(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ）デバイスであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されている相変化材料と、
前記相変化材料と、前記第１の電極又は前記第２の電極の少なくとも一方との間に配置されている炭素及びＴｉＮ（Ｃ：ＴｉＮ）拡散障壁材料とを備え、
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料の炭素濃度が、約１０から約２０ａｔ％までである、ＯＴＳデバイス。
【請求項２】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、前記相変化材料と、前記第１の電極及び前記第２の電極の両方との間に配置されている、請求項１に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項３】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約１０Åから約７０Åまでの厚さを有する、請求項１または２に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項４】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約１５Åから約５０Åまでの厚さを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項５】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が非晶質構造を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項６】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が超格子構造を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項７】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料の炭素濃度が、約５から約１５ａｔ％までである、請求項１から６のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項８】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料の炭素濃度が、約１０ａｔ％である、請求項１から７のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項９】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約５Å未満のＲＭＳ粗さを有する、請求項８に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項１０】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約３Å未満のＲＭＳ粗さを有する、請求項８または９に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項１１】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、非ドープＴｉＮ材料と比較して、少なくとも約５％小さい柱状体粒径を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項１２】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約１０から約７０Åまでの厚さで、約３から約１００ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項１３】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約１５から約５０Åまでの厚さで、約３から約１０ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項１４】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約５Å未満のＲＭＳ粗さを有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項１５】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約３Å未満のＲＭＳ粗さを有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のＯＴＳデバイス。
【請求項１６】
電極と、
前記電極と電気的に接続されている相変化材料と、
前記電極と前記相変化材料との間に配置されている炭素及びＴｉＮ（Ｃ：ＴｉＮ）拡散障壁材料とを備えるデバイスに用いるための前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料であって、
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料の炭素濃度が、約１０から約２０ａｔ％までである、Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料。
【請求項１７】
前記相変化材料がカルコゲニドである、請求項１６に記載のＣ：ＴｉＮ拡散障壁材料。
【請求項１８】
相変化メモリセルデバイスであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
第３の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されている相変化材料と、
前記第３の電極と前記第２の電極との間に配置されている選択デバイス材料と、
前記第１の電極と前記相変化材料との間、前記第２の電極と前記相変化材料との間、前記第２の電極と前記選択デバイス材料との間、前記第３の電極と前記選択デバイス材料との間、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される位置に配置されている炭素及びＴｉＮ（Ｃ：ＴｉＮ）拡散障壁材料とを含む積層構造を備え、
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料の炭素濃度が、約１０から約２０ａｔ％までである、デバイス。
【請求項１９】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、前記第２の電極と前記選択デバイス材料との間にのみ配置されている、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、前記第３の電極と前記選択デバイス材料との間にのみ配置されている、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、前記第２の電極と前記選択デバイス材料との間及び前記第３の電極と前記選択デバイス材料との間にのみ配置されている、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、前記第１の電極と前記相変化材料との間及び前記第２の電極と前記相変化材料との間にのみ配置されている、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、前記第１の電極と前記相変化材料との間、前記第２の電極と前記相変化材料との間、前記第２の電極と前記選択デバイス材料との間、及び前記第３の電極と前記選択デバイス材料との間に配置されている、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約１０Åから約７０Åまでの厚さを有する、請求項１８から２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約１５Åから約５０Åまでの厚さを有する、請求項１８から２４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が非晶質構造を有する、請求項１８から２５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が超格子構造を有する、請求項１８から２５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料の炭素濃度が、約５から約１５ａｔ％までである、請求項１８から２７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料の炭素濃度が、約１０ａｔ％である、請求項１８から２８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約３Å未満のＲＭＳ粗さを有する、請求項２９に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、非ドープＴｉＮ材料と比較して、少なくとも約５％小さい柱状体粒径を有する、請求項１８から３０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約１０から約７０Åまでの厚さで、約０．５から約１５ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有する、請求項１８から３１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約１５から約５０Åまでの厚さで、約３から約１０ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有する、請求項１８から３２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料が、約３Å未満のＲＭＳ粗さを有する、請求項１８から３３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３５】
相変化メモリシステムであって、
複数の行及び複数の列に配置されている請求項１８から３４のいずれか一項に記載の相変化メモリセルデバイスである相変化メモリセルのアレイと、
前記相変化メモリセルのアレイと電気的に接続されている複数のワード線と、
前記相変化メモリセルのアレイと電気的に接続されており、前記複数のワード線と交差する複数のビット線と、
前記複数のワード線及び前記複数のビット線を介して、前記相変化メモリセルのアレイに及び前記相変化メモリセルのアレイから書き込み操作及び読み取り操作を実施するように操作可能な、前記複数のワード線及び前記複数のビット線と電気的に接続されている読み取り／書き込みコントローラとを備えるシステム。
【請求項３６】
積層構成の相変化メモリセルの複数のアレイを更に含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
拡散阻害相変化構造を形成するための方法であって、
第１の電極を形成することと、
第２の電極を形成することと、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置される相変化材料を形成すること；
前記第１の電極と前記相変化材料との間又は前記第２の電極と前記相変化材料との間の少なくとも一方の間にＴｉＮ層を形成することと、
前記ＴｉＮ層を炭素でドープして、Ｃ：ＴｉＮ層を形成することとを含み、
前記Ｃ：ＴｉＮ層は、チタンターゲットと炭素ターゲットとを用いて物理蒸着（ＰＶＤ）同時スパッタリング法により形成され、
前記Ｃ：ＴｉＮ層の炭素濃度が、約１０から約２０ａｔ％までである、方法。
【請求項３８】
前記Ｃ：ＴｉＮ層が、前記第１の電極と前記相変化材料との間及び前記第２の電極と前記相変化材料との間に配置される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記Ｃ：ＴｉＮ層が、約１０Åから約７０Åまでの厚さに形成される、請求項３７または３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記Ｃ：ＴｉＮ層が、約１５Åから約５０Åまでの厚さに形成される、請求項３７から３９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
相変化材料とは、所望のタスクに使用することができる個別の物理的状態への変化を繰り返すことができる材料である。より詳しくは、相変化メモリとは、情報記憶媒体としての相変化材料の物理的状態が検出可能に変化することを使用した、一種の不揮発性ランダムアクセスメモリである。例えば、情報を保存し、取り出すために、物質の非晶質状態から結晶状態への相変化又はその逆の相変化を誘導し、検出することができる。簡単な例として、カルコゲニド材料は、この材料が非晶質状態に固化するように加熱及び冷却することができる。又は、カルコゲニドは、この材料が結晶状態に固化するように加熱及び冷却することができる。他の特定の加熱及び冷却手順を使用して、完全な非晶質状態から完全な結晶状態までの範囲にわたる様々な特定の結晶化度に、カルコゲニド材料を固化させることができる。
【０００２】
相変化材料は、固化させると不揮発性である。したがって、相変化材料の状態は、結晶状態、半結晶状態、非晶質状態、又は半非晶質状態のいずれに固化させるとしても、再プログラムされるまで保持される。それは、この材料の状態が、固化させると電気入力に依存しないという事実によるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本発明実施形態によるＴｉＮ膜及びＣ：ＴｉＮ膜の一連の画像である。
【図２】本発明実施形態によるデータのグラフ表示である。
【図３】本発明実施形態によるデータのグラフ表示である。
【図４】本発明実施形態による相変化材料デバイスの模式図である。
【図５Ａ】本発明実施形態による相変化メモリデバイスの模式図である。
【図５Ｂ】本発明実施形態による相変化メモリデバイスの模式図である。
【図６Ａ】本発明実施形態による相変化メモリデバイスの模式図である。
【図６Ｂ】本発明実施形態による相変化メモリデバイスの模式図である。
【図７】本発明実施形態による相変化メモリデバイスの模式図である。
【図８】本発明実施形態による相変化メモリシステムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
以下の詳細な記載には、例示のための仕様が数多く示されているが、当業者であれば、以下の詳細に対して多数の改変及び変更を行うことができ、それらも本明細書に含まれるとみなされることを認識するだろう。
【０００５】
したがって、示されている以下の実施形態は、添付の特許請求の範囲のいずれに対しても、いかなる普遍性も失うことがなく、及びいかなる限定も課すことはない。また、本明細書で使用されている用語は、特定の実施形態を記述するためのものであるに過ぎず、限定するためのものではない。別様に定義されていない限り、本明細書で使用されている技術用語及び科学用語は全て、本開示が属する当業者が一般的に理解するものと同じ意味を有する。
【０００６】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、状況が明白にそうではないと示さない限り、複数の指示物を含む。したがって、例えば、「層」への言及は、複数のそのような層を含む。
【０００７】
本開示では、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」等は、米国特許法に従って解釈される意味を有していてもよく、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」等を意味していてもよく、一般的に非限定的用語であると解釈される。用語「からなっている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」又は「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｏｆ）」は、限定的用語であり、そのような用語と共に具体的に列挙されている成分、構造、又はステップ等や、米国特許法によるもののみを含む。「から本質的になっている（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」又は「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、米国特許法に従って一般に解釈される意味を有する。特に、そのような用語は、それと関連して使用される物品の基本的及び新規な特徴又は機能に実質的な影響を及ぼさない追加の物品、物質、成分、ステップ、又は要素の介在は可能であるという例外を除いて、一般的に限定的用語である。例えば、組成物中に存在するが、組成物の性質又は特徴に影響を及ぼさない微量の要素は、たとえそのような用語の後に示されている物品のリストに明示的に記載されていないとしても、存在する場合は、「から本質的になる」という文言内に許容されるだろう。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」又は「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」のような非限定的用語を使用する場合、あたかも明示的に記載されているが如く、またその逆の場合でも、「から本質的になる」という文言並びに「からなる」という文言にも直接的支援が提供されるべきであることが理解されるべきである。
【０００８】
本明細書及び特許請求の範囲における用語「第１の」、「第２の」、「第３の」、及び「第４の」等は、該当する場合、類似の要素を区別するために使用されており、必ずしも特定の連続的又は時間的な順序を記述するために使用されているものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下では同義的であり、したがって、本明細書に記載されている実施形態は、例えば、本明細書に図示又はそうでなければ記述されているもの以外の順序で操作可能であることが理解されるべきである。同様に、一連のステップを含む方法が本明細書に記載される場合、本明細書に示されているそのようなステップの順序は、必ずしも、そのようなステップを実施することができる唯一の順序であるとは限らず、記載されているステップのあるものは、省略可能であってもよく、及び／又は本明細書に記載されていない他のあるステップが、その方法に追加可能であってもよい。
【０００９】
用語「接続されている」は、本明細書で使用される場合、電気的又は非電気的な様式で、直接的に又は間接的に接続されていると定義される。
【００１０】
本明細書にて互いに「隣接する」と記載されている物体又は構造は、この語句が使用される状況に応じて、互いに物理的に接触していてもよく、互いに近接近していてもよく、又は互いに同じ一般領域又は区域にあってもよい。
【００１１】
本明細書における語句「１つの実施形態では」又は「１つの態様では」の出現は、必ずしも全てが、同じ実施形態又は態様を参照しているとは限らない。
【００１２】
本明細書で使用される場合、「増強された」、「向上された」、「性能増強された」、及び「アップグレードされた」等は、デバイス又はプロセスの記載に関して使用される場合、従来公知のデバイス又はプロセスと比較して、測定可能な程度により良好な形態又は機能を提供するデバイス又はプロセスの特徴を指す。これは、そのようなデバイス又はプロセス全体としてだけでなく、デバイス又はプロセスの個々の構成要素の形態及び機能の両方に該当する。
【００１３】
本明細書で使用される場合、用語「実質的に」は、行為、特徴、特性、状態、構造、物品、又は結果が、完全な又はほとんど完全な程度又は度合いであることを指す。例えば、「実質的に」囲まれている物体は、物体が、完全に囲まれているか又はほとんど完全に囲まれているかのいずれかであることを意味するだろう。絶対的な完全性から逸脱が許容される正確な程度は、幾つかの場合には、特定の状況に依存してもよい。しかしながら、概して言えば、完全性に近いことは、絶対的及び完全な完全性が得られる場合と全体的に同じ結果を有することになるであろう。「実質的に」の使用は、行為、特徴、特性、状態、構造、物品、又は結果の完全な欠如又はほぼ完全な欠如を指す否定的な意味合いで使用される場合にも、等しく適用可能である。例えば、粒子を「実質的に」含まない組成物は、粒子を完全に欠如するか、又は粒子をほぼ完全に欠如しており、粒子を完全に欠如している場合と効果が同じであるかのいずれかであろう。言いかえれば、成分又は要素を「実質的に」含まない組成物は、それらが測定可能な効果を示さない限り、そのような物品を実際に更に含有していてもよい。
【００１４】
本明細書で使用される場合、用語「約」は、所与の値が、終点より「少し上に」又は「少し下に」あってもよいことを示すことにより、数値範囲終点に対して柔軟性を提供するために使用される。しかしながら、用語「約」が、本明細書において特定の数値に関して使用される場合でも、「約」という用語とは別に記載されている正確な数値に対する支援も提供されることが理解されるべきである。
【００１５】
本明細書で使用される場合、複数の物品、構造要素、成分要素、及び／又は物質が、便宜上、共通のリストに列挙されている場合がある。しかしながら、こうしたリストは、リストの各メンバーが、個別で固有のメンバーであると個々に特定されているかの如く解釈されるべきである。したがって、そのようなリストの個々のメンバーは、そうではないと示されていない限り、共通のグループに示されていることのみに基づいて、同じリストの任意の他のメンバーの事実上の等価物であると解釈されるべきでない。
【００１６】
濃度、量、及び他の数値データは、本明細書では範囲形式で表されていてもよく又は示されていてもよい。そのような範囲形式は、便宜上及び簡潔さのために使用されるに過ぎず、したがって、範囲の限界として明示的に記載されている数値を含むだけでなく、個々の数値又はその範囲内に包含される部分範囲を全て、あたかも個々の数値及び部分範囲が明示的に記載されているかの如く含むと、柔軟に解釈されるべきであることが理解されるべきである。一例として、「約１〜約５」の数値範囲は、明示的に記載されている約１〜約５の値だけでなく、記載範囲内の個々の値及び部分範囲も含むように解釈されるべきである。したがって、２、３、及び４等の個々の値、並びに個々の１、２、３、４、及び５だけでなく、１〜３、２〜４、及び３〜５等の部分範囲が、この数値範囲に含まれる。
【００１７】
この同じ原則は、最小値又は最大値として１つの数値のみが記載されている範囲にも当てはまる。更に、そのような解釈は、記載されている範囲又は特徴の幅に関わらず適用されるべきである。
【００１８】
本明細書で使用される場合、比率等の互いとの比較による数値を含む、電極中のＣ、Ｗ、又はＮの含有量に適用されるような数値は、原子％（つまり、ａｔ％）で測定されているとみなすことができる。
【００１９】
本明細書の全体にわたって参照されている「一例」は、その例に関して記載されている特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体にわたって種々の箇所に出現する語句「一例では」は、必ずしも全てが同一の実施形態を指すとは限らない。
【００２０】
例示的な実施形態
以下には、技術的実施形態の概要が最初に示されており、その後、特定の技術的実施形態が更に詳細に記載されている。この最初の要約は、読者が本技術をより迅速に理解する助けとなることが意図されており、重要な又は基本的な技術的特徴を特定するためのものではなく、特許請求の主題の範囲を限定するためのものでもない。
【００２１】
相変化特性を有する種々の材料は、様々なシステム及びデバイスに使用することができる。そのような材料は、検出可能な程度に異なる安定した構造状態への変化を繰り返すことが可能であり、したがって、不揮発性メモリ装置に対するスイッチングから、多数の応用に使用することができる。カルコゲニド（カルコギド（ｃｈａｌｃｏｇｉｄｅ）と呼ばれる場合もある）材料は、例えば、この材料が固化状態に加熱及び／又は冷却される方法に基づき、非晶質状態から結晶状態への変化を繰り返すことができる。したがって、プログラミング電流を使用して、カルコゲニド材料を所望の状態に固定することができる。したがって、この材料のこの不揮発性状態は、その後のプログラミング電流がカルコゲニドの構造を変更するまで、維持される。加えて、幾つかの場合では、カルコゲニド材料は、非晶質から結晶質までの範囲にある複数の状態に固化させることもできるため、必ずしも２値応用に限定されない。
【００２２】
幾つかの非限定的な設計では、カルコゲニド材料の層を、この材料の構造状態を変化させるための電流並びにデバイス機能で使用される電気的アクセスを提供することができる２つ以上の電極間に配置することができる。そのような電気的アクセスとしては、スイッチ要素からの電流、メモリ応用におけるカルコゲニドの状態の検出、及び他の２値又は非２値応用における状態検出等を挙げることができる。しかしながら、生じ得る１つの考え得る問題は、例えば炭素等の種々の電極材料からカルコゲニド材料が拡散することである。拡散は、使用中にデバイスを加熱及び／又は冷却する間だけでなく、製造工程中でも生じる場合がある。そのような拡散は、カルコゲニド／電極インターフェースでの性能に対する有害効果、デバイス層と拡散カルコゲニドとの電極を越えた望ましくない相互作用、並びに所与のデバイスの全体的な性能低下を引き起こす場合がある。
【００２３】
したがって、デバイスの性能及び信頼性は、電極材料へのカルコゲニドの拡散を制限、防止、又は実質的に防止することにより増強又は向上させることができる。これは、カルコゲニドと電極材料との間に新規の拡散障壁を使用すると、達成することができる。そのような障壁としては、デバイス機能にとって少なくとも十分な導電性を提供しつつ、同時にカルコゲニド拡散を制限する材料を挙げることができる。１つの例では、炭素及び窒化チタン（Ｃ：ＴｉＮ）材料を、カルコゲニドが電極にまで拡散することを制限、防止、又は実質的に防止するための、カルコゲニドと電極との間の積層障壁として使用することができる。
【００２４】
炭素成分を欠如するＴｉＮは、拡散障壁として使用することができ、幾つかの態様では、本開示の範囲内にあるとみなされるものの、ＴｉＮは、それへの及び／又はそれを介した著しい拡散をもたらし得る直径を有する柱状構造を有する傾向がある。例えば、炭素との同時スパッタリングによりＴｉＮを形成すると、Ｃ：ＴｉＮ柱状体の平均直径が低減される。こうした柱状粒径及び境界での炭素の総数の低減により、電気抵抗の増加、障壁特性の向上、特にカルコゲニド拡散の封じ込めがもたらされる。従来の炭素電極は高い電気抵抗を有するため、電気抵抗の増加は、一般的に問題ではない。１つの態様では、例えば、本開示のＣ：ＴｉＮ材料は、約１０から約７０Ａまでの厚さで、約０．５から約１００ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有していてもよい。別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１０から約７０Ａまでの厚さで、約３から約１００ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有していてもよい。更に別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１５から約５０Ａまでの厚さで、約３から約１０ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有していてもよい。
【００２５】
１つの非限定的な例として、約１０ｎｍの柱状粒径を有するＴｉＮ材料は、柱状体境界及び／又は細孔に沿った流動性カルコゲニドの拡散をもたらす場合がある。ＴｉＮ材料を、約１ａｔ％〜約４０ａｔ％の炭素と同時スパッタリングすることにより、細孔径と共に柱状体サイズが低減され、したがって、それを介した拡散経路が制限される。幾つかの実施形態では、炭素の量は、約５ａｔ％から約２０ａｔ％までであってもよい。幾つかの態様では、柱状体の平均直径寸法は、ＴｉＮのみの柱状体と比較して約５％から約２５％まで低減することができる。他の態様では、柱状体サイズの平均直径寸法は、ＴｉＮのみの柱状体と比較して約５％から約１０％まで低減することができる。更に他の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、非ドープＴｉＮ材料と比較して、少なくとも約５％小さい柱状体粒径を有していてもよい。幾つかの実施形態では、柱状粒径（つまり、直径）の低減は、連続的であってもよく、約１０ｎｍから約２ｎｍまでであってもよい。他の実施形態では、低減は、約８ｎｍから約４ｎｍまでであってもよい。
【００２６】
加えて、幾つかの態様では、炭素が介在することにより、ＴｉＮ材料が、より非晶質の配置になり、障壁を介したカルコゲニドの拡散を更に制限することができる。図１は、ＴｉＮ膜（左側の列）、炭素ドープＴｉＮ膜（中央及び右側の列）の一連のＡＦＭ画像及びＸ−ＳＥＭ画像を示し、炭素の導入によりＴｉＮ柱状粒子直径が低減されたことを示す。加えて、ＴｉＮ材料に炭素が介在することにより、材料の粗さが低減される。１つの例として、炭素を約１０ａｔ％までドープしたＴｉＮは、約５Ａ未満のＲＭＳ粗さを有することができる。別の例として、炭素を約１０ａｔ％までドープしたＴｉＮは、約３Ａ未満のＲＭＳ粗さを有することができる。幾つかの実施形態では、粗さは、約３Ａから約１１Ａまでであってもよい。更なる実施形態では、粗さは、約１Ａから約８Ａまでであってもよい。
【００２７】
更に、追加の利点として、蒸着条件を調整することにより柱状粒径を調節して、種々のデバイス設計に好適な所与の所望の特性を有するＣ：ＴｉＮ材料を達成することができる。そのような制御可能な特性としては、限定ではないが、圧縮応力、電気抵抗率、及び障壁強度等を挙げることができる。１つの実施形態では、蒸着条件としては、約０．５ｍＴから約１０ｍＴまでの圧力を挙げることができる。別の実施形態では、圧力は、約１ｍＴから約５ｍＴまでであってもよい。更に別の実施形態では、圧力は、約４ｍＴから約８ｍＴまでであってもよい。加えて、使用するスパッタリング様式は、ＤＣ、ＰＤＣ、又はＲＦのいずれか１つであってもよい。
【００２８】
Ｃ：ＴｉＮは、様々な方法を使用して形成することができ、あらゆるそのような方法が、本開示の範囲内にあるとみなされる。非限定的な例としては、様々な物理蒸着法（ＰＶＤ）及び化学蒸着法（ＣＶＤ）、並びに溶射及び反応成長等を含む成膜技法を挙げることができる。具体的な技法としては、陰極アーク蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング蒸着、及びレーザー蒸着等を挙げることができる。幾つかの態様では、ＴｉＮ及び炭素は、例えば同時スパッタリング等により、一緒に蒸着することができる。他の態様では、ＴｉＮ及び炭素は、同じ又は別の方法のいずれかにより、順に蒸着することができる。１つの例としては、ＴｉＮ層を蒸着し、その後、例えばイオン注入等の任意の可能な方法により炭素注入を行うことを挙げることができる。
【００２９】
１つの特定の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、ＰＶＤ同時スパッタリング法により形成することができる。種々の同時スパッタリング技法及びチャンバ設計が企図されており、したがって、下記のものは、限定とみなされるべきではない。種々のＰＶＤシステムの詳細の一般的な説明として、１つの設計では、真空下で維持されるＰＶＤチャンバを使用することができる。幾つか場合、ＰＶＤチャンバは、２つの主要部分、すなわち、基板を適所に保持するために使用される台座、及び基板にスパッタリングしようとする材料で作られているソース又はターゲットを備えていてもよい。ターゲットは、単一の元素で作られていてもよく、又は元素の合金又は混合物で作られていてもよい。チタン及び炭素を、窒素含有雰囲気下で１つ又は複数のターゲットからスパッタリングして、所望のＣ：ＴｉＮ材料を形成することができる。したがって、スパッタリングターゲットは、別々のチタンターゲット及び炭素ターゲット、１つ又は複数の複合チタン／炭素ターゲット、又は任意の他のターゲット材料構成であってもよい。一般的に、電力発電装置は、ターゲット（陰極、負の極性）とアースとの間に接続されている。更に、アルゴン（Ａｒ）等のガスが、蒸着チャンバの窒素と混合されるが、プラズマプロセスを促進することが可能であれば、任意のガスを使用することができる。得られる材料の炭素組成は、炭素陰極への電力を変更することにより変化させることができる。Ｃ：ＴｉＮ材料の非限定的で例示的な使用圧力は、約１×１０−４Ｔｏｒｒから約３×１０−３Ｔｏｒｒまでであってもよい。
【００３０】
典型的なＰＶＤ法の基本操作に関して、チャンバは、Ａｒで満たされ、多くの場合は、低圧（例えば、０．１〜１００ｍＴｏｒｒ）で維持される。発電装置を始動させると、チャンバ内部のＡｒ原子の一部がイオン化され（Ａｒ→Ａｒ＋／ｅ−）、プラズマが形成される。Ａｒ＋イオン（陽イオン）は、負に荷電されているターゲットに引きつけられるため、ターゲット表面に向かって移動し、ターゲット表面に衝突する。伝達されるエネルギーが十分に高い場合、イオン化されたＡｒ＋は、ターゲット材料を原子／クラスターへと破壊し、それらを基板表面にスパッタリングする。スパッタリングされる材料の特性に応じて、電源は、ＤＣ（直流／連続電流）、ＤＣパルス（例えば、周期的に転極するＤＣ電流）、又はＲＦ（無線周波）であってもよい。ＤＣ電源は、一定の電力をターゲットに印加し、金属及び導電性が良好な合金を基板にスパッタリングするために使用されることが多い。ＤＣパルス電源は、導電性が不良な材料（例えば、炭素、カルコゲニド合金）である元素／化合物に使用されることが多い。発電装置により印加される電圧の転極を利用して、ターゲット表面から残留電荷を取り除いてもよい。ＲＦ電源は、典型的なＲＦ周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を有する正弦波電圧を印加する。また、正弦波変動を使用して、ターゲット表面から残留電荷を取り除く。ＲＦ電源は、基板に絶縁材料（例えば、オキシド）をスパッタリングするために使用されることが多い。
【００３１】
Ｃ：ＴｉＮ障壁材料中の炭素含有量は、得られる材料の所望の特性に応じて様々であり得る。１つの態様では、例えば、Ｃ：ＴｉＮ材料中の炭素濃度は、約１から約３０ａｔ％まである。別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料中の炭素濃度は、約３から約２０ａｔ％まである。更に別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料中の炭素濃度は、約５から約１５ａｔ％まである。更に別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料中の炭素濃度は、約１０ａｔ％である。更なる態様では、炭素濃度は、約３０ａｔ％以下であってもよい。追加の態様では、炭素濃度は、約４０ａｔ％以下であってもよい。
【００３２】
製造技法の多様性を考慮すると、Ｃ：ＴｉＮ材料の物理的構造は様々であってもよい。なお、カルコゲニド材料と、電極又は他の隣接構造との間の拡散に対する有効な障壁を形成するために使用することができるあらゆる形態のＣ：ＴｉＮが、本開示の範囲内にあるとみなされる。幾つかの態様では、例えば、炭素及びＴｉＮ材料は、均質な混合物であってもよく、実質的に均質な混合物であってもよい。他の態様では、炭素及びＴｉＮ材料は、炭素及びＴｉＮの別々の層又は領域であってもよい。例えば、そのような層化が拡散に対する所望の障壁特性を提供する場合、ＴｉＮ及び炭素は、層構造として形成することができる。例えば、ＴｉＮ及び炭素の交互層等の、超格子構造が更に企図される。幾つかの態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料としては、ＴｉＮ層内の離散領域に炭素が形成され、ＴｉＮ材料が実質的に炭素を含まない構造を挙げることもできる。１つの例は、炭素が柱状細孔又は空間に浸透しているＴｉＮ層を含んでいてもよく、ＴｉＮは、実質的に炭素を含まない。他の態様としては、炭素及びＴｉＮの均質混合物と離散領域との間の中間であるＣ：ＴｉＮ材料構造が挙げられる。例えば、Ｃ：ＴｉＮ材料は、柱状細孔又は空間に炭素の濃縮領域を含んでいてもよいが、ＴｉＮ材料それ自体が、炭素でドープされているか又は炭素と混合されている。
【００３３】
Ｃ：ＴｉＮ障壁材料は、基板の領域全体にわたって形成されていてもよく、又はその一部のみにわたって形成されていてもよい。更に、Ｃ：ＴｉＮは、特定の応用に適合させるための望ましい任意の厚さに蒸着させることができる。しかしながら、多くの場合、カルコゲニドと電極との間に使用される障壁層は、拡散障壁を提供するのに十分な厚さであるが、デバイスの性能に対する否定的な効果を回避するのに十分な薄さであり得る。１つの態様では、例えば、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１０Ａから約７０Ａまでの厚さを有していてもよい。別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１５Ａから約５０Ａまでの厚さを有していてもよい。更に別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１０Ａから約１００Ａまでの厚さを有していてもよい。
【００３４】
更に、Ｃ：ＴｉＮ材料には、図２に示されているように、約６５０ＭＰａ未満の圧縮試験下応力を示すという利点がある。図２に示されている種々の材料は、約３から約２０ａｔ％の炭素含有量を有する。こうした結果は、ＴｉＮ材料の炭素ドーピングを制御することにより、そのような応力を調節することができることを示し、したがって、そのような材料の１つの構造的利点を強調するものである。加えて、この場合は３５０℃で１５０秒間の急速熱処理（ＲＴＰ）をＣ：ＴｉＮ材料に施しても、図３からわかるように、ＴｉＮ結晶化は示されなかった。図３には、立方晶ＴｉＮピークが観察されない、３ａｔ％、５ａｔ％、及び１０ａｔ％の炭素含有量を有するＣ：ＴｉＮ材料の６つの異なるロットの試験が示されている。このサイクル耐久性は、Ｃ：ＴｉＮ障壁が拡散に対して効果的であるため、カルコゲニド材料が組み込まれているデバイスの寿命及び性能を大きく増強することができる。
【００３５】
Ｃ：ＴｉＮ障壁材料は、幾つかの構成で、並びに幅広く多様なシステム及びデバイスで使用することができる。そのため、そのような障壁材料が組み込まれているあらゆるデバイス、システム、又は方法が、本開示の範囲内にあるとみなされる。したがって、下記には、Ｃ：ＴｉＮ障壁材料の実施の種々の例が提供されているが、それらは、限定を意図するものではない。
【００３６】
例えば、１つの態様では、相変化材料の拡散を制限するための拡散障壁系が提供される。そのような障壁系は、電極、電極と電気的接続されている相変化材料、及び電極と相変化材料との間に配置されているＣ：ＴｉＮ拡散障壁を含み、拡散障壁は、相変化材料の電極への拡散を制限する。
【００３７】
別の態様では、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ）デバイス等のスイッチデバイスが提供される。オボニック閾値スイッチは、相変化材料により隔てられている少なくとも２つの電気接点を含む任意のタイプ又は設計のスイッチを含んでいてもよい。１つの例では、そのようなスイッチは、電気接点間に印加されている電圧電位のレベルに応じて「オン」状態又は「オフ」状態のいずれかにある。したがって、電圧電位が所与の閾値を超えると、相変化材料は、オン状態、つまり導電状態へと変化することになる。なお、オフ状態は、非導電状態、実質的に非導電状態、又はデバイス機能の点で非導電であるとみなすのに十分な状態であってもよい。オボニック閾値スイッチは、様々な非限定的なデバイス及び／又はシステム設計で使用することができ、それらは全て、本開示の範囲内にあるとみなされる。例としては、回路素子、回路間の相互接続、論理処理、相変化メモリの選択スイッチ、並びに非メモリ応用、フィルタリング、及び電流抑制等を挙げることができる。
【００３８】
図４に示されているように、そのようなデバイスは、第１の電極４０２、第２の電極４０４、第１の電極４０２と第２の電極４０４との間に配置されている相変化材料４０６、及び相変化材料４０６と、第１の電極又は第２の電極の少なくとも１つとの間に配置されているＣ：ＴｉＮ拡散障壁材料４０８を含んでいてもよい。幾つかの態様では、図４に具体的に示されているように、Ｃ：ＴｉＮ材料４０８は、相変化材料４０６と、第１の電極４０２及び第２の電極４０４の両方との間に配置されていてもよい。したがってＣ：ＴｉＮ材料４０８は、第１の電極４０２又は第２の電極４０４のいずれかへの相変化材料４０６の拡散に対する障壁を提供する。
【００３９】
別の例として、本開示のＣ：ＴｉＮ障壁材料は、相変化メモリセル、デバイス、及びシステム等に使用することができる。１つの態様では、相変化メモリセルデバイスが提供される。図５Ａ〜図５Ｂに示されているように、そのようなデバイスは、積層構造を含んでいてもよい。そのような積層構造は、少なくとも３つの電極：第１の電極５０２、第２の電極５０４、及び第３の電極５０６を含んでいてもよい。相変化材料５０８が、第１の電極５０２と第２の電極５０４との間に配置されており、選択デバイス材料５１０が、第３の電極５０６と第２の電極５０４との間に配置されている。前述の構造の１つ又は複数の間には、Ｃ：ＴｉＮ拡散障壁材料５１２が配置されている。例えば、図５Ａには、第２の電極５０４と選択デバイス材料５１０との間のＣ：ＴｉＮ材料５１２が示されており、図５Ｂには、第３の電極５０６と選択デバイス材料５１０との間のＣ：ＴｉＮ材料５１２が示されている。残りの図も同様であるが、図５Ａ及び図５Ｂの配置は例示に過ぎず、Ｃ：ＴｉＮ材料は、相変化材料及び選択デバイス材料を含む材料の拡散を制限する任意の位置に配置することができることと理解されるべきである。しかしながら、１つの態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第２の電極と選択デバイス材料との間にのみ配置されている。別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第３の電極と選択デバイス材料との間にのみ配置されている。更に別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第２の電極と選択デバイス材料との間及び第３の電極と選択デバイス材料との間にのみ配置されている。更なる態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第１の電極と相変化材料との間及び第２の電極と相変化材料との間にのみ配置されている。更に別の態様では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第１の電極と相変化材料との間、第２の電極と相変化材料との間、第２の電極と選択デバイス材料との間、及び第３の電極と選択デバイス材料との間に配置されている。
【００４０】
図６Ａ〜図６Ｂには、Ｃ：ＴｉＮ材料が、相変化材料を含有する各領域周囲に配置されているメモリセルの例が示されている。具体的には、図６Ａ〜図６Ｂは両方とも、概して、少なくとも３つの電極：第１の電極６０２、第２の電極６０４、及び第３の電極６０６、第１の電極６０２と第２の電極６０４との間に配置されている相変化材料６０８、及び第３の電極６０６と第２の電極６０４との間に配置されている選択デバイス材料６１０を有するメモリ積層構造が示されている。図６Ａは、Ｃ：ＴｉＮ材料６１２が、相変化材料６０８と、一方の側では第１の電極６０２及び他方の側では第２の電極６０４の両方との間に配置されていることを示す。図６Ｂは、Ｃ：ＴｉＮ材料６１２が、選択デバイス材料６１０と、一方の側では第２の電極６０４及び他方の側では第３の電極６０６の両方との間に配置されていることを示す。
【００４１】
更に別の例として、図７には、概して、少なくとも３つの電極：第１の電極７０２、第２の電極７０４、及び第３の電極７０６、第１の電極７０２と第２の電極７０４との間に配置されている相変化材料７０８、及び第３の電極７０６と第２の電極７０４との間に配置されている選択デバイス材料７１０を有するメモリ積層構造が示されている。Ｃ：ＴｉＮ材料７１２は、相変化材料が、相変化材料７０８又は選択デバイス材料７１０のいずれかから任意の隣接層に拡散するのを制限するように、これら層の各々の間に配置されている。
【００４２】
一般的に、相変化材料は、安定した検出可能な相変化を示す任意の有用な材料を含んでいてもよい。そのような材料の例としては、以下のものを含む様々なカルコゲニド合金のいずれかが挙げられる：限定ではないが、特に、Ｇｅ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｅ、Ｓｂ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ、Ｇａ−Ｓｂ、Ｉｎ−Ｓｂ、Ａｓ−Ｔｅ、Ａｌ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ａｓ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｔｅ−Ｓｎ−Ｓｅ、Ｇｅ−Ｓｅ−Ｇａ、Ｂｉ−Ｓｅ−Ｓｂ、Ｇａ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｇｅ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ−Ｏ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ−Ａｕ、Ｐｄ−Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｉ−Ｃｏ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｐｄ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｃｏ、Ｓｂ−Ｔｅ−Ｂｉ−Ｓｅ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｎ−Ｎｉ、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｎ−Ｐｄ、及びＧｅ−Ｔｅ−Ｓｎ−Ｐｔ。ハイフンで結ばれている化学組成表記は、本明細書で使用される場合、特定の混合物又は化合物、例えばカルコゲニド合金に含まれている元素を示し、示されている元素を含む化学量論を全て示し、勾配を形成すること、例えば、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ７、Ｇｅ１Ｓｂ２Ｔｅ４、Ｇｅ１Ｓｂ４Ｔｅ７等の様々な化学量論を有するＧｅｘＳｂｙＴｅｚを示すことが意図されている。
【００４３】
なお、選択デバイス材料は、一般的に、相変化材料で作られており、したがって、上記の例示的なカルコゲニド材料が同様に適用可能である。所与のメモリセルの相変化材料層及び選択デバイス材料層に使用される実際のカルコゲニド材料は、デバイスの設計に応じて、異なっていてもよく、又は同じであってもよい。
【００４４】
別の態様では、図８に示されているような相変化メモリシステムが提供される。そのようなシステムは、行及び列に配置された相変化メモリセル８０２のアレイを含んでいてもよい。複数のワード線８０４、及び複数のワード線８０４と交差する複数のビット線８０６が、アドレッシングを提供するため、相変化メモリセル８０２のアレイに電気的に接続されていてもよい。読み取り／書き込みコントローラ８０８は、特に、複数のワード線８０４及び複数のビット線８０６を介して、相変化メモリセル８０２のアレイに及び相変化メモリセル８０２のアレイから書き込み操作及び読み取り操作を実施するために、複数のワード線８０４及び複数のビット線８０６に電気的に接続されていてもよい。オボニックスイッチ等のスイッチ、並びにコンデンサ、接合部、又は他の特徴若しくは構造（非表示）が、メモリセルのアレイ及び／又はシステム全体の設計に組み込まれていてもよい。メモリアレイ又はシステムの操作は、そのような相変化メモリデバイスの標準操作に従って、行系統及び列系統等に電流を印加することにより進行する。
【００４５】
更に、幾つかの態様では、相変化メモリシステムは、相変化メモリセルの複数のアレイを含んでいてもよい。これら複数のアレイは、積層配置及び並列配置等、並びにそれらの組み合わせを含む様々な構成に配置されていてもよい。
【００４６】
更に別の態様では、拡散阻害相変化構造を形成するための方法が提供される。そのような方法は、第１の電極を形成すること、第２の電極を形成すること、及び第１の電極と第２の電極との間に配置される相変化材料を形成することを含んでいてもよい。上記方法は、第１の電極と相変化材料との間又は第２の電極と相変化材料との間の少なくとも１つの間にＴｉＮ層を形成すること、及びＴｉＮ層を炭素でドープして、Ｃ：ＴｉＮ層を形成することを更に含んでいてもよい。１つの態様では、Ｃ：ＴｉＮ層は、第１の電極と相変化材料との間及び第２の電極と相変化材料との間に配置してもよい。更に、本方法は、相変化メモリセル又はデバイスの形成に使用するための、関連電極を有する選択デバイス材料に対して繰り返すことができる。
【００４７】
１つの態様では、炭素のドーピングは、上述のように、窒素環境下でチタン及び炭素を同時スパッタリングすることにより達成することができる。しかしながら、Ｃ：ＴｉＮの形成に有用なあらゆる技法が、本開示の範囲内にあるとみなされることに留意されたい。
【００４８】
実施例
以下の例は、更なる実施形態に関する。
【００４９】
１つの実施形態では、オボニック閾値スイッチ（ＯＴＳ）デバイスであって、
第１の電極；
第２の電極；
第１の電極と第２の電極との間に配置されている相変化材料；及び
相変化材料と、第１の電極又は第２の電極の少なくとも１つとの間に配置されている炭素及びＴｉＮ（Ｃ：ＴｉＮ）拡散障壁材料を含むデバイスが提供される。
【００５０】
１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、相変化材料と、第１の電極及び第２の電極の両方との間に配置されている。
【００５１】
１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１０Ａから約７０Ａまでの厚さを有する。
【００５２】
１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１５Ａから約５０Ａまでの厚さを有する。
【００５３】
スイッチデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、非晶質構造を有する。
【００５４】
スイッチデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料の炭素濃度は、約３から約２０ａｔ％まである。
【００５５】
スイッチデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料の炭素濃度は、約５から約１５ａｔ％まである。
【００５６】
スイッチデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料の炭素濃度は、約１０ａｔ％である。
【００５７】
スイッチデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約５Ａ未満のＲＭＳ粗さを有する。
【００５８】
スイッチデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約３Ａ未満のＲＭＳ粗さを有する。
【００５９】
スイッチデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、非ドープＴｉＮ材料と比較して、少なくとも約５％小さい柱状体粒径を有する。
【００６０】
スイッチデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１０から約７０Ａまでの厚さで、約３から約１００ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有する。
【００６１】
スイッチデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１５から約５０Ａまでの厚さで、約３から約１０ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有する。
【００６２】
１つの実施形態では、相変化材料の拡散を制限するための拡散障壁であって、
電極；
電極と電気的接続されている相変化材料；
電極と相変化材料との間に配置されている炭素及びＴｉＮ（Ｃ：ＴｉＮ）拡散障壁を含み、相変化材料の電極への拡散を制限する拡散障壁が提供される。
【００６３】
１つの実施形態では、相変化材料は、カルコゲニドである。
【００６４】
１つの実施形態では、相変化メモリセルデバイスであって、
第１の電極；
第２の電極；
第３の電極；
第１の電極と第２の電極との間に配置されている相変化材料；
第３の電極と第２の電極との間に配置されている選択デバイス材料；及び
第１の電極と相変化材料との間、第２の電極と相変化材料との間、第２の電極と選択デバイス材料との間、第３の電極と選択デバイス材料との間、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される位置に配置されている炭素及びＴｉＮ（Ｃ：ＴｉＮ）拡散障壁材料を含む積層構造を含むデバイスが提供される。
【００６５】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第２の電極と選択デバイス材料との間にのみ配置されている。
【００６６】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第３の電極と選択デバイス材料との間にのみ配置されている。
【００６７】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第２の電極と選択デバイス材料との間及び第３の電極と選択デバイス材料との間にのみ配置されている。
【００６８】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第１の電極と相変化材料との間及び第２の電極と相変化材料との間にのみ配置されている。
【００６９】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、第１の電極と相変化材料との間、第２の電極と相変化材料との間、第２の電極と選択デバイス材料との間、及び第３の電極と選択デバイス材料との間に配置されている。
【００７０】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１０Ａから約７０Ａまでの厚さを有する。
【００７１】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１５Ａから約５０Ａまでの厚さを有する。
【００７２】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、非晶質構造を有する。
【００７３】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料の炭素濃度は、約３から約２０ａｔ％まである。
【００７４】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料の炭素濃度は、約５から約１５ａｔ％まである。
【００７５】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料の炭素濃度は、約１０ａｔ％である。
【００７６】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約３Ａ未満のＲＭＳ粗さを有する。
【００７７】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、非ドープＴｉＮ材料と比較して、少なくとも約５％小さい柱状体粒径を有する。
【００７８】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１０から約７０Ａまでの厚さで、約０．５から約１５ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有する。
【００７９】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約１５から約５０Ａまでの厚さで、約３から約１０ｍＯｈｍ−ｃｍまでの電気抵抗を有する。
【００８０】
相変化メモリセルデバイスの１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料は、約３Ａ未満のＲＭＳ粗さを有する。
【００８１】
１つの実施形態では、相変化メモリシステムであって、
行及び列に配置されている本明細書に記載の相変化メモリセルのアレイ；
相変化メモリセルのアレイと電気的に接続されている複数のワード線；
相変化メモリセルのアレイと電気的に接続されており、複数のワード線と交差する複数のビット線；
複数のワード線及び複数のビット線を介して、相変化メモリセルのアレイに及び相変化メモリセルのアレイから書き込み操作及び読み取り操作を実施するように操作可能な、複数のワード線及び複数のビット線に電気的に接続されている読み取り／書き込みコントローラを含むシステムが提供される。
【００８２】
１つの実施形態では、上記システムは、積層構成の相変化メモリセルの複数のアレイを更に含む。
【００８３】
１つの実施形態では、拡散阻害相変化構造を形成するための方法であって、  第１の電極を形成すること；
第２の電極を形成すること；
第１の電極と第２の電極との間に配置される相変化材料を形成すること；
第１の電極と相変化材料との間又は第２の電極と相変化材料との間の少なくとも１つの間にＴｉＮ層を形成すること；及び
ＴｉＮ層を炭素でドープして、Ｃ：ＴｉＮ層を形成することを含む方法が提供される。
【００８４】
そのような方法の１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ層を、第１の電極と相変化材料との間及び第２の電極と相変化材料との間に配置する。
【００８５】
そのような方法の１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料を、約１０Ａから約７０Ａまでの厚さに形成する。
【００８６】
そのような方法の１つの実施形態では、Ｃ：ＴｉＮ材料を、約１５Ａから約５０Ａまでの厚さに形成する。
【００８７】
上述の例は、１つ又は複数の特定の応用における種々の発明実施形態の原理を例示するものであるが、当業者であれば、発明の才を行使することなく、並びに本開示の原理及び概念から逸脱することなく、実施の形態、使用、及び詳細に多数の改変をなすことができることは明らかであろう。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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