(57)【要約】  本発明に係る電気デバイス（１００）は、第１の電気抵抗率を有する第１の相と第１の電気抵抗率と異なる第２の電気抵抗率を有する第２の相との間で変化可能な相変化材料からなる層（７，１０７）を備えるレジスタを有している。上記相変化材料は高速成長材料である。電気デバイス（１００）は、相変化材料からなる層（７，１０７）の対応する部分を第１の相から第２の相へ変化させることにより少なくとも三つの異なる電気抵抗値間で抵抗を切り換えるための切換信号生成器（４００）を更に備えている。
2007531260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電気抵抗率を有する第１の相と第１の電気抵抗率と異なる第２の電気抵抗率を有する第２の相との間で変化可能な相変化材料からなる層を備えるレジスタを有し、前記相変化材料が高速成長材料であり、前記レジスタは、相変化材料からなる前記層の対応する部分を第１の相から第２の相へ変化させることにより少なくとも三つの異なる電気抵抗値間で切り換え可能であることを特徴とする電気デバイス。
【請求項２】
前記レジスタを少なくとも三つの異なる電気抵抗値間で切り換えるための手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項３】
相変化材料からなる前記層の一部は、前記レジスタと平行に配置された更なるレジスタと直接に接触していることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項４】
前記更なるレジスタは、前記少なくとも三つの異なる電気抵抗値のうちの最大値よりも小さい更なる電気抵抗を有していることを特徴とする請求項３に記載の電気デバイス。
【請求項５】
読み取り電圧（Ｖ）を有する電気的な読み取り信号を前記レジスタに対して供給するための読み取り信号生成器と、前記電気的な読み取り信号から抵抗値を決定するための読み取り回路とを更に備え、前記読み取り回路が最小電流（Ｉ）を必要とし、前記更なる抵抗（Ｒｆｒ）は、前記読み取り電圧（Ｖ）を前記最小電流（Ｉ）で割った値よりも小さい（Ｒｆｒ＜Ｖ／Ｉ）ことを特徴とする請求項４に記載の電気デバイス。
【請求項６】
読み取り電流（Ｉ）を有する電気的な読み取り信号を前記レジスタに対して供給するための読み取り信号生成器と、前記電気的な読み取り信号から抵抗値を決定するための読み取り回路とを更に備え、前記読み取り回路が最小電圧（Ｖ）を必要とし、前記更なる抵抗（Ｒｆｒ）は、前記最小電圧（Ｖ）を前記読み取り電流（Ｉ）で割った値よりも小さい（Ｒｆｒ＜Ｖ／Ｉ）ことを特徴とする請求項４に記載の電気デバイス。
【請求項７】
前記レジスタがＮ個（Ｎは２よりも大きい整数）の異なる電気抵抗値間で切換可能であり、電気デバイスは、抵抗値を決定するための読み取り回路を更に備え、前記読み取り回路は、検出可能な最小相対抵抗差（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎ以上の相対抵抗差を有する二つの抵抗値間を識別することができ、相変化材料からなる前記層の最小抵抗（Ｒｅｒ）に対する前記更なる抵抗（Ｒｆｒ）の比率（ｋ＝Ｒｆｒ／Ｒｅｒ）がｋ／［（１＋ｋ）（Ｎ−１）］＞（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎを満たしていることを特徴とする請求項４に記載の電気デバイス。
【請求項８】
相変化材料からなる前記層及び前記更なるレジスタは、１０−７Ｖｃｍ２／Ａ以下、好ましくは１０−８Ｖｃｍ２／Ａ以下、好ましくは１０−９Ｖｃｍ２／Ａ以下の接触抵抗を有していることを特徴とする請求項３に記載の電気デバイス。
【請求項９】
前記相変化材料が第１の接点領域と第２の接点領域との間に導電経路を構成し、前記導電経路の断面が前記第１の接点領域及び前記第２の接点領域よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項１０】
前記断面を有する前記導電経路の一部が相変化材料のボリュームを構成し、前記ボリュームは、前記相変化材料が第１の相であるか又は第２の相であるかどうかに拘わらず、第１の接点領域及び／又は第２の接点領域における電気接触抵抗よりも大きい電気抵抗を有していることを特徴とする請求項５に記載の電気デバイス。
【請求項１１】
前記相変化材料がＳｂ１−ｃＭｃという化学式組成であり、ｃが０．０５≦ｃ≦０．６１を満たし、ＭがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎのグループから選択される一つ以上の元素であることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項１２】
ｃは、０．０５≦ｃ≦０．５を満たし、好ましくは０．１０≦ｃ≦０．５を満たすことを特徴とする請求項８に記載の電気デバイス。
【請求項１３】
前記相変化材料がＴｅを実質的に含んでいないことを特徴とする請求項１又は１１に記載の電気デバイス。
【請求項１４】
前記レジスタが本体内に備えられ、前記レジスタがメモリ素子を構成し、前記本体は、
それぞれが対応するメモリ素子と対応する選択デバイスとを備える複数のメモリセルの配列と、
選択ラインのグリッドと、
を更に備え、
前記各メモリセルは、対応する前記選択デバイスに対して接続された対応する選択ラインを介して個別にアクセス可能であることを特徴とする請求項１に記載の電気デバイス。
【請求項１５】
前記選択デバイスは、ソース領域と、ドレイン領域と、ゲート領域とを有する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを備え、
選択ラインの前記グリッドは、Ｎ個の第１の選択ラインと、Ｍ個の第２の選択ラインと、出力ラインとを備え、
前記各メモリ素子からなる前記レジスタは、対応する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの前記ソース領域及び前記ドレイン領域から選択される第１の領域を前記出力ラインに対して電気的に接続し、前記ソース領域及び前記ドレイン領域から選択され且つ前記第１の領域から離隔して位置する対応する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの第２の領域は、Ｎ個の前記第１の選択ラインのうちの一つに対して電気的に接続され、前記ゲート領域は、Ｍ個の前記第２の選択ラインのうちの一つに対して電気的に接続されることを特徴とする請求項１４に記載の電気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化材料からなる層を備えるレジスタを有する電気デバイスに関する。
【０００２】
また、本発明は、そのような電気デバイスを動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
国際公開公報第ＷＯ−Ａ００／５７，４９８号（特許文献１）は、アナログ形式及びデジタル形式の両方の情報を記憶可能な不揮発性の薄膜電子メモリデバイスである、いわゆるＥＥＰＲＯＭを開示している。既知の電気デバイスは、おおよそＳｂ２Ｔｅ５Ｇｅ２の組成を有する相変化材料を備えるレジスタを有している。相変化材料は、例えばＳｂ２２Ｔｅ５６Ｇｅ２２又はＳｂ２９Ｔｅ５７Ｇｅ１４であってもよい。相変化材料は、例えば結晶であってもよい第１の相になり得るとともに、例えばアモルファスであってもよい第２の相になり得る。あるいは、第１の相の相変化材料を有するレジスタ及び第２の相の相変化材料を有するレジスタが異なる値の電気抵抗を有している場合には、第１の相及び第２の相の一方又は両方が部分的にアモルファスであり且つ部分的に結晶であってもよい。
【０００４】
レジスタは、電気抵抗の値を測定できるように第１の導体及び第２の導体に対して電気的に接続されている。レジスタ、第１の導体、第２の導体は、加熱によって相変化材料を第１の相と第２の相との間で転移させることができる電流を伝導させることができる。例えば、結晶相又はほぼ結晶相である比較的良好な導電率を有する相から、例えばアモルファス相又はほぼアモルファス相である導電率が比較的低い相への転移の場合には、十分に強い電流による加熱によって相変化材料が溶解してしまうと考えられている。以下において、用語「結晶」及び「アモルファス」は、結晶相又はほぼ結晶相、及び、アモルファス相又はほぼアモルファス相をそれぞれ示すために使用される。上記加熱は、第１の導体、第２の導体、レジス自体の抵抗及びこれらの素子間の接触抵抗によって達成されてもよい。これらの抵抗のうちのどれが加熱に最も寄与するのかは、一般に、これらの素子の材料及び形状によって決まる。加熱プロセスは、電流をオフに切り換えたときに終了する。その後、相変化材料は、冷えて、よりアモルファスな状態に配列する。
【０００５】
導電率が比較的低い相から導電率が比較的高い相への転移を引き起こすと、最初は加熱が低い導電率によって妨げられ、それにより、相変化材料を通じて伝導される電流が制限される。レジスタの両端間に十分な電圧、いわゆる絶縁破壊電圧を印加することにより、相変化材料内に電気的な絶縁破壊を局所的に引き起こすことができ、それにより、局所的な電流密度が高くなると考えられている。その後、対応する加熱は、相変化材料をその結晶化温度を超える温度まで高めるのに十分となり、これにより、アモルファス相から結晶相への相転移が可能になる。
【０００６】
既知の電気デバイスは、電気抵抗の値で暗号化される情報を持つ電気的に書き込み可能で且つ消去可能なメモリセルとしての使用に特に適している。メモリセルには、例えば、抵抗が比較的低いときに「０」が割り当てられ、抵抗が比較的高いときに「１」が割り当てられる。抵抗は、レジスタの両端間に電圧を印加して対応する電流を測定することにより簡単に測定することができる。前述したように、メモリ素子は、第１の相から第２の相への転移を引き起こすことによって書き込むことができ且つ消去することができる。
【０００７】
また、相変化材料は、完全アモルファス状態と完全結晶状態との間の全スペクトルに亘って局所構造の検出可能な異なる状態間で電気的に切り換えられ得る。即ち、そのような材料の切り換えは、完全アモルファス状態と完全結晶状態との間で行われる必要はなく、むしろ、完全アモルファス状態と完全結晶状態との間のスペクトルに亘る局所構造の様々な状態によって表わされる「グレースケール」を与えるために、（１）局所構造の変化、又は、（２）異なる局所構造を有する二つ以上の材料の体積の変化を反映するインクリメントステップで行われてもよい。相変化材料は、それらの状態に応じた異なる電気的特性を示す。例えば、当該材料は、そのアモルファス状態において、それが結晶状態にある場合よりも高い電気抵抗を示す。電気抵抗値は、相変化材料を変化させるために使用される電流の振幅及び／又は持続時間を調整することによって制御され得る。
【０００８】
既知の電気デバイスの欠点は、完全アモルファス状態と完全結晶状態との間の全スペクトルに亘る局所構造の検出可能な様々な状態を調整することが比較的難しいという点である。
【特許文献１】国際公開公報第ＷＯ−Ａ００／５７，４９８号
【特許文献２】国際公開公報第ＷＯ−Ａ９７／０７５５０号
【特許文献３】国際公開公報第ＷＯ−Ａ００／３９０２８号
【非特許文献１】Ｊ．ゴンザレス−エルナンデス（Ｊ．Ｇｏｎｚａｌｅｓ−Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ）、Ｂ．Ｓ．チャオ（Ｂ．Ｓ．Ｃｈａｏ）、Ｄ．ストランド（Ｄ．Ｓｔｒａｎｄ）、Ａ．Ｒ．オブシンスキー（Ａ．Ｒ．Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ）、Ｄ．ポウリック（Ｄ．Ｐａｗｌｉｋ）、Ｐ．ガシオロウスキー（Ｐ．Ｇａｓｉｏｒｏｗｓｋｉ）による「ゲルマニウム：アンチモン：テルル（Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ）光メモリ材料の結晶化研究（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」（「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」第１１巻、第５５７−５８１頁（１９９２年）に掲載）
【非特許文献２】Ｈ．Ｊ．ボーグ（Ｈ．Ｊ．Ｂｏｒｇ）らによる論文「高開口数及び青色波長記録のための相変化媒体（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ  ｍｅｄｉａ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｎｕｍｅｒｉｃａｌ−ａｐｅｒｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｂｌｕｅ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）」（「Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」第４０巻、第１５９２−１５９７頁（２００１年））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、完全アモルファス状態と完全結晶状態との間の全スペクトルに亘る局所構造の検出可能な様々な状態の調整が比較的容易な、冒頭で説明した電気デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、独立請求項によって規定される。従属請求項は、有利な実施の形態を規定する。
【００１１】
本発明は、既知の電気デバイスでは相変化材料が核生成型の相変化材料であるという見識に基づいている。この種の材料においては、アモルファス相Ａから結晶相Ｃへの相転移が核生成によって行われる。即ち、結晶化は、図１Ａに概略的に示されるように、アモルファス相Ａ内において、いくつかのランダムに分布した点、いわゆる核生成中心から始まる。結晶化がこれらの核生成中心で開始されると、晶子がこれらの核生成中心から成長し始める。この成長のダイナミクス（原動力）は、比較的複雑であり、指数関数的な時間依存性を示す場合がある。この結晶化メカニズムにおけるモデルは、Ｊ．ゴンザレス−エルナンデス（Ｊ．Ｇｏｎｚａｌｅｓ−Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ）、Ｂ．Ｓ．チャオ（Ｂ．Ｓ．Ｃｈａｏ）、Ｄ．ストランド（Ｄ．Ｓｔｒａｎｄ）、Ａ．Ｒ．オブシンスキー（Ａ．Ｒ．Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ）、Ｄ．ポウリック（Ｄ．Ｐａｗｌｉｋ）、Ｐ．ガシオロウスキー（Ｐ．Ｇａｓｉｏｒｏｗｓｋｉ）による「ゲルマニウム：アンチモン：テルル（Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ）光メモリ材料の結晶化研究（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」（「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」第１１巻、第５５７−５８１頁（１９９２年）に掲載）（非特許文献１）において発表されている。この比較的複雑な結晶化メカニズムのために、少なくとも三つの検出可能な異なるレベルの電気抵抗値を得るために必要な電流を調整することが比較的複雑である。例えば、少なくとも三つの異なる等距離抵抗値を有することが望ましい場合、これらの抵抗値を設定するための電流の持続時間は、設定されるべき抵抗値に非線形的に依存する。
【００１２】
これとは対照的に、本発明に係る電気デバイスは、いわゆる高速成長材料である相変化材料を備えている。この種の相変化材料は、既知の種類の相変化材料とは異なる結晶成長メカニズムを有している。高速成長材料において、結晶相Ｃは、図１Ｂに概略的に示されるように、アモルファス相Ａと結晶相Ｃとの間の界面から、比較的高いほぼ一定の速度、いわゆる結晶化速度で成長する。図１Ｂにおける破線は、結晶相Ｃとアモルファス相Ａとの間の界面を示し、また、実線は、部分的（再）結晶化後の界面を示しており、矢印は成長方向を示している。（再）結晶化は、ランダムに分布した結晶化中心から始まる結晶化を実質的に伴わない。アモルファス相の結晶化は、これらの二つの相間の界面に沿ってほぼ一定の結晶化速度で進行するため、成長メカニズムは比較的単純であり、その結果、少なくとも三つの検出可能な異なるレベルの電気抵抗値を得るために必要な電流を調整することが比較的容易である。本発明に係る電気デバイスにおいて、抵抗値と、結晶化温度を超えて相変化材料を加熱できる十分な電流を印加することによりアモルファス相が（再）結晶化される時間との間には、ほぼ線形的な関係があり得る。これについては、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照しながら後述する。
【００１３】
既知の相変化材料において、完全アモルファス相、即ち、晶子が実質的に存在しない相の（再）結晶化には、アモルファス相のボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）とはほぼ無関係な結晶化時間を要する。この結晶化時間は、既知の相変化材料においては５０ｎｓ程度である核生成時間によって制限される。
【００１４】
これとは対照的に、高速成長材料においては、結晶化時間が、（再）結晶化されるべきアモルファス相のボリュームによって決まる。これにより、特にアモルファス相のサイズが比較的小さく、例えば５０ｎｍを下回る場合には、完全アモルファス相から少なくとも部分的な結晶相への切り換え時間を比較的短くすることができる。
【００１５】
光学記録の分野において、Ｓｂ６９Ｔｅ３１のアモルファス相と結晶相との間の相転移に関連するこの後者の有利な特性は、Ｈ．Ｊ．ボーグ（Ｈ．Ｊ．Ｂｏｒｇ）らによる論文「高開口数及び青色波長記録のための相変化媒体（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ  ｍｅｄｉａ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｎｕｍｅｒｉｃａｌ−ａｐｅｒｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｂｌｕｅ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）」（「Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」第４０巻、第１５９２−１５９７頁（２００１年））（非特許文献２）から知られている。しかしながら、この論文は、高速成長材料がそれ自体を本発明に係る電気デバイスにおける相変化材料として適するものとする他の特性を驚くべきことに有していることに関して言及していない。本発明の発明者らは、特に、これらの高速成長相変化材料が、第１の電気抵抗率を有する第１の相と第１の電気抵抗率とは異なる第２の電気抵抗率を有する第２の相との間で変化可能であり、レジスタが、第１の相及び第２の相のそれぞれにおける相変化材料のボリュームに依存する電気抵抗を有しており、レジスタが、相変化材料からなる層の対応する部分を第１の相から第２の相へ変えることにより少なくとも三つの異なる電気抵抗値間で切り換え可能であることを立証した。少なくとも三つの異なる電気抵抗値間でのレジスタの切り換えは、相変化材料をジュール加熱するための電流を供給することによって行われ得る。
【００１６】
本発明に係る電気デバイスは、中間抵抗値、又は、四つ以上の異なる抵抗値が存在する場合には複数の中間抵抗値が既知のデバイスよりも安定し得るという更なる利点を有することができる。そのような中間抵抗値において、相変化材料は、部分的にアモルファスであり且つ部分的に結晶構造である。結晶相とアモルファス相との間の界面では、アモルファス相の一部の原子が結晶相上で自然に成長する場合があり、それにより、結晶相が増大し、アモルファス相が減少する。その結果、レジスタの抵抗値が経時的に変化する場合がある。最終的に、これにより、変化が大きくなって、最初に書き込まれた抵抗値をもはや取り出すことができなくなってしまう。結晶相のそのような自発的な成長の可能性は、結晶相とアモルファス相との間の界面領域の増大に伴って大きくなる。従って、例えば完全結晶状態等の最小の抵抗値を有する状態に最も近い中間状態は、自然な結晶化に対して最も低い安定性を有している。
【００１７】
既知のデバイスにおいては、図１Ａに概略的に示されるように、いくつかの比較的小さい晶子が相変化材料のアモルファス部分Ａによって取り囲まれている。これとは異なり、本発明に係るデバイスにおいては、図１Ｂに概略的に示されるように、結晶相Ｃとアモルファス相Ａとが一つの連続する界面によって分離されている。図１Ａ及び図１Ｂに示される相変化材料からなる層における抵抗値はほぼ等しいが、アモルファス相Ａと結晶相Ｃとの間の界面は、本発明に係るデバイス（図１Ｂ参照）の方が既知のデバイス（図１Ａ参照）よりも小さい。従って、中間抵抗値は、図１Ｂに示される本発明に係るデバイスの方が、図１Ａに示される既知のデバイスよりも安定し得る。多くの場合、中間抵抗値の安定性は、先の二つの段落で説明した幾何学的な効果に依存するだけでなく、相変化材料の化学的組成及び温度にも依存している。
【００１８】
出願番号０３３１００５８３．８の未公開欧州特許出願（代理人整理番号ＰＨＮＬ０３０２５９）は、第１の相と第２の相との間で変化可能な相変化材料を備えるレジスタを有する本体を備えた電気デバイスを開示している。この場合、レジスタは、相変化材料が第１の相の状態にあるか又は第２の相の状態にあるかどうかによって決まる電気抵抗を有しており、また、レジスタは、第１の相から第２の相への転移を可能にするための電流を伝導させることができ、相変化材料は高速成長材料である。その実施の一形態において、レジスタの相変化材料は、結晶構造を有する結晶化層と直接に接触している。結晶化層は、複数ビット（マルチビット）が一つの電気デバイスに記憶される場合に特に有益である。この場合、相転移を受ける相変化材料のボリュームは、どのビットが記憶されるのかを決定する。出願番号０３３１００５８３．８の未公開欧州特許出願（代理人整理番号ＰＨＮＬ０３０２５９）は、相変化材料からなる層の対応部分を第１の相から第２の相へ変化させることによりレジスタを少なくとも三つの異なる電気抵抗値間で切り換えることができることについては開示していない。出願番号０３３１００５８３．８の未公開欧州特許出願（代理人整理番号ＰＨＮＬ０３０２５９）から知られる電気デバイスは、相変化材料からなる層の対応部分を第１の相から第２の相へ変化させることによりレジスタを少なくとも三つの異なる電気抵抗値間で切り換えるための手段を備えていない。
【００１９】
本発明の実施の一形態において、電気デバイスは、少なくとも三つの異なる電気抵抗値間でレジスタを切り換えるための手段を備えており、上記手段は、抵抗値を調整するための電気信号を生成できる信号生成器を備えていることが好ましい。電気信号の例については、図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して後述する。
【００２０】
実施の一形態において、相変化を受ける相変化材料からなる層の一部は、レジスタと平行に配置された更なるレジスタと直接に接触している。そのような電気デバイスにおいて、更なるレジスタは、相変化材料の加熱素子として機能してもよい。このとき、加熱素子によるジュール加熱は、相変化材料がアモルファス相の状態であっても有効である。その理由は、加熱素子がレジスタと平行に配置されているからである。相変化材料がアモルファス相の状態にあると、レジスタに対して印加される電圧は、加熱素子を通じて少なくとも部分的に流れる電流をもたらし、それにより、電気的絶縁破壊を伴うことなく相変化材料が効果的に加熱される。この加熱は相変化を促し、これにより、電気デバイスの耐久性が向上する。
【００２１】
更なるレジスタは、少なくとも三つの異なる電気抵抗値のうちの最大値よりも小さい更なる電気抵抗を有していてもよい。そのような電気デバイスの効果的な電気抵抗Ｒは、一方が相変化材料からなる層を備えるレジスタであり且つ他方が更なるレジスタである二つの平行レジスタの抵抗である。そのようなデバイスの一例が図２Ｂの断面に示されている。相変化材料からなる層７及び更なるレジスタ６は、共に全長がｌｔｏｔである二つの直方体である。これらはそれぞれ、高さがｈｐｃｍ及びｈｆｒであり、幅がｗｐｃｍ及びｗｆｒである。本発明においては、層７が少なくとも三つの異なる抵抗値間で切り換えられ得る。抵抗値の切り換えは、相変化材料からなる層７の対応する部分を第１の相から第２の相へ変化させることにより行われる。一つの抵抗値に対応する一つの状態では、層７のほぼ全体が結晶相Ｃの状態であり得る。他の抵抗値に対応する他の状態では、層７のほぼ全体がアモルファス相Ａの状態であり得る。更に他の抵抗値に対応する更に他の状態において、層７は、図２Ｂに概略的に示されるように、アモルファス相Ａの状態である長さがｌの部分と、結晶相Ｃの状態である残りの部分とからなり得る。完全アモルファス相Ａ及び／又は完全結晶相Ｃに対応する状態の代わりに又は当該状態に加えて、アモルファス部分の長さが、ｌから、異なる抵抗値をもたらす一つ以上の異なる値ｌ’へと変更されてもよい。
【００２２】
図２Ｂに概略的に示される例においては、層７及び更なるレジスタ６の両方の長手方向の外端同士の間の抵抗Ｒが以下のように計算され得る。即ち、層７の結晶部分及び更なるレジスタ６の対応する部分の抵抗と、層７のアモルファス部分及び更なるレジスタ６の対応する部分の抵抗は、二つの平行レジスタの抵抗に関する式を使用して計算される。その後、抵抗の結果として得られる二つの値が加えられ、抵抗Ｒが得られる。
【００２３】
図２Ａにおいて、このように計算された抵抗Ｒは、全体が結晶相Ｃの状態である層７の抵抗に対する更なるレジスタ６の更なる抵抗の比率であるパラメータｋの様々な値に関して、層７のアモルファス部分の長さｌの関数として示される。ｋ＝∞の値は、更なるレジスタが有効に存在しない状況に対応している。図２Ａに示される計算において、アモルファス相Ａ及び結晶相Ｃの抵抗率はそれぞれ５００ｍＯｈｍ  ｃｍ及び０．５ｍＯｈｍ  ｃｍである。長さｌｔｏｔは２００ｎｍであり、幅ｗｐｃｍは２５ｎｍであり、高さｈｐｃｍは１５ｎｍである。
【００２４】
更なるレジスタ６の高さｈｆｒ，幅ｗｆｒ、及び、抵抗率は、ｋの所望の値に応じて選択され得る。
【００２５】
図２Ａに示される計算において、相変化材料からなる層７と更なるレジスタ６との間の接触抵抗は無視されている。この接触抵抗は、一般に、相変化材料の層から更なるレジスタへ及びその逆へ流れる電流の量を減少させる。後述する更なるレジスタの多くの有利な効果は、接触抵抗が比較的高い場合にはあまり有効ではないかもしれない。接触抵抗は、１０−７Ｖｃｍ２／Ａ以下、好ましくは１０−８Ｖｃｍ２／Ａ以下、好ましくは１０−９Ｖｃｍ２／Ａ以下であることが好ましい。これにより、相変化材料の層から更なるレジスタへ及びその逆への電流の変化を比較的容易に行うことができる。
【００２６】
層７及び／又は更なるレジスタ６は、存在する場合には、直方体形状以外の形状をなしていてもよい。直方体形状以外の形状においては、相変化材料の抵抗値とアモルファス相が（再）結晶化されている時間との間に非線形的な関係があってもよい。そのような場合であっても、本発明に係る相変化材料の成長メカニズムは、既知のデバイスの場合ほど急峻ではない時間依存性を与える。層７のアモルファス部分は、層７の外端に位置していてもよく、また、例えば層７と電気的に接触するために使用される第１の導体及び／又は第２の導体等の他の材料との接触面（界面）を備えていてもよい。これに代えて又はこれに加えて、層７のアモルファス部分は、他の導電材料との界面を有していなくてもよい。アモルファス部分の位置は、層７と第１の導体及び第２の導体との間の接触抵抗、第１の導体、第２の導体、存在する場合には更なるレジスタ、存在する場合には層７を取り囲む誘電体等の電気デバイスの他の材料の熱伝導率等の電気デバイスの設計パラメータによって決まる。
【００２７】
図２Ａに示されるように、更なるレジスタ６が存在することにより、この例ではｌ＝２００ｎｍにおいて層７が全体的にアモルファスである場合に得られる最大有効電気抵抗値が減少する。これは更なる利点である。なぜなら、更なるレジスタ６を使用すると全抵抗Ｒが比較的小さいままであり、それにより、抵抗値を決定するための比較的簡単な読み取り回路を使用できるからである。更なるレジスタ６が存在しない場合、ｌを１０ｎｍから２００ｎｍへと変化させると、Ｒの値が２７０ｋＯｈｍと２．７０ＭＯｈｍとの間で変化する。アモルファス相の抵抗が指数関数的に温度に依存する場合があり、そのため、アモルファス相の抵抗の測定が比較的複雑になる場合がある。これにより、アモルファス部分のサイズの違いに基づいて抵抗値間を区別することが比較的難しくなることもあり得る。更なるレジスタ６を使用すると、結果として得られる抵抗レベルの値は、温度にほとんど依存しなくなり、より簡単に区別することができる。そのような大きな抵抗値間の差は、測定することが比較的複雑である。更なるレジスタが存在すると、ｋ＝１００及びｋ＝１０に関してそれぞれ示されるように、層７が全体的にアモルファス相の時であっても、抵抗Ｒは３００ｋＯｈｍを遥かに下回る場合があり、あるいは、３０ｋＯｈｍを下回ることさえある。
【００２８】
実際には、最小読み取り電流は、相変化材料からなる層及び更なるレジスタを通じて流れ、それにより、これらの二つの素子の抵抗値を確実に定めることができる。ビットラインを流れる電流を検出することによって相変化材料からなる層及び更なるレジスタの抵抗が測定される場合、最小読み取り電流は、このビットラインを通じた総てのリーク電流の合計よりも大きくなければならない場合がある。読み取り電流は、１マイクロアンペアの最小値Ｉ以上、例えば１０マイクロアンペア以上であることが有利であり得る。
【００２９】
相変化材料からなる層及び更なるレジスタを通じて流れる読み取り電流Ｉを生成するために電圧Ｖが使用され得る。この電圧Ｖは、例えば０．１Ｖ以上であってもよく、例えば０．５Ｖであってもよい。読み取り動作中にアモルファス部分の部分的な又は完全な（再）結晶化を防止するため、電圧Ｖは、相変化材料の閾値電圧よりも小さいことが好ましい。好ましくは、電圧Ｖは閾値電圧よりも小さい、少なくとも０．１Ｖである。
【００３０】
図２Ｂに示される例における０．５Ｖの電圧Ｖにおいては、相変化材料からなる層及び更なるレジスタの全最大抵抗ＲがＲ＜Ｖ／Ｉを満たさなければならず、これは、この例ではＲ＜５０ｋＯｈｍが保持されることを意味している。この条件は、特に相変化材料の層のアモルファス部分が最も大きい場合に満たされなければならない。そのような場合、抵抗Ｒは、更なるレジスタの抵抗Ｒｆｒによって近似され得る。この近似内において、全体が結晶相である相変化材料の層の抵抗Ｒｃｒに対する更なるレジスタの更なる抵抗の比率であるパラメータｋは、
【数１】
2007531260.tif 000003
を満たしている。図２Ｂの例において、これは、ｋ＜１９が保たれることを意味している。相変化材料からなる層及び／又は更なるレジスタの他の寸法において、ｋの好ましい上限値は、上記方程式から計算され得る。
【００３１】
電気デバイスは、読み取り電圧Ｖを有する電気的な読み取り信号をレジスタに対して供給するための読み取り信号生成器を備えていてもよい。有効抵抗値Ｒに応じて、その後に特定の電流が流れる。この電流が測定されてもよく、また、電気デバイスの読み取り回路を用いて抵抗値が電気的な読み取り信号から決定されてもよい。読み取り回路は、抵抗値を確実に測定するために最小電流Ｉを必要としてもよい。好ましくは、更なる抵抗Ｒｆｒは、読み取り電圧Ｖを最小電流Ｉで割った値より小さくてもよい。即ち、Ｒｆｒ＜Ｖ／Ｉが保たれる。この条件が満たされると、抵抗値Ｒ、特に最大抵抗Ｒｍａｘを確実に定めることができる。
【００３２】
また、電気デバイスは、読み取り電流Ｉを有する電気的な読み取り信号をレジスタに対して供給するための読み取り信号生成器を備えていてもよい。そして、電気的な読み取り信号から抵抗値を決定するための読み取り回路は、レジスタの両端間の電圧及び更なるレジスタが存在する場合には当該更なるレジスタの両端間の電圧を測定してもよい。読み取り回路は、抵抗値を確実に測定するために最小電圧Ｖを必要とし得る。好ましくは、更なる抵抗Ｒｆｒは、最小電圧Ｖを読み取り電流Ｉで割った値より小さくてもよい。即ち、Ｒｆｒ＜Ｖ／Ｉが保たれる。この条件が満たされると、抵抗値を確実に定めることができる。
【００３３】
中間抵抗値を確実に測定するため、又は、複数の中間抵抗値を利用できる場合には複数の中間測定値を確実に測定するため、多くの場合、相対差ｄＲｉ／Ｒｉ＝（Ｒｉ−Ｒｉ−１）／Ｒｉ（ＲｉはＮ個の異なる抵抗値、ｉは２乃至Ｎの整数）が特定の最小相対抵抗差（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎよりも大きければ有益である。（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎにおける下限値は、抵抗値Ｒを読み取るために使用される読み取り回路の感度によって決まる。感度は、使用されるトランジスタ等の電気素子によって及び／又はリーク電流等の他の効果によって限定される場合がある。（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎは、０．１以上、例えば０．３以上、例えば０．５以上、例えば０．６であってもよい。
【００３４】
レジスタは、Ｎ個（Ｎは２よりも大きい整数）の異なる電気抵抗値間で切り換え可能であってもよく、また、電気デバイスは、抵抗値を決定するための読み取り回路を更に備えていてもよい。読み取り回路は、検出可能な最小相対抵抗差（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎ以上の相対抵抗差を有する二つの抵抗値間を区別できるものとするとよい。相変化材料からなる層の最小抵抗Ｒｃｒに対する更なる抵抗Ｒｆｒの比率（ｋ＝Ｒｆｒ／Ｒｃｒ）は、ｋ／［（１＋ｋ）（Ｎ−１）］＞Ｒｉ−Ｒｉ−１を満たしているものとするとよい。この場合には、Ｎ個の異なる抵抗値を確実に読み取ることができる。
【００３５】
ｋの好ましい下限値は、確実に測定できる二つの隣り合う電気抵抗値Ｒｉ−Ｒｉ−１間の最小差ｄＲ＝Ｒｉ−Ｒｉ−１（ｉは２乃至Ｎの整数）に基づいて決定され得る。ｋが非常に小さい場合には、更なるレジスタの更なる抵抗Ｒｆｒが非常に小さくなるため、相変化材料からなる層及び更なる抵抗の両方の全抵抗Ｒが効果的に決定される。そして、相変化材料からなる層の抵抗の変化により全抵抗が変化するが、この変化はあまりにも小さいため、確実には測定することができない。
【００３６】
ｋの好ましい下限値は、ｋ／（（１＋ｋ）×（Ｎ−１））＞（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎから決定され得る。ここで、（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎは、前述した検出可能な最小相対抵抗差である。ｋの下限値においてこの条件を満たす場合、この条件は、特に二つの最大抵抗値間の差に関して、即ち、相変化材料からなる層及び更なるレジスタの両方の全抵抗Ｒの最大値であるＲＮ＝Ｒｍａｘ及びＲＮ−１に関して満たされなければならない。Ｒｍａｘは、図２Ｂにおける全長ｌｔｏｔがアモルファスであるときに得られ得る。異なる抵抗値の数Ｎは、例えば２又は４であってもよく、これにより、（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎ＝０．３において、また、図２Ｂの例において、ｋ＞０．４又は９という好ましい条件がそれぞれ得られる。Ｎ＝４の場合、即ち、２ビットの場合、この例では、好ましくは９＜ｋ＜１９が保たれ得る。ｋが例えば１３に等しくてもよい。このとき、相変化材料からなる層及び更なるレジスタの全抵抗Ｒは、前述した例の四つの異なる状態において、２．５、１３．２、２４．０、３４．７ｋＯｈｍである。アモルファス部分の長さｌは、この例では、一定の大きさｄｌ＝ｌｉ−ｌｉ−１／ｌｔｏｔ＝ｌｔｏｔ／４だけ増大する。二つの隣り合う状態間の相対差ｄＲ／Ｒｉ＝１．．．．４はｉの増大に伴って減少する。先の例においては、（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ２＝０．８１であり、一方、（Ｒ４−Ｒ３）／Ｒ４＝０．３１である。これにより、Ｒ１及びＲ２の読み取りよりもＲ３及びＲ４の読み取りの方が難しくなる。
【００３７】
二つの隣接する状態のそれぞれにおける一定の増分ｄｌの代わりに、（Ｒｉ＋１−Ｒｉ）Ｒｉ＋１がほぼ一定となるようにｄｌがｉに依存していてもよい。これは、同じ最小相対差（ｄＲ／Ｒ）ｍｉｎにおいて確実に読み取り可能な抵抗値の数が増大するという利点を有する。例えばｋ＝１１．１の場合、ｄＲｉ＝（Ｒｉ−Ｒｉ−１）／Ｒｉ＝０．３であり、また、ｄｌが一定に保たれ且つｄＲｉ／Ｒｉがｉに依存する場合には四つの異なる抵抗値が実現されるが、図２Ｂに示される例では、その代わりに、ｄＲｉ／Ｒｉを一定に保つためにｄｉがｉに依存する場合に８個の異なる抵抗値Ｒｉを実現することができる。あるいは、相対抵抗変化（Ｒｉ＋１−Ｒｉ）Ｒｉ＋１の増大に伴って、同じ数の、この例では四つの異なる読み取り可能な抵抗値が得られてもよく、それにより、抵抗値の読み取りが更に安定する。
【００３８】
実施の一形態においては、相変化材料が第１の接点領域と第２の接点領域との間の導電経路を構成し、この導電経路の断面が上記第１の接点領域及び上記第２の接点領域よりも小さい。ここで、用語「接点領域」は、相変化材料が相変化材料以外の材料からなる第１の導体や第２の導体等の導電体に対して連続して（直列に）電気的に接続される領域を規定している。既知のデバイスにおいて、相変化材料は、第１の導体が設けられる側壁の開口の上に配置される。第１の接点領域は、相変化材料からなる層の内側の導電経路の断面よりも小さい。第２の導体は、第１の接点領域よりも大きく且つ相変化材料からなる層の断面に等しい第２の接点領域において相変化材料の層に対して接続される。既知のデバイスにおいて、相変化は、第１の接点領域を備える相変化材料のボリューム内で生じる。界面において、即ち、この接点領域においては、相変化の繰り返し及び対応する高い電流密度によって材料の劣化が生じる虞があり、それにより、特に相変化材料がＴｅ等の比較的反応性の高い原子を含んでいる場合には、電気デバイスが劣化する場合がある。本発明のこの実施の形態に係る電気デバイスにおいて、導電経路の最小断面は、相変化材料の内側にあり、既知の電気デバイスのように第１の接点領域にはない。このとき、電流密度は相変化材料の内側で最も高く、従って、ジュール加熱は相変化材料の内側でより効果的である。これにより、界面、即ち、第１の接点領域及び／又は第２の接点領域における相変化材料と他の材料との間の相互作用が減少し、それに伴って、耐久性が向上する。
【００３９】
実施の一形態において、断面を有する導電経路の一部は相変化材料のボリュームを構成し、上記ボリュームは、相変化材料が第１の相であるか又は第２の相であるかどうかに拘わらず、第１の接点領域及び／又は第２の接点領域における電気接触抵抗よりも大きい電気抵抗を有している。そのような電気デバイスにおいて、第１の接点領域及び／又は第２の接点領域におけるジュール加熱はそれぞれ、電流密度が高い相変化材料のボリュームの内側のジュール加熱よりも小さい。これにより、第１の接点領域及び／又は第２の接点領域における相変化材料と他の材料との間の相互作用が更に減少し、それに伴って、耐久性が向上する。更なる利点は、主に相変化が起こる場所で電力が散逸される、即ち、電力が熱に変換されるという点である。相変化が起こらない位置で散逸を低減することにより、相転移を引き起こすために必要な全電力が減少される。
【００４０】
ボリュームの電気抵抗は、相変化材料が第１の相であるか又は第２の相であるかどうかにかかわらず、第１の接点領域及び第２の接点領域の両方における電気接触抵抗よりも大きいことが好ましい。この場合には、確かに、相変化材料の内側にあるボリューム内で相変化が生じる。
【００４１】
第１の接点領域及び第２の接点領域における接触抵抗は１０−７Ｖｃｍ２／Ａよりも小さいことが好ましい。これは、第１の接点領域及び第２の接点領域における散逸が比較的小さいからである。
【００４２】
本発明に係る電気デバイスは、結晶化速度が少なくとも１ｍ／ｓである相変化材料を含んでいることが好ましい。１０乃至２０ｎｍ程度の寸法を有するアモルファス相の変化においては、これにより、切り換え時間が１０乃至２０ｎｓ以下となり、電気デバイスを比較的高速で動作させることができる。
【００４３】
実施の一形態においては、相変化材料がＳｂ１−ｃＭｃという化学式組成であり、ｃが０．０５≦ｃ≦０．６１を満たし、ＭがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎのグループから選択される一つ以上の元素である。任意的に、当該材料は、結晶化及び電気的絶縁破壊の態様を著しく変えないＡｓ，Ｓ，Ｓｅ等の他の元素を比較的少量、例えば５原子百分率未満だけ含んでいてもよい。
【００４４】
本発明のこの態様に係る電気デバイスは、高い抵抗のアモルファス状態から低い抵抗の結晶相へと切り換えるために必要な絶縁破壊電圧が既知の電気デバイスのそれよりも小さいという利点を有している。これは、高性能トランジスタを使用して電気デバイスを切り換える場合に特に有利である。なぜなら、高性能トランジスタは、より小さい寸法を有しており、従って、比較的小さい電圧のみを供給できるからである。本発明者は、絶縁破壊電圧がアモルファス状態の相変化材料のバンドギャップにほぼ対応し、バンドギャップがＳｂ量の増大に伴って減少することを立証した。相変化材料が少なくとも５０原子百分率のＳｂを含んでいることが好ましい。また、相変化材料が少なくとも１０原子百分率の一つ以上の元素Ｍを含んでいることが更に好ましい。その理由は、このようにすると、アモルファス相の安定性が向上するとともに、著しい自然発生的な再結晶化が起こる前にアモルファス相状態の相変化材料を比較的高い温度に曝露することができるからである。
【００４５】
本発明に係る電気デバイスの更なる利点は、結晶相の抵抗率が既知の電気デバイスにおけるそれよりも小さいという事実にある。従って、結晶相の抵抗損が既知の電気デバイスにおけるそれよりも小さく、そのため、電力を節約することができる。また、本発明に係る電気デバイスにおける第１の導体と相変化材料との間の接触抵抗及び第２の導体と相変化材料との間の接触抵抗は、既知の電気デバイスにおけるそれよりも小さい。これにより、更に小さい第１の接点領域及び／又は第２の接点領域を使用することができ、本発明に係る電気デバイスにおいてアモルファス相と結晶相との間の切り換え時間が更に短くなる。
【００４６】
本発明に係る電気デバイスでは、既知の電気デバイスにおける場合よりも少ない量のＴｅが使用されてもよい。これにより、相変化材料の反応性が低くなり、電気デバイスの安定性が向上するという利点が得られる。特に、相変化材料とそれに接続される導体との間の界面における反応が減少される。また、本発明のこの態様に係る電気デバイスの相変化材料は、Ｔｅ量の減少に起因して比較的低い蒸気圧を有しており、これにより、処理温度を更に高くできる。好ましくは、相変化材料はＴｅを実質的に含まない。
【００４７】
一つ以上の元素ＭがＧｅ及び／又はＧａを含んでいることが好ましい。Ｇｅ及び／又はＧａを含む相変化材料を備える電気デバイスは、結晶化温度が比較的高く、従って、アモルファス相が比較的高い温度まで安定しているという利点を有する。アモルファス相の結晶化温度、従って安定性は、Ｇｅ及び／又はＧａの濃度の増大に伴って増大する。相変化材料は、全体で５乃至３５原子百分率、より好ましくは１５乃至２５原子百分率となる濃度でＧｅ及び／又はＧａを含んでいることが好ましい。多くの場合、相変化材料が３０原子百分率未満のＧｅを含んでいることが好ましい。そうでなければ、結晶化温度及び融点が非常に高くなり、アモルファス相から結晶相への又はその逆の相転移を引き起こすために比較的高いエネルギを必要とするからである。結晶化速度は、Ｇｅ及びＧａの全体の濃度が増大すると減少する。Ｇｅ及び／又はＧａ濃度に対する結晶化速度のこの依存関係は、結晶化速度を調整するために使用され得る。
【００４８】
また、相変化材料は３５原子百分率未満のＧａを含むことが好ましい。これは、Ｇａの濃度がこれよりも高いと、アモルファス相における電気抵抗と結晶相における電気抵抗との間の差が比較的小さくなり、それにより、抵抗測定時に誤差が生じる場合があるからである。相変化材料は、２５原子百分率未満のＧａを含んでいることが好ましい。
【００４９】
実施の一形態において、相変化材料はＩｎ及び／又はＳｎを含んでいる。好ましくは、相変化材料は、全体で５乃至３０原子百分率の濃度でＩｎ及び／又はＳｎを含んでいる。Ｉｎ及び／又はＳｎを含む相変化材料は比較的高い結晶化速度及び比較的低い融解温度を有しており、そのため、第１の相から第２の相への転移を引き起こすためには比較的低いエネルギで足りる。相変化材料が全体で１５乃至２５原子百分率のＩｎ及び／又はＳｎを含んでいれば多くの場合に有利である。好ましくは、相変化材料は約２０原子百分率のこれらの材料を含んでいる。
【００５０】
相変化材料が全体で２０原子百分率を超えるＧｅ及び／又はＧａを含んでいる場合、相変化材料は、Ｉｎ及びＳｎから選択される一つ以上の元素を３０原子百分率未満の濃度で更に含んでいることが好ましい。この実施の形態に係る電気デバイスは、Ｇｅ及び／又はＧａの存在に起因する比較的高い安定性のアモルファス相を有するとともに、Ｉｎ及びＳｎから選択される一つ以上の元素の存在に起因する比較的低い融解温度を有している。
【００５１】
この実施の形態の変形例においては、相変化材料がＳｂａＴｅｂＸ１００−（ａ＋ｂ）という化学式組成を有し、ａ，ｂ，１００−（ａ＋ｂ）が１≦ａ／ｂ≦８及び４≦１００−（ａ＋ｂ）≦２２を満たす原子百分率を示すとともに、ＸがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎから選択される一つ以上の元素である。後者の元素を加えると、相変化材料が比較的高い結晶化速度を有するという利点が得られる。任意的に、当該材料は、結晶化及び電気的絶縁破壊の態様を著しく変えないＡｓ，Ｓ，Ｓｅ等の他の元素を比較的少量、例えば５原子百分率未満だけ含んでいてもよい。
【００５２】
元素ＸがＧｅを含んでいれば有利である。Ｇｅを含む相変化材料を備える電気デバイスは、結晶化温度が比較的高く、従って、アモルファス相が比較的高い温度まで安定しているという利点を有する。
【００５３】
実施の一形態において、相変化材料は、１０原子百分率を超え且つ２２原子百分率を下回るＧｅを含んでいる。この場合、相変化材料の結晶化温度は１８０乃至２５０摂氏温度である。結晶化温度が１８０摂氏温度を下回ると、特に電気デバイスが比較的高い温度に曝露され得るときに、アモルファス相の安定性が不十分となる場合がある。結晶化温度が２００摂氏温度を上回ると、例えば２５０摂氏温度になると、アモルファス相から結晶相への相転移を引き起こすために比較的高い切り換え電力が必要とされる。
【００５４】
第１の接点領域が第２の接点領域以下であれば有利である。この場合、第１の接点領域は特性寸法ｄ（ｎｍ）を有しており、６・ａ／ｂはｄよりも小さい。
【００５５】
本発明のこの実施の形態は、以下の見識に基づいている。即ち、結晶相からアモルファス相への相転移を行うことができるようにするには、冷却時間、即ち、相変化材料が結晶化温度未満の温度まで冷却される時間が、結晶化時間、即ち、アモルファス相から元の結晶相へと転移するのに要する時間よりも短いことが必要である。この条件が満たされない場合には、溶解したアモルファス材料が冷却中に再結晶化し、それにより、加熱前と同じ相にはならない。即ち、結晶相からアモルファス相への相転移が不可能になる。本発明者による計算によると、一般的な冷却時間は２ｎｓ程度である。最小結晶化時間は、冷却時間よりも長くなければならず、好ましくは冷却時間の少なくとも２倍長く、あるいは、少なくとも３倍長い場合もある。結晶化時間ｔｃｒは、５ｎｓ以上であってもよく、例えば６ｎｓ以上、例えば１０ｎｓ以上である。ＳｂａＴｅｂＸ１００−（ａ＋ｂ）という前述した化学式組成をなす相変化材料における結晶化速度ｖｃｒはほぼａ／ｂに等しいため、我々は、ｔｃｒが６ｎｓに設定されるときに
【数２】
2007531260.tif 000004
になることを見出している。
【００５６】
相変化を受ける相変化材料のボリュームが特性寸法ｄ（ｎｍ）を有しており、６・ａ／ｂはｄよりも小さいと有利である。
【００５７】
本発明に係る電気デバイスの相変化材料において、結晶化は、アモルファス相と結晶相との間の界面で始まる。従って、結晶化時間は、アモルファスボリュームの特性寸法を結晶化速度で割ることによって与えられる。ここで、特性寸法は、結晶化の最終点と、相転移の開始時におけるアモルファス相と結晶相との間の界面との最大距離である。Ｎ個の異なる等距離抵抗値が記憶され得る場合、６・ａ／ｂはｄ／Ｎより小さくてもよい（ｄの単位はｎｍ）。
【００５８】
接点領域で主にオーム加熱により相変化が引き起こされると、この寸法は、この接点領域の特性寸法によって近似され得る。これは、第１の接点領域が第２の接点領域よりも大きくない場合、第１の接点領域であってもよい。相変化材料からなる層の内側で、即ち、第１の接点領域及び第２の接点領域から離れて相変化が生じるとき、特性寸法ｄは、最も大きいアモルファス部分の長さ、例えば図２Ｂに示される長さｌｔｏｔとなる。
【００５９】
本発明者は、冷却時間をシミュレーションから決定するとともに、相変化材料の組成に応じた結晶化速度を実験から決定した。これらのシミュレーション及び測定の結果を前述した基準と組み合わせて使用すると、アモルファス相の冷却中の完全な再結晶化を防止するには、６・ａ／ｂがｄよりも小さくなければならないことが分かる（ｄの単位はｎｍ）。相変化材料と第１の導体との間の界面で相変化が生じる特定の場合には、アモルファス相変化ボリュームの特性寸法が第１の接点領域を超えて延びる。この場合、アモルファス相は第１の接点領域のほぼ２倍のサイズを有している。このとき、要件は、３・ａ／ｂがｄよりも小さい（ｄの単位はｎｍ）という要件へ緩和され得る。この場合、２倍小さい表面積を有する第１の接点領域が使用され得る。
【００６０】
本発明に係る電気デバイスの実施の一形態において、第１の導体、第２の導体、レジスタ、層はメモリ素子を構成し、本体は、それぞれが対応するメモリ素子と対応する選択デバイスとを備える複数のメモリセルの配列と、選択ラインのグリッドとを備え、各メモリセルには、対応する選択デバイスに対して接続された対応する選択ラインを介して個別にアクセスすることができる。
【００６１】
そのような電気デバイスは、電気的に書き込み可能且つ電気的に読み取り可能で電気的に消去可能な不揮発性メモリとして使用され得る。各メモリセルが選択デバイスを備えていることから、読み取りのため、即ち、電気抵抗の値を測定するために、また、書き込み及び消去のため、即ち、第１の相から第２の相への転移を引き起こすために、個々のメモリ素子を都合良く選択することができる。
【００６２】
本発明に係るメモリ素子は、メモリ配列を形成するため、選択デバイス及び選択ラインに対して電気的に結合され得る。選択デバイスにより、配列の隣接する又は離隔したメモリセルに記憶された情報と干渉することなく、別個の各メモリセルに対する読み取り及び書き込みが可能になる。一般に、本発明は、任意の特定のタイプの選択デバイスの使用に限定されない。選択デバイスの例としては、電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、例えば国際公開公報第ＷＯ−Ａ９７／０７５５０号（特許文献２）から知られるようなダイオードが挙げられる。電界効果トランジスタの例としては、ＪＦＥＴ、及び、例えば国際公開公報第ＷＯ−Ａ００／３９０２８号（特許文献３）から知られるような金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が挙げられる。ＭＯＳＦＥＴの例としては、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタが挙げられる。また、ＣＭＯＳ技術においては、ＮＭＯＳ及びＰＭＯＳが同じチップ上に形成され得る。
【００６３】
通常、そのようなタイプの電気デバイスは可能な限りコンパクトであり、そのため、隣り合うレジスタ同士の間の距離が短い。本発明に係る誘電体を備えるこれらの電気デバイスでは、クロストークが減少される。
【００６４】
実施の一形態において、選択デバイスは、ソース領域と、ドレイン領域と、ゲート領域とを有するＭＯＳＦＥＴを備え、選択ラインのグリッドは、Ｎ個の第１の選択ラインと、Ｍ個の第２の選択ラインと（Ｎ及びＭは整数）、出力ラインとを備え、各メモリ素子の第１の導体は、対応する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタのソース領域及びドレイン領域から選択される第１の領域に対して電気的に接続され、各メモリ素子の第２の導体は、出力ラインに対して電気的に接続され、ソース領域及びドレイン領域から選択され且つ第１の領域から離隔して位置する対応する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタの第２の領域は、Ｎ個の第１の選択ラインのうちの一つに対して電気的に接続され、ゲート領域は、Ｍ個の第２の選択ラインのうちの一つに対して電気的に接続される。
【００６５】
この種のデバイスにおいては、レジスタが選択デバイスと都合良く一体化されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
図面を参照しながら、本発明に係る電気デバイスのこれらの態様及び他の態様を明らかにして説明する。
【００６７】
図面は、一定の倍率で描かれていない。
【００６８】
図３に概略的に示される電気デバイス１００は、第１の電気抵抗を有する第１の相と第１の電気抵抗とは異なる第２の電気抵抗を有する第２の相との間で変化可能な相変化材料からなる層１０７を備えるレジスタを有している。相変化材料は高速成長材料であり、その例が以下の表１乃至３に示されている。
【００６９】
電気デバイス１００は、相変化材料の層の対応する部分を第１の相から第２の相へ変化させることによりレジスタを少なくとも三つの異なる電気抵抗値間で切り換えることができる電気信号を生成可能な切換信号生成器４００を更に備えている。切換信号生成器４００及び電気信号の例については図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して後述する。信号生成器４００は、電気的な読み取り信号をレジスタに対して供給するための読み取り信号生成器を更に備えている。信号生成器は、電気的な読み取り信号から抵抗値を決定するための読み取り回路を更に備えている。
【００７０】
図４に示される実施の形態には、相変化材料からなる層７を備える電気デバイス１００の部分１が示されている。相変化材料の層７はレジスタを構成しており、また、相変化材料の層７の一部は、当該レジスタと平行に配置された更なるレジスタ６と直接に接触している。更なるレジスタ６は、レジスタ及び更なるレジスタ６の全抵抗を、比較的小さく保つ、つまり、相変化材料からなる層７の比較的大きな部分がアモルファス相の状態にある場合であっても容易に測定できる程度に十分小さく保つという利点を有している。この利点については、図２を参照して詳細に前述した。図示しない他の実施の形態においては、更なるレジスタ６が省かれてもよい。
【００７１】
図４に示される部分１は基板１０を備える本体２を有しており、基板１０は例えば単結晶ｐ−ドープシリコン半導体ウェーハを構成していてもよい。基板１０の主面上においては、レジスタがシリコン酸化物等の誘電体１３中に埋め込まれている。レジスタは、第１の電気抵抗を有する第１の相と第１の電気抵抗とは異なる第２の電気抵抗を有する第２の相との間で変化可能な相変化材料からなる層７によって構成されている。
【００７２】
実施の一形態において、相変化材料は、Ｓｂ１−ｃＭｃという化学式組成である。ここで、ｃは０．０５≦ｃ≦０．６１を満たしており、ＭはＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎのグループから選択される一つ以上の元素である。好ましくは、ｃは０．０５≦ｃ≦０．５を満たしている。更に好ましくは、ｃは０．１０≦ｃ≦０．５を満たしている。有利な相変化材料のグループは、Ｇｅ及びＧａ以外の一つ以上の元素Ｍを、全体で２５原子百分率よりも低い濃度で及び／又は全体で３０原子百分率未満のＧｅ及び／又はＧａを含む濃度で有している。２０原子百分率を超えるＧｅ及びＧａを含み且つ全体で５乃至２０原子百分率の濃度でＩｎ及びＳｎから選択される一つ以上の元素を備える相変化材料は、比較的高い結晶化速度を有すると同時に、アモルファス相の比較的高い安定性を有している。
【００７３】
Ｓｂ１−ｃＭｃという化学式組成を有し、ｃが０．０５≦ｃ≦０．６１を満たし、ＭがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎのグループから選択される一つ以上の元素である相変化材料は、一般にＧｅＴｅ−Ｓｂ２Ｔｅ３対応線の近傍の組成の結晶化温度よりも高い５０乃至１００℃の表１に示される結晶化温度を有している。
【００７４】
これらの材料の更なる利点は、結晶化温度が比較的高く且つ４００℃までの温度において結晶相のシート抵抗が温度と実質的に無関係であるという点である。
【００７５】
組成                Ｔｃ（アモルファス    Ｔｃ（結晶層中の
堆積）（℃）            アモルファスマーク）（℃）
Ｇａ１０Ｓｂ９０            ２１０                １６５
Ｇａ１７Ｓｂ８３            ２３３                ２１０
Ｇａ３０Ｓｂ７０            ２５１
Ｇｅ１２Ｓｂ８８            ２３５                １５４
Ｇｅ１５Ｓｂ８５            ２５０                ２０８
Ｇｅ２２Ｓｂ７８            ２７１                ２４６
Ｇｅ３０Ｓｂ７０            ２８１
Ｇｅ５Ｉｎ２０Ｓｂ８５      ２００                １３４
Ｇａ２０Ｉｎ１５Ｓｂ６５    ２１５                １９０
Ｇｅ１５Ｓｎ２０Ｓｂ６５    ２１２                １８０
表１：様々な組成の相変化材料の結晶化温度
【００７６】
Ｓｂ１−ｃＭｃという化学式組成を有し、ｃが０．０５≦ｃ≦０．６１を満たし、ＭがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎのグループから選択される一つ以上の元素である相変化材料は、結晶化時に大きさが少なくとも２オーダー（２桁）変化するシート抵抗Ｒを有している。
【００７７】
ｃ        Ｍ                  組成
０．１５    Ｇｅ                Ｓｂ８５Ｇｅ１５ 
０．１５    Ｉｎ                Ｓｂ８５Ｉｎ１５ 
０．１５    Ｇａ                Ｓｂ８５Ｇａ１５ 
０．１２    Ｇｅ                Ｓｂ８８Ｇｅ１２ 
０．２２    Ｇｅ                Ｓｂ７８Ｇｅ２２ 
０．１５    Ｉｎ，Ｇａ          Ｓｂ８５Ｉｎ１０Ｇａ５ 
０．０８    Ｇｅ                Ｓｂ９２Ｇｅ８ 
０．１      Ｇａ                Ｓｂ９０Ｇａ１０ 
０．１５    Ｉｎ，Ｇｅ          Ｓｂ８５Ｉｎ１０Ｇｅ５ 
０．１５    Ｉｎ，Ｇａ          Ｓｂ８５Ｉｎ７．５Ｇａ７．５ 
０．２      Ｉｎ                Ｓｂ８０Ｉｎ２０ 
０．３５    Ｇｅ，Ｓｎ          Ｓｂ６５Ｇｅ１５Ｓｎ２０ 
０．５５    Ｇｅ，Ｓｎ          Ｓｂ４５Ｇｅ２５Ｓｎ３０ 
０．３      Ｇｅ                Ｓｂ７０Ｇｅ３０ 
０．３      Ｇａ                Ｓｂ７０Ｇａ３０ 
０．５      Ｇａ，Ｓｎ          Ｓｂ５０Ｇａ２５Ｓｎ２５ 
０．５      Ｉｎ，Ｇｅ          Ｓｂ５１Ｉｎ２０Ｇｅ２９ 
０．３５    Ｚｎ，Ｇｅ，Ｉｎ    Ｓｂ６５Ｇｅ２０Ｉｎ１０Ｚｎ５ 
０．３５    Ａｇ，Ｇｅ，Ｉｎ    Ｓｂ６５Ｇｅ２０Ｉｎ１０Ａｇ５ 
０．３５    Ｉｎ，Ｇｅ，Ｓｎ    Ｓｂ６５Ｇｅ２０Ｓｎ１０Ｉｎ５ 
表２：Ｓｂ１−ｃＭｃという化学式組成を有し、ｃが０．０５≦ｃ≦０．６１を満たし、ＭがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎのグループから選択される一つ以上の元素である相変化材料の例
【００７８】
実施の一形態において、相変化材料は、ＳｂａＴｅｂＸ１００−（ａ＋ｂ）という化学式組成を有し、ａ，ｂ，１００−（ａ＋ｂ）が１≦ａ／ｂ≦８及び４≦１００−（ａ＋ｂ）≦２２を満たす原子百分率を示し、ＸがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｚｎから選択される一つ以上の元素である。相変化材料は、例えばＳｂ７２Ｔｅ２０Ｇｅ８であってもよい。
【００７９】
Ｓｂ／Ｔｅ  Ｇｅ  Ｉｎ  Ａｇ  Ｚｎ  Ｇａ  組成
３．６        ８                          Ｓｂ７２Ｔｅ２０Ｇｅ８ 
１．７      １５                          Ｓｂ５４Ｔｅ３１Ｇｅ１５ 
１．５      １５                          Ｓｂ５１Ｔｅ３４Ｇｅ１５ 
１．７      １０                          Ｓｂ５７Ｔｅ３３Ｇｅ１０ 
３．６                    ８              Ｓｂ７２Ｔｅ２０Ａｇ８ 
３．６                                ８  Ｓｂ７２Ｔｅ２０Ｇａ８ 
５．１                                ８  Ｓｂ７７Ｔｅ１５Ｇａ８ 
３．６              ８                    Ｓｂ７２Ｔｅ２０Ｉｎ８ 
４                  ５                    Ｓｂ７６Ｔｅ１９Ｉｎ５ 
４                １０                    Ｓｂ７２Ｔｅ１８Ｉｎ１０ 
３．６        ６                ２        Ｓｂ７２Ｔｅ２０Ｇｅ６Ｚｎ２ 
３．６        ６    ２                    Ｓｂ７２Ｔｅ２０Ｇｅ６Ｉｎ２ 
３．６        ２    ７                    Ｓｂ７２Ｔｅ１９Ｇｅ２Ｉｎ７ 
３．６              ４                ４  Ｓｂ７２Ｔｅ２０Ｇａ４Ｉｎ４ 
３．３        １                      ４  Ｓｂ７３Ｔｅ２２Ｇｅ１Ｇａ４ 
３．３        ２                      ３  Ｓｂ７３Ｔｅ２２Ｇｅ２Ｇａ３ 
６．７        ８                          Ｓｂ８０Ｔｅ１２Ｇｅ８ 
８          １０                          Ｓｂ８０Ｔｅ１０Ｇｅ１０ 
４．５      １１                          Ｓｂ７３Ｔｅ１６Ｇｅ１１ 
表３：ＳｂａＴｅｂＸ１００−（ａ＋ｂ）という化学式組成を有し、ａ，ｂ，１００−（ａ＋ｂ）が１≦ａ／ｂ≦８及び４≦１００−（ａ＋ｂ）≦２２を満たす原子百分率を示し、ＸがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｚｎから選択される一つ以上の元素である相変化材料の例。Ｇｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａは、相変化材料中に含まれるこれらの元素の原子百分率を示しており、Ｓｂ／Ｔｅは、Ｓｂ及びＴｅの原子百分率の比率を示している。
【００８０】
相変化材料は、Ｈ．Ｊ．ボーグ（Ｈ．Ｊ．Ｂｏｒｇ）らによる論文「高開口数及び青色波長記録のための相変化媒体（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ  ｍｅｄｉａ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｎｕｍｅｒｉｃａｌ−ａｐｅｒｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｂｌｕｅ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）」（「Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」第４０巻、第１５９２−１５９７頁（２００１年））（非特許文献２）に記載されているように、スパッタリングによって堆積されてもよい。
【００８１】
本体２は、レジスタと平行に配置されたレジスタ６を更に有している。図４の実施の形態において、レジスタ及び更なるレジスタ６は、第１の接点領域５及び第２の接点領域９に隣接している。
【００８２】
更なるレジスタ６は、相変化材料の融点よりも高い融点を有する材料からなる。更なるレジスタ６の材料の融点は、好ましくは少なくとも１００摂氏温度であり、更に好ましくは少なくとも２５０摂氏温度であり、相変化材料の融点よりも高い。材料は、相変化材料と反応しないことが好ましい。更なるレジスタの材料の抵抗率は０．１乃至１０ｃｍ  ｍＶ／Ａの範囲であることが好ましい。相変化材料がＳｂ１−ｃＭｃ（ｃが０．０５≦ｃ≦０．６１を満たし、ＭがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎのグループから選択される一つ以上の元素である）の種類から選択される場合、相変化材料は約０．２乃至０．８ｃｍ  ｍＶ／Ａの抵抗率を有し、更なるレジスタの材料の抵抗率は０．１乃至４ｃｍ  ｍＶ／Ａであることが好ましい。
【００８３】
実施の一形態において、更なるレジスタの材料は、Ｘ１００−（ｔ＋ｓ）ＳｉｓＹｔの組成からなる。ｔ及びｓは、ｔ＜０．７及びｓ＋ｔ＞０．３を満たす原子百分率を示し、また、ＸはＴｉ及びＴａから選択される一つ以上の元素を含み、ＹはＣ及びＮから選択される一つ以上の元素を含んでいる。ＸはＴｉを実質的に含まないことが好ましい。これは、ＴａがＴｉよりも相変化材料と反応しないからである。ｓは０．７以下であることが好ましい。これは、そうでなければ、平行ヒータの伝導率が比較的低くなり、それにより、比較的大きな平行ヒータを必要とするからである。相変化材料がＧｅを含んでいる場合には、ｓが０．７以下であると、ＧｅとＳｉとの混合が低下する。ＹがＮを含んでいる場合には更に有利である。なぜなら、更なるレジスタの材料は、通常、窒素原子によって安定化される多結晶構造を有しているからである。即ち、多結晶構造は、相変化材料を加熱すると、比較的僅かな範囲で変化する。更なるレジスタの材料のこの種の例は、ＴａＳｉＮ，Ｔａ２０Ｓｉ４０Ｎ４０，ＴｉＳｉＮ又はＴａ２０Ｓｉ４０Ｃ４０である。また、更なるレジスタの材料は、ＴｉＮ，ＴａＳｉ２，ＴａＮｘ（ｘは０．３＜ｘ＜０．７を満たす）、ＴｉＡｌＮ，ＴｉＣ，ＴｉＷＣ、又は、例えばｐ−ドープ多結晶シリコンであってもよい。
【００８４】
本体２は、第１の接点領域５に対して電気的に接続される例えばタンタルジシリサイド（ＴａＳｉ２）からなる第１の導体３と、第２の接点領域９に対して電気的に接続されるチタンナイトライド（ＴｉＮ）からなる第２の導体４とを更に備えている。第１の接点領域５及び第２の接点領域９から比較的離隔したボリュームにおいて、第１の導体３及び第２の導体４は、その導電率を高めるために、例えばタングステン、アルミニウム又は銅等の比較的良好な導電率を有する材料を含んでいるものとするとよい。第１の導体３及び第２の導体４はそれぞれ接点パッド１１，１２を有しており、これにより、第１の導体３、第２の導体４、レジスタ及び更なるレジスタ６を介して電流を伝導することができる。
【００８５】
図４の断面に示される実施の形態において、層７は、誘電体１３のコンタクトホールの内面に配置されている。コンタクトホールは、直径ｄが２５乃至２５０ｎｍ及び高さｈが２５乃至３００ｎｍの円筒形状を有しているものとするとよい。相変化材料は、Ｈ．Ｊ．ボーグ（Ｈ．Ｊ．Ｂｏｒｇ）らによる論文「高開口数及び青色波長記録のための相変化媒体（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ  ｍｅｄｉａ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｎｕｍｅｒｉｃａｌ−ａｐｅｒｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｂｌｕｅ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）」（「Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」第４０巻、第１５９２−１５９７頁（２００１年））（非特許文献２）に記載されているようにスパッタリングによって堆積されてもよい。相変化材料は３乃至２５ｎｍの層厚ＬＴを有していることが好ましい。更なるレジスタ６は、コンタクトホールに相変化材料が設けられた後にコンタクトホールの内面に配置される。更なるレジスタ６の材料は３乃至１５ｎｍの層厚ＭＴを有している。図４に示される実施の形態において、更なるレジスタ６及びレジスタを構成する層７は、直接に接触している。
【００８６】
実施の一形態において、コンタクトホールは４０ｎｍの直径ｄ及び５０ｎｍの高さを有しており、相変化材料からなる層は、Ｇｅ８Ｓｂ７２Ｔｅ２０の組成からなるとともに５ｎｍの層厚ＬＴを有しており、更なるレジスタ６は、Ｔａ２０Ｓｉ４０Ｎ４０の組成からなるとともに５ｎｍの層厚ＭＴを有している。更なるレジスタは、図４に示されるコンタクトホールの内側に配置されている。更なるレジスタ６は、約Ｒｆｒ＝１４００オームの更なる電気抵抗を有している。結晶相及びアモルファス相において、層７は、約Ｒｃｒ＝４００オームの電気抵抗及び１００キロオームを超える電気抵抗をそれぞれ有している。比率ｋ＝Ｒｆｒ／Ｒｃｒは３．５である。従って、更なるレジスタの更なる電気抵抗Ｒｆｒは、相変化材料からなる層の電気抵抗の最大値よりも小さい。更なる電気抵抗Ｒｆｒは、Ｒｃｒに等しい相変化材料の層の電気抵抗の最小値の０．３倍よりも大きい。
【００８７】
他の実施の形態において、コンタクトホール、相変化材料、更なるレジスタ６の幾何学的寸法は同じであるが、後者はＴａ４０Ｓｉ５０Ｎ１０の組成からなる。このとき、更なる電気抵抗は、約１６０オームであり、従って、第１の電気抵抗及び第２の電気抵抗の最小値の０．３倍よりも小さい。
【００８８】
別の実施の形態においては、相変化材料からなる層７と更なるレジスタ６とが置き換えられる。即ち、更なるレジスタ６がコンタクトホールの内面に設けられ、その後、層７がその上に設けられる。図示しない他の実施の形態において、更なるレジスタ６は、例えば二酸化ケイ素を含んでいてもよい中間層によってレジスタ７から分離される。中間層は、絶縁体又は導電体であってもよい。中間層は、相変化材料と更なるレジスタの材料との混合を減少させてもよく又は防止することが好ましい。
【００８９】
中間層の厚さは、相転移を含むジュール加熱の加熱効率に大きな影響を与えないように十分に小さいことが好ましい。中間層の厚さ、即ち、更なるレジスタ６と層７との間の距離は、５ｎｍ未満であることが好ましい。厚さは、１乃至３ｎｍであることが好ましい。中間層は、硫化亜鉛石英（ＺｎＳ−ＳｉＯ２）及び／又はシリコンナイトライドからなっていてもよい。他の実施の形態においては、更なるレジスタ６が省かれる。
【００９０】
図５乃至図１２に示される電気デバイス１００の他の実施の形態では、製造プロセスの様々な段階において、相変化材料からなる層１０７は、第１の接点領域と第２の接点領域との間で導電経路を構成し、導電経路の断面は、第１の接点領域及び第２の接点領域よりも小さい。
【００９１】
相変化材料の層１０７を備えるレジスタはメモリ素子１７０を構成しており、また、本体１０２は半導体基板１０１を備えており、半導体基板１０１は、例えば単結晶ｐ−ドープシリコン半導体ウェーハとメモリセルの配列とを備えていてもよく、各メモリセルは、対応するメモリ素子１７０と、対応する選択デバイス１７１とを備えている。図５乃至図１２に示される実施の形態において、電気デバイス１００は３×３の配列を有しているが、本発明はこのサイズの配列及びこの形状の配列に限定されない。本体１０２は選択ライン１２０，１２１のグリッドを更に備えており、これにより、対応する選択デバイス１７１に接続された対応する選択ライン１２０，１２１を介して各メモリセルに個別にアクセスできる。
【００９２】
図５乃至図１２に示される実施の形態において、選択デバイス１７１は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、より具体的にはＮＭＯＳトランジスタを備えている。ＭＯＳＦＥＴは、ｎ−ドープソース領域１７２と、ｎ−ドープドレイン領域１７３と、ゲート領域１７４とを有している。ソース領域１７２及びドレイン領域１７３は、ｎ−ドープ材料からなる一つ以上の部分、即ち、軽くドーピングされたｎ−部分と、より重くドーピングされたｎ＋部分とを備えていてもよい。ｎ−ドープソース領域１７２とドレイン領域１７３とはチャンネル領域によって分離される。チャンネル領域の上側に形成されたゲート領域１７４は、チャンネル領域を通じたソース領域１７２からドレイン領域１７３への電流の流れを制御する。ゲート領域１７４は、多結晶シリコンからなる層を備えていることが好ましい。ゲート領域１７４は、ゲート誘電体層によってチャンネル領域から分離されている。
【００９３】
選択ライン１２０，１２１のグリッドは、Ｎ＝３本の第１の選択ライン１２０と、Ｍ＝３本の第２の選択ライン１２１と、出力ラインとを備えている。各メモリ素子のレジスタ１０７は、対応するＭＯＳＦＥＴのソース領域１７２及びドレイン領域１７３から選択された第１の領域を出力ラインに対して電気的に接続する。ソース領域１７２及びドレイン領域１７３から選択され且つ第１の領域から離隔して位置する対応するＭＯＳＦＥＴの第２の領域は、Ｎ本の第１の選択ライン１２０のうちの一つに対して電気的に接続される。ゲート領域１７４は、Ｍ本の第２の選択ライン１２１のうちの一つに対して電気的に接続される。図５乃至図１２に示される実施の形態においては、第１の領域がソース領域１７２であり、第２の領域がドレイン領域１７３である。図示しない他の実施の形態においては、第１の領域がドレイン領域１７３であり、第２の領域がソース領域１７２である。選択ライン１２０，１２１は、ライン選択デバイス及び横列選択デバイスのそれぞれに対して接続されている。これらの後者の選択デバイスは図示されていない。
【００９４】
ゲート領域１７４及びドレイン領域１７３には、ゲート領域１７４及びドレイン領域１７３を選択ライン１２１，１２０に対してそれぞれ電気的に接続するためのケイ化タングステン・タングステンプラグ１２２からなる層が設けられている。選択ライン１２０，１２１は、例えばアルミニウム又は銅等の導電材料によって形成されている。ソース領域１７２にも同様にケイ化タングステン・タングステンプラグからなる層が設けられている。
【００９５】
電気デバイス１００を製造するプロセスにおいては、最初に、例えば標準的なＩＣ技術を使用して、選択デバイス１７１の配列及び選択ライン１２０，１２１のグリッドが形成される。図５乃至図１２に示される実施の形態において、各選択デバイス１７１の一つの端子、即ち、ソース領域１７２には、例えばタングステンプラグ等の導電体１２４が設けられている。選択デバイス１７１、選択ライン１２０，１２１、導電体１２４は、例えば二酸化ケイ素等の誘電体１２３によって互いに相互に絶縁されるとともに当該誘電体中に埋め込まれており、これにより、図５及び図６に示されるように導電体１２４が露出されている。露出された導電体１２４を含む表面は、滑らかで平坦な表面を得るために、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって研磨される。
【００９６】
その後のステップにおいて、この表面には、例えばシリコンナイトライド又はシリコンカーバイド等の誘電体からなる層１０９が設けられる。層１０９には、例えばリソグラフィによって開口１０８が形成され、これにより、図８に示されるように、導電体１２４及び導電体１２４に隣接する誘電体１２３の一部が露出される。その後、このようにして得られた既成電気デバイス１００の層１０９及び開口１０８には、図８に示されるように、相変化材料からなる層１０７が設けられる。相変化材料は、前述した電気デバイス１のレジスタ７を構成する任意の高速成長相変化材料を含んでいてもよい。層１０７の厚さＬＴは、一般的には５乃至５０ｎｍであり、好ましくは約１５ｎｍであり、後述するように相変化材料の最小断面の幅を決定する。層１０７上には、例えばＴｉＮ等の導電材料からなる層１１０が堆積される。層１１０は、導電体１２４と相変化を受ける層１０７の一部との間の電気抵抗を減少させるために使用される。図示しない他の実施の形態においては、層１１０が省かれる。図１０を参照して後述するように、層１１０には更なるレジスタ１０６が形成される。
【００９７】
層１０７上には、又は、層１１０が存在する場合にはその層１１０の上には、例えばリソグラフィ又は電子ビーム書き込みにより図７に示されるマスク１１１，１１２が形成される。マスク１１１はそれぞれ、層１０７の一部を覆っており、また、対応する導電体１２４を覆う層１１０が存在する場合にはその層１１０を覆っている。マスク１１２は、層１０７の他の部分を覆っており、また、その上に後から更なる導電体１２５が形成される層１１０が存在する場合にはその層１１０を覆っている。総てのメモリ素子において、マスク１１１，１１２は、一般に３００ｎｍよりも短く、好ましくは２０乃至２００ｎｍの距離Ｌだけ離間されている。マスク１１１，１１２を形成するためにリソグラフィが使用される場合、最小距離Ｌは、リソグラフィによって達成できる最小寸法にほぼ等しいことが好ましい。距離Ｌが短くなればなるほど、第１の相と第２の相との間で相転移を引き起こすために必要な電力も少なくなる。後述するように、距離Ｌは、導電体１２４において接点領域よりも小さい断面を有する相変化材料の長さを決定する。減少した断面を有する相変化材料は、相変化材料のボリュームと称される。
【００９８】
層１１０が存在する場合には、マスク１１１，１１２によって覆われていない層１１０の部分が、例えばＨＦを含むエッチング剤を使用する等方性選択エッチングによって除去される。電気デバイス１００を製造するプロセスのこの段階で得られた結果が図８に示されている。尚、等方性エッチングに起因して、アンダーエッチングが生じる（図８及び図９参照）。その後、例えばＣｌを含む反応性イオンエッチングを使用して、マスク１１１，１１２によって覆われていない層１０７の部分が異方性エッチングされる。その結果、マスク１１１，１１２によって覆われていない位置で開口１０８の内側に相変化材料からなる側壁スペーサが形成される。これは、マスク１１１によって覆われる第１の接点領域とマスク１１２によって覆われる第２の接点領域との間の層１０７中の導電経路の断面が減少することを意味している。断面は、第１の接点領域及び第２の接点領域よりも小さい。各メモリ素子１７０ごとに、層１０７によって形成される側壁スペーサは、層１０７の一部に対して電気的に接続され、また、エッチングステップ中にマスク１１１，１１２によって覆われた層１１０が存在する場合には、この層１１０に対して電気的に接続される。図１０の断面に示されるように、層１０７からなる側壁スペーサは、層１０７の厚さＬＴにほぼ等しい幅Ｗを有している。即ち、主面は、この例では層１０９によって形成されるステッププロファイル（段状形態）を有しており、断面を減少させるステップは、ステッププロファイルの少なくとも一部に沿って側壁スペーサを形成するための異方性エッチングステップを備えている。
【００９９】
マスク１１１，１１２を除去されると、図９の平面図に示される既成電気デバイス１００が得られる。この電気デバイス１００の総てのメモリセルは、マスク１１１によって画定される部分及びマスク１１２によって画定される部分を備える相変化材料の層１０７を有している。これらの二つの部分は、層１０７によって形成される二つの側壁スペーサによって接続されている。
【０１００】
その後のステップにおいて、図９に示される既成電気デバイス１００は、更なるレジスタの材料からなる層１０６によって覆われており、当該材料は、図４の更なるレジスタ６に関して前述した材料と同じである。
【０１０１】
層１０６を設けた後にマスク１１１’，１１２’が形成され、これらのマスクはマスク１１１，１１２と同様である。その後、例えばＣＦ４：ＣＨＦ３を含むプラズマエッチング剤を使用して層１０６が異方性エッチングされる。図１０の断面に示されるように、側壁スペーサは、層１０７からなる側壁スペーサの形成方法に類似した方法で層１０６により形成される。層１０６によって形成される側壁スペーサは、層１０６の厚さにほぼ等しい幅Ｖを有している。
【０１０２】
別の実施の形態においては、層１０７と層１０６とが置き換えられる。即ち、層１０６が設けられた後に層１０６の上に層１０７が設けられる。他の実施の形態においては、例えば二酸化ケイ素を含んでいてもよい中間層によって層１０６が層１０７から分離される。また、この実施の形態においては、更なるレジスタ１０６がレジスタ１０７と平行である。前述した実施の形態と異なり、この実施の形態では、レジスタ１０７が更なるレジスタ１０６と直接に接触していない。
【０１０３】
別の実施の形態においては、マスク１１１，１１２を形成する前に層１０７及び層１０６の両方が設けられる。このとき、層１０７及び層１０６の両方は、マスク１１１’，１１２’を形成する更なるステップを要することなく異方性エッチングされる。
【０１０４】
実施の一形態において、電気デバイス１００を製造する方法は、例えばリソグラフィによってマスク１２８を設けるステップを含んでいる。図１１に示されるように、マスク１２８は開口１２９を有しており、これにより、各メモリセルごとに、層１０７からなる二つの側壁スペーサのうちの一方が露出されるようになっている。その後のステップにおいて、このマスクは、その後、層１０６及び層１０７の露出部分を例えばエッチングによって除去するために使用される。その結果、総てのメモリセルにおいて、これらの二つの部分は、このとき、層１０７からなる一方の側壁スペーサのみによって接続される。その後、マスク１２８が除去される。他の実施の形態においては、マスク１２８が省かれ、層１０６及び層１０７のそれぞれが二つの側壁スペーサを有している。
【０１０５】
このようにして得られた層１０７、即ち、一つ又は二つの側壁を有する層１０７は、電気デバイス１００のレジスタ１７０を形成する。既成電気デバイス１００には例えば二酸化ケイ素からなる誘電体層１２６が設けられる。実施の一形態において、図１０に示される既成電気デバイスは、その後、例えば化学機械研磨等の材料除去処理を適用されることにより、層１０６及び層１０７の側壁スペーサの高さが減少されるとともに、滑らかな表面が得られ、更なる処理のために有利となる。その場合、例えばシリコンナイトライド等の比較的硬質な材料からなる下側層の上に、シリコン酸化物等の比較的軟質な材料からなる層が存在するといったように、層１０９が異なる材料の二つの層からなっていると有利である。材料除去処理中においては、比較的硬質な層が停止層として使用され、それにより、好ましくは１０乃至１００ｎｍの明確な高さＨを有する相変化材料からなる層１０７が得られる。この材料除去処理の後、図１０に示される表面１９９が得られる。
【０１０６】
その後、更なる誘電体層１２６’が設けられるとともに、この誘電体層１２６’中には図１２に示される開口１３２が形成され、これにより、層１０６、導電層１１０、又は、初期段階でマスク１１２により覆われた層１０７が存在する場合にはその層１０７の一部が各メモリセルごとに露出される。これらの開口１３２には、レジスタ１７０と電気的に接触するための更なる導電体が設けられる。その後のステップでは、更なる導電体が出力ラインに対して電気的に接続される。
【０１０７】
このようにして得られた電気デバイス１００は、レジスタ１７０を有する本体１０２を有している。レジスタ１７０は、第１の相と第２の相との間で変化可能な相変化材料の層１０７からなっている。レジスタ１７０は、相変化材料が第１の相にあるときには第１の電気抵抗を有し、また、相変化材料が第２の相の状態のときには第１の電気抵抗と異なる第２の電気抵抗を有する。実施の一形態において、本体１０２は、層１０６によって形成された更なるレジスタを更に有している。他の実施の形態においては、更なるレジスタ１０６が存在しない。更なるレジスタは、電流を伝導することができるとともに、二つの層１０６，１０７の組み合わせの結果として得られる抵抗値の比較的容易な検出が可能な比較的小さい値同士の間で層１０６，１０７の全抵抗を切り換えるように構成されている。
【０１０８】
電気デバイス１００のこの実施の形態において、相変化材料からなる層１０７は、第１の接点領域と第２の接点領域との間に導電経路を構成する。層１１０が省かれる場合、第１の接点領域は、導電体１２４が相変化材料からなる層１０７と接触する領域であり（図５及び図８参照）、第２の接点領域は、開口１３２に設けられる更なる導電体が相変化材料からなる層１０７と接触する領域である（図１２参照）。
【０１０９】
相変化材料の層によって構成される導電経路の断面は、第１の接点領域及び第２の接点領域よりも小さい。層１１０が存在する場合、第１の接点領域及び第２の接点領域は、事実上、電流が層１１０から層１０７へ移動する領域である。層１１０の等方性エッチング及び層１０７の異方性エッチングに起因して、層１１０は、層１０７の側壁スペーサと直接に接触せずに離間している（図８及び図９参照）。この場合、第１の接点領域及び第２の接点領域は、側壁スペーサによって画定されるボリュームの境界にはなく、側壁スペーサの断面よりも大きい。
【０１１０】
側壁スペーサの内側の電流密度は、第１の接点領域及び第２の接点領域における場合よりも高く、そのため、相変化材料は、第１の接点領域及び／又は第２の接点領域においてではなく側壁スペーサにおいて相転移を受ける。
【０１１１】
実施の一形態においては、層１１０が省かれ、断面が減少した相変化材料のボリュームは、５０ｎｍの長さＬ、２０ｎｍの高さＨ、１５ｎｍの幅Ｗを有している。従って、断面は、Ｈ×Ｗ＝３００ｎｍ２となる。導電体１２４によって画定される第１の接点領域は、開口１３２によって画定される第２の接点領域に等しく、１００ｎｍ×１００ｎｍである。従って、第１の接点領域及び第２の接点領域はそれぞれ、３００ｎｍ２の断面積よりも大きい１０，０００ｎｍ２のサイズを有している。相変化材料はＳｂ７２Ｔｅ２０Ｇｅ８である。断面が減少したレジスタのボリュームは、相変化材料が結晶相の状態のときには８００オームの抵抗を有し、相変化材料がアモルファス相の状態のときには１００キロオームを超える抵抗を有する。導電体１２４及び更なる導電体はタングステンからなる。第１の接点領域及び第２の接点領域における接触抵抗はそれぞれ１００オームである。従って、第１の接点領域及び第２の接点領域における接触抵抗はそれぞれ、断面が減少した相変化材料のボリュームの抵抗よりも小さい。
【０１１２】
電気デバイス１００は、相変化材料が１ｍ／ｓ以上の結晶化速度を有する高速成長材料である場合に特に有利である。Ｓｂ１−ｃＭｃという化学式組成をなすとともにｃが０．０５≦ｃ≦０．６１を満たし且つＭがＧｅ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎのグループから選択される一つ以上の元素であるこの種の相変化材料は、おおよそ比率Ｓｂ／Ｍの一次関数である結晶化速度ｖｅｒを有している（ＭがＴｅを含む場合における図１３を参照）。選択デバイス１７１の帯域幅によって与えられ得るＳＥＴパルスｔにおける所定の望ましい切り換え時間の間、相変化材料の長さＬ及び組成は、Ｌ／（２ｔ）＝ｖｅｒが保たれるように調整される。ここで、係数２は、減少した断面を有する相変化材料のボリュームの二つの外端から結晶化が始まるという事実によるものである。
【０１１３】
相変化材料からなる層の内側で、即ち、第１の接点領域においてでもなく第２の接点領域においてでもない上記層の内側で相変化が引き起こされると、相変化材料は、第１の接点領域と第２の接点領域との間に導電経路を構成する。この場合、導電経路の断面は、第１の接点領域及び第２の接点領域よりも小さい。断面を持つ導電経路の部分はｌｔｏｔの長さを有しており、また、相変化材料は結晶化速度ｖｅｒを有することができる。相変化材料からなる層の抵抗がＮ個（Ｎは２よりも大きい整数）の異なるレベル間で変えられるべき場合には、相変化材料からなる層のＮ−１個の異なる長さｌｉ＝１．．．．．Ｎ−１のアモルファス部分が実現されなければならない。状態のうちの一つが全体的に結晶であってもよい。即ち、ｌ１＝０であってもよい。三つの更なる状態における例が図１４Ｂに示されており、これらのアモルファス部分はそれぞれ長さｌ２，ｌ３，ｌｔｏｔを有している。相変化材料の層の様々な状態は、相変化材料の層の形状とは無関係に、最初に最大長のアモルファス相を伴う状態を形成した後、この部分を、相変化材料のアモルファス部分を結晶化温度を超える温度まで加熱するのに十分な設定パルスだけ部分的に再結晶化することによって得られてもよい。対応するパルスシーケンスが信号生成器４００によって供給されてもよく、また、このパルスシーケンスについては、図１５Ａに図示して説明する。この設定パルスの持続時間は、再結晶化される相変化材料の量を決定する。様々な長さｌｉ＝１．．．．．Ｎ−１は様々なパルス持続時間ｔｉ＝１．．．．．Ｎ−１に対応している。二つの設定パルス間の最小時間差はｄｔ＝ｔｉ−ｔｉ−１である。ｄｔにおける最小値は、例えば５ｎｓ又は１０ｎｓであってもよい。このとき、最も大きいアモルファス状態から結晶化状態までの最大成長は少なくとも（Ｎ−１）×ｄｔを要しなければならない。例えば図１４Ｂに示されるように、アモルファス状態が一つのラインの二つの外端から成長すると、そのラインは少なくともｌｍｉｎ＝２×ｄｔ×（Ｎ−１）×ｖｅｒの最小長を有していなければならない。ここでｖｅｒは相変化材料の結晶化速度である。Ｎ，ｄｔ，ｖｅｒ及び対応するｌｍｉｎの一般的な値が表４に与えられている。高速成長材料及びそれらの結晶化速度ｖｅｒの例が図１３に示されている。
【０１１４】
Ｎ      ｄｔ（ｎｓ）  ｖｃｒ（ｍ／ｓ）  ｌｍｉｎ（ｎｍ）
２        ５            ３                １５
４        ５            ３                ４５
８        ５            ３              １０５
２        ５            １．５              ８
４        ５            １．５            ２３
８        ５            １．５            ５３
２        ５            ５                ２５
４        ５            ５                ７５
８        ５            ５              １７５
２      １０            ３                ３０
４      １０            ３                ９０
８      １０            ３              ２１０
表４：相変化材料の最も大きいアモルファス部分の最小長ｌｍｉｎ
【０１１５】
異なる抵抗値を有するレジスタに新たな抵抗値が直接に書き込まれる単一パルス法は、特に、抵抗値が新たな抵抗値を書き込む前に読み取られ且つ書き込み中に考慮されるときに可能となる場合がある。あるいは、二つのパルスが使用されてもよい。その場合、明確な状態を達成するために一つのパルスを使用し、書き込みのために、即ち、抵抗値を所望の値に設定するために２番目のパルスが使用されてもよい。明確な状態を発端として抵抗値が設定されるため、所望の新たな抵抗値を設定するためのパルスは、前の抵抗値とは無関係である。図１５Ａ及び図１５Ｂには、異なる方法の二つの例がＮ＝４に関して示されている。図１５Ａの方法においては、最初に、０．６ｍＡ及び２Ｖの比較的短い高出力パルスが１５ｎｓ間に亘って印加され、最も大きいアモルファス部分が形成される（ｉ＝４）。その後、例えば０．３ｍＡ及び１Ｖの低出力の結晶化パルスが時間ｔ１＝７５ｎｓ、ｔ２＝５０ｎｓ又はｔ３＝２５ｎｓ間に亘って印加され、これによって、アモルファス−結晶の境界で結晶成長によりアモルファス部分が減少される。持続時間ｔ１のパルスにおいては、アモルファス部分の全体が再結晶化され、持続時間ｔ２及びｔ３のパルスにおいては、図１４Ｂに概略的に示されるように、アモルファス部分の一部だけが再結晶化される。与えられている例は、図１６Ａに関して記載される寸法を有するＧｅ１５Ｓｂ５１Ｔｅ３４の組成からなる相変化材料の層に関するものである。
【０１１６】
別の方法では、最初（第１）のパルスが印加されて、前のアモルファス部分が存在する場合にはそのアモルファス部分が完全に再結晶化される（ｉ＝１）。その後、可変出力の溶融パルスが印加されることにより、図１５Ｂにｉ＝２，３，４で示される可変サイズのアモルファス部分がもたらされる。図１５Ａの方法は、高速成長材料中のアモルファス部分の明確な再結晶化により再結晶化パルスのタイミングが比較的容易であるという利点を有している。図１５Ｂの方法は、第１及び第２のパルスのタイミングが総てのレベルにおいて同じであり、それにより、ワードラインに沿う多くのセルのプログラミングを並行して容易に行うことができるという利点を有している。
【０１１７】
これに代えて又はこれに加えて、書き込み−読み取り−修正パルス方式が多層フラッシュセルの場合と同様に提案されてもよい。これは、ビット密度が重要であり且つ速度があまり重要ではないメモリにおいて特に有用である。
【０１１８】
図１６Ａ及び図１６Ｂには、図１５Ａに示される方法を使用して、相変化材料からなる層の抵抗Ｒが設定パルスの持続時間に対してプロットされている。高速成長材料は、４００ｎｍの長さ、３０ｎｍの幅、３０ｎｍの高さを有するＧｅ１５Ｓｂ５１Ｔｅ３４からなる層、及び、６００ｎｍの長さ、１００ｎｍの幅、３０ｎｍの高さを有するＧｅ８Ｓｂ７２Ｔｅ２０からなる層であった。両方のグラフは、設定パルスの持続時間とそれによって得られた抵抗値との間のほぼ線形的な関係を示している。この特徴は、本発明に係る電気デバイスで使用される高速成長材料の特性である。
【０１１９】
要約すると、本発明に係る電気デバイス１００は、第１の電気抵抗率を有する第１の相と第１の電気抵抗率と異なる第２の電気抵抗率を有する第２の相との間で変化可能な相変化材料からなる層７，１０７を備えるレジスタを有している。相変化材料は高速成長材料である。電気デバイスは、相変化材料からなる層７，１０７の対応する部分を第１の相から第２の相へ変えることにより少なくとも三つの異なる電気抵抗値間で抵抗を切り換えるための切換信号生成器４００を更に備えている。
【０１２０】
尚、前述した実施の形態は、一例であり、本発明を限定するものではなく、また、当業者であれば、添付の請求項の範囲から逸脱することなく多くの他の実施の形態を構成することができる。請求項においては、括弧内の任意の参照符号が請求項を限定するものと解釈されるべきではない。用語「備えている、含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に先行する用語「一つの（ａ，  ａｎ）」は、そのような要素が複数あることを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１Ａ】核生成成長メカニズムを概略的に示している。
【図１Ｂ】核生成高速成長メカニズムを概略的に示している。
【図２Ａ】ｋの様々な値において、更なるレジスタと接触する相変化材料からなる層の抵抗をアモルファス相の長さの関数として示す。
【図２Ｂ】電気デバイスの図２Ａに対応する部分の概略断面図を示している。
【図３】電気デバイスの実施の一形態を概略的に示している。
【図４】相変化材料からなる層を備える電気デバイスの部分の概略断面図である。
【図５】製造の第１段階における電気デバイスの他の実施の形態の部分の平面図である。
【図６】図５の既成電気デバイスのＶＩ−ＶＩ線に沿う部分の断面図である。
【図７】製造プロセスの第２段階における電気デバイスの他の実施の形態の部分の平面図である。
【図８】図７の既成電気デバイスのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う部分の断面図である。
【図９】製造プロセスの第３段階における電気デバイスの他の実施の形態の部分の平面図である。
【図１０】第４段階における既成電気デバイスの図９のＸ−Ｘ線に沿う部分の断面図である。
【図１１】製造プロセスの第５段階における電気デバイスの他の実施の形態の部分の平面図である。
【図１２】製造プロセスの第６段階における電気デバイスの他の実施の形態の部分の平面図である。
【図１３】Ｓｂ／Ｔｅ比率に応じた結晶化速度のプロットである。
【図１４Ａ】電気デバイスの他の実施の形態の一部の平面図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図１５Ａ】四つの異なる抵抗値を設定するためのパルスシーケンスを概略的に示している。
【図１５Ｂ】四つの異なる抵抗値を設定するためのパルスシーケンスを概略的に示している。
【図１６】二つの異なる材料に関して、実験的に決定された抵抗値を設定されたパルス持続時間の関数として示している。
【図１Ａ】
2007531260.tif 000005
【図１Ｂ】
2007531260.tif 000006
【図２Ａ】
2007531260.tif 000007
【図２Ｂ】
2007531260.tif 000008
【図３】
2007531260.tif 000009
【図４】
2007531260.tif 000010
【図５】
2007531260.tif 000011
【図６】
2007531260.tif 000012
【図７】
2007531260.tif 000013
【図８】
2007531260.tif 000014
【図９】
2007531260.tif 000015
【図１０】
2007531260.tif 000016
【図１１】
2007531260.tif 000017
【図１２】
2007531260.tif 000018
【図１３】
2007531260.tif 000019
【図１４Ａ】
2007531260.tif 000020
【図１４Ｂ】
2007531260.tif 000021
【図１５Ａ】
2007531260.tif 000022
【図１５Ｂ】
2007531260.tif 000023
【図１６Ａ】
2007531260.tif 000024
【図１６Ｂ】
2007531260.tif 000025
【国際調査報告】
2007531260.tif 000026
2007531260.tif 000027
2007531260.tif 000028