(57)【要約】本発明の方法は、本発明の電気デバイス(100)の製造方法に関する。当該電気デバイス(100)は、抵抗器を有する主部(102)を有する。その抵抗器は、第1相と第2相との間で変化可能な相変化材料を有する。その抵抗器は、その相変化材料が第1相のときに、第1電気抵抗を有し、その相変化材料が第2相のときに、第1電気抵抗とは異なる第2電気抵抗を有する。その抵抗器は、第1導体(172,120)及び第2導体(108,121)と電気的に接続するナノワイヤ(NW)である。本発明の方法は、第1導体(172,120)を有する主部(102)を供する工程、第1導体(172,120)にナノワイヤ(NW)を供することで、前記ナノワイヤ(NW)と前記第1導体(172,120)とを電気的に接続する工程、及び前記ナノワイヤ(NW)に第2導体(108,121)を供することで、前記ナノワイヤ(NW)と前記第2導体(108,121)とを電気的に接続する工程、を有する。
2008515181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗器を有する主部を有する電気デバイスの製造方法であって：
前記抵抗器は、少なくとも第1相と第2相との間で変化可能な相変化材料を有し、かつ第1導体及び第2導体と電気的に接続するナノワイヤで、
前記第1導体を有する前記主部を供する主部提供工程；
前記第1導体に前記ナノワイヤを供することで、前記ナノワイヤと前記第1導体とを電気的に接続する、第1提供工程；及び
前記ナノワイヤに前記第2導体を供することで、前記ナノワイヤと前記第2導体とを電気的に接続する、第2提供工程；
を有する電気デバイス製造方法。
【請求項２】
前記第1導体に前記ナノワイヤを供する前記第1提供工程が：
前記第1導体に、前記第1導体の一部を露出させるアパーチャを供するアパーチャ提供工程；及び
前記アパーチャによって露出された前記第1導体の前記一部に前記ナノワイヤを供するナノワイヤ提供工程；
を有する、請求項1に記載の電気デバイス製造方法。
【請求項３】
前記アパーチャに前記ナノワイヤを供する前記ナノワイヤ提供工程が：
前記アパーチャによって露出された前記第導体の前記一部に金属粒子を供する金属粒子提供工程；及び
前記金属粒子を触媒として用いることによって、気相-液相-固相成長法の手段で前記ナノワイヤを成長する成長工程；
を有する、請求項2に記載の電気デバイス製造方法。
【請求項４】
前記アパーチャが、前記ナノワイヤの主軸と平行な方向に、5nm-100nmの範囲で、好適には5nm-20nmの範囲の深さを有する、請求項2に記載の電気デバイス製造方法。
【請求項５】
前記金属粒子が、2nm-100nmで、好適には5nm-50nmの直径を有する、請求項3に記載の電気デバイス製造方法。
【請求項６】
前記アパーチャによって露出された前記第1導体の一部に金属粒子を供する前記金属粒子提供工程が：
前記金属の層を前記アパーチャに供する金属層提供工程；及び
前記金属の前記層を加熱することで、前記金属粒子を生成する加熱工程；
を有する、請求項3に記載の電気デバイス製造方法。
【請求項７】
前記相変化材料が、(In1-xGax)ySb1-yを有し、0≦x≦1、0≦y≦1である、請求項1及び2に記載の電気デバイス製造方法。
【請求項８】
前記成長工程の間、前記成長中のナノワイヤの温度が減少する、請求項3に記載の電気デバイス製造方法。
【請求項９】
抵抗器を有する主部を有する電気デバイスであって、
前記抵抗器は、少なくとも第1相と第2相との間で変化可能な相変化材料を有し、
前記抵抗器は、前記相変化材料が第1相のときに、第1電気抵抗を有し、前記相変化材料が第2相のときに、前記第1電気抵抗とは異なる第2電気抵抗を有し、かつ
前記抵抗器は、前記第1導体及び前記第2導体と電気的に接続するナノワイヤである、
電気デバイス。
【請求項１０】
前記ナノワイヤが、ある長さのワイヤ直径を有する部分、及び別な長さのワイヤ直径を有する別な部分を有し、
前記部分は前記相変化材料を有し、かつ
前記別な部分のワイヤ直径は、前記部分のワイヤ直径よりも長い、
請求項9に記載の電気デバイス。
【請求項１１】
前記ナノワイヤが、前記部分のワイヤ直径よりも大きな直径を有する付加的部分有し、かつ前記部分は、前記別な部分と前記付加的部分との間に設けられている、
請求項10に記載の電気デバイス。
【請求項１２】
前記部分及び前記別な部分が、それぞれ異なる化学組成を有する、請求項10に記載の電気デバイス。
【請求項１３】
前記部分、前記付加的部分及び好適には前記別な部分の化学組成がそれぞれ異なっている、請求項10に記載の電気デバイス。
【請求項１４】
前記部分、前記付加的部分及び好適には前記別な部分がそれぞれ、前記相変化材料を有する、請求項11に記載の電気デバイス。
【請求項１５】
前記相変化材料を有する前記ナノワイヤの部分が、5nmから50nmの範囲の直径を有する、請求項9に記載の電気デバイス。
【請求項１６】
前記抵抗器がメモリ素子を有し、
前記主部が：
メモリセルのアレイ；
格子状の選択ライン；
を有し、
各メモリセルは、各対応するメモリ素子及び各対応する選択デバイスを有し、かつ
各メモリセルは、前記各対応する選択デバイスに接続する前記各対応する選択ラインを介して個別的にアクセス可能である、
請求項9に記載の電気デバイス。
【請求項１７】
前記選択デバイスがダイオードである、請求項16に記載の電気デバイス。
【請求項１８】
前記選択デバイスが前記ナノワイヤの集積部分である、請求項17に記載の電気デバイス。
【請求項１９】
前記選択デバイスが、ソース領域、ドレイン領域及びゲート領域を有し、
前記格子状の選択ラインが、N本の第1選択ライン、M本の第2選択ライン及び出力ラインを有し、
各メモリ素子の前記抵抗器が、対応する金属-酸化物-半導体電界効果型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た第1領域と、前記出力領域とを電気的に接続し、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域から選択され、かつ前記第1領域の影響を受けない、前記対応する金属-酸化物-半導体電界効果型トランジスタの第2領域は、N本の第1選択ラインのうちの1本と電気的に接続され、かつ
前記ゲート領域は、前記M本の第1選択ラインのうちの1本と電気的に接続される、
請求項16に記載の電気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の方法は、抵抗器を有する主部(102)を有する電気デバイスの製造方法に関する。その抵抗器は、第1相と第2相との間で変化可能な相変化材料を有する。その抵抗器は、その相変化材料が第1相のときに、第1電気抵抗を有し、その相変化材料が第2相のときに、第1電気抵抗とは異なる第2電気抵抗を有する。
【０００２】
本発明はさらに、そのような電気デバイスにも関する。
【背景技術】
【０００３】
特許文献1は、基板に、電気コンタクト層32及び通電加熱層34が供される方法について開示している。電気コンタクト層32及び通電加熱層34は共に図1に図示されている。これらの層の上に、誘電層への穴46が形成されることで、加熱層34が曝露される。続いて誘電層及び穴に、メモリ材料層36が供される。メモリ材料層36は、相対的に高抵抗のアモルファス状態、及び相対的に低抵抗の結晶状態を有する、GeSbTe相変化材料である。続いて相変化材料層36の上面には、通電加熱層38及び電気コンタクト層40が供される。
【０００４】
穴46内部に存在するメモリ材料層の一部は、アモルファス状態から結晶状態へ、及び結晶状態からアモルファス状態への相転移を起こすことができる。この相転移は、電気コンタクト層32及び通電加熱層34から、穴46内部に存在するメモリ材料層の一部を介して通電加熱層38及び電気コンタクト層40へ流れる電流によって誘起されて良い。このようにして、メモリ材料層36の電気抵抗は、相対的に高い値と低い値との間での切り換えが可能となる。
【０００５】
既知の製造方法の欠点は、スイッチングエネルギーと呼ばれる、アモルファス状態と結晶状態との間の切り換えに必要なエネルギーが相対的に高いことである。このスイッチングエネルギーは、相転移を起こすメモリ材料の体積の大きさによって変化する。既知の電気デバイスでは、体積は穴46の大きさによって決定される。標準的な製造方法では、穴46の大きさは、リソグラフィによって得ることのできる最小部位サイズによって決定される。既知の電気デバイスは任意で、メモリ材料層36に封入されている熱プラグ45を有して良い。この熱プラグ45によって、スイッチングエネルギーはさらに減少する。標準的な製造方法では、熱プラグ45の大きさは、リソグラフィによって得ることのできる最小部位サイズによって決定される。
【特許文献１】米国特許第5933365号明細書
【特許文献２】国際公開第2003/083949号パンフレット
【非特許文献１】K.Hiruma他、Journal  of  Applied  Physics、第77巻、pp.447-457、1995年
【非特許文献２】モラルス(A.Morales)とリーバー(C.Lieber)、Science誌、第279巻、pp.208-211、1998年
【非特許文献３】グディッセン(M.S.Gudiksen)他、Nature誌、第415巻、pp.617-620、2002年
【非特許文献４】ブジューク(M.T.Bjork)他、Applied  Physics  Letters誌、第80巻、pp.1058-1062、2002年
【非特許文献５】デュアン(X.Duan)及びリーバー(C.M.Lieber)、Advanced  Materials誌、第12巻、pp.298-302、2000年
【非特許文献６】フランセッチ(S.De.Franceschi)他、Applied  Physics  Letters誌、第83巻、pp.344-346、2003年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来よりも低いスイッチングエネルギーを有する電気デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は独立請求項によって定義される。従属請求項は有利な実施例を定義する。
【０００８】
本発明に従うと、相変化材料を有する抵抗器は、第一導体に供されるナノワイヤである。そのように供されることにより、そのナノワイヤとその第1導体とが電気的に接続する。ナノワイヤには第2導体が供される。そのように供されることにより、そのナノワイヤとその第2導体とが電気的に接続する。このようにして、前記抵抗器の電気抵抗の確立を可能にする電気回路が得られる。
【０００９】
前段で得られた電気デバイスでは、相変化を起こす体積、つまりスイッチングエネルギーは、ナノワイヤの直径によって決定されて良い。その直径は、たとえば約2nm以上であって良く、たとえば約5nm以上、たとえば約7nm以上、たとえば約10nm以上、たとえば約10nm以上、たとえば約15nm以上、たとえば約25nm以上、たとえば約50nm又は100nmであって良い。相変化を起こす体積が従来技術よりも小さくなるため、スイッチングエネルギーも従来技術より小さくなる。
【００１０】
ナノワイヤは、非特許文献1及び非特許文献2で説明されているような自己集合法によって得られて良い。このようにしてナノワイヤは、リソグラフィから独立し、かつリソグラフィの分解能よりも十分小さいワイヤ直径の実現が可能なプロセスによって得ることができる。セルフアセンブリ法のため、ナノワイヤの大きさは十分制御され、リソグラフィによって実現可能な最小部位サイズよりも十分小さくすることが可能となる。
【００１１】
ナノワイヤは中身が詰まった状態であって良い。あるいはその代わりに、ナノワイヤは中空部分を有しても良いし、又は全体が中空構造であっても良い。当技術分野において、そのようなナノワイヤはよく、ナノチューブと呼ばれる。
【００１２】
ナノワイヤは、エッチングのような材料除去処理を含まない方法によって得られて良い。このことで、材料除去処理によって生じるプロセスのばらつきが回避されるという利点を得ることができる。
【００１３】
ナノワイヤは、たとえば20nm以上、たとえば50nm以上の、ワイヤ直径に垂直な長手方向の長さを有して良い。
【００１４】
第1導体にナノワイヤを供する工程は以下の工程を有して良い。
-第1導体の一部を露出させるアパーチャを有する誘電層を、第1導体へ供する工程；及び
-アパーチャによって露出されている第1導体の一部にナノワイヤを供する工程；
第1導体を露出させる、誘電層中のアパーチャへナノワイヤを供することによって、ナノワイヤは、明確な位置に位置設定されることが可能である。このようにして、位置は、使用されるリソグラフィの分解能によって決定されるスケールによって画定可能となる。その一方で、相変化材料の体積、つまりスイッチングエネルギーは、ワイヤ直径によって決定される。そのワイヤ直径は、使用されるリソグラフィの分解能よりもはるかに小さくて良い。この実施例は、第1導体が、たとえばリソグラフィプロセスのような、アパーチャと同程度の大きさを有するプロセスによって得られるときに特に有用である。アパーチャは、所謂バックエンドプロセスで一般的に用いられているコンタクトホールを得る方法と同様の方法で得られて良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
一の実施例では、ナノワイヤは以下の工程によってアパーチャへ供される。
-アパーチャによって露出された第1導体へ金属粒子を供する工程；及び
-金属粒子を触媒として用いた気相-液相-固相(VLS)成長法によってナノワイヤを成長させる工程；
ナノワイヤをアパーチャへ供するこのような方法は、ナノワイヤと第1導体との電気的接続が従来技術よりも容易であるという利点を有する。しかも、ナノワイヤそれ自身の代わりに、金属粒子のみがアパーチャへ供されなければならない。これにより、前記方法は従来技術よりも容易になる。それに加え、ナノワイヤの直径は、金属粒子の大きさと実質的に同一であり、その金属粒子からナノワイヤは成長する。よって、すでに到達可能である、明確な大きさの金属粒子を用いることによって、ワイヤの直径は制御可能となる。金属粒子は、2nmから100nmで、好適には5nmから50nmの直径を有して良い。ワイヤ直径は、約10%である分散と同一の範囲内で調節可能である。アパーチャは、ナノワイヤ主軸と平行な方向に、5nm-100nmで、好適には5nm-20nmの深さを有して良い。そのようにアパーチャが従来よりも浅いことで、従来よりも信頼性のある、アパーチャ内部でのナノワイヤの成長が可能となる。
【００１６】
本発明に従った方法の代替実施例では、ナノワイヤは、VLS法によって、別な場所で成長されて良い。別な場所とはたとえば、デバイスで用いる基板とは異なる基板上である。続いて、この基板からナノワイヤを脱離し、たとえば超音波を用いることによって溶媒中で分散させて良い。続いてナノワイヤは、たとえば絶縁性の基板上に水平に設けられて良い。コンタクトは、ナノワイヤの2つの外側端部上に蒸着されて良い。相変化を起こすナノワイヤの体積は、コンタクト間のナノワイヤの体積に等しい。
【００１７】
ナノワイヤは、VLS法以外の方法で得られても良い。VLS法以外の方法とはたとえば、相変化材料を有する材料によって穴が満たされている多孔性材料を供することによって、相変化材料を有するナノワイヤを得る方法である。ナノワイヤの製造方法は、たとえば、100nmから最大数μmの厚さを有する陽極酸化アルミニウムのような多孔性材料を堆積する工程を有して良い。穴の大きさはたとえば10nmから200nmの範囲で調節されて良い。穴の間隔は、穴の直径の約2倍であって良い。密度は、穴の大きさに依存し、かつ1010cm-2程度の大きさであって良い。後で、相変化材料を有する材料で穴は電気化学的に満たされる。この方法は、VLS法での成長が難しい相変化材料への適用が可能であるという利点を有する。多孔性材料は、電気デバイスの一部であって良い。つまり、穴中で製造されたナノワイヤは、製造された位置にそのまま留まって良い。あるいはその代わりに、多孔性マトリックスを分解することにより、ナノワイヤはそのマトリックスから脱離し、前段落で説明されたように用いられることが可能な溶媒中で分散されて良い。
【００１８】
金属粒子が触媒として使用されるとき、金属層をアパーチャへ供し、それに続いて金属層を加熱することによって形成された金属粒子が供されて良い。特に電気デバイスが多数のアパーチャを有し、各アパーチャには少なくとも1つの金属粒子が供されるとき、この方法は、金属粒子をアパーチャ内部に設ける簡便な方法である。あるいはその代わりに、1つ以上の金属粒子を有する溶液を誘電層及びアパーチャ上に流し込み、その後溶液を乾燥させることで、各アパーチャ中に少なくとも1つの金属粒子が残るようにしても良い。
【００１９】
ナノワイヤ中に含まれる相変化材料は、(In1-xGax)ySb1-yを有して良い。ただし、0≦x≦1、0≦y≦1である。これらの材料は、切り換え可能抵抗器として良好な特性を有する。それはたとえば、従来技術よりも大きな、第1電気抵抗と第2電気抵抗との差異である。このような良好な特性により、抵抗器の抵抗値の読み出しは、特に抵抗器がメモリ素子として用いられるときに相対的に安定する。それに加え、これらの材料は、相対的に弱い伝導性を有する相から、相対的に強い伝導性を有する相への相転移を誘起するのに、従来技術よりも低い電圧しか必要としない。
【００２０】
そのようなナノワイヤが、VLS法によって簡便に成長できる際、y≦0.5が保持される。最初にy=0.5のナノワイヤを成長させ、それに続いてナノワイヤを、Sb原子の一部が蒸発するほど十分に高い温度に加熱することによって、y<0.5でのナノワイヤを得ることができる。In及びGaに対するSb濃度を減少させることにより、相変化材料の結晶化速度が上昇する。結晶化速度が上昇することで、従来よりも高速の、アモルファス相から結晶相への相転移が可能となる。
【００２１】
一の実施例では、相変化材料中のGa、In及びSbの比は、原子%のGa-In-Sbの3元組成図内の領域で表されて良い。前記領域は、以下の頂点T、U、V及びWを有する4辺形である。ここで、TはGa46Sb54、UはGa10In36Sb54、VはGa26In36Sb38で、かつWはGa62Sb38である。そのような相変化材料では、アモルファス層の安定性は、30℃において10年以上であり、結晶化時間は30ns未満である。
【００２２】
VLS成長法によってナノワイヤを成長させる工程中、成長するナノワイヤの温度は、たとえば10℃から80℃減少させることが可能である。そのように温度が減少することで、この条件下で成長したナノワイヤの一部は、高い温度で成長したナノワイヤの一部よりも小さな直径を有する。その結果、従来よりも小さな活性体積の相変化材料が画定され、相変化はその体積に限定される。それにより、必要なスイッチングエネルギーが減少する。減少したワイヤ直径を有するナノワイヤ部分は、450℃以下、たとえば420℃以下で成長するのが好ましい。相対的に高温で成長するナノワイヤ部分は、相対的に大きなワイヤ直径を有する。相対的に大きなワイヤ直径によって、活性体積への効率的な電気伝導が可能となる。
【００２３】
その代わりに、あるいはそれに加えて、その部分は、ある温度で成長して良い。ある温度は非常に高いため、金属粒子中の気相からの反応物の融合が、成長にとって律速となる。
【００２４】
温度は、成長している期間の後に減少して良い。その期間中、温度は、第1温度から第2温度に変化する。あるいはその代わりに、温度は、複数の段階で減少して良いし、又は連続的に減少しても良い。
【００２５】
本発明に従った電気デバイスは主部を有し、その主部は、第1相と第2相との間で変化可能な相変化材料を有する抵抗器を有する。その抵抗器は、その相変化材料が第1相のときに、第1電気抵抗を有し、その相変化材料が第2相のときに、第1電気抵抗とは異なる第2電気抵抗を有する。その抵抗器は、第1導体及び第2導体と電気的に接続するナノワイヤである。そのような電気デバイスは、メモリ素子として機能できる、電気的に切り換え可能な抵抗器である。そのメモリ素子内では、情報は抵抗値の手段によって保存される。ナノワイヤを抵抗器としての使用は、相変化を起こす活性体積を従来よりも小さく保持できることで、スイッチングエネルギーが従来よりも小さくなるという利点を有する。
【００２６】
本発明は、2つの離散的な電気抵抗値に限定されない。2つの離散的な電気抵抗値の代わりに、相変化材料は、複数の相を有して良いし、又は2相の混合状態で構成されても良い。抵抗器は、取り得る様々な抵抗値に対応する範囲を有して良い。
【００２７】
電気デバイスの実施例では、ナノワイヤは、相変化材料を有する部分、及び前記部分とは別な部分を有する。前記別な部分のワイヤ直径は、前記相変化材料を有する部分のワイヤ直径よりも長い。前記相変化材料を有する部分が、前記別な部分よりも小さなワイヤ直径を有するので、前記相変化材料を有する部分の電流密度は、前記別な部分の電流密度よりも大きくなる。前記相変化材料を有する部分の電流密度が前記別な部分の電流密度よりも大きいため、相変化が誘起される前記部分でのジュール熱は相対的に大きくなり、その一方で、相変化が誘起されない前記別な部分でのジュール熱は相対的に小さくなる。前記別な部分でのジュール熱は相対的にほとんど相変化に寄与しないため、相対的に効果を及ぼさない。相変化材料を有する前記部分のジュール熱に対する、前記別な部分のジュール熱の相対量が減少することで、相変化を誘起する際の、電気デバイス全体としての効率が上昇する。
【００２８】
ナノワイヤは、前記部分のワイヤ直径よりも長いワイヤ直径を有する、付加的部分を有して良い。その際、前記部分は、前記別な部分と前記付加的部分との間に設けられる。そのような電気デバイスでは、相変化を起こす部分へ向かう方向の電流経路と、相変化を起こす部分から離れる方向の電流経路ともに従来よりも低オーム性であるため、従来よりも低損失となる。
【００２９】
その代わりに又はそれに加えて、前記部分の電流経路の断面積を、前記別な部分の電流経路の断面積よりも小さくすることによって、相変化材料を有する前記部分を中空に、かつ前記別な部分は充填された状態にして良い。
【００３０】
相変化材料を有し、相変化を起こす前記部分、前記別な部分及び/又は前記付加的部分の化学組成は異なっていて良い。前記別な部分及び/又は前記付加的部分は、第1相をとる相変化材料及び第2相をとる相変化材料のいずれよりも良好な伝導性を有する材料で構成されることが好ましい。異なる化学組成は、異なるドーピング濃度及び/又は異なるドーパントによって良い。
【００３１】
一の実施例では、前記部分、前記付加的部分、及び好適には前記別な部分は、それぞれ相変化材料を有する。そのような電気デバイスでは、相変化を起こす活性体積は、電流の流れる界面である。その界面では、活性体積は、相変化を起こす相変化材料とナノワイヤの隣接部分との間での化学的相互作用を減少させる相変化材料とのみ接する。それにより、電気デバイスの寿命は延びる。つまり、確実に実現できる相転移の数は増大する。
【００３２】
相変化材料を有するナノワイヤの部分は、5nmから50nmのワイヤ直径を有して良い。そのような長さのワイヤ直径により、従来よりも高電流密度で、かつ従来よりも低スイッチングエネルギーとなる。
【００３３】
抵抗器は、メモリ素子を構成して良い。そのメモリ素子では、情報は抵抗器の抵抗値によって保存される。主部は：  
-メモリセルのアレイ；及び
-格子状の選択ライン；
を有して良い。各メモリセルは、各対応するメモリ素子及び各対応する選択デバイスを有し、前記各対応する選択デバイスに接続する前記各対応する選択ラインを介して、各メモリセルは、個別的にアクセス可能である。
【００３４】
そのような電気デバイスは、マルチビットの情報の保存及び読み込みが可能なメモリアレイを構成する。
【００３５】
選択装置は、従来よりも小型でかつ単純な電気デバイスとなるダイオードを有して良い。そのダイオードは、pnダイオード、ツェナーダイオード、又はパンチスルーダイオードであって良い。そのダイオードは、ナノワイヤの集積部分であって良く、たとえば非特許文献3で説明されているように、ナノワイヤが成長する気体の組成を変化させるVLS成長法によって作製されて良い。同様に、気相の組成物中の主成分を変化させることによって、たとえば、In及びPからIn及びAsに変更するように、ヘテロ接合を含むナノワイヤは、非特許文献4で説明されるような方法で製造されて良い。
【００３６】
選択デバイスは、ソース領域、ドレイン領域及びゲート領域を有する金属-酸化物-半導体電界効果型トランジスタを有して良い。格子状の選択ラインは、N本の第1選択ライン、M本の第2選択ライン及び出力ラインを有して良い。各メモリ素子の抵抗器は、対応する金属-酸化物-半導体電界効果型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た第1領域と出力ラインとを電気的に接続して良い。ソース領域及びドレイン領域から選択され、かつ第1領域の影響を受けない、対応する金属-酸化物-半導体電界効果型トランジスタの第2領域は、N本の第1選択ラインのうちの1本と電気的に接続して良い。ゲート領域は、M本の第1選択ラインのうちの1本と電気的に接続して良い。
【００３７】
そのような電気デバイスは、MOSFET製造用の標準的なCMOSプロセスに組み込むのが特に容易である。
【００３８】
あるいはその代わりに、バイポーラトランジスタが選択デバイスとして用いられて良い。エミッタ領域及びベース領域は、2つの対応する選択ラインと接続して良く、その一方でコレクタはナノワイヤを介して出力ラインと接続する。
【００３９】
本発明の方法及び電気デバイスのこれらの態様及び他の態様は、図を参照しながら説明されることで明らかにされる。
【実施例１】
【００４０】
図2-図6に様々な製造段階における電気デバイス100が図示されている。電気デバイス100の実施例は主部102を有する。主部102は基板101を有して良い。基板101はたとえば、単結晶pドープのシリコン半導体ウエハを有して良い。その主部は、選択デバイス171のアレイをさらに有する。図2-図6に図示された実施例では、電気デバイス100は、3×3のアレイを有するが、本発明はこのサイズのアレイに限定されないし、この形状のアレイにも限定されない。主部102は格子状の選択ライン120及び121をさらに有する。それにより、各メモリセルは、各対応する選択デバイス171に接続する各対応する選択ライン120及び121を介することによって、個別的にアクセス可能となる。
【００４１】
図2-図6に図示された実施例では、選択デバイス171は、金属-酸化物-半導体電界効果型トランジスタ(MOSFET)、より詳細には、NMOSトランジスタを有する。MOSFETは、nドープされたソース領域172、nドープされたドレイン領域173、及びゲート領域174を有する。ソース領域172及びドレイン領域173は、2つ以上のnドープ材料の部分を有して良い。2つ以上のnドープ材料の部分とはたとえば、軽ドープn型部分、及び高ドープn+部分である。Nドープソース領域172及びドレイン領域173は、チャネル領域によって隔離されている。そのチャネル領域の上に形成されるゲート領域174は、ソース領域172からチャネル領域を介してドレイン領域173へ流れる電流を制御する。ゲート領域174は多結晶シリコン層を有して良い。ゲート領域174は、ゲート誘電層によってチャネル領域から隔離されている。
【００４２】
格子状の選択ライン120及び121は、N=3の第1選択ライン120、M=3の第2選択ライン121、及び出力ラインを有する。対応する金属-酸化物-半導体電界効果型トランジスタのソース領域172及びドレイン領域173から選択される、相互に絶縁された端子領域には、製造プロセス後に、ナノワイヤが供される。ソース領域172及びドレイン領域173から選択され、かつ端子領域の影響を受けない、金属-酸化物-半導体電界効果型トランジスタの別な領域は、N本の第1選択ライン120のうちの1本と電気的に接続する。ゲート領域174は、M本の第2選択ライン121のうちの1本と電気的に接続する。図2-図6に図示された実施例では、前記相互に絶縁された端子領域はソース領域172であって、前記別な領域はドレイン領域173である。図示されていない他の実施例では、前記相互に絶縁された端子領域はソース領域173であって、前記別な領域はドレイン領域172である。
【００４３】
この実施例では、ドレイン領域173は、金属1とも呼ばれる第1相互接続層に接続し、ゲート領域174は、金属2とも呼ばれる第2相互接続層に接続し、かつナノワイヤのコンタクトホールは、金属3とも呼ばれる第3相互接続層、又はより高次の相互接続層に接続する。ナノワイヤを金属1に接続することによって、ナノワイヤを成長させなければならないコンタクトホールがそのように相対的に深くなってしまうのを回避できる。
【００４４】
選択ライン120は横に並ぶ選択デバイスと接続し、選択ライン121は縦に並ぶ選択デバイスと接続する。これらは図示されていない。
【００４５】
ゲート領域174及びドレイン領域173には、タングステンシリサイド層及びタングステンプラグ122が供される。それにより、ゲート領域174は選択ライン121と接続し、ドレイン領域173は選択ライン120と接続する。選択ライン120及び121は、たとえばアルミニウム又は銅のような導電性材料から構成される。選択デバイス171のアレイは及び格子状の選択ライン120及び121は、標準的なIC技術を用いて作製される。
【００４６】
上述の電気的接続は別として、選択デバイス171と、選択ライン120及び121は、互いに絶縁され、たとえば二酸化シリコンのような誘電層123内に埋め込まれている。誘電材料123は複数の層で構成されて良い。その複数の層は、様々な材料を含んでよい。相対的に滑らかでかつ平坦な表面を得るため、誘電材料123の表面は、化学機械研磨(CMP)によって研磨されて良い。それに続いて、図2及び図3に図示されている開口部124が誘電材料123内に形成されることで、端子領域が露出される。本実施例では、露出される端子領域は、ソース領域172である。
【００４７】
得られた構造には、1つ以上のナノワイヤNWが開口部内に供される。一の実施例では、ナノワイヤNWは、VLS法によって成長する。VLS法については、非特許文献1及び非特許文献2で説明されている。
【００４８】
この目的のため、得られた構造、特に開口部124には、典型的には厚さ0.2nm-5nmの金属膜が供されて良い。そのような金属膜はたとえば、Ni、Co、Fe又はAuのような金属である。初期の加熱工程中、図3に図示されているように、金属クラスタMCとも呼ばれる、1つ以上の金属粒子が、ソース領域172上部の開口部124内部の金属膜から生成される。金属粒子は1つであることが好ましい。金属クラスタMCは、2nm-100nmの大きさで、好適には5nm-50nmの大きさを有して良い。実際の大きさは、金属膜の厚さ、金属クラスタが生成される温度、用いられる金属、存在する場合はバリヤ層の材料、及びアパーチャ124の大きさに依存するだろう。アパーチャ124の大きさは、500nm以下で、好適には、250nm、180nm、130nm又は90nm以下であって良い。あるいはその代わりに、たとえば溶液から、又は集束イオンビームの手段により、金属クラスタMCは、これらの材料のうちの如何なる材料のコロイド金属粒子として直接的に堆積されて良い。溶液から、又は集束イオンビームの手段により、金属クラスタMCを堆積することは、MCの大きさを比較的容易かつ確実に制御できるという利点を有する。
【００４９】
一の実施例では、金属クラスタMCを供する前に、バリヤ層が、開口部124底部に供されることで、フロントエンドを金属汚染から保護する。開口部124側壁のバリヤ層はたとえばMCを除去する間に、部分的に除去されて良い。それにより、メモリ材料層とドレイン領域との間のショートを防ぐ。
【００５０】
金属クラスタMCは、VLS法によるナノワイヤの成長用の核又は触媒として用いられる。金属クラスタMCは、400℃-800℃の温度範囲で加熱され、所望の相変化材料を有する先駆体流に曝露される。金属クラスタMCは、気相反応物質の吸収にとって、エネルギー的に好ましい位置として機能する。つまり、反応物質は、これらの位置に集まり、そこからナノワイヤNWは成長する。この工程の結果を図4に図示する。このようにして触媒として機能する金属クラスタMCの大きさは、そこから成長するナノワイヤNWの直径を決定する。
【００５１】
ナノワイヤNWは、第1値と第2値との間で切り換え可能な電気抵抗を有する相変化材料を有する。その相変化材料は、(In1-xGax)ySb1-yで構成されて良い。ただし、0≦x≦1、0≦y≦1である。実施例の分類では、yがほぼ0.5のとき、たとえば0.45から0.55の間の値で、0.5であることが好ましいとき、xは、0.2,0.4,0.5及び0.7であって良い。相変化材料には、たとえばTe、Se及びSから選択される1種類以上の元素Xがドープされて良い。ドーパントは、たとえば、H2Xの型の先駆体として、ナノワイヤが成長するガスに加えられて良い。あるいはその代わりに、ドーパントは、レーザーアブレーションによって上記を発生させるターゲットに加えられても良い。ドーピング濃度は、たとえば0.0001原子%から1原子%であって良い。III-V族材料のナノワイヤは、275℃から450℃の間の温度で成長して良い。選択された温度は、所望のワイヤ直径、反応物質の圧力及び金属粒子MCの大きさに依存する。
【００５２】
VLS法では、ナノワイヤNWの直径dは、成長するナノワイヤの温度、及び金属クラスタMCの大きさに依存する。ナノチューブとも呼ばれる中空のナノワイヤが用いられて良い。それにより、ワイヤの外側直径よりも小さな直径を有する、相変化材料の活性体積が得られる。ナノワイヤ(In1-xGax)ySb1-y、0≦x≦1、0≦y≦1については、温度Tが約500℃より低い場合には、充填状態のナノワイヤが成長するが、温度Tが約500℃より高い場合には、中空状態のナノワイヤが生成される。ナノワイヤNWは、充填状態のコアを有する部分、及び中空状態のコアを有する部分を有して良い。
【００５３】
開口部124外部の金属膜、金属クラスタMC及び/又はコロイド金属粒子は、ナノワイヤNWの成長前に、研磨又は角度依存のイオンミリングによって除去されて良い。このように除去されることで、ナノワイヤが開口部124外部で成長するのを防ぐ。この時点で開口部124内部にバリヤ層が存在する場合、該バリヤ層は、高さが誘電層123上部よりも低くなるように、少なくとも部分的に除去されて良い。開口部124外部の金属膜及び/又はコロイド金属粒子が、ナノワイヤNWの成長前に除去されない場合、ナノワイヤNWは、開口部124外部のバリヤ層上部にも成長する。以降で説明するように、開口部124外部のナノワイヤNWは、たとえばさらに堆積された誘電層223の過剰堆積分を除去する間のような、以降のプロセス中に除去されて良い。
【００５４】
各開口部124内には1つのナノワイヤNWが成長することが好ましい。つまり、ナノワイヤNWの組は、各異なる開口部124内に設けられる。しかし、1つの開口部124につき、2つ以上のナノワイヤNWを設けることも可能である。これまで説明してきた工程の後、それぞれの長さが異なる、1組の作製されたナノワイヤNWを有する基板101は大抵の場合、VLS法のプロセスにおいてばらつきがあるために得られる。
【００５５】
ナノワイヤNWの成長後、開口部124の残りの空いた空間は、さらに堆積された誘電体223によって埋められる。さらに堆積された誘電体223は、たとえばTEOSから得られるシリコン酸化物であって良い。その代わりに、又はそれに加えて、高密度プラズマ(HDP)が、アパーチャ内に二酸化シリコンを生成するのに用いられても良い。この工程の結果を図5に図示する。誘電体123を研磨用のストップ層として利用できるように、さらに堆積された誘電体223は、たとえば酸化物及び窒化物である誘電体123と同一材料で構成されても良いし、又はそれと異なる材料で構成されても良い。さらに堆積された誘電体223は絶縁材料であって良い。たとえば多孔性SiO2のような断熱材は、温度を上昇させるのにメモリ材料の抵抗率を変化させる必要がある場合に有利であると思われる。たとえば電気デバイスが標準的なCMOSデバイスを有するような場合では、誘電材料123及びさらに堆積された誘電材料223は、同一材料であって良く、材料の除去は、一定時間後に停止する研磨であって良い。
【００５６】
さらに誘電体223が堆積された後、処理前のナノワイヤNWの組には、材料除去処理が施されることで、それぞれが基板101に対して同一の高さを有する、ナノワイヤNWの組が得られる。たとえばエッチング又はCMPのような材料除去処理の間、開口部124外部のさらに堆積された誘電体223も同様に除去されることで、ナノワイヤNW上側端部が露出される。この工程の結果、図6に図示されているように、各ナノワイヤは、同一の露出されたコンタクト領域を有する。
【００５７】
続いて、得られた構造、特に露出されたコンタクト領域、つまり露出されたナノワイヤNW終端部には、コンタクト電極108が供される。コンタクト電極108は、たとえばTiN、W、TiW、TaSiN、TiSiN又はTiAlCの層で構成され、たとえば50nm-200nmの厚さを有して良い。コンタクト電極108は、相変化材料を有するナノワイヤNWと、第2端部272とを電気的に接続して良い。第2端子272には、検知回路が接続されて良い。第2端子272は、コンタクト電極108の集積部であって良い。検知回路は、電気パラメータを確立するように備えられて良い。その電気パラメータは、相変化材料を有するナノワイヤNW、及びそれと接続するコンタクト電極108を介する、第1端子から第2端子272への導電性経路の抵抗に関する。その第1端子は、本実施例ではソース領域172によって形成される。
【００５８】
図2-図6に図示された実施例に従った電気デバイス100では、図6で概略的に図示されているように、すべてのナノワイヤNWは、NWの終端部から各対応するソース領域172への同一距離Dを有するように、コンタクト電極108と電気的に接続している。
【００５９】
電気デバイス100は、抵抗器を有する主部102を有する。その抵抗器は、第1相と第2相との間で変化可能な相変化材料を有する。その抵抗器は、その相変化材料が第1相のときに、第1電気抵抗を有し、その相変化材料が第2相のときに、第1電気抵抗とは異なる第2電気抵抗を有する。その抵抗器は、第1導体及び第2導体と電気的に接続するナノワイヤNWである。第1導体は、図2-図6の実施例ではソース領域172によって構成され、第2導体は、図2-図6の実施例ではコンタクト電極108によって構成される。相変化材料は、第1相から第2相への相転移、及び第2相から第1相への相転移を起こすことができる。相転移は、第1導体から、ナノワイヤNWを介して第2導体へ、又はその反対方向に流れる電流によって誘起されて良い。
【００６０】
各ナノワイヤNWは、各対応するコンタクト領域内のコンタクト電極108と電気的に接触する。すべてのナノワイヤNWについての実施例では、実質的に同一の金属粒子MCが用いられているため、各対応するコンタクト領域は実質的に同一である。
【００６１】
第1端子は、少なくとも2つの、相互に絶縁された端子領域を有して良い。図2-図6の実施例では、9のソース領域172が存在する。相互に絶縁された端子領域の各々は、相変化材料を有する各対応する単一ナノワイヤNWによって排他的に、各対応するコンタクト電極108と電気的に接続する。あるいはその代わりに、1つ以上の相互に絶縁された端子領域が、2つ以上のナノワイヤNWによって、各対応するコンタクト電極108と電気的に接続されても良い。
【００６２】
図2-図6の実施例では、各ナノワイヤNWは、縦方向に延在し、かつ縦方向に対して垂直な断面を有する。この断面は、縦方向に沿って実質的に一定である。各コンタクト領域は、各対応するナノワイヤの断面と実質的に同一である。
【００６３】
図2-図6の実施例では、電気デバイス100は、ソース領域172によって形成された相互に絶縁された端子領域のアレイを有する。各端子領域は、1つ以上の各対応するナノワイヤNWによってコンタクト電極108と接続し、かつ各対応する選択デバイス171とも接続する。それにより、ナノワイヤNWによって構成される抵抗器は、格子状の選択ラインのうちの対応する選択ライン120及び121を介してアクセス可能となる。
【００６４】
代替実施例では、処理前の電気デバイス100には、ナノワイヤNWとさらに堆積された誘電体223とで異なる選択性を有する材料除去処理が施される。選択性に差異があるということは、ナノワイヤNWが、さらに堆積された誘電体223よりも効率的に除去されるか、又はさらに堆積された誘電体223が、ナノワイヤNWよりも効率的に除去されることを意味する。その材料除去処理は、2つ以上の材料除去処理を有して良い。たとえば、CMP工程に続いてエッチング工程を実行しても良い。
【００６５】
ナノワイヤNWが誘電体223よりも効率的に除去される場合、ナノワイヤNWは、さらに堆積された誘電体223に対してわずかに凹部を有することになる。この基板上に堆積されたコンタクト電極108は、凹部内へ延在して形成されることで、コンタクト領域内の凹部の内部において、対応するナノワイヤNWにのみ接触する。そのコンタクト領域は、ナノワイヤNWの断面と同一である。ナノワイヤNWの組成に依存して、濃HCl、Br2/HBrのような、様々なエッチャントが用いられて良い。濃HCl、Br2/HBrは、たとえばSiO2のような誘電体よりもナノワイヤをより効率的にエッチングする。
【００６６】
誘電体223がナノワイヤNWよりも効率的に除去される場合、さらに堆積された誘電体223は、ナノワイヤNWに対してわずかに凹部を有し、ナノワイヤの側壁の一部が露出される。この構造上に堆積されるコンタクト電極108は、凹部内へ延在し、電極を形成することで、ナノワイヤNWと、その露出された端部で接する。側壁におけるこれらの部分は、図7と同様に露出される。このようにして、コンタクト電極108とナノワイヤNWとの間のコンタクトが、確実に確立できる。さらに堆積される誘電体がSiO2の場合、このような凹部を形成するような選択的除去は、たとえば0.01%-10%のHFでエッチングすることで実現可能である。HFは、SiO2をナノワイヤNWよりも効率的に除去する。あるいはその代わりに、選択的ドライエッチングが用いられても良い。
【００６７】
一の実施例では、MOSFETのソース領域172は、グランドに接続している。つまり、MOSFETは共通のソースを有する。ドレイン領域173には、タングステンプラグ122の代わりにナノワイヤNWが供される。図2-図6に図示された実施例と同様に、ゲート電極174は、各対応する選択ライン121と電気的に接続する。選択ライン121は、ワード線を形成する。コンタクト電極108は、ビット線を形成するようにパターニングされる。ビット線は、アレイから特定のセルを選択すること、及び選択されたメモリ材料の抵抗を検知するのに用いられて良い。
【００６８】
選択されたデバイス171は、ダイオードのような2端子デバイスであって良い、そのような2端子デバイスにはたとえば、pnダイオード、ショットキーダイオード、パンチスルーダイオード又はツェナーダイオードである。アレイ構造は、ダイオード-ROMアレイのようなものである。読み取り動作中では、選択されていないセルのダイオードは、非伝導領域に電圧印加されることで、検知増幅器へ電流が流れないようにして良い。選択トランジスタがなければ、メモリ素子の大きさははるかに小さくなると思われる。しかも、複数の層のメモリセルが、互いの上面に積層されることで、3Dメモリを形成して良い。そのような2端子選択デバイスは、たとえば、pドープされたナノワイヤの半導体部分とnドープされたナノワイヤの半導体部分とのpn接合によってナノワイヤNW中に構築されて良い。図8の挿入図に図示されている、そのようなpn接合は、1つのメモリ素子を選択するのに用いられて良い。そのようなpn接合のため、選択トランジスタは不要になる。
【００６９】
選択デバイスを有するナノワイヤは、基板101上の一部に直接成長させて良い。基板101はドーピングされることで、第1導体、つまり所謂フロントエンドを形成して良い。あるいはその代わりに、図8-図10に図示されているように、電気デバイス100の所謂バックエンドに供されても良い。この後者の場合、ナノワイヤは、Al又はCuの金属線のような導電層と電気的に接触するように、1層以上の誘電層123内に埋め込まれて良い。この層は、標準的なICプロセスによって得ることのできる選択ライン120又は121であって良い。選択ライン120の上部では、たとえばシリコン酸化物のような誘電層123’が堆積されて良い。誘電層123’には、選択ライン120の少なくとも一部を露出させる開口部124が供されて良い。開口部124内部では、ナノワイヤNWはVLS法によって、図3-図6を参照した際に説明した方法と同様に成長する。最初に金属クラスタMCが開口部124内部に堆積され、続いてナノワイヤNWが開口部124内で成長する。これらの工程の結果が図8に図示されている。続いて開口部124の残された空間は、誘電体223によって埋められる。誘電体223の一部及び/又はナノワイヤNWの一部は、材料除去処理によって除去されることで、ナノワイヤNWの一部が露出されて良い。
【００７０】
アパーチャ124は、ナノワイヤNWの主軸に平行な方向に、15、25、75又は200nmの深さSを有する。
【００７１】
図8に図示された作製中のデバイス100の上部には、TiN、W、TiW、TaSiN、TiSiN、TiAlCのような導体層が供されて良く、その厚さは50nm-200nmである。その導体層上部には、Al又はCu層が供されて良い。これらの層は、パターニングされることで、選択ライン121を形成して良い。選択ライン121は選択ライン120と垂直であって良い。図9では、1本の選択ライン120が図示されているが、電気デバイス100は、たとえば互いが平行であるような、多数の選択ライン120を選択ライン121上に有して良い。この結果、各々が相変化材料及び選択ライン171を有するナノワイヤNWを有する、メモリセルの擬2次元アレイとなる。電気デバイス100は、続いて保護層が設けられることで完成して良いし、及び任意で1層以上の相互接続層を設けられることで完成しても良い。
【００７２】
あるいはその代わりに、電気デバイス100は、図9に図示されたような、互いの上部に積層された構造を有して良い。そのような場合には、3次元メモリセルアレイが得られる。この目的のため、選択ライン121には、図10に図示された、誘電層123’と同様な誘電層123’。誘電層123’’には、その下に存在する選択ライン121の一部を露出させる開口部124’が供されて良い。開口部124’には、開口部124にナノワイヤNWが供されるのと同様に、ナノワイヤNW’が供されて良い。開口部124’の残された空間は、誘電材料223と同様の、さらに堆積される誘電材料223’によって満たされて良い。誘電材料223’’及び、任意でナノワイヤNW’の一部は、材料除去処理によって除去されて良い。除去されることによって、ナノワイヤNW’の外側端部が露出する。この作製中の電気デバイス100には、選択ライン120と同様の選択ライン120’が供されて良い。選択ライン120’が供される結果、図10に図示されている作製中の電気デバイス100となる。選択ライン120’には、図示されていないが、別な誘電材料が供されて良い。電気デバイスは、ICを製造するのに通常用いられる方法で完成させて良い。
【００７３】
選択ライン120’、ナノワイヤNW’及び選択ライン121は、第2レベルの3次元メモリセルを形成する。図10に図示された実施例では、2つのレベルが存在し、各レベルは4つの選択ラインを有する。しかし本発明は、このような選択ライン120及び120’の数、又はこのようなレベルの数に限定されない。
【００７４】
ナノワイヤが、気相-液相-固相成長法によって成長する、本発明に従った上述の方法では、成長するナノワイヤの温度は、成長に減少して良い。ワイヤ直径は、成長中のナノワイヤの温度に依存する、つまり直径は、たとえば20℃又は50℃にまで温度減少することによって減少するので、減少したワイヤ直径を有するナノワイヤNWを得ることができる。ワイヤ直径の減少した部分では電流密度が大きくなるので、この部分では相転移が誘起される。この結果、従来よりも確実に活性堆積が画定される。図11に図示されているように、得られたナノワイヤNWは、相変化材料を有し、あるワイヤ直径を有する部分NWS、及び該部分NWSのワイヤ直径よりも大きな直径を有する別な部分NWFを有する。任意で、ナノワイヤNWは、前記部分NWSのワイヤ直径よりも大きな直径を有する付加的部分NWAを有して良い。前記部分NWSは、前記別な部分NWFと前記付加的部分NWAとの間に設けられている。
【００７５】
相変化材料を有するナノワイヤの前記部分NWSは、たとえば10nm又は25nmのような、5nmから50nmの間のワイヤ直径を有して良い。
【００７６】
前記部分NWS及び前記別な部分NWFはそれぞれ、相変化材料を有して良い。もし前記付加的部分NWAが存在する場合には、それも相変化材料を有して良い。
【００７７】
その代わりに、又はそれに加えて、ナノワイヤNWは、相変化材料を有する前記部分とは化学組成の異なる、別な部分NWF及び任意で付加的部分NWAを有して良い。前記別な部分の化学組成は、従来よりも低い抵抗になるように、及び/又は従来よりも低い熱伝導になるように最適化されて良い。前記別な部分NWF及び任意で前記付加的部分NWAは、それぞれ異なるドーピング濃度を有して良い。前記別な部分NWF及び前記付加的部分NWAのドーパントは、同一であっても良いし、それぞれ異なっていても良い。
【００７８】
そのようなナノワイヤNWは、図6又は図10に図示された電気デバイス100に組み込まれて良い。
【００７９】
VLS法では、ナノワイヤ成長中にガスの組成を変化させることによって、pn接合のような選択デバイスを有するセグメント化されたナノワイヤを得ることができる。ガスは、ドーピングされたターゲットをレーザーアブレーションすることによって得ることができる。つまり、ドーパントは、アブレーションする前にターゲットに加えられる。GaSbナノワイヤにおいてn型部分を得るには、たとえばドーピング濃度が約1018cm-3であれば、0.001-0.1mol%のTe、Se及び/又はSが用いられる。GaSbナノワイヤにおいてp型部分を得るには、たとえば0.1-1.0mol%のGe、Si及び/又はZnが用いられる。Siをドーピングするには、SiH4がガスに加えられて良い。そのようなpn接合は、相変化材料としてIn0.5Ga0.5Sbを有する部分と結合して良い。GaSb半導体ナノワイヤ部分とIn0.5Ga0.5Sbとを結合させるのは好都合である。その理由は、両者の格子ミスマッチが4%であり、その程度のミスマッチであれば依然として1つのナノワイヤ内部で容易に集積可能だからである。
【００８０】
pn接合を利用するのは、たとえば図10に図示されているようにアレイ状に備えられているときに、隣接するデバイスからの平行電流を防止するという選択目的である。この場合、選択トランジスタを省くことが可能で、セルのサイズは小さくなる。十分な電流がダイオードを流れる限り、ダイオードの抵抗はそれほど重要ではない。
【００８１】
pn接合の低ドープ側の厚さを増大させることで、ナノワイヤ中で許容される最大の電流密度を増大させることが可能である。ナノワイヤの高ドープ側は、低ドープ側よりも薄くて良く、かつ相変化材料を有する部分と接して良い。特許文献2で説明されているように、ナノワイヤ成長中に基板温度を変化させることによって、pn接合を構成する2つの部分の各異なるワイヤ直径を得ることができる。
【００８２】
この実施例の変化型では、ドープされたナノワイヤNWは、開口部124及びもし存在する場合には開口部124’内部で成長する。これらの開口部124及び124’は、n-p-n接合を組み込む。そのようなナノワイヤNWは、パンチスルーダイオードを構成して良い。すべてのIV族、III-V族及びII-VI族半導体単結晶ナノワイヤは、非特許文献5で説明されているようなVLS（気相-液相-固相）機構によって合成されて良い。ワイヤは、最大数μmの長さを有して良い。ワイヤ直径は、4nmから数百nmの範囲で調節されて良い。ナノワイヤは、固体基板上のみならず、気相中で成長することも可能である。非特許文献3で説明されているように、ドナーガスの化学組成を変化させることによって、ワイヤ内部にp-n接合を作製することが可能である。同様に、非特許文献4で説明されているように、気相の組成物の主成分を変化させる、たとえばIn及びPをIn及びAsに変化させる、ことによって、ヘテロ接合を含むナノワイヤを作製することが可能である。
【００８３】
ナノワイヤは、たとえばn-p-n又はp-n-pのような、3つの連続して異なったドーピングがなされた半導体領域で構成されて良い。この領域の各々は、同一族材料からなるドーピングされた半導体であっても良いし、又は異なる族の材料からなるドーピングされた半導体であっても良い。たとえば、全3領域は、1つでかつ同一のIII-V、II-VI又はIV族材料で構成されて良い。前者の例にはInPがある。あるいはその代わりに、領域の1つが異なる族の材料であっても良い。たとえば、p型になるようにドーピングされたII-VI族材料が、IV族材料からなるn型になるようにドーピングされた2つの領域で挟まれていて良い。
【００８４】
この実施例では、ナノワイヤのドーピングプロファイルは、パンチスルーダイオードの機能を実現することが可能である。パンチスルーダイオードは、第1伝導型である第1領域及び第2領域、並びに第2伝導型である第3領域を少なくとも有する非線形素子である。第1領域と第3領域、及び第3領域と第2領域は、2つの、対向して設けられている整流接合を形成する。これらのうちの少なくとも1つは、他の接合の電場によって順方向にバイアスされて良い。このとき前記他の接合は逆バイアスされている。第3領域の幅は十分に小さく、かつそのプロファイルは、2つの接合のうちの1つが、少なくとも1つのバイアス方向で機能しなくなる前に、2つの接合間でパンチスルー効果が生じるようなものである。パンチスルーダイオードは、同一ドーピング型の2つの端子を有する。従って、端子が電気的に接続しているときに、製造プロセスの様々な工程で使用可能な材料の種類の数は相対的に少ない。パンチスルーダイオードを構成する半導体領域がナノワイヤの一部であるとき、このことは、単結晶半導体領域、たとえ異なる半導体材料で構成されているとしても、が、たとえばVLS法によって、互いの上部で成長可能であるという利点を有する。このようにして、400℃から550℃という従来よりも低い温度しか必要としないにも関わらず、従来よりも低抵抗の半導体領域が得られる。高品質でかつ低抵抗の選択デバイスを従来よりも低温でこのように作製することで、たとえばICのバックエンドのような比較的低い温度でのみ可能なプロセスフローにパンチスルーダイオードを組み入れることが可能となる。比較的低抵抗でかつ比較的低温であることの利点は、パンチスルーダイオードがメモリ材料層と接続するか否かに依存しないことである。
【００８５】
ドーピングプロファイルは、対称であるn-p-nプロファイルであって良いし、又は非対称であるn-p+-p-nプロファイルであっても良い。p型部分は、所望のリーチスルー電圧及びフラットバンド電圧を実現させるように選択されて良い。あるいはその代わりに、主キャリアのバンド最小値が高い中心部分を有するダブルへテロ接合であっても良い。
【００８６】
本発明のこの態様に従った電気デバイスは、以下の利点のうちの1つ以上を有して良い。特にナノワイヤが単結晶であるときに、ナノワイヤは従来よりも低抵抗率を有することができる。VLSプロセスは、従来よりも低欠陥密度の単結晶ナノワイヤを供給することが可能である結果、従来よりも高いキャリア移動が実現することが、非特許文献4においてブジョーク他によって示された。このことにより、ナノワイヤは、従来よりも高い電流密度を支持することが可能となる。非特許文献6で説明されているように、適切な冶金及び処理によって、たとえば1kΩから5kΩの間の値のような、20kΩより小さなコンタクト抵抗が実現可能となる。ナノワイヤの低抵抗率と組み合わせることで、ナノワイヤが選択デバイスとして用いられるときに、大きなON/OFF比が可能となる。VLS法及びコンタクトの形成共に、500℃を超えない温度で実行されて良いが、単結晶材料を供給することが可能である。上記の理由により、VLS法及びコンタクトの形成はCMOSに適したものとなる。
【００８７】
ナノワイヤのドーピングプロファイルは、所望のダイオード特性が実現されるように選択されて良い。このような選択は、成長中にガスの組成を変化させることによって実現可能である。成長中に、様々な期間に様々な試料を、たとえばレーザーによって照射することで組成を変化させて良い。それにより、照射された試料中の原子は、気体状態になり、ナノワイヤ内に凝集する。
【００８８】
パンチスルーダイオードは、対称であって良いし、かつ第1伝導型である半導体材料の第1領域を有して良い。本例では、第1領域は、第2伝導型である半導体材料の第2領域と、第2伝導型である半導体材料の第3領域との間に設けられている。また本例では、第1伝導型はp型で、第2伝導型はn型である。
【００８９】
本実施例の変化型では、p型領域は、比較的高濃度ドーピングされたp+領域及び、比較的低濃度ドーピングされたp領域からなる。p+領域及びp領域はそれぞれ、ナノワイヤの長手方向に平行に、数十nmの厚さを有して良い。領域の厚さ及びドーピング濃度の厳密な値は、所望の電気的特性によって決定される。
【００９０】
まとめると、本発明の方法は、本発明の電気デバイス100の製造方法に関する。当該電気デバイス100は、抵抗器を有する主部102を有する。その抵抗器は、第1相と第2相との間で変化可能な相変化材料を有する。その抵抗器は、その相変化材料が第1相のときに、第1電気抵抗を有し、その相変化材料が第2相のときに、第1電気抵抗とは異なる第2電気抵抗を有する。その抵抗器は、第1導体172及び120、並びに第2導体108及び121と電気的に接続するナノワイヤNWである。本発明の方法は、第1導体172及び120を有する主部102を供する工程、第1導体172及び120にナノワイヤNWを供することで、前記ナノワイヤNWと前記第1導体172及び120とを電気的に接続する工程、並びに前記ナノワイヤNWに第2導体108及び121を供することで、前記ナノワイヤNWと前記第2導体108及び121とを電気的に接続する工程、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】既知の電気デバイスの断面図である。
【図２】製造第1段階での、本発明に従った電気デバイスの実施例の上面図である。
【図３】線III-IIIに沿った、図2の作製された電気デバイスの実施例の断面図である。
【図４】製造第2段階での、図2の線III-IIIに沿った、作製された電気デバイスの断面図である。
【図５】製造第3段階での、図2の線III-IIIに沿った、作製された電気デバイスの断面図である。
【図６】製造第4段階での、図2の線III-IIIに沿った、作製された電気デバイスの断面図である。
【図７】製造第5段階での、図2の線III-IIIに沿った、作製された電気デバイスの断面図である。
【図８】次の製造段階での、作製された電気デバイスの別な実施例の断面図である。
【図９】次の製造段階での、作製された電気デバイスの別な実施例の断面図である。
【図１０】次の製造段階での、作製された電気デバイスの別な実施例の断面図である。
【図１１】電気デバイスのナノワイヤの実施例における断面図である。
【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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【国際調査報告】
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