレンの一部のみが前記元素状態の銀と反応してセレン化銀を含有するパターン化した材料を形成するのに有効な状態に基板部分をさらす工程と、
この基板から反応しなかった元素状態のセレンを除去する工程と、
前記セレン化銀を含有するパターン化した材料の一部分と電気接続するように第１導電性電極を設ける工程と、
前記セレン化銀を含有するパターン化し材料の他の一部分と電気接続するようにセレン化ゲルマニウム含有材料を設ける工程と、
このセレン化ゲルマニウム含有材料と電気接続するように第２導電性電極を設ける工程と
を有する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程を行う前に、元素状態の銀を含有するパターン化した材料が、少なくとも５０モルパーセントの元素状態の銀を含有するようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程を行う前に、元素状態の銀を含有するパターン化した材料が、少なくとも９５モルパーセントの元素状態の銀を含有するようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項４】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程を行う前に、前記元素状態のセレンを含有する層が、少なくとも９０モルパーセントの元素状態のセレンを含有するようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項５】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程を行う前に、前記元素状態のセレンを含有する層が、少なくとも９５モルパーセントの元素状態のセレンを含有するようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項６】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程と、前記セレンを除去する工程とを共通する処理工程で行う不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項７】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程と、前記セレンを除去する工程とを異なる処理工程で行う不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項８】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程及び前記セレンを除去する工程を、少なくとも４０℃の温度と、反応しなかった元素状態のセレンをその酸化により除去する雰囲気とを有する共通する処理工程で行う不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項９】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記反応しなかった元素状態のセレンを除去する工程が、前記基板部分をさらす工程後の化学エッチング処理を含む不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記反応しなかった元素状態のセレンを除去する工程が、前記基板部分をさらす工程後の気化処理を含む不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、少なくとも５０モルパーセントのセレン化銀を含有するパターン化した材料を形成する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、少なくとも８０モルパーセントのセレン化銀を含有するパターン化した材料を形成する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、パターン化した材料上に設けた元素状態のセレンの少なくとも大部分を、このパターン化した材料中に導入する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に、パターン化した材料が５０モルパーセントを超える元素状態の銀を含むようにし、この基板部分をさらす工程により、前記パターン化した材料の最外側部分を、５０モルパーセントを超えるセレン化銀を含むように形成し、前記パターン化した材料の最内側部分は、５０モルパーセントを超える元素状態の銀が維持されるようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に、パターン化した材料が、９０モルパーセントを超える元素状態の銀を含むようにし、この基板部分をさらす工程により、前記パターン化した材料の最外側部分を、９０モルパーセントを超えるセレン化銀を含むように形成し、前記パターン化した材料の最内側部分は、９０モルパーセントを超える元素状態の銀が維持されるようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に形成したパターン化した材料は最大の第１の厚さを有しており、この基板部分をさらす工程により、前記パターン化した材料を、前記最大の第１の厚さより厚い最大の第２の厚さを有するように形成する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記セレンを除去する工程により、基板部分から、反応しなかった元素状態のセレンを全て除去する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記元素状態の銀を含有するパターン化した材料を形成する工程が、元素状態の銀を含有する材料を堆積する処理と、これをホトパターン化する処理と、その後サブトラクティブ法でエッチングする処理とを有する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記元素状態の銀を含有するパターン化した材料を形成する工程が、基板の上方の絶縁材料内にパターン化した開口部を形成する処理と、この開口部を元素状態の銀を含有する材料により少なくとも一部充填する処理とを有する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２０】
基板の上方に、少なくとも９０モルパーセントの元素状態の銀を含有するパターン化した材料を最大の第１の厚さまで形成する工程と、
この元素状態の銀を含有するパターン化した材料を有する基板部分上に少なくとも９０モルパーセントの元素状態のセレンを含有する層を形成する工程と、
前記元素状態のセレンの一部のみが前記元素状態の銀と反応してセレン化銀を含有するパターン化した材料を形成するのに有効な状態に基板部分をさらす工程であって、この工程によって、銀が豊富なセレン化銀を形成し、パターン化した材料を前記最大の第１の厚さより厚い最大の第２の厚さを有するように形成し、また、パターン化した材料を、少なくとも８０モルパーセントのセレン化銀を含有するように形成し、さらに、元素状態の銀を含有するパターン化した材料上に設けた元素状態のセレンの少なくとも大部分をこのパターン化した材料に導入する当該基板部分をさらす工程と、
反応しなかった元素状態のセレンを基板部分から全て除去する工程と、
前記セレン化銀を含有するパターン化した材料の一部分と電気接続するように第１導電性電極を設ける工程と、
前記セレン化銀を含有するパターン化した材料の他の一部分と電気接続するようにセレン化ゲルマニウム含有材料を設ける工程と、
このセレン化ゲルマニウム含有材料と電気接続するように第２導電性電極を設ける工程と
を有する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２１】
基板上に第１導電性電極材料を形成する工程と、
この第１導電性電極材料上に絶縁材料を形成し、この絶縁材料を貫通し前記第１導電性電極材料に至る開口部をこの絶縁材料に形成する工程であって、この開口部が不揮発性可変抵抗装置の最終的な抵抗設定可能構造体の少なくとも一部の所望の形状を有するようにする工程と、
前記第１導電性電極材料と電気接続するように、前記開口部を元素状態の銀を含有する材料により充填する工程と、
前記絶縁材料上と、前記開口部内の前記元素状態の銀を含有する材料上とに元素状態のセレンを含有する層を形成する工程と、
前記元素状態の銀の上に設けた前記元素状態のセレンが反応して、充填した前記開口部の少なくとも一部を、セレン化銀を含有するように形成するのに有効な状態に基板部分をさらす処理と、
前記絶縁材料上に設けた、反応しなかった元素状態のセレンをこの基板部分から除去する工程と、
前記セレン化銀と電気接続するようにセレン化ゲルマニウム含有材料を設ける工程と、
このセレン化ゲルマニウム含有材料と電気接続するように第２導電性電極を設ける工程と
を有する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、充填した前記開口部の少なくとも大部分を、セレン化銀を含有するように形成する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、充填した前記開口部の半分より少ない部分を、セレン化銀を含有するように形成する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に、前記元素状態の銀を含有する材料が少なくとも５０モルパーセントの元素状態の銀を含有するようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に、前記元素状態の銀を含有する材料が少なくとも９５モルパーセントの元素状態の銀を含有するようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２６】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に、前記元素状態のセレンを含有する層が少なくとも９０モルパーセントの元素状態のセレンを含有するようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２７】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に、前記元素状態のセレンを含有する層が少なくとも９５モルパーセントの元素状態のセレンを含有するようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２８】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程と、前記セレンを除去する工程とを共通の処理工程で行う不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項２９】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程と、前記セレンを除去する工程とを異なる処理工程で行う不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３０】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程及び前記セレンを除去する工程を、少なくとも４０℃の温度と、反応しなかった元素状態のセレンをセレンの酸化により除去する雰囲気とを有する共通する処理工程で行う不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３１】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記反応しなかった元素状態のセレンを除去する工程が、前記基板部分をさらす工程後の化学エッチング処理を含む不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３２】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記反応しなかった元素状態のセレンを除去する工程が、前記基板部分をさらす工程後の気化処理を含む不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３３】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、充填した前記開口部の少なくとも８０パーセントを、セレン化銀を含むように形成する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３４】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、前記元素状態の銀を含有する材料上に設けた元素状態のセレンの少なくとも大部分を、元素状態の銀を含有する材料中に導入する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３５】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程を行う前に、充填した前記開口部が５０モルパーセントを超える元素状態の銀を含有するようにし、この基板部分をさらす処理により、充填した前記開口部の最外側部分を、５０モルパーセントを超えるセレン化銀を含むように形成し、パターン化した材料の最内側部分は５０モルパーセントを超える元素状態の銀が維持されるようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３６】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程を行う前に、充填した前記開口部が９０モルパーセントを超える元素状態の銀を含有するようにし、この基板部分をさらす処理により、充填した前記開口部の最外側部分を、９０モルパーセントを超えるセレン化銀を含むように形成し、パターン化した材料の最内側部分は９０モルパーセントを超える元素状態の銀が維持されるようにする不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３７】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記絶縁材料は、前記開口部の近傍に実質的に平坦な最外側面を有し、充填した前記開口部内の元素状態の銀を含有する材料は、前記基板部分をさらす工程の前の前記絶縁性材料の外側表面と同一平面の最外側面を有しており、前記基板部分をさらす工程の前の充填した開口部内の元素状態の銀を含有する材料は、最大の第１の厚さを有しており、前記基板部分をさらす工程により、パターン化した材料を、この最大の第１の厚さより厚い最大の第２の厚さを有するように形成する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３８】
請求項２１に記載の不揮発性可変抵抗装置の形成方法において、
前記セレンを除去する工程により、反応しなかった元素状態のセレンを全て基板部分から除去する不揮発性可変抵抗装置の形成方法。
【請求項３９】
元素状態の銀を含有するパターン化した材料を有する第１外側部分と、元素状態の銀を含有しない第２外側部分とを具える基板部分を形成する工程と、
前記第１外側部分及び前記第２外側部分上に元素状態のセレンを含有する層を形成する工程と、
ａ）前記第１外側部分上に設けた元素状態のセレンを前記元素状態の銀と反応させて、パターン化した材料を、セレン化銀を含むように形成するのに有効であり、且つ、ｂ）前記第２外側部分上の元素状態のセレンを基板部分から除去するのに有効な酸化状態に基板部分をさらす工程と
を有するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、前記第１外側部分上の前記元素状態のセレンの一部を基板部分から除去するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４１】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、前記第１外側部分上に設けた前記元素状態のセレンの少なくとも大部分を、パターン化した材料中に導入するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４２】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、前記第１外側部分上に設けた前記元素状態のセレンの少なくとも８０モルパーセントを、パターン化した材料中に導入するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４３】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程を約４０℃〜約２５０℃の温度で行うセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４４】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記酸化状態は、N2 O、NOx 、Ｏ3 、Ｆ2 及びCl2 のうちの少なくとも１種を含む雰囲気を有するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４５】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、前記第２外側部分上の前記元素状態のセレンの層を基板部分から全て除去するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４６】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程により、反応しなかった元素状態のセレンを基板部分から全て除去するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４７】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に、パターン化した材料が少なくとも９５モルパーセントの元素状態の銀を有するようにするセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４８】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に、前記元素状態のセレンを含有する層が少なくとも９５モルパーセントの元素状態のセレンを含有するようにするセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項４９】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記基板部分をさらす工程の前に形成したパターン化した材料は最大の第１の厚さを有しており、この基板部分をさらす工程により、前記パターン化した材料を、この最大の第１の厚さより厚い最大の第２の厚さを有するように形成するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項５０】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記元素状態の銀を含有するパターン化した材料を形成する工程が、元素状態の銀を含有する材料を堆積する処理と、これをホトパターン化する処理と、その後のサブトラクティブ法のエッチングする処理とを有するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【請求項５１】
請求項３９に記載のセレン化銀含有構造体の形成方法において、
前記元素状態の銀を含有するパターン化した材料を形成する工程が、基板上の絶縁材料内にパターン化した開口部を形成する処理と、この開口部を元素状態の銀を含有する材料により少なくとも一部充填する処理とを有するセレン化銀含有構造体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不揮発性可変抵抗装置の形成方法及びセレン化銀含有構造体の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造業界では、個々の電子部材をより小さくし、より高密度の集積回路を得ようという努力が続けられている。ある種の集積回路は、情報を二進データの形態で記憶するメモリ回路を有している。このようなメモリ回路は、データが揮発性又は不揮発性になるように製造することができる。揮発性の記憶を行うメモリ装置では、電力が遮断されるとデータが失われる。不揮発性の記憶を行うメモリ回路では、電力が遮断されても記憶されたデータは残る。
【０００３】
本発明は、プログラマブルメタライゼーションセルを開示する1996年5 月30日に出願された米国特許出願第08/652,706号に基づく、Kozicki 氏等による米国特許第5,761,115 号、同第5,896,312 号、同第5,914,893 号及び同第6,084,796 号明細書に開示されたメモリ回路の設計及び動作を改良することを主たる目的としたものである。このようなセルは対向電極を具えており、これら対向電極間には絶縁性誘電体材料が設けられている。この絶縁性誘電体材料内には可変抵抗材料が収容されている。この可変抵抗材料の抵抗は、低い抵抗状態と高い抵抗状態との間で変化させることができる。通常の高い抵抗状態で、書き込み操作を行うために、一方の電極にある電圧の電位が加えられ、他方の電極はゼロ電圧すなわち接地電圧に保持される。電圧を加えた電極はアノードとして作用し、これに対しゼロ電圧すなわち接地電圧に保持された電極はカソードとして作用する。可変抵抗材料の特性は、ある印可電圧で変化するようになっている。このような電圧が印加されると、可変抵抗材料が低い抵抗状態になるためこれら電極間が導電状態となる。
【０００４】
一旦導電状態になると、電位を除いても低い抵抗状態が維持される。このことにより、電極間の可変抵抗材料の抵抗は1000分の1 にまで有効に減少しうる。この可変抵抗材料は、アノード及びカソード間の電位を逆にすることにより高い抵抗状態に戻すことができる。この場合も、逆転した電位を除いても高い抵抗状態が維持される。従って、このような装置は、例えばメモリ回路のプログラマブルメモリセルとして機能させることができるものである。
【０００５】
電極間に設ける好適な可変抵抗材料は、代表的に金属イオンを拡散させたカルコゲニド材料を有するようにするのが好ましい。特定例は、銀イオンを拡散させた1層以上のセレン化ゲルマニウム及び多量の銀イオンを拡散させた1層以上のセレン化銀を有する。しかし、銀に富んだセレン化銀を形成するのは困難である。
【０００６】
本発明は、主として上述した課題を解決することを目的としたものであるが、これに限定されるものではない。当業者は、上述した課題と関連のない他の観点において本発明を利用しうることを理解するであろう。本発明は、明細書中の表現に文字通り限定されることなく均等の法則に従って適切に解釈される特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、不揮発性可変抵抗装置の形成方法及びセレン化銀含有構造体の形成方法を含むものである。一例では、不揮発性可変抵抗装置の形成方法は、元素状態の銀を含むパターン化した材料を基板の上方に形成する処理を含む。元素状態の銀を含むパターン化した材料を有する基板部分上に元素状態のセレンを含有する層を形成する。元素状態のセレンの一部のみが元素状態の銀と反応してセレン化銀を含有するパターン化した材料を形成するのに有効な状態に基板部分をさらす。この基板部分から反応しなかった元素状態のセレンを除去する。セレン化銀を含有するパターン化した材料の一部分と電気接続するように第１導電性電極を設ける。セレン化銀を含有するパターン化した材料の他の一部分と電気接続するようにセレン化ゲルマニウム含有材料を設ける。このセレン化ゲルマニウム含有材料と電気接続するように第２導電性電極を設ける。
【０００８】
一例では、セレン化銀含有構造体の形成方法は、第１外側部分及び第２外側部分を有する基板を形成する処理を含む。この第１外側部分は、元素状態の銀を含有するパターン化した材料を有する。第２外側部分は、元素状態の銀を含有しない。これら第１外側部分及び第２外側部分上に元素状態のセレンを含有する層を形成する。基板を酸化性状態にさらす処理を行うにあたり、この酸化性状態が、ａ）第１外側部分上に設けた元素状態のセレンを元素状態の銀と反応させて、パターン化した材料がセレン化銀を含むように形成するのに有効であり、且つ、ｂ）第２外側部分部分上の元素状態のセレンを基板から除去するのに有効な状態となるようにする。
【０００９】
本発明の開示は、米国特許法に関する、「科学及び有用なアートの進歩を奨励する」という憲法上の目的（第１条第８節）に寄与するものである。
【００１０】
まず、図１〜８を参照して不揮発性可変抵抗装置の形成方法の代表的な実施例について説明する。図１は、基板１２と、その上に形成した第１導電性電極材料１４とを有する基板部分１０を示す。基板１２は、いかなる適切な支持基板、例えば、バルク単結晶シリコンを含む半導体基板をも有しうるものである。本明細書において、「半導体基板」の用語は、半導体ウェーハのようなバルク半導体材料（単体又はその上に他の材料を有するアセンブリ）及び半導体材料層（単体又は他の材料を有するアセンブリ）を含む、半導体材料を有するいかなる構造体をも意味するものであるが、これに限定されるものではない。「基板」の用語は、上述した半導体基板を含むいかなる支持構造体をも示すものであるが、これに限定されるものではない。また、本明細書における「層」の用語は、示唆がなければ単数又は複数の層の双方を含むものである。第１導電性電極材料１４の好ましい材料の例としては元素状態のタングステンがある。
【００１１】
第１導電性電極材料１４上に絶縁材料１６を形成する。この絶縁材料１６を任意の適切なパターン化処理（例えば、ホトリソグラフ処理のようなリソグラフ処理）によりパターン化し、この絶縁材料にこれを貫通して第１導電性電極材料１４まで通じる開口部１８を形成する。以下の説明から明らかとなるように、開口部１８は、製造される装置の最終的な抵抗設定可能構造体の少なくとも一部のいかなる所望の形状にもしうる。
【００１２】
図２を参照するに、開口部１８を、第１導電性電極材料１４と電気接続するように、元素状態の銀を含有する材料２０により充填する。この材料２０の好適な材料は、少なくとも５０モルパーセントの元素状態の銀、より好ましくは少なくとも９５モルパーセントの元素状態の銀、さらに好ましくは９９モルパーセントを超える元素状態の銀を有する。図示する好適例では、絶縁材料１６は開口部１８近傍にほぼ平坦な最外側面を有し、開口部１８内のパターン化した元素状態の銀を含有する材料（質量）２０は、この絶縁材料１６の外側面と同一平面の最外側面を有する。さらに、パターン化した材料２０は、ある最大の第１の厚さ、例えば約５０オングストローム〜約２０００オングストロームの範囲の厚さとすることができる。
【００１３】
図２に示す構造体を製造する方法の例として、図１の基板部分全体に亘り銀含有材料の層を堆積し、堆積したこの層を外側絶縁層１６の少なくとも頂部に至るまで平坦化する方法がある。一例として、このような堆積処理は化学的又は物理的手段により行うことができる。さらに、研摩すなわち平坦化処理は、レジストエッチバック処理、化学研摩処理、機械研摩処理又はこれらの組み合わせ、或いは他のいかなる既存の若しくは開発中の方法によっても行うことができる。或いは又、一例として、図２の構造体は、図示した開口部１８内に銀含有材料２０を無電界堆積又は他の方法で堆積させ、銀含有材料２０が開口部１８内でのみ有効に堆積して上方に成長し、好ましくはこの材料２０が絶縁材料１６の上面にほぼ到達したところで成長が止まるようにすることにより製造することができる。このことに拘わらず、図２は、元素状態の銀を含有するパターン化した材料を基板部分上に形成する方法の一例を示すものにすぎない。
【００１４】
図３を参照するに、元素状態の銀を含有するパターン化した材料２０を有する基板部分１０上に、元素状態のセレンを含む層２２を形成する。このセレンを含む層２２は、少なくとも９０モルパーセントの元素状態のセレンを含むのが好ましく、少なくとも９５モルパーセントの元素状態のセレンを含むのがより好ましく、９９モルパーセントを超える元素状態のセレンを含むのが更に好ましい。
【００１５】
図４を参照するに、元素状態の銀を含有する材料２０上に設けた元素状態のセレン２２が有効に反応して、開口部を充填したパターン化した材料の少なくとも一部がセレン化銀２５を有するようにする状態に基板部分１０をさらす。図示する好適例では、このような状態に基板をさらすと、元素状態のセレンを含有する層２２のある部分のみが反応し、絶縁材料１６の上方に形成した部分は基本的には反応しない。図４に示す好適例では、基板部分をさらすこの処理は、セレン化銀材料２５を全体に含むパターン化した材料を形成する処理として示されている。このことに拘わらず、この基板部分をさらす処理により、好ましくは少なくとも５０モルパーセントのセレン化銀を含む、より好ましくは少なくとも８０モルパーセントのセレン化銀を含むように変換させたパターン化材料の部分を形成するのが好ましい。更に好ましくは、形成したこの部分を理想的にはほぼ均質とする。
【００１６】
図５は他の例の基板部分１０ａを示すものである。本例においては、第１の実施例と同じ部分には第１の実施例と同じ符号を用いているが、異なる部分は添字ａを付してある。図５は、パターン化した材料の最外側部２５ａがセレン化銀を含むように形成するとともに、パターン化した材料の最内側部２０ａが最初に形成した堆積した銀含有材料として残るようにする処理を示す。例示にすぎないが、この最内側部２０ａとして残す厚さは、図示するパターン化した材料の全体の厚さの０〜１０パーセントとするのが好ましい。図４及び５の各々は、基板部分をさらすことにより、充填した開口の半分より多くの部分がセレン化銀を含むように形成する例を示している。或いは又、例示にすぎないが、充填した開口部のセレン化銀を含む部分が半分以下となるようにすることもできる。さらに、図示する好適例では、基板をさらす処理を行うことにより、パターン化した材料が、前述した最大の第１の厚さより厚い最大の第２の厚さを有するように形成する。
【００１７】
基板部分をさらす処理の一好適例として、約４０℃〜約１００℃の温度で、約３０ｍＴｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝133.322 Pa）の圧力で、約１〜３時間に亘り基板部分をアニールする処理がある。一般的には、温度を高くすればするほど、アニール速度は速くなる。条件及び時間を制御して、パターン化した材料の所望の量をセレン化銀含有材料に変換することができる。さらに、一例にすぎないが、以下により詳細に説明するようにアニール処理を適切な酸化雰囲気中で行うこともできる。
【００１８】
図６を参照するに、反応してない元素状態のセレンを含有する層２２を基板部分から除去する。図示するように、この除去処理により、基板部分から反応してない元素状態のセレンを含有する層を全て除去するのが好ましい。セレン除去処理の例としては、化学エッチング処理があり、この処理はセレン化銀含有材料２５に対してセレン含有層２２を選択的に除去するように行うのが好ましい。このような除去処理を行うためのウェットエッチング処理の例は、過酸化水素を用いて、例えば室温〜５０℃の温度で且つ周囲圧力で処理を行うものである。例示的なドライエッチング処理には、ＣＦ4 を用いるプラズマエッチング処理がある。さらに、一例にすぎないが、反応してない元素状態のセレンを含有する層を除去する他の方法には、基板部分の温度をセレンの融点の温度付近、例えば２００℃〜２５０℃まで高め、１０分〜１時間にわたり周囲圧力に保持することにより、反応してないセレンを含有する層を基板部分から気化させる処理がある。
【００１９】
図７を参照するに、セレン化銀含有材料２５上に当該材料と電気接続するようにセレン化ゲルマニウム材料層２６（例えば、４０モルパーセントのゲルマニウムと６０モルパーセントのセレンとを含むのが好ましい）を形成する。このセレン化ゲルマニウム材料層２６の上に第２導電性電極材料２８を形成し、それによりこの第２導電性電極材料がセレン化ゲルマニウム材料層２６を介してセレン化銀含有材料２５と電気接続するようにする。第２導電性電極材料２８は、第１導電性電極材料１４と同じ材料とすることもできるし、異なる材料としてもよい。図示の上述した実施例における、第２導電性電極材料２８に対する代表的な好ましい材料は元素状態の銀である。このことに拘わらず、好適例は、セレン化銀を含有するパターン化した材料２５の一部分と第１導電性電極材料とを電気接続し、このセレン化銀を含有するパターン化した材料２５の他の一部分とセレン化ゲルマニウム含有材料層とを電気的に接続し、このセレン化ゲルマニウム含有材料層と第２導電性電極材料とを電気接続する代表的な処理を示すものである。
【００２０】
上述した代表的な好適例は、基板部分をさらす処理とセレン含有層を除去する処理とを異なる又は別個の処理工程で行うものであった。本発明は、基板部分をさらす処理とセレン含有層を除去する処理とを同一のすなわち単一の共通する処理工程で行うことも考慮する。図８は、図３のウェーハについて他の処理を行った他の例の基板部分１０ｃを示すもので、この処理では図４に示した構造と僅かに異なる構造が得られる。図８においては、基板部分をさらす処理とセレン含有層を除去する処理とを、少なくとも１００℃の温度と、反応してない元素状態のセレンを含有する層をその酸化により除去する酸化性雰囲気とを有する共通する処理工程により行っている。酸化性雰囲気には、弱い又は希釈した酸化剤、例えば１容積パーセント以下とするのが好ましい５容積パーセント以下の酸化剤を用いるのが好ましい。例えば、好ましい酸化性雰囲気は、N2 O、NOx 、Ｏ3 、Ｆ2 及びCl2 の少なくとも１種を含むものである。一例にすぎないが、４０℃〜２５０℃の高温で、３０ｍＴｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの圧力において、３０分〜２時間にわたり処理を行うのが好ましい条件である。
【００２１】
元素状態のセレンが（物理的に又は反応により）パターン化した材料２０中に導入される前に、このパターン化した材料２０上のセレン含有材料２２が完全に酸化されてしまうのを防止し有効なセレン化銀含有材料層２５ｃが形成されるように、上述したように、酸化条件及び雰囲気を充分弱くなるように選択するのが好ましい。しかし、通常は、このような酸化処理により、酸化処理中にパターン化した材料上の元素状態の銀を含有する層２２の最も外側部分において、酸化により元素状態のセレン化銀含有材料の一部が除去されることになる。この及び任意の実施例において、基板部分をさらす処理により、パターン化した材料上に設けた元素状態のセレン含有材料の少なくとも大部分を、パターン化した材料中に導入するのが最も好ましい。
【００２２】
さらに、本発明は、不揮発性可変抵抗装置の製造に用いるか否かに拘わらず、いかなるセレン化銀含有構造体の形成方法をも考慮するものである。このような方法は、元素状態の銀を有するパターン化した材料を構成する第１外側部分と、元素状態の銀を有していない第２外側部分とを含む基板を形成する処理を考慮するものである。一例としてにすぎないが、図２及び３を参照するに、元素状態の銀を有するパターン化した材料２０は代表的な第１外側部分であり、絶縁材料１６の最外側部分は代表的な第２外側部分を構成している。これら第１及び第２外側部分上に元素状態のセレンを含有する層を形成する。一例としてにすぎないが、基板部分を、上述したように、ａ）第１外側部分上に設けた元素状態のセレンを元素状態の銀と反応させて、パターン化した材料を、セレン化銀を含むように形成するのに有効であり、且つ、ｂ）第２外側部分上の元素状態のセレンを基板から除去するのに有効な酸化性状態にさらす。この基板部分をさらす処理により基板部分から反応しなかった全ての元素状態のセレンを含有する層を除去するのが好ましい。さらに、上述した好適例によれば、このような基板部分をさらす処理により、第１部分上の層の元素状態のセレンが基板から一部除去されやすくなるが、それでも第１部分上に設けた元素状態のセレンの少なくとも大部分をパターン化した材料に導入するのが好ましく、少なくとも８０モルパーセントをパターン化した材料に導入するのがさらに好ましい。さらに、このようにして基板をさらす処理を行うことにより、さらす直前のパターン化した材料の最大の第１の厚さよりも大きい最大の第２の厚さを有するパターン化した材料を形成するのが好ましい。
【００２３】
上述した実施例は、開口部１８内の材料の少なくとも大部分、ある場合には、実質的に全ての材料が元素状態の銀を含むように形成する処理を示すものである。図９〜１１はさらに他の例の基板部分１０ｄを示す。この場合にも、最初に説明した実施例と同じ部分には同じ参照符号を用い、異なる部分には添字「ｄ」を付して、或いは異なる参照符号で示す。図９は、開口部１８内に設けた他の元素状態の銀を含有する材料２０ｄを示す。この元素状態の銀を含有する材料２０ｄは、代表的には下側のセレン化ゲルマニウム部分２１（例えば４０パーセントのゲルマニウムと６０パーセントのセレンとを含むのが好ましい）と、その上にある９９パーセント以上とするのが好ましい純粋な元素状態の銀の領域２３とを含むものである。これらは、一例にすぎないが、適切な堆積処理と絶縁層１６に対する平坦化処理とにより形成することができる。その上にセレン含有層２２ｄが形成される。
【００２４】
図１０を参照するに、基板部分１０ｄに対して好適なさらす処理及び除去処理を（一緒の又は別の工程で）行って、セレン化銀含有材料２５ｄを有効に形成するとともに反応してない元素状態のセレンの少なくとも一部、好ましくは全てを基板部分から有効に除去する。
【００２５】
図１１を参照するに、上述した処理を行った基板部分の上に他のセレン化ゲルマニウム層２６ｄ及び第２導電性電極材料２８ｄを形成する。
【００２６】
上述した実施例は、元素状態の銀を含有するパターン化した材料を形成する代表的な方法を説明するものである。これら実施例は、基板の上方の絶縁性材料内にパターン化した開口部を形成し、この開口部を少なくとも部分的に元素状態の銀を含有する材料により充填する処理を示すものである。しかし、本発明は、元素状態の銀を含有するパターン化した材料を形成するいかなる方法をも考慮するものである。一例にすぎないが、このような他の処理を図１２〜１５を参照して説明する。
【００２７】
図１２は他の代替的実施例の基板部分１０ｅを示すものであり、第１の実施例と同じ部分には同じ参照符号を用い、異なる部分は添字「ｅ」を付して又は異なる参照符号により示す。図１２は銀含有材料２０ｅの堆積処理を示すものである。銀含有材料２０ｅを、例えばホトパターン化処理とその後のサブトラクティブ法のエッチング処理とによりパターン化する。既知のものであるか或いは開発中のものであるかに拘わらず、レーザーパターン化処理や、他の任意のパターン化処理のような他のパターン化処理も考慮する。
【００２８】
図１３を参照するに、パターン化した材料２０ｅの上に元素状態のセレンを含有する層２２ｅを形成する。
図１４を参照するに、元素状態のセレンを含有する層２２ｅの一部のみが元素状態の銀と反応してセレン化銀を含むパターン化した材料２５ｅを形成するような状態に基板部分をさらす。基板部分をさらしている間に元素状態のセレンを含有する層２２ｅを除去する酸化処理を含む上述した処理のいずれをも考慮しうること勿論であるが、これら処理は単なる好適例にすぎない。
【００２９】
図１５を参照するに、図１４の基板部分の上に好適なセレン化ゲルマニウム層２６ｅ及び好適な第２導電性電極材料２８ｅを形成する。
上述した構造体を製造して、メモリ及び他の集積回路上にプログラマブルメタライゼーションセルを形成するのが有効であり且つ好ましい。
【００３０】
上述したところでは、本発明を、構造的及び方法的特徴についてある程度具体的な言葉を用いて説明したが、上述した手段は本発明を実効あらしめるための好適な形態を表したものであるため、本発明はこれらに限定されるものでないことを理解されたい。従って、本発明は、均等の法理に従って適切に解釈される特許請求の範囲のいかなる形態のもの又はその変形についても保護を請求するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の観点による処理における半導体ウェーハ部分の断面の線図である。
【図２】図２は、図１に示す処理工程の次の処理工程における図１の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図３】図３は、図２に示す処理工程の次の処理工程における図２の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図４】図４は、図３に示す処理工程の次の処理工程における図３の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図５】図５は、図３に示す処理工程の次の他の処理工程における図３の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図６】図６は、図４に示す処理工程の次の処理工程における図４の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図７】図７は、図６に示す処理工程の次の処理工程における図６の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図８】図８は、図３に示す処理工程の次のさらに他の処理工程における図３の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図９】図９は、本発明の観点による処理における他の例の半導体ウェーハ部分の線図である。
【図１０】図１０は、図９に示す処理工程の次の処理工程における図９の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す処理工程の次の処理工程における図１０の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図１２】図１２は、本発明の観点による処理におけるさらに他の例の半導体ウェーハ部分の線図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す処理工程の次の処理工程における図１２の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す処理工程の次の処理工程における図１３の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す処理工程の次の処理工程における図１４の半導体ウェーハ部分を示す線図である。
【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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【国際調査報告】
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