(57)【要約】  第二の相変化材料中に形成した領域によって接続する第一の相変化材料中に形成した二つの絶縁領域を備える相変化メモリセルを提供する。第二の相変化材料の結晶化温度が第一の相変化材料の結晶化温度以下である。より低温において相を転換する第二のＰＣＭ材料を用いて材料特性を局部的に変化させることにより、局部的“ホットスポット”を得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第二の相変化材料中に形成した領域により接続した第一の相変化材料の中に形成した二つの絶縁領域を備え、前記第二の相変化材料の結晶化温度が第一の相変化材料の結晶化温度以下であることを特徴とする相変化メモリセル。
【請求項２】
接続領域の断面積が絶縁領域の断面積未満であり、断面が絶縁領域によって規定された方向に垂直な方向に取る請求項１に記載のメモリセル。
【請求項３】
前記接続領域の断面積の幅（Ｗ２）が、前記絶縁領域の断面積の幅（Ｗ１）未満である請求項２に記載のメモリセル。
【請求項４】
前記接続領域の断面積の高さ（ｔ２）が、前記絶縁領域の断面積の高さ（ｔ１）未満である請求項２又は３に記載のメモリセル。
【請求項５】
第一の相変化材料中に二つの絶縁領域を形成し、
第二の相変化材料中に前記二つの絶縁領域を接続する領域を形成することを備える請求項１に記載の相変化メモリセルの形成方法。
【請求項６】
二つの絶縁領域を形成する工程が、
基板上に第一の相変化材料の層を形成し、
かかる層をパターン化して二つの絶縁領域を形成することからなる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
パターン化の段階が、
第一の相変化材料中に一つの領域を形成する第一のパターン化工程；及び、
かかる領域を二つの絶縁領域に分離する第二のパターン化工程からなる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
接続領域を形成する工程が、
第一の相変化材料のパターン化層上に第二の相変化材料の層を形成し；
この第二の層をパターン化して前記二つの絶縁領域を接合する領域を形成することからなる請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記第二の層を、請求項７の第一のパターン化工程で用いたのと同じマスクを使用してパターン化する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第二の層を、接続領域の断面積の幅（Ｗ２）が絶縁領域の断面積の幅（Ｗ１）未満となるようにパターン化する請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
第二の相変化材料が第一の相変化材料と同じである請求項１に記載のメモリセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は相変化メモリセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
標準的な相変化メモリー（ＰＣＭ）ラテラル／ライン型セルは、マーチジン  Ｈ．Ｒ．ランクホルスト（Ｍａｒｔｉｊｎ  Ｈ．  Ｒ．  Ｌａｎｋｈｏｒｓｔ）、バス  Ｗ．Ｓ．Ｍ．Ｍ．ケテラース（Ｂａｓ  Ｗ．  Ｓ．  Ｍ．  Ｍ．  Ｋｅｔｅｌａａｒｓ）及びＲ．Ａ．Ｍ  ウォルタース（Ｒ．  Ａ．  Ｍ．  Ｗｏｌｔｅｒｓ）著の研究論文、“将来のシリコンチップ用の低コストナノスケール不揮発性メモリ構想”ネーチャーマテリアルズ（Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）（２００５年３月１３日に電子出版された）、並びにＰ．ハリング  ボリバー（Ｐ．  Ｈａｒｉｎｇ  Ｂｏｌｉｖａｒ）、Ｆ．マーゲット（Ｆ．  Ｍｅｒｇｅｔ）、Ｄ．−Ｈ．キム（Ｄ．−Ｈ．  Ｋｉｍ）、Ｂ．ハダム（Ｂ．  Ｈａｄａｍ）及びＨ．クルツ（Ｈ．  Ｋｕｒｚ）著の研究論文、“低電流消費の相変化ランダムアクセスメモリセル用ラテラルデザイン”、ＥＰＣＯＳ−２００４会議（ｗｗｗ．ｅｐｃｏｓ．ｏｒｇ／ｐｄｆ＿２００４／１９ｐａｐｅｒ＿ｈａｒｉｎｇｂｏｌｉｖａｒ．ｐｄｆを参照されたい）に記載されているように、砂時計パターン構造の形の幾何学的なくびれを考慮して設計されている。図１に示すように、電流Ｉは、相変化材料中に形成された中央部を通して、Ａｌ、ＷＴｉ／ＴｉＮのスタックからなる外部接点又は電極間を流れる。メモリセルのかかる形状は、電流密度の局部的な増加を生じ、その結果ジュール効果による発熱の増加をもたらす。デバイスの動作中、電流密度が最も高いこのくびれ部分が最初に溶融する。
【０００３】
図１に示すように、中央部の幅Ｗを減少させてその断面積を減少させる代わりに、ハリング  ボリバーの文献に開示されているように、ＰＣＭ層の局部的薄肉化用いて相変化材料の厚さｔを局部的に減少させることにより垂直方向のくびれを得ることができる。
【０００４】
問題は、寸法の縮小化に伴い、先溶融領域を幾何学的に限定する両方法とも、プロセス変動しがちなことにある。図１の砂時計形の幾何学的形状の制御は更に難しくなる。図２は、加工したメモリセルの寸法が設計したセルの寸法からの偏移を生ずるリソグラフ加工により発生した丸め効果を示す。実線は設計したセルを示し、また点線はリソグラフパターン化後のセルの周縁に相当する。かかる形状の変化及びそれによる拡張は、セル特性のより多くのばらつきを招くことになる。また、相変化膜厚を、ハリング  ボリバーの文献に記載されているようなエッチングにより減少させる取り組みも、十分に制御されたプロセスではなく、前記ばらつきを増加させる。
【０００５】
限界寸法の明確な領域（“ホットスポット”）を有し、動作中にかかるホットスポットにおいて電流密度の局部増加を生じる相変化メモリセルを形成するために更なる制御可能な方法が必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一の態様によると、第二の相変化材料中に形成した領域によって接続された第一の相変化材料の中に形成した二つの絶縁領域を備え、前記第二の相変化材料の結晶化温度が第一の相変化材料の結晶化温度以下であることを特徴とする相変化メモリセルを提供する。このことは前記問題に対する解決策を提供するもので、より低温において相を転換する、例えば相変化プロセスを開始するに必要なエネルギー量が第一の相変化材料に較べて第二の相変化材料でより少ない第二のＰＣＭ材料を用いて材料特性を局部的に変化させることを含む。所定の電流密度に対して、かかる第二のＰＣＭ材料を含む領域がまず溶融し、その結果局部的な“ホットスポット”が得られる。
【０００７】
本発明の第二の態様によると、第二の相変化材料中に形成した領域によって接続された第一の相変化材料の中に形成した二つの絶縁領域を備え、前記第二の相変化材料の結晶化温度が第一の相変化材料の結晶化温度以下であることを特徴とする相変化メモリセルの製造方法を提供し、かかる方法は、
第一の相変化材料中に二つの絶縁領域を形成し、
第二の相変化材料中に、前記二つの絶縁領域を接続する領域を形成することを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施態様を、単に例として添付図面を参照して以下に説明する。
【０００９】
本発明によるプロセスは、以下のようにして実施できる。ＧＳＴ２２５のような第一のＰＣＭの層を基板上に溶着する。この第一ＰＣＭ層を最初に、例えば、図２に示すような砂時計形状にパターン化する。かかる第一のパターン化工程において、ＴｉＷのような除去可能なハードマスクを使用することができる。かかるハードマスクを第一のＰＣＭ層上に形成し、パターン化する。同様に、パターン化したハードマスクを使用して、下側の第一のＰＣＭ層をパターン化する。その後、第二のマスク（図３）を使用して、第一のパターン化ＰＣＭ層内に活性領域（“ホットスポット”）、すなわち先溶融領域を定める。従って、第一のＰＣＭ層を二度目にパターン化してＰＣＭセルにおける中央部の区域を除去し、これによって第一のＰＣＭ材料の二つの絶縁領域を形成する。この場合も、ＴｉＷのようなハードマスク層をこの第二のパターン化工程に第一のパターン化段階でなされたのと同様の方法で使用できる。他の実施態様において、図３の第一及び第二のマスクの両方を一緒にして、単一パターン化工程において両絶縁部を定める単一マスクにする。
【００１０】
もしあれば、前記ハードマスク層をその後に選択的に除去する。次に、第一のＰＣＭ層の温度以下の温度で結晶化する第二のＰＣＭ材料の層を溶着する。この第二のＰＣＭ層はＧｅ４とすることができる。かかる第二のＰＣＭ層を別の溶着工程で溶着するので、その厚さを第一のＰＣＭ層の厚さと無関係に選択することができる。第二のＰＣＭ層の厚さｔ２、すなわち電流フローパスと垂直方向の断面積を減少（図４）する場合でも、第二のＰＣＭ層の抵抗率を第一のＰＣＭ層の抵抗率と同じ又はそれ未満と選択するので、この減少した断面積は第一のＰＣＭ層に較べて第二のＰＣＭ層内に電流密度の増加をもたらす。
【００１１】
次に、第二のＰＣＭ層をパターン化して第一のＰＣＭ材料の二つの対応する絶縁領域の間に導電性パスを形成する。第一の考慮される選択肢として、第一のパターン化工程と同様の砂時計形状のマスク（例えば第一のマスク）を使用してもよい。この場合、二つのＰＣＭ層のスタックが互いに整列した層で形成される。
【００１２】
このパターン化した第二のＰＣＭ層は第一のＰＣＭ層中に形成された一方の絶縁領域から他方の絶縁領域まで伸びて第一のＰＣＭ領域を分離する空隙を架橋するが、その幅Ｗ２を空隙の幅Ｗ１未満とすることができる（図５）。このようにして、第二のＰＣＭ層の電流密度を第一のＰＣＭ層に較べて増やすことができる。追加のマスクを使用するこのような解決策は、異なるマスクを使用して第二のＰＣＭ層をパターン化する第二の選択肢と見なすことができる。ハードマスク層は、もしあれば次に選択的に除去される。
【００１３】
この新規の一体化した流れの利点は、材料及び幾何学的要素を一緒にして可制御性、従ってセル特性の均質性及び再現性を改善することにある。
【００１４】
活性領域、例えば、“ホットスポット”を構成する領域に位置するＰＣＭ材料Ｇｅ４は、活性領域を電極に接続するＰＣＭ材料ＧＳＴ２２５より低い温度（従って、より低い電流密度を必要とする）で溶融、例えば再結晶する。図４に示すような活性領域におけるＧＳＴ２２５の除去のため、断面積は活性領域において幅Ｗ（砂時計形状により）だけでなく厚さｔも減少される。溶着による薄層の形成は、溶着したままの層の厚さを後エッチング加工により減少させるよりも更に制御可能性が高まることに注意されたい。
【００１５】
この更なる制御の利点は、溶融が実質的に活性領域のみで生じ、且つ、かかる溶融が統計上の特性のばらつきがより小さい状態で生じることである。
【００１６】
更なる利点は、電極と相変化材料間の界面での溶融発生の危険性を低下することにあり、もしかかる危険性が低下しないと、凝離及び／又は信頼性の低下を招く。かかる利点は、ＧＳＴ２２５を周囲に使用することにより実質的に実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、シリコンウエファ上で加工したＴｉＮ接点及びＡｌ結合パッドを有するＰＣＭラインセルの一例の略断面の走査電子顕微鏡写真を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ＰＣＭラインセルの一例の略断面の平面図を示す。
【図２】図２は、ＰＣＭセルの一部の略平面図を示す。
【図３】図３は、本発明により製造中のＰＣＭセルの一部の略平面図を示す。
【図４】図４は、本発明によりＰＣＭセルを製造中活性領域を薄肉化することを示す略断面図である。
【図５】図５は、本発明の第二の実施態様における活性領域の略上面図を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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