(57)【要約】【課題】読み出し誤りが少なく省電力使用可能な書き換え可能データ記憶媒体の開発。【解決手段】書き換え可能データ記憶媒体（１００）は複数のメモリ・セルが論理的に分布する複数の柱状チャネル（１０８）を構成する誘電体材料（１０４）と、前記複数のメモリ・セルを実現するための前記複数の柱状チャネル内に充填された充填材料（１０６）とを備える。各メモリ・セルの前記充填材料が、第１の記憶可能な論理値に対応する少なくとも１つの第１の形態と、第２の記憶可能な論理値に対応する少なくとも１つの第２の形態を有する。【選択図】図１Ａ
2004118997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　複数のメモリ・セルが論理的に分布する複数の柱状チャネルを構成する誘電体材料と、
　前記複数のメモリ・セルを実現するための前記複数の柱状チャネル内に充填された充填材料とを含み、
　各メモリ・セルの前記充填材料が、第１の記憶可能な論理値に対応する少なくとも１つの第１の形態と、第２の記憶可能な論理値に対応する少なくとも１つの第２の形態を有する書き換え可能データ記憶媒体。
【請求項２】
前記誘電体材料が、前記複数の柱状チャネルとしてセル構造に自己アセンブルされた陽極酸化材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の書き換え可能データ記憶媒体。
【請求項３】
前記陽極酸化材料が、アルミニウムとアルミニウム合金の一方から陽極酸化されたアルミナを含むことを特徴とする請求項２に記載の書き換え可能データ記憶媒体。
【請求項４】
前記誘電体材料が、前記複数の柱状チャネルを有する多孔質材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の書き換え可能データ記憶媒体。
【請求項５】
　前記充填材料が、酸化還元材料を含み、前記酸化還元材料が、前記第１の形態に還元されかつ前記第２の形態に酸化されることを特徴とする請求項１に記載の書き換え可能データ記憶媒体。
【請求項６】
前記充填材料が、
　前記第１の形態において少なくとも実質的な非晶質相と、
　前記第２の形態において少なくとも実質的な結晶質相と
を有する相可変材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の書き換え可能データ記憶媒体。
【請求項７】
前記誘電体材料の下に電子駆動回路を含むシリコン基板をさらに有する請求項１に記載の書き換え可能データ記憶媒体。
【請求項８】
前記複数のメモリ・セルからの読み出しを促進するために前記誘電体材料上に堆積された導電材料をさらに有する請求項１に記載の書き換え可能データ記憶媒体。
【請求項９】
前記複数のメモリ・セルからの読み出しを促進するために、前記誘電体材料の上と前記誘電体材料内の前記充填材料の上とに導電体層をさらに有する請求項１に記載の書き換え可能データ記憶媒体。
【請求項１０】
書き換え可能データ記憶媒体を構成する方法であって、
　シリコン基板の上に金属を堆積させる段階と、
　前記金属を陽極酸化して誘電体材料とし、該誘電体材料が複数の柱状チャネルに自己アセンブルするようにする段階と、
　複数のメモリ・セルを実現するために前記複数の柱状チャネル内に充填材料を堆積させる段階とを有し、
　各前記メモリ・セルの前記充填材料が、第１の記憶可能な論理値に対応する少なくとも１つの第１の形態と、第２の記憶可能な論理値に対応する少なくとも１つの第２の形態とを有する記憶媒体の構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、概して記憶媒体に関し、特に誘電体を含む書き換え可能データ記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
　コンピュータやその他の電子装置の記憶媒体には、一般に、揮発性メモリと不揮発性メモリの２つのタイプがある。揮発性メモリは、メモリに電力が供給されなくなったときにその内容を失い、それに対して、不揮発性メモリは、メモリに電力が供給されていないときでもその内容を維持する。最も一般的なタイプの揮発性メモリは、最も一般的に入手可能でかつ集積回路（ＩＣ）として実現されたランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）である。本明細書では、データ記憶媒体という用語は、広義に使用されており、ＩＣメモリや他のタイプのデータ記憶媒体を包含する。
【０００３】
　これと比較して、不揮発性メモリは、おそらくより一般的には、特にハード・ディスク・ドライブ、フロッピ・ディスク、コンパクト・ディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、書き換え可能ＣＤ（ＣＤ−ＲＷ）ディスク、ディジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）を含む磁気および光学媒体として入手可能でかつ実現されてきた。歴史的には、ＩＣとして実現された不揮発性メモリは、主に、ハードワイヤードＲＯＭやプログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）などの非書き換え可能なＲＯＭとして入手可能であった。最近になって、ＩＣ不揮発性メモリは、電気的消去可能なＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）としてより技術的に知られている様々なタイプのフラッシュ・メモリとして入手可能になった。
【０００４】
　ＩＣを利用したデータ記憶媒体は、一般に、電気信号を使って読み取られ、該当する場合には、書き込まれる。これと比較して、磁気光学データ記憶媒体は、一般に、磁気センサと光センサを使って読み出され、該当する場合には、書き込まれ、この場合、光学センサは、通常、いくつかのタイプの照明ビームを含む。しかしながら、ＩＣとして実現することができかつ照明ビームを使って読み書きされる新しいタイプのデータ記憶媒体が検討されてきた。相可変層は、照明ビームを当てることによって２つの異なる相に変化させることができる。この２つ相は、２進数１や２進数０などの様々な論理値に対応する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　相可変層に記憶された論理値を読み出す場合、媒体に低照度の照明ビームが当てられる。これにより、媒体内に電流が生じ、この電流が、検出され、書き換え可能な記憶媒体の現行相と関連付けられ、媒体に記憶されている論理値が決定される。しかしながら、電流が、媒体のあるメモリ・セルから別のメモリ・セルに漏れて、エラーが生じる可能性がある。また、相可変層に論理値を書き込む場合、媒体に高照度の照明ビームが当てられる。これにより、相可変層が、ある相から別の相に変化する。しかしながら、相を変化させるのに必要な電力が比較的大きく、そのため、電力資源が不十分な環境ではこの媒体があまり望ましくない場合がある。
【０００６】
　上記の問題を解決するのが、本発明の主たる目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　本発明は、書き換え可能データ記憶媒体に関する。該記憶媒体の１つの実施形態は、誘電体材料と充填材料を含む。誘電体材料は、メモリ・セルが論理的に分布する柱状チャネルとして構成される。充填材料は、メモリ・セルを実現するために柱状チャネル内にある。各メモリ・セルの充填材料は、少なくとも１つの第１の形態と少なくとも１つの第２の形態とを有する。第１の形態は、第１の記憶可能な論理値に対応し、第２の形態は、第２の記憶可能な論理値に対応する。
【発明の効果】
【０００８】
　本発明により、漏れ電流が少なくまた書き込み照明ビームの照度が低い書き換え可能データ記憶媒体が得られる。また、書き込み、読み出しが高速であるようにもできる。さらに、該媒体を用いて大容量記憶装置が容易に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　本明細書で参照する図面は、本明細書の一部を構成する。図面に示した特徴は、特に明確に示さずまた反対の意味を特に示さない限り、本発明のすべての実施形態ではなく単に本発明のいくつかの実施形態での例を表す。
【００１０】
　本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明において、説明の一部を構成しかつ本発明を実施することができる説明的な特定の実施例によって示した添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実行できるようにするために十分に詳細に説明される。本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、論理的変更、機械的変更およびその他の変更を行うことができる。以下の詳細な説明は、限定する意味に解釈されるべきでなく、本発明の範囲は、併記の特許請求の範囲によってのみ定義される。
概要
　図１Ａと図１Ｂはそれぞれ、本発明の実施形態による書き換え可能データ記憶媒体１００の側面図と平面図とを示す。媒体１００は、集積回路（ＩＣ）や電子装置ならびにその他のタイプの装置として実現することができる。１つの実施形態における媒体１００は、シリコンまたは別の材料でよくかつ媒体１００用の電子駆動回路を含むことができる基板１０２を有する。基板１０２の上に、誘電体材料１０４内の充填材料１０６が配置される。誘電体材料１０４は、チャネル１０８Ａ、１０８Ｂ、．．．１０８Ｎを含む柱状チャネル１０８として組織化される。
【００１１】
　誘電体材料１０４は、少なくともさまざまな柱状チャネル１０８内に埋め込まれた充填材料１０６を分離するという意味において誘電性である。充填材料１０６は、少なくとも誘電体材料１０４が組織化された柱状チャネル１０８を埋めるという点で充填材である。したがって、チャネル１０８は、誘電体材料１０４の側壁によって囲まれ、少なくとも実質的に充填材料１０６が充填される。
【００１２】
　誘電体材料１０４は、陽極酸化されていない状態のものを陽極酸化した材料でもよく、その結果得られた誘電体材料１０４は、柱状チャネル１０８としてのセル構造に自己組立をおこなう。そのような１つの陽極酸化材料は、アルミニウム、具体的には多孔質陽極アルミニウムから陽極酸化されたアルミナすなわち酸化アルミニウムである。したがって、誘電体材料１０４は、多孔質材料であり、その結果、柱状チャネル１０８内に充填材料１０６を堆積させることができる。チャネル１０８は、上下方向に少なくとも実質的に垂直に延在する柱状である。図１Ｂでは、チャネル１０８は、形が均等な六角形として示されているが、他の実施形態では、均等または不均等の他の形状を有することもできる。
【００１３】
　誘電体材料１０４が陽極酸化材料の場合、本発明の様々な実施形態により、陽極酸化材料を提供する陽極酸化プロセスによって少なくとも２つの異なるタイプの柱状チャネル１０８を得ることができる。これを図２Ａと図２Ｂに示す。図２Ａにおいて、柱状チャネル１０８Ａは、チャネル１０８Ａが少なくとも実質的に完全に中空になるように誘電体材料１０４が陽極酸化されて示されている。すなわち、チャネル１０８Ａの底部２０４は、誘電体材料１０４を含まない。これと反対に、図２Ｂでは、参照番号２０６で示したように、チャネル１０８Ａの底部２０４に誘電（陽極酸化）材料が残るように誘電体材料１０４が陽極酸化された柱状チャネル１０８Ａを示す。
【００１４】
　図１Ａと図１Ｂに戻って参照すると、充填材料１０６は、媒体１００のメモリ・セルを実現するために誘電体材料１０４内にある。メモリ・セルは、柱状チャネル１０８と１対１または１対多の対応を有することができる。すなわち、ある実施形態では、充填材料１０６が満たされたそれぞれのチャネル１０８は、メモリ・セルに対応するが、別の実施形態では、所定のメモリ・セルは、複数のチャネル１０８を含むことができる。したがって、メモリ・セルは、１対１または１対多で柱状チャネル１０８の上に分布する。
【００１５】
　１実施形態ではそれぞれのチャネル１０８である各メモリ・セルの充填材料１０６は、メモリ・セルの異なる記憶可能な論理値に対応する少なくとも２つの形態を有する。例えば、第１の形態では、充填材料１０６が論理値０に対応し、第２の形態では、充填材料１０６が論理値１に対応する。誘電体材料１０４は、異なる柱状チャネル１０８の充填材料１０６を分離し、したがって１実施形態では、異なるメモリ・セルの充填材料１０６を分離する。本発明の他の実施形態においては、３つ以上の異なる論理値を記憶できるように、形態が３つ以上あってもよい。
【００１６】
　充填材料１０６は、様々な実施形態において、相可変材料、酸化還元（レドックス）材料または他のタイプの材料でよく、またはそれらの材料を含むことができる。充填材料１０６が相可変材料である場合の実施形態において、そのような材料は、例えば、セレン化インジウム、セレン化テルル化インジウムまたは他の相可変材料である。他のタイプの相可変材料は、Ｓｂ2ＳｅxＴｅy（ｘ＋ｙ＝３）、ＧａＳｅ、Ｇａ2ＳｅxＴｅy（ｘ＋ｙ＝３）、ＩｎＳｅ、Ｉｎ2ＳｅxＴｅy（ｘ＋ｙ＝３）、ＧｅＳｂＴｅ（ＧＳＴ）およびＡｇＧｅＳｂＴｅを含むが、本発明の実施形態はこれらに限定されない。さらに他の相可変材料は、ＩＩ−ＶＩ化合物、ＩＩＩ−ＶＩ化合物、およびゲルマニウム・アンチモン・テルル（ＧＳＴ）や銀ゲルマニウム・アンチモン・テルルなどの第３級または第４級化合物を含む。示したように、本発明の実施形態は、このリストの相可変材料に限定されず、このリストは網羅的なものではないことは、当業者によって理解されよう。そのような相可変材料は、例えば、少なくとも実質的に非晶質相と少なくとも実質的に結晶質相を含む少なくとも２つ相を有する。異なる相が、充填材料１０６の異なる形態に対応する。
【００１７】
　充填材料１０６がレドックス材料またはレドックス成分を含む実施形態において、レドックス材料は、例えば、金のナノ粒子、ハロゲン化銀のナノ粒子、金属フタロシアニン染料、Ｒｕ（ｂｉｐｙ）3、Ｆｅ（ＣＯ）3Ｌ2、または別のタイプのレドックス活性材料である。用語「ｂｉｐｙ」は、２，２’−ビピリジル配位子を指し、用語「Ｌ2」は、２，３−ビス（ジフェニルホスフィノ）無水マレイン酸および類似のビスホスフィン二座配位子を指す。本発明の実施形態は、このリストのレドックス活性材料に限定されず、このリストが網羅的なものではないことは当業者によって理解されよう。還元されているレドックス材料は、レドックス材料が還元状態であると言うことができ、充填材料１０６の形態のうちの１つに対応する。これと同様に、酸化されているレドックス材料は、レドックス材料が酸化状態であると言うことができ、充填材料１０６の別の形態に対応する。１つの実施形態において、レドックス材料は、充填材料１０６の全体にわたって分散されてもよく、その場合、充填材料１０６は、実質的にレドックス材料の担体としてはたらく。
酸化還元（レドックス）材料を有する実施形態
　図３は、充填材料１０６にレドックス材料が含まれる実施形態による書き換え可能データ記憶媒体１００を示す。基板１０２の上に、必須でない誘電体層３０２と、金属などのブロック導電体層３０４がある。１つの実施形態において、層３０２は、基板１０２内にパターン化された酸化シリコンでよく、その場合、誘電体層３０２は存在せず、基板１０２はシリコンである。導電材料３０６が、低角度堆積法などによって、充填材料１０６上を除く誘電体材料１０４上に堆積される。その結果、材料３０６は、材料３０６Ａ、３０６Ｂ、３０６Ｃ、３０６Ｄ、．．．、３０６Ｎを含む。材料３０６は、アルミニウム、金、その他の金属または導電材料であり、メモリ・セルの読み出しを促進する。
【００１８】
　ブロック導電体層３０４は、メモリ・セルの消去を支援するブロック３０４Ａや３０４Ｂなどの導電体ブロックに別々に分割される。導電体ブロックはそれぞれ、いくつかのメモリ・セルを含み、メモリ・セルは、そのようなブロックに構成される。例えば、柱状チャネル１０８がそれぞれ、別々のメモリ・セルに対応する場合、ブロック３０４Ａは、チャネル１０８Ａ、１０８Ｂおよび１０８Ｃのメモリ・セルを含み、ブロック３０４Ｂは、チャネル１０８Ｄ、１０８Ｅおよび１０８Ｎのメモリ・セルを含む。したがって、ブロック導電体層３０４は、メモリ・セル・ブロックとも呼ばれる。誘電体層３０２は、ブロック導電体層３０４の間の短絡を防ぐ働きをする。
【００１９】
　図３の実施形態は、具体的には、誘電体材料１０４がアルミナなどの陽極酸化材料である媒体１００を示す。陽極酸化プロセス中に、ブロック導電体層３０４と接しているアルミニウムだけが、アルミナに陽極酸化される。したがって、材料１０４’は、アルミニウムまたは部分的に陽極酸化したアルミニウムである。導電材料３０６が、誘電体材料１０４上に堆積されるとき、導電材料３０６’が、材料１０４’上に堆積される。材料１０４’と材料３０６’の存在は、媒体１００の動作に影響せず、説明を完全にするために図３に示されている。
【００２０】
　図３に、書き込んでいるときの柱状チャネル１０８Ｃのメモリ・セルを具体的に示す。書き込みプロセス中、導電材料３０６とブロック導電体層３０４がアースされる。電子ビームなどの照明ビーム３０８が、柱状チャネル１０８Ｃの充填材料１０６に当てられる。このビームは、本発明の１実施形態では５０〜２０００電子ボルト（ｅＶ）のような高エネルギー・ビームであるが、使用されるレドックス材料のタイプに依存する。これにより、充填材料１０６内のレドックス材料またはレドックス成分が還元され、マイナス符号３１２で示したように、充填材料１０６の負の電荷が多くなる。すなわち、チャネル１０８Ｃの充填材料１０６にビーム３０８を当てることにより、レドックス材料の状態が酸化状態から還元状態に切り換わる。このようにして、柱状チャネル１０８のメモリ・セルに異なる２つの論理値を記憶させることができる。
【００２１】
　還元状態にすることによって１つの柱状チャネル１０８のうちの１つのメモリ・セルに書き込んだ後で、ブロック消去プロセスによって、セルを酸化状態に戻し、すなわち消去することができる。例えば、メモリ・セル・ブロック３０４Ａに適用されるブロック消去プロセスによって、チャネル１０８Ａ、１０８Ｂおよび１０８Ｃのメモリ・セルが消去され、ブロック３０４Ｂに適用されるプロセスによって、チャネル１０８Ｄ、１０８Ｅおよび１０８Ｎのセルが消去される。ブロック消去プロセスは、どれかのメモリ・セルの充填材料１０６に記憶された負電荷を除去し、そのメモリ・セルを酸化状態に戻し、還元状態だったときと異なる論理値を記憶させる。
【００２２】
　例えば、柱状チャネル１０８Ａ、１０８Ｂおよび１０８Ｃのメモリ・セルを消去するとき、導電材料３０６は、アースされ、ブロック導電体層３０４のメモリ・セル・ブロック３０４Ａは、高電位にバイアスされる。これにより、書き込まれていないチャネル１０８Ａおよび１０８Ｂ内の充填材料１０６に影響を及ぼすことなく、特にチャネル１０８Ｃ内の充填材料１０６内のレドックス材料から前記電荷がフラッシュされる（即ち、洗い出される）。したがって、チャネル１０８Ｃ内の充填材料１０６内のレドックス材料は、酸化状態に戻る。このように、柱状チャネル１０８のメモリ・セルをブロック単位で消去することができる。
【００２３】
　図３に、読み出しているときの柱状チャネル１０８Ｄおよび１０８Ｅのメモリ・セルを具体的に示す。読み出しプロセス中に、ブロック導電体層３０４は、アースされ、導電材料３０６の信号が検出される。電子ビームなどの照明ビーム３１０Ａおよび３１０Ｂが、柱状チャネル１０８Ｄおよび１０８Ｅの充填材料１０６に照射される。ビーム３１０Ａおよび３１０Ｂは、本発明の１実施形態において、使用されるレドックス材料のタイプによるが、２０〜２０００ｅＶのような低いエネルギーである。チャネル１０８Ｄのメモリ・セルは、現在、還元状態であり、したがって、マイナス符号３１４で示されているように負電荷が多い。これと反対に、チャネル１０８Ｅのメモリ・セルは、酸化状態であり、したがって負電荷が少ない。
【００２４】
　柱状チャネル１０８Ｄのメモリ・セルの場合、ビーム３１０Ａは、チャネル１０８Ｄ内の充填材料１０６の多数の負電荷によって、導電材料３０６Ｄの方に偏向される。柱状チャネル１０８Ｅのメモリ・セルの場合、チャネル１０８Ｅ内の充填材料１０６が負に帯電していないので、ビーム３１０Ｂは偏向されない。したがって、チャネル１０８Ｄのメモリ・セルを読み出しているときは、チャネル１０８Ｅのメモリ・セルを読み出しているときよりも、導電材料３０６にある信号が大きくすなわち電流が多い。このように、読み出しの際に、柱状チャネル１０８のメモリ・セルに記憶可能な相異なる２つの論理値を互いに区別することができる。
相可変材料を有する実施形態
　図４は、充填材料１０６が相可変材料である本発明の実施形態による書き換え可能データ記憶媒体１００を示す。誘電体材料１０４と充填材料１０６上に金属などの導電体層４０２があってもよく、あればメモリ・セルの読み出しと書き込みを促進することができる。図４の実施形態は、メモリ・セルが、チャネル１０８Ａ、１０８Ｂ、．．．、１０８Ｍ、１０８Ｎなどの柱状チャネル１０８に１対１でマップする媒体１００を具体的に示す。しかしながら、メモリ・セルは、また、各セルが複数のチャネル１０８を含むように１対多でチャネル１０８にマップしてもよい。
【００２５】
　図４に、書き込んでいるときの柱状チャネル１０８Ｂのメモリ・セルを具体的に示す。電子ビームなどの照明ビーム４０４が、柱状チャネル１０８Ｂの充填材料１０６に当てられる。ビーム４０４は、本発明の１実施形態において、７００〜２０００ｅＶのような加速電圧を使用する高出力なものである。これにより、柱状チャネル１０８Ｂの充填材料１０６である相可変材料の相が変化する。例えば、相が非晶質の場合は、相が結晶質に変化し、その逆の変化も可能である。充填材料１０６の新しく書き込まれた（結晶質）相は、図４では、影付き部分４０８で示されている。このように、柱状チャネル１０８のメモリ・セルに、異なる２つの論理値を記憶することができる。
【００２６】
　充填材料１０６として相可変材料を利用する本発明の実施形態において、単独の消去プロセス自体はない。むしろ、メモリ・セルに書き込まれた論理値を消去するために、セルの柱状チャネルが書き換えられて、その元の相に戻される。例えば、柱状チャネル１０８Ｂのメモリ・セルを消去するとき、照明ビーム４０４が、チャネル１０８Ｂの充填材料１０６に再び当てられ、それにより、その相が、非晶質相から結晶質相のように元の相に戻る。
【００２７】
　相可変材料の最終的な相は、高エネルギーまたは高出力のビームが当てられた後で材料が冷える速度に依存する。非晶質相になるようにするとき、例えば、相可変材料は、材料が結晶化するのに十分な時間を与えないように、比較的素早く冷却される。これと比較して、結晶質相になるようにするとき、相可変材料は、材料が結晶化するのに十分な時間を与えるように比較的ゆっくりと冷却される。
【００２８】
　図４に、読み出しているときの柱状チャネル１０８Ｍおよび１０８Ｎのメモリ・セルを具体的に示す。電子ビームなどの照明ビーム４０６Ａおよび４０６Ｂが、チャネル１０８Ｍおよび１０８Ｎの充填材料１０６に当てられる。本発明の１つの実施形態において、ビーム４０６Ａおよび４０６Ｂは、７００〜２０００ｅＶのような加速電圧を使用する低出力のものである。チャネル１０８Ｍのメモリ・セルの相は、このとき、影付き部分４１０で示したように結晶質であり、一方チャネル１０８Ｎのメモリ・セルの相は、このとき、非晶質である。
【００２９】
　柱状チャネル１０８Ｍのメモリ・セルを読み出すときの媒体１００における信号（電流など）は、柱状チャネル１０８Ｎのメモリ・セルを読み出すときの媒体１００における信号と異なる。これは、チャネル１０８Ｍと１０８Ｎのメモリ・セルの相が異なるためである。このようにして、読み出しの際に、柱状チャネル１０８のメモリ・セルに記憶可能な異なる２つの論理値を互いに区別することができる。さらに、誘電体材料１０４は、異なるチャネル１０８の充填材料１０６を分離し、読み出しの際に、隣り合ったメモリ・セル間の短絡を実質的に防ぐ。
製造方法
　図５は、本発明の実施形態による書き換え可能データ記憶媒体を製造する方法５００を示す。方法５００を実行することにより製造される媒体は、例えば、図１Ａ、図１Ｂ、図３および図４の１つまたは複数の実施形態の媒体１００である。詳細には、図５に任意選択として示した方法５００のいくつかの部分は、充填材料内の酸化還元（レドックス）材料を利用する図３の実施形態の媒体を作成するために実行される。詳細には、図５に任意選択として示した方法５００の他の部分は、充填材料として相可変材料を利用する図４の実施形態の媒体を製造するために実行される。
【００３０】
　レドックス材料を利用する媒体を製造する場合は、最初に、シリコン基板の上に、必要に応じて誘電体層が堆積または成長される（５０２）。次に、導電金属層が堆積されメモリ・セル・ブロックにパターン化される（５０４）。例えば、図３の媒体１００を製造するために方法５００を使用するとき、必要に応じてシリコン基板上に堆積される誘電体層は、例えば基板１０２上の誘電体層３０２である。堆積され、メモリ・セル・ブロックにパターン化される導電金属層は、例えば、ブロック３０４Ａおよび３０４Ｂにパターン化されたブロック導電体層３０４である。
【００３１】
　図５を再び参照すると、製造中の媒体が、レドックス材料を利用するか相可変材料を利用するかに関係なく、材料（金属）が、自己アセンブルして誘電体柱状チャネルを形成するように堆積され（５０６）、陽極酸化される（５０８）。そのように陽極酸化できる金属の例には、アルミニウム、ならびにマグネシウム、タンタル、チタン、ニオブ、ガリウム、銅などとのアルミニウム合金があるが、本発明の実施形態はこれらに限定されない。そのようなアルミニウムとアルミニウム合金はそれぞれ、詳細には、多孔質陽極アルミニウムとアルミニウム合金でよい。図１Ａ〜図１Ｂ、図３および／または図４の媒体１００を製造するために方法５００を使用するとき、金属が堆積され、陽極酸化された後、酸化物材料となる。こうして、金属は、誘電体材料１０４になり、構成された柱状チャネル１０８を形成する。必要に応じて、柱状チャネルの底部の誘電体材料をエッチングすることができる（５０９）。次に、メモリ・セルを実現するためにチャネル内に充填材料が堆積される（５１０）。方法５００を使用して図１Ａ、図１Ｂ、図３および／または図４の媒体１００を製造するとき、メモリ・セルを実現するためにチャネル内に堆積される充填材料は、充填材料１０６でよい。
【００３２】
　図５を再び参照すると、製造する媒体がレドックス材料を使用する場合は、導電材料が、誘電体材料上に低角度で堆積され、あるいは必要に応じて、製造する媒体が相可変材料を使用する場合は、導電体層が、誘電体材料と充填材料の上に堆積される（５１２）。例えば、前者の場合は、方法５００を使用して図３の媒体１００を製造するとき、導電材料は導電材料３０６でよい。もう１つの例として、後者の場合は、方法５００を使用して図４の媒体１００を製造するとき、導電体層は層４０２でよい。
使用方法
　図６は、本発明の実施形態による書き換え可能データ記憶媒体１００を使用する方法６００を示す。方法６００を実行することにより使用される媒体は、図１Ａ、図１Ｂ、図３および図４の１つまたは複数の実施形態の媒体１００でよい。読み出し操作６０２、書き込み操作６０４、およびブロック消去操作６０６の３つの操作を実行することができるが、ブロック消去操作６０６は、媒体１００が充填材料の一部として酸化還元（レドックス）材料を使用しない場合には適用できない。
【００３３】
　読み取り操作６０２において、低エネルギーの電子ビームなどの照明ビームが、媒体の選択されたメモリ・セルに照射される（６０８）。次に、媒体に当てられたビームから生じた信号が検出される（６１０）。この信号は、選択されたメモリ・セルの充填材料の形態によって異なる。例えば、信号は、実質的に、充填材料のある形態のでは第１の低い信号値と実質的に等しく、充填材料の別の形態では第２の高い信号値と等しい。
【００３４】
　レドックス材料を含む充填材料の場合、信号は、レドックス材料が酸化状態か還元状態かによって異なる。充填材料が相可変材料の場合、信号は、相可変材料が結晶相か非晶質相かによって異なる。この材料の様々な状態や相のような充填材料の様々な形態が、選択されたメモリ・セルによって記憶されている様々な論理値に対応する。
【００３５】
　したがって、検出された信号に基づいて、選択されたメモリ・セルに記憶された論理値が決定される（６１２）。例えば、第１の低い信号値は、選択されたメモリ・セルによって記憶されている論理値０に対応する。したがって、第２の低い信号値は、選択されたメモリ・セルによって記憶されている論理値１に対応することになる。
【００３６】
　書き込み操作６０４において、高エネルギーの電子ビームなどの照明ビームが、媒体の選択されたメモリ・セルに照射される（６１４）。これにより、メモリ・セルの充填材料の形態が、ある形態から別の形態に変化し、セルに記憶された論理値の変化を表す。充填材料がレドックス材料を含む場合は、その状態を酸化状態から還元状態に変化させることができるが、逆の変化はできない。充填材料が相可変材料の場合、その相は、非晶質から結晶質にあるいはその逆に変化させることができる。
【００３７】
　この相変化は、ビームがオフにされる割合、したがって書き込まれる値に依存する選択されたメモリ・セルの冷却速度によって制御される（６１７）。例えば、非晶質相がある論理値に対応し、結晶質相が別の論理値に対応する。相可変材料が非晶質相になるようにするとき、材料が結晶化するのに十分な時間がないように材料が素早く冷却される。これに対して、相可変材料を結晶質相にするときは、材料が結晶化するのに十分な時間があるように材料がゆっくり冷却される。
【００３８】
　ブロック消去操作６０６は、媒体のメモリ・セルの充填材料がレドックス材料を含む場合に適用可能である。消去するいくつかのメモリ・セルを含む選択されたメモリ・セル・ブロックに高電位が印加される（６１６）。還元状態だったブロック内のメモリ・セルが、酸化状態に戻され消去される。既に酸化状態になっているブロック内のメモリ・セルは変化しない。媒体のメモリ・セルの充填材料が相可変材料の場合は、ブロック消去操作６０６が適用可能できず、その場合、メモリ・セルに書き込み操作６０４で再び書き込むことによって、メモリ・セルを個別に変化させることができる。
大容量記憶装置
　図７は、本発明の実施形態による書き換え可能データ記憶媒体１００に対してデータを読み書きするために使用することができる基礎的な大容量記憶装置７００の図を示す。媒体１００は、図１Ａ、図１Ｂ、図３および図４の１つまたは複数の実施形態の媒体１００でよい。媒体１００は、ブロック７０２上に配置される。より一般に、ブロック７０２は、記憶媒体１００を受け入れることができる機構の例である。媒体１００のメモリ・セルに対応するビーム発生器アレイ７０４が、媒体１００の上に位置決めされ、各ビーム発生器は、媒体１００のセルに対応していることが好ましい。ビーム発生器アレイ７０４は、ビーム発生器のフィールド・アレイまたは別のタイプのアレイでもよい。
【００３９】
　コントローラ７０８は、媒体１００のメモリ・セルに対して論理値を読み書きするために、アレイ７０４の個々のビーム７０６を様々な所望の強度で選択的にオン・オフすることができる。また、コントローラ７０８は、媒体１００のメモリ・セルに記憶された論理値を読み出すために、記憶媒体１００に流れる電流のような、媒体１００における信号を検出することができ、また媒体１００のメモリ・セルの論理値を読み出し、書き込み、または消去するために必要とされる媒体１００の様々な部分にバイアスをかけることができる。より一般的に、コントローラ７０８は、この機能を実行する機構の例である。コントローラ７０８によって実行される読み出し、書き込みおよび消去は、既に説明した図６の方法６００によって達成することができる。
結論
　本明細書において特定の実施形態を示し説明したが、当業者は、示した特定の実施形態を、同一の目的を達成するために設計された任意の機構と置き換えることができることを理解されよう。本出願は、本発明の任意の適応または変形を対象として含むように意図されている。したがって、本発明は、特許請求の範囲とその等価物によってのみ限定されるように意図されていることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
　本発明は低消費電力大容量記憶装置等に用いて効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】本発明の実施形態による書き換え可能データ記憶媒体の側面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による書き換え可能データ記憶媒体の平面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による書き換え可能データ記憶媒体の柱状チャネルを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の他の実施形態による書き換え可能データ記憶媒体の柱状チャネルを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態により酸化還元（レドックス）材料を使用して様々な論理値を記憶し、かつ図１Ａと図１Ｂの媒体と一致した書き換え可能データ記憶媒体を示す図である。
【図４】本発明の実施形態により相可変材料を使用して様々な論理値を記憶し、かつ図１Ａと図１Ｂの媒体と一致した書き換え可能データ記憶媒体を示す図である。
【図５】本発明の実施形態により書き換え可能データ記憶媒体を製造する方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態による書き換え可能データ記憶媒体を使用する方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態による大容量記憶装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００　書き換え可能データ記憶媒体
１０２　基板
１０４　誘電体材料
１０６　充填材料
１０８（１０８Ａ、１０８Ｂ、・・・、１０８Ｎ）　柱状チャネル
３０４（３０４Ａ、３０４Ｂ）　ブロック導電体層
３０６（３０６Ａ、３０６Ｂ、・・・、３０６Ｎ）　導電材料
３０８、４０４　照明ビーム
３１０（３１０Ａ、３１０Ｂ）、４０６（４０６Ａ、４０６Ｂ）　読み出しビーム
４０２　導電体層
５００　書き換え可能データ記憶媒体製造方法
５０４　金属を堆積させる
５０８　陽極酸化して柱状チャネルを形成する
５１０　充填材料を堆積させる
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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