(57)【要約】  相変化材料メモリセルを提供する。かかるセルは、相変化材料の少なくとも一つのパターン化層を備え、該パターン化層が異なる抵抗率を有する少なくとも２つの領域を備えることを特徴とする。相変化材料の抵抗率が、限界寸法を有する特定の領域（“ホットスポット”）において該領域の外側のものより高い場合、電極間の所定の電流フローに対して、かかる領域内では抵抗率がより低い相変化材料の領域に較べてより有利にジュール熱を発生する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相変化材料の少なくとも一つのパターン化層を備え、該パターン化層が異なる抵抗率を有する少なくとも２つの領域を備えることを特徴とする相変化材料メモリセル。
【請求項２】
少なくとも一つのパターン化層が２つの外側領域間の中央領域からなり、該中央領域の抵抗率が前記２つの外側領域の抵抗率よりも高い請求項１記載のメモリセル。
【請求項３】
第一の抵抗率を有する相変化材料のパターン化層を形成し、
該パターン化層内で少なくとも２つの領域間に抵抗率の差を作り出すことを備えることを特徴とする請求項１記載のメモリセルの製造方法。
【請求項４】
前記抵抗率の差を、一つの領域で抵抗率を前記第一の抵抗率から増加させることによって作り出す請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記一つの領域が２つの外部領域間の中央領域である請求項４記載の方法。
【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低コストの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を見られたい）に記載されているように、砂時計型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もたらし、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層の局部薄肉化を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の砂時計型の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トグラフ加工により発生する丸め効果はを示す。実線は設計したセルを示し、また点線はリト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、相変化材料の少なくとも一つのパターン化層を備え、該パターン化層が異なる抵抗率を有する少なくとも２つの領域を備えることを特徴とする相変化材料メモリセルを提供する。相変化材料の抵抗率が、限界寸法を有する特定の領域（“ホットスポット”）において、かかる領域の外側のものより高い場合、電極間の所定の電流フローに対して、かかる領域内では抵抗率がより低い相変化材料の領域に較べてより有利にジュール熱を発生する。
【０００７】
少なくとも一つのパターン化層は、２つの外部領域の中間の中央領域からなっていてもよく、この場合中央領域の抵抗率が２つの外部領域よりも高い。
【０００８】
本発明の第二の態様によれば、相変化材料の少なくとも一つのパターン化層を備え、該パターン化層が異なる抵抗率を有する少なくとも２つの領域を備えるメモリセルの製造方法を提供し、かかる方法は、
第一の抵抗率を有する相変化材料のパターン化層を形成し、
該パターン化層内で少なくとも２つの領域間に抵抗率の差を作り出すことを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施態様を、単に例として添付図面を参照して説明する。
【００１０】
本発明によるプロセスは、以下のように実施できる。まず、相変化材料（ＰＣＭ）の層を溶着し、次にこの層をパターン化することにより、長いラインセルを幾何学的に作製する（図３）。この層は、図１に示す構造と類似の砂時計型の形状にパターン化してもよい。或いは、ＴｉＷ層のようなハードマスクを使用してこの層をパターン化することもできる。かかるハードマスクをＰＣＭ層全体に形成し、パターン化する。言い換えると、このパターン化したハードマスクを用いて、下側の第一ＰＣＭ層をパターン化する。図３に示すように、ＰＣＭ層のパターン化に使用した第一マスクの幅Ｗ１は、制御すべき最小の寸法であるため、プロセスの観点から重要である。
【００１１】
第二の工程において、ＰＣＭ層の材料特性は、第二マスクを用いて局部的に変化させる。この領域における材料は、ＰＣＭ層のＰＣＭ特性を実質的に変化させることなく、未変更材料に較べて抵抗率を増加させるべきである。抵抗率の変更工程に関しては、第二のマスクの幅Ｌ２が、制御すべき最小の寸法であるため、プロセスの観点から重要である。抵抗率が最も高い活性領域（“ホットスポット”）の寸法は、２つのリトグラフ加工工程を用いて決めることができ、この場合第一の工程はラインセルの長さに垂直な方向の活性領域の寸法Ｗ１を定め、第二工程は前記長さに沿った活性領域の寸法Ｌ２を定める。かかる活性領域の全抵抗率をその寸法並びに抵抗率によって決めるので、得失評価を従来技術で入手可能な寸法の下限値と従来の相変化材料に関して入手可能な抵抗率の上限値の間で行うことができる。
【００１２】
活性領域において抵抗率を変えるのに様々な方法が存在する。相変化材料を、例えば、窒素イオンの注入又は窒素含有プラズマへの露曝により局部的に窒化することができる。窒化物ドーピングを用いると、図４［３］に示したグラフで明らかなように、ＧＳＴ材料の抵抗率は２倍にまで増加させることができる。このように増加した抵抗率は、窒素をドープした領域においてジュール散逸の増加をもたらし、そのより高い抵抗率によって溶融がかかる領域においてまず始まる。
【００１３】
他の実施は、他の元素、例えば所望のＰＣＭ材料化合物の一部を形成する金属の注入を含むことができる。相変化材料の所望の組成物は、主として活性領域内でのみ、活性領域内の変性された相変化材料に較べて抵抗率がより低いことを特徴とする活性領域外の相変化材料の組成で得られる。
【００１４】
例えば、相変化材料の抵抗率を局部的に増加させる代替手段として、例えば図３に示した活性領域において、図５に示すように、活性領域外の相変化材料の抵抗率を減少させることができる。両方の場合、活性領域と相変化材料の残りの部分との間の抵抗率の差が、所定電流に対する加熱量の差をもたらす。その結果、活性領域中で相変化材料の再結晶化又は溶融温度に達し、この“ホットスポット”の溶融をまず生ずる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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図で、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、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、本発明の一実施態様に従う製造中のＰＣＭセルの一部の略平面図を示す。
【図４】図４は、窒素濃度の関数としてのＧＳＴ膜の抵抗率のプロットである。
【図５】図５は、本発明の他の実施態様に従う製造中のＰＣＭセルの一部の略平面図を示す。
【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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