(57)【要約】  電子装置１００は、第一電極１０１、第二電極１０２、及び、第一電極１０１と第二電極１０２間に電気的に接続され、加熱方式により、少なくとも二個の状態間で変換可能であり、且つ、少なくとも二個の状態中の異なる状態は異なる電気特性を有する変換可能構造１０３からなる。変換可能構造１０３は、それぞれ、第一電極１０１と第二電極１０２に連接される末端部分１０４、１０５、及び、末端部分１０４、１０５間を介する線部分１０６を含む。線部分１０６は、末端部分（１０４、１０５）より小さい幅、又は、厚さを有する。変換可能構造１０３は、第一電極１０１と第二電極１０２に対応して設置され、少なくとも二状態のうちの一方で、線部分１０６は線部分１０６だけに沿って延伸するアモルファススポット１０７を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置１００であって、前記電子装置１００は、
第一電極１０１と、
第二電極１０２と、
前記第一電極１０１と前記第二電極１０２間に電気的に接続され、加熱方式により少なくとも二状態間で変換可能であり、且つ、前記の少なくとも二状態のうちの異なる状態が異なる電気特性を有する変換可能構造１０３と、
からなり、
前記変換可能構造１０３は、それぞれ、前記第一電極１０１と前記第二電極１０２に連接される末端部分１０４、１０５、及び、前記末端部分１０４、１０５の間を介する線部分１０６を有し、前記線部分１０６は、前記末端部分１０４、１０５より厚さが薄く、
前記変換可能構造１０３は、前記第一電極１０１と前記第二電極１０２に対応して設置され、前記の少なくとも二状態のうちの一方で、前記線部分１０６は、前記線部分１０６だけに沿って延伸するアモルファススポット１０７を有することを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記変換可能構造１０３は熱依存(thermo-dependent)構造で、特に、前記の少なくとも二状態の間で変換可能である相変化構造であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。  
【請求項３】
前記変換可能構造１０３は、前記の少なくとも二状態のうちの少なくとも一方で導電性があることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項４】
センサー回路１７０１〜１７０３を有し、前記変換可能構造１０３の前記の少なくとも二状態のうちの異なる状態にての異なる電気特性を感知することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項５】
前記変換可能構造１０３は、前記の少なくとも二状態の間の導電率の値が異なるよう構成することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項６】
前記変換可能構造１０３は、前記の少なくとも二状態のうちの一方が前記変換可能構造１０３の結晶相に関連するよう構成することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項７】
スイッチを有し、特に、前記変換可能構造１０３に電気的に接続されるトランジスタ１７０２、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＦｉｎＦｅｔ、ダイオードからなる群のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項８】
前記変換可能構造１０３は、前記第一電極１０１と前記第二電極１０２に対応して対称に設置されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項９】
前記第一電極１０１と前記第二電極１０２は、形状、面積、及び、材質からなる群のうちの少なくとも一つが完全に同じであることを特徴とする請求項８に記載の電子装置。
【請求項１０】
前記変換可能構造１０３は、前記第一電極１０１と前記第二電極１０２に対応して対称に設置されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１１】
前記第一電極１０１と前記第二電極１０２は、形状、面積、及び、材質からなる群の少なくとも一つが異なることを特徴とする請求項１０に記載の電子装置。
【請求項１２】
前記変換可能構造１０３はミラー対称構造であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１３】
前記変換可能構造１０３は非ミラー対称構造であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１４】
前記線部分１０６の少なくとも一部分は、前記第一電極１０１と前記第二電極１０２からなる群の少なくとも一部分と重畳することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１５】
前記第一電極１０１と前記第二電極１０２からなる群の少なくとも一つは、広い部分３０１、３０３と、前記の広い部分３０１、３０３より狭い部分３０２、３０４を有し、前記狭い部分３０２、３０４と前記線部分１０６の一部は重畳することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１６】
前記第一電極１０１と前記第二電極１０２からなる群の少なくとも一つは、長方形、及び、Ｌ字形状からなる群のうちの一つの手法にて形作られることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１７】
前記変換可能構造１０３の形状は、犬の骨形状、バーベル形状、及び、Ｕ字型形状からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１８】
前記電子装置は、メモリ装置１７００、メモリアレイ、アクチュエーター、ＭＥＭＳ、コントローラー、及び、スイッチからなる群のうちの一つとして構成されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１９】
電子装置１００の製造方法であって、
第一電極１０１と第二電極１０２間で、加熱方式により、少なくとも二状態間で変換可能であり、且つ、前記の少なくとも二状態中の異なる状態では異なる電気特性を有する変換可能構造１０３を電気的に接続するステップと、
前記第一電極１０１と前記第二電極１０２に連接される末端部分１０４、１０５、及び、前記末端部分１０４、１０５間に線部分１０６を含み、前記線部分１０６が前記末端部分１０４、１０５より厚さが薄い前記変換可能構造１０３を形成するステップと、
前記第一電極１０１と前記第二電極１０２に対応して前記変換可能構造１０３を設置するステップと、
からなり、前記の少なくとも二状態のうちの一方で、前記線部分１０６は、前記線部分１０６に沿って延伸するアモルファススポット１０７を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置に関するものであって、更に、電子装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非揮発性メモリの領域において、４５nmノード以下のスケールのフラッシュメモリに重大な問題が存在する。これに挑む技術として、強誘電体、磁性体、及び、相変化メモリがあり、後者はフラッシュを代替する可能性が高く、且つ、ＤＲＡＭなどの他の種のメモリとの代替が可能であることを示す。相変化メモリは、電子技術中の重要なステップとなる統合メモリにとって、可能な解決方策である。相変化メモリにとって、ＯＴＰ（“on time programmable”）と ＭＴＰ（“multiple times programmable”）メモリは、絶好の機会を表現する領域を開拓する。
【０００３】
相変化メモリは、例えば、カルコゲニド材料を用いた可逆的メモリ切り替えに基づく。速い相遷移に耐えるこれらの材料の能力は、書き換え可能な光学媒体（CD、DVD）の発展に導く。カルコゲニド相変化材料は、結晶メカニズムに基づいて二種に分けられ、僅かに異なる組成を有する。Ge2Sb2Te5等の“核生成決定”材料GeTe-Sb2Te3 連絡線は、一般に、ＯＵＭ（ovonic unified memory） 装置に用いられる。この概念中、相変化材料は、底抵抗電極とコンタクトして、小容量相変化材料に対して切り替わることができる。“急成長材料”は光学ストレージ（CD-RW/DVD+RW）アプリケーションで知られ、非常に速く転換され（１０nm）、且つ、適当な相安定性を有する。このアプローチでは、メモリ装置のアクティブ部分は、ＣＭＯＳベースのフロントエンドバック(FEOL)のバックエンドプロセス(BEOL) で形成される二電極間に形成される相変化ラインとすることができる。
【０００４】
よって、相変化材料は情報を保存するため用いることができる。これらの材料の動作原理は相の変化である。結晶相中、材料構造と特性は、アモルファス相の特性と異なる。
【０００５】
相変化材料のプログラミングは、材料のアモルファスと結晶相の材料抵抗間の差異に基づく。両相間を切り換えるために、温度の上昇が要求される。非常な高温と急速な温度下降（冷却化）によりアモルファス相になる一方、より小さな温度上昇、又は、より緩やかな温度降下により結晶相になる。実質的な加熱を生じない小さい電流により、異なる抵抗を感知することができる。
【０００６】
温度の上昇は、パルスをメモリセルに印加することにより得ることができる。パルスにより生じる高電流密度は、局部の温度を上昇させる。パルスの期間と振幅次第で、生じてくる相は異なる。より大きいパルス振幅、いわゆるＲＥＳＥＴパルスはセルをアモルファス化することができ、小さいパルス振幅はセルを結晶状態にセット（SET）し、これらのパルスはＳＥＴパルスと称される。
【０００７】
ＷＯ  ２００６／０７９９５２  Ａ１は相変化抵抗装置を開示し、相変化材料（PCM）を有して、相遷移がコンタクト電極を有する界面ではなく、ＰＣＭ内で発生する。ＰＣＭは側面の導電電極部分により囲まれる延長ライン構造であり、ＣＭＯＳバックエンドプロセスで形成される。このＰＣＭラインは、一定の直径、又は、断面積を有し、スペーサーを用いることによりハードマスクとして小さく形成される。ＰＣＭの“一次元”層は第一コンタクト電極と第二コンタクト電極に電気的にコンタクトする。ＰＣＭの一次元層と第二コンタクト電極の第一コンタクト電極間のコンタクト抵抗は、ラインの中央部分、又は、介在部分の抵抗より小さい。
【０００８】
しかし、従来のメモリセルのプログラミングは、高消費電力を必要とするおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、適度な消費電力でプログラミングすることができる変換可能構造を有する電子装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は、電子装置(component)とその製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の例示実施例によると、電子装置（メモリセル等）が提供され、第一電極（第一金属構造等）と、第二電極（第二金属構造等）と、第一電極と第二電極間に電気的に接続する（例えば、直接接続する）変換可能構造（相変化材料、特に、平面構造）と、からなり、変換可能構造は、加熱により少なくとも二状態間で変換可能であり、且つ、少なくとも二状態のうちの異なる状態にて電気的特性が異なる。変換可能構造は、それぞれ第一電極と第二電極に接続される（特に二つの）末端部分を有し、末端部分間に線（ライン）部分（中央部分等）を含み、線部分は末端部分より厚さが薄い。変換可能構造は第一電極と第二電極の設置に基づき、少なくとも二状態のうちの一方で、線部分は、線部分の一部だけに沿って延伸する（つまり、全体の延長部分に沿って延伸しない）アモルファススポット（つまり、変換可能構造のアモルファス状態の部分）を有する。
【００１２】
本発明のもう一つの例示実施例によると、電子装置の製造方法が提供される。本方法は、まず、第一電極と第二電極間に変換可能構造を電気的に結合するステップを備える。変換可能構造は、加熱により少なくとも二状態間で変換可能であり、二状態のうちの異なる方で異なる電気特性を有し、変換可能構造を形成して、第一電極と第二電極に接続される末端部分と、末端部分間を介する線部分とを有し、線部分の厚さは末端部分より薄い。更に、第一電極と第二電極に対応するように変換可能構造を配置して、少なくとも二状態のうちの一方において、線部分は、線部分の一部のみに沿って延伸するアモルファススポットを有する。
【００１３】
“電子装置”なる用語は、電気、磁気、及び/又は、電気的機能を満たすあらゆるコンポーネント、素子、装置のことを指す。これは、一般使用時に、電子装置により、電気、磁気、及び/又は、電磁気信号を施加、及び/又は、生成することができることを意味する。
【００１４】
“変換可能構造”なる用語は、変換可能特性を有する物理的構造のことを指す。例として、相変化構造、又は、熱依存特性を有する構造である。相変化材料は、二相だけでなく、二相より多く有することができ、例えば、結晶、アモルファス、メタアモルファス、メタ結晶、異なる格子方向を有する結晶である。
【００１５】
“相変化構造”なる用語は、加熱影響下（相変化構造か、電/熱結合加熱素子を流れる電流のオーミック損失により生成されるか、及び/又は、電磁放射線の吸収により生成される）で、あらゆる物理パラメータや材料特性を変化させる特性を有する物理的構造のことを指す。これは、アモルファス状態と結晶状態間のカルコゲニド等の材料の変換を意味し、電気抵抗の顕著な変化が伴う。しかし、他の相の変化、例えば、固体から液体相への変化は、相変化が物理的特性の変化と関係して、相変化構造に適用できる。
【００１６】
“メモリセル”なる用語は、物理構造（例えば、全体が、シリコン基板などの一基板上/中にモノリシックに集積される層順序）を示し、電子方式中に情報を保存する。メモリセル中に保存された情報量は１ビット（特に、相変化材料が二状態間で切り替わる時、ロジック値は“１”か“０”と表現する）か、１ビット以上である（特に、相変化材料が少なくとも三個の相間で切り替わる時）。メモリセルは基板上、及び/又は、基板中に形成され、半導体、ガラス、プラスチック等の適当な材料を示すことができる。
【００１７】
“基板”なる用語は、一般に、多層が、対象層又は部位の下方、及び/又は、上方に位置する素子であると定義される。また、基板は、層がその上に形成されるあらゆる基礎であり、例えば、シリコンウェハやシリコンチップなどの半導体ウェハとすることができる。
【００１８】
変換可能構造の“末端部分”なる用語は、コンタクト又は結合する変換可能構造の終端部分を特に意味し、即ち、直接、それぞれの電極の金属材料と物理的接続をする。
変換可能構造の“線部分”なる用語は、変換可能構造の両末端部分間に挟まれた中央部分を特に意味し、部分的に電極材料と直接物理コンタクトはしていない。この線部分は実質的に線状経路に沿って位置決めされる細長い長方形構造である。
【００１９】
線部分と変換可能構造の末端部分の“厚さ”なる用語は、電子装置の表平面内部の一方向の厚さのことで、この方向は電流方向に垂直である。
【００２０】
電極の“広い”や“狭い”なる用語は、電子装置の表平面内部の一方向の厚さのことで、この方向は電流方向に垂直である。よって、電流方向は、電極の広い部分と狭い部分の連接方向に沿って生成することができる。
【００２１】
“アモルファススポット”なる用語は、変換可能構造の動作状態下の、線部分のサブ部分（又は、幾何学的な部分集合（サブセット））を特に意味し、変換可能構造は、まず、いわゆるRESETパルスを施加してアモルファス状態にする。特別な理論を結合することを希望しないなら、現在、信用できるのは、この種のＲＥＳＥＴパルスは線部分に応用し、例えば、トムソン効果等の熱電 (thermo-electric)効果により、温度がラインセルに沿って非対称に分布し、一部のラインセルだけがアモルファス状態になるスレショルド温度を超過するので、このＲＥＳＥＴパルスは線部分のサブ部分だけをアモルファス化する。
【００２２】
“非対称”なる用語は、第一電極と第二電極に関連した変換可能構造の配置を特徴づけるもので、特に、互いに関連するこれら素子の設計/配列中のあらゆる非対称特性、例えば、これらの素子ともう一つの非対称遷移、又は、これらの構造の相関部分の非対称（例えば、ミラー非対称）幾何特性を含むことを特に意味する。
【００２３】
“ミラー対称”なる用語は、変換可能構造の特徴のことで、変換可能構造の幾何形状の反射対称である。二次元は対称軸を有し、三次元は対称面を有する。物体、又は、図形は、その変換映像と識別できないとき、ミラー対称と称することができる。二次元図形の対称軸は一本の線で、垂直線を形成する場合、垂直線を軸にして上述の対称軸の相同距離で配置された任意の二点は完全に相同である。もう一つの思考方式は、上述の形状が軸に沿って半分に折られる場合、上述の二形状（半分）は完全に相同である。上述の二形状は互いにミラー映像である。非ミラー対称構造はミラー対称の特性を具備しない。特に、二本の対称線（二次元）か二個の対称面（三次元）を有する。一方は、電流方向に位置する一本の線（一個の面）（線の“上半部”と“下半部”が対称）で、他方は、電流方向に垂直な一本の線（一個の面）である（線の“左半部”と“右半部”が対称）。ここでは、特に、後者が対称であることを意味する。
【００２４】
本発明の例示実施例によると、電極と変換可能構造の幾何配列と設計は、変換可能構造の線部分の一部のみ（すなわち、全部の線部分ではない）が、ＲＥＳＥＴパルスを施加する時にアモルファス相になるように構成することができる。この種の方法により、つまり、アモルファススポットを小さくすることにより、プログラミング用のスレショルド電圧は小さく維持することができ、プログラミング向けの適度な電力需要にすることができる。変換可能構造の線部分の少なくとも一部分は電極材料と重畳することは特に利点があり、その結果、線部分の残りのサブ部分だけが両電極を連接し(bridges)、電極材料との直接の物理的連接はない。
【００２５】
よって、低消費電力、低スレショルド電圧（最大供給電圧よりも低くなるべき）と低横向け尺寸(lateral dimension)であり、電子装置は、特に、現在と未来のCMOS世代への応用に適合する。この他、従来の横向きのメモリセルの欠点を克服し、小さい横向け尺寸と低プログラミング電力、及び、低スレショルド電圧が可能となりうる。
【００２６】
よって、本発明の例示実施例によると、第一長さの相変化材料構造からなるメモリセルを提供し、相変化材料構造は、更に、第一末端と第二末端と、第一長さより短い第二長さを有するアモルファススポットと、からなる。アモルファススポットの第二長さは、相変化材料構造上方か下方の金属電極間の距離により定義される。金属電極は相変化材料構造と対称か非対称に配列される。もう一つの実施例中、金属電極は、金属電極により被覆される相変化材料構造と相似する形状を有するよう形作ることができる。
【００２７】
この種の方法を利用して、低スレショルド電圧を達成する。陽極領域（プログラミング電流/電圧源の正/陽極と結合する上述の電極）に対して、他の利点があり、アモルファススポットの辺縁は、狭い相変化ラインからラインの広い部分への移行により固定することができ、陽極の金属部分の熱損失は減少される。この種の方法により、適度なスレショルド電圧と金属部分に対する適度な熱損失特性を有する高性能の相変化メモリセルを構成することができる。
【００２８】
特に、相変化材料の非対称セル配置を提供することができる。よって、非対称横向け金属電極、又は、対称な横向け金属電極構成を備えた相変化材料を提供し、狭い手法で、アモルファススポットを定義し、及び/又は、熱リークを防止するよう形作ることができる。これで、ＣＭＯＳ、特にＣ０６５技術にて、相変化セルメモリを製造することができる。熱電効果により、狭い変換可能構造内部で、アモルファススポットの非対称遷移が存在しうるとの実験的証拠がある。対応する幾何設計（例えば、非対称構造）により、これらの効果を考慮、抑制、排除し、セルのプログラミング特性を改善することができる。
【００２９】
特に、変換可能構造の犬の骨構造（図４か図１２を参照する）は、利点がある。相変化材料と電極間のコンタクト抵抗と関係する望ましい特性を有するので、このような構造は利点がある。相変化材料層の形状が犬の骨であるとき、全体抵抗を小さく維持することができる。金属により被覆される総面積は、コンタクト抵抗に関して重要となる場合がある。
【００３０】
本発明の例示実施例によると、加工技術により利用可能な距離より小さくアモルファススポットを完成することができる。効果的なアモルファススポットの延伸部分は、金属電極のみにより規定するか、或いは、少なくとも一つの金属電極と反対の相変化材料末端構造により規定することができる。対応する電極設計による電極への熱リークの減少は、本発明の実施例へ応用できる独立の特徴となりうる。もう一つの態様は、アモルファススポットを陽極の方に移動させ、アモルファススポットの非対称を効果的に抑制する。対称/非対称位置ならびにアモルファススポットの延伸部分は、例えば、相変化材料層の透過型電子顕微鏡（TEM）写真を撮影することにより実験的に肉眼にて見ることができる。
【００３１】
続いて、電子装置のその他の例示実施例を説明するが、これらの実施例も電子装置の製造方法に応用することができる。
【００３２】
変換可能構造は感熱(thermo-dependent)構造を形成することができ、特に、相変化構造は、少なくとも二相の間で変換することができる。よって、相変化構造、及び/又は、これと接続する電極を流れるプログラミング電流の抵抗（オーミック）損により生成される熱の影響を受けて、二相間の切り替えを初期化することができる。電磁放射により熱エネルギーを供給してもよい。また一方、近接する構造/加熱器により熱エネルギーを供給してもよい。
【００３３】
特に、相変化構造の採用で、二相状態間の導電率の値が異なる。少なくとも二相のうちの一方にて、相変化構造は導電性がある（例えば、本質的に金属導電性）。その他の相状態では、導電率は、第一状態においてより高いか低くなりうるもので、例えば、相変化構造は、超導電か半導電となることができ、又は、補正した導電率の値により絶縁性、又は、導電性となることもできる。電子装置の一般動作にて、電子装置の機能は、相変化構造の導電率の現在値により影響され、限定され、又は、相関するものである。異なる相モードで、相変化構造の異なる導電率の値を用いて、メモリセル、スイッチ、アクチュエータ、センサー等を製造することができる。
【００３４】
電流パルスか電流信号により、変換可能材料中で熱が生成され、その相状態を変化することができ、その結果導電率の値を変化することができる。施加する電流パルスは所定の形状（例えば、快速上昇するエッジ（辺縁）と緩慢下降するエッジ、又は、右に湾曲する上昇エッジと左に湾曲する下降エッジ）を有し、且つ、異なるパラメータ（例えば、電流振幅、パルス持続時間等）により特徴づけることができる。パラメータの調整により、相変化材料が結晶相、又は、アモルファス相に変換されるかどうかを制御することが可能である。極めて高い温度と急激な冷却化はアモルファスをもたらし、より小さい温度増加又はより緩慢な温度降下は結晶相に導くことができる。
【００３５】
相変化構造により、二相のうちの一方が相変化構造の結晶相に関係し、もう一つの相が相変化構造のアモルファス相に関係する。カルコゲニド材料中、この種の材料特性を発見することができる。カルコゲニド材料元素（硫黄、セレ二ウム、テルリウム）を主要成分とするカルコゲニドガラスを使用することができる。相変化材料の例は、GeSbTe、 AgInSbTe、 InSe、 SbSe、 SbTe、 InSbSe、 InSbTe、 GeSbSe、 GeSbTeSe 、又は、 AgInSbSeTeである。
【００３６】
上述の電子装置は電子センサー回路を含み、変換可能構造の少なくとも二個以上の相の異なる相中の異なる電気性を感知するよう適合する。例えば、テスト電圧が変換可能構造に施加され、結晶相とアモルファス相中の導電率が異なるので、変換可能構造を流れる電流は変換可能構造の相状態次第である。このセンサー回路は、選択トランジスタかその他の種類のスイッチを含み、電子装置のアレイの特定の電子装置に、選択的にアクセス可能・不能にする。よって、各電子装置に対しそれぞれの選択トランジスタを割り当てることができる。
【００３７】
本発明の例示実施例によると、変換可能構造は、第一電極と第二電極に対し対称に設置される。このような構造は製造しやすい。例えば、図４、図６、図７、及び、図１５の実施例は、このような対称構造を示す。
【００３８】
本発明の実施例によると、第一電極と第二電極の選択は、形状（例えば、輪郭）、面積、及び、材質（タングステンかTaN）からなる群の少なくともひとつが完全に相同である。二電極に対し相同の形状、面積、及び/又は、材質を製造し、簡易の集積プロセスと簡単な配置を達成することができる。
【００３９】
本発明のもう一つの例示実施例によると、変換可能構造は第一電極と第二電極に対し非対称に設置される。この種の構造は、相変化材料と電極の反転した非対称構造によりアモルファススポットの非対称配列を補償し、プログラミング時に、効果的に熱損失を減少させる。例えば、図２、図３、図５、図８、図９、及び、図１４の実施例はこの種の対称な構造を示す。
【００４０】
特に、第一電極と第二電極の選択は、形状、面積、及び、材質からなる群の少なくともひとつが不相同である。この差異が非対称構造を招く。
【００４１】
変換可能構造はミラー対称構造である。この実施例は、対称電極構造、又は、非対称電極構造と結合する。ミラー対称構造は、左手部分と右手部分を有する一構造であり、左手部分は必然的に反射により右手部分にマップすることができる。あるいは又、変換可能構造は非ミラー対称構造であってもよい。このような実施例は、対称電極構造、又は、非対称電極構造と結びつくことができる。非ミラー対称構造は対称性を欠くことがある。
【００４２】
線部分の一部分は、第一電極、及び/又は、第二電極部分と（コンタクトにより）重畳するよう設けることができる。このような重畳部分は、ＲＥＳＥＴパルスを施加することによりアモルファス状態に変換しないと目下のところ思われるので、アモルファススポットの大きさを減少することができる。
【００４３】
第一電極と第二電極からなる群の少なくともひとつは、広い部分と、この広い部分より狭い狭い部分を有し、狭い部分と線部分の一部は重畳する。広い部分より狭い狭い部分に沿った方向は、特に、変換可能構造の線部分の方向と相同で、線部分は、変換可能構造の末端部分より厚さが薄い。電極の狭い先端か突出部を設けることにより、電極の熱リーク（損失）を顕著に減少することができる。第一電極、及び/又は、第二電極は長方形か、狭い端部を有する長方形かＬ字型により形作ることができる。
【００４４】
変換可能構造は犬の骨、バーベル、Ｕ字と類似して形作ることができる。
【００４５】
電子装置はメモリ装置として適応することができる。このようなメモリ装置では、１つ以上のビットの情報が相変化材料の現在の相に保存することができ、特に、相変化構造の二個以上の相状態のうちの現在の相状態による。
【００４６】
電子装置はメモリアレイとして、すなわち上述のタイプの（大）複数のメモリ装置の構成として適応することができる。このようなメモリアレイでは、メモリセルは、マトリクス方式で配列され、且つ、スイッチとして役立つトランジスタを用いてビットラインとワードラインにより制御されて、必要とする各メモリセルとメモリ装置へアクセスしたり、アクセスを防止したりする。
【００４７】
電子装置はアクチュエータとして利用することもでき、相変化構造の導電率の変化がアクチュエータ信号の変化を招くからである。
【００４８】
電子装置はＭＥＭＳ（microelectromechanical structure）として使用できる。変換材料の相変化により修正された電子信号はMEMSの移動可能素子の特別移動を招く。
【００４９】
相変化構造の修正により、導電率を変化させ、コントローラー、スイッチ、磁気増幅器等に使用することができるのは明らかである。
【００５０】
どのような方法でも、半導体技術のあらゆる従来の製造プロセスを使用することができる。層や素子の形成方式は、例えば、化学気相蒸着ＣＶＤ (chemical vapour deposition)、プラズマ化学気相成長法ＰＥＣＶＤ (plasma enhanced chemical vapour deposition)、アトミックレイヤーデポジションＡＬＤ (atomic layer deposition)等の蒸着技術を含む。層や素子の除去方法は、ウェットエッチング、気相エッチング等のエッチング技術、及び、例えば、光リソグラフィー（optical lithography）、ＵＶリソグラフィー、 電子ビームリソグラフィー等のパターン技術を含む。
【００５１】
本発明の実施例は特別の材料に限定されず、多くの異なる材料を使用することができる。導電構造は、金属構造、ケイ化物構造、ポリシリコン構造を使用することができる。半導体領域や素子は、結晶シリコンを使用することができる。絶縁部分は、酸化ケイ素か窒化ケイ素を使用することができる。
【００５２】
純粋な結晶シリコンウェハ、又は、ＳＯＩウェハ上に、上述の構造を形成する。
例えば、ＣＭＯＳ、ＢＩＰＯＬＡＲ、 ＢＩＣＭＯＳの技術を応用する。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の電子装置の変換可能構造により、適度な消費電力でプログラミングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図２】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図３】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図４】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図５】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図６】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図７】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図８】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図９】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図１０】本発明の例示実施例による電子装置の相変化材料の幾何学形状を示す図である。
【図１１】本発明の例示実施例による電子装置の相変化材料の幾何学形状を示す図である。
【図１２】本発明の例示実施例による電子装置の相変化材料の幾何学形状を示す図である。
【図１３】本発明の例示実施例による電子装置の相変化材料の幾何学形状を示す図である。
【図１４】本発明の例示実施例によるメモリセルを示す図である。
【図１５】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図１６】従来の電子装置を示す図である。
【図１７】従来の電子装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図における例示は概要である。異なる図において、同様又は同一の要素は、同じ参照符号により与えられる。
【００５６】
図１は、本発明の例示実施例による電子装置１００を示す図である。
電子装置は、長方形の形状をした第一電極１０１を有する。電子装置１００は、更に、同じく長方形で、第一電極１０１より面積が大きい第二電極１０２を有する。図１で示されないが、電極１０１と１０２は、シリコン基板や絶縁基板などの基板表面に堆積される金属電極である。電子装置は、このような基板にモノリシックに集積されて、電極１０１、１０２とコンタクトする。図１の構造は平面であり、すなわち、電極１０１、１０２は、実質上、基板上と同じ高さにある。図１は、電子装置１００の平面図である。
【００５７】
バーベル形状をした相変化材料構造１０３が提供され、電極１０１、１０２間に電気的に結合される。相変化材料構造１０３、もっと正確にはその一部分が、電極１０１、１０２間に供給されるＳＥＴ／ＲＥＳＥＴ電流により加熱されて、アモルファス状態と結晶状態の間で変換可能である。相変化材料構造１０３は、アモルファスと結晶状態で、異なる導電率の値を有する。
【００５８】
相変化材料構造１０３は、第一末端部分１０４と第二末端部分１０５を有する。第一末端部分１０４は第一電極１０１を部分的に重なり、第一電極と電気的に結合する。第二末端部分１０５は第二電極１０２を完全に配置される。これに加えて、図１の水平方向に沿って延伸する長方形ライン部１０６が提供され、テーパ型の遷移/中間部分１０８、１０９を有する第一末端部分１０４と第二末端部分１０５を繋ぐ(bridge)。線部分１０６は、末端部分１０４、１０５の厚さ（幅）l1より小さい厚さ（幅）l2を有する。
【００５９】
変換可能構造１０３は、電極１０１、１０２に対応して設置されるので、相変化材料構造１０３のアモルファス状態で、線部分１０６は線部分１０６のサブ部分に沿って延伸するアモルファススポット１０７を有する。線部分１０６の残りの部分は、ＲＥＳＥＴパルスの印加に基づき、結晶状態に維持することができる。言い換えれば、アモルファススポット１０７のアモルファス状態でも、アモルファススポット１０７として示されていない線部分１０６の残り部分は、実質的に結晶のまま残る。これに対し、相変化材料構造１０３の結晶状態で、線部分１０６の延長部分全体は結晶である。
【００６０】
相変化材料構造１０３は、電極１０１、１０２に対し非対称で設置される。特に、二電極１０１、１０２は形状、及び、表面面積が異なる。末端１０４と末端１０５の面積は異なるので、相変化材料構造１０３は、非ミラー対称構造として提供される。
【００６１】
図１から分かるように、線部分１０６の右側末端が第二電極１０２を被覆するので、スレショルド電圧が減少する。
【００６２】
図１は、相変化メモリの非対称ラインセルの配置を示す図である。電極１０１、１０２は、例えば、ＴａＮやタングステンから製造できる金属電極である。図１は、相変化材料のラインセルの配置を示す。メモリの基本操作は、相変化材料構造１０３がオーム加熱され、融点を超えて、後続の焼き入れ後、材料が、特に、部分１０７で、アモルファスの高オーム状態になる。材料は、再結晶温度まで加熱されることにより、低オーム結晶状態に戻る。図１で示されるアモルファススポット１０７を参照すると、相変化材料構造１０３はアモルファス状態で高オームである。
【００６３】
スレショルド電圧は十分に低くなければならない（例えば、ＣＭＯＳ技術中、最大供給電圧以下）。図１中、アモルファススポット１０７の長さの減少（つまり、スレショルド電圧の減少）はこの技術により許容される距離に制限されない。線部分１０６と第二電極１０２が部分的に重畳することにより、電気素子１００のプログラミング特性が改善される。上述の考慮に加え、トムソン効果等の熱電子効果により、アモルファススポット１０７は線部分１０６の中間になく、陽極（図１の実施例中の第一電極で、正極が第一電極１０１に割り当てられる時、）にシフトする。
【００６４】
よって、図１は、電極距離delと相変化ライン長さ（符号１０６の括弧）に対し小アモルファス領域１０７を生成する非対称配置を示し、よって、低スレショルド電圧である。付加的利点は、陽極領域１０１で、アモルファススポット１０７の端は、狭い相変化ライン１０６からラインセルの広い部分１０４に遷移することにより固定されるので、陽極１０１の金属部分の熱損失が減少する。
【００６５】
図１のテーパ型の遷移/中間部分１０８、１０９は幾何学的図形で、例えば、遷移箇所は険しい。陰極領域１０２で、金属電極１０２は、アモルファス領域１０７の端を固定するが、熱損失は、電気熱効果により小さい。よって、小スレショルド電圧と小ＲＥＳＥＴ電流が図１の配置により達成される。
【００６６】
図２は、本発明のもう一つの例示実施例による電子装置２００を示す図である。図２は、相変化ライン１０６が図１より短い様態を示す。
【００６７】
図３は、電子装置３００を示し、電極１０１、１０２が、対応する延伸部３０２、３０４を有し、更に、アモルファススポット１０７の長さを制限し、電極１０１、１０２の過度な熱損失を防止する。尖端や突起３０２、３０４は、相変化ライン１０３の狭い部分１０６を被覆するので、熱損失が減少する。
【００６８】
図４は、犬の骨形状の相変化材料構造１０３を示す図である。更に、距離がd1離れた二電極１０１、１０２が示される。図４の構造は高対称性で、犬の骨構造１０３が電極１０１、１０２上で対称に配置されている。図４の犬の骨構造は、コンタクト抵抗を減少させるのに有利である。アモルファススポットを短く、且つ、距離d1より小さいことを維持するため（スレショルド電圧を低く維持する）、また、相変化材料ライン４００（相変化材料構造１０３と電極１０１、１０２）の総抵抗を低く維持するため、小さい距離d1を維持する必要がある。
【００６９】
図５は、図４の実施例と同様であるが、犬の骨の相変化材料構造１０３と電極１０１、１０２は非対称な状態である。特に、犬の骨の相変化材料構造１０３の広い部分１０４は第二の広い部分１０５よりも大きい面積を有する。第一電極１０１は第二電極１０２より小さい面積を有する。製造原因のため、d2 >> d1 、及び、 d3 >> d1で、有効ライン長さd1を得ることができる（d2 と d3は等しくなくてよい）。このような製造原因は以下のようである。小さいＲＥＳＥＴ電流を有するため、ラインは中央近くで狭い/薄い必要がある（つまり、Ｗは図５より小さくなければならない）。リソグラフィック製造原因（近接効果）のため、d2が大きい場合、Wは小さい。
【００７０】
図６は、本発明のもう一つの例示実施例による電子装置６００を示す図である。電極は、広い部分３０１、３０３（厚さs1）と狭い部分３０２、３０４（厚さs2）からなり、図３と同じである。相変化ライン１０３は、犬の骨の対称な構造である。
【００７１】
図７は、長方形電極１０１、１０２と犬の骨の相変化材料構造１０３を有する電子装置７００を示す図である。
【００７２】
図８は、一電極１０１が長方形で、第二電極３０３，３０４が広い部分３０３と狭い部分３０４を有する構造を示す。相変化材料構造１０３は犬の骨の形態で提供される。
【００７３】
図９は、対称な犬の骨の相変化材料構造１０３と、異なる面積の長方形を有する二非対称電極１０１、１０２からなる電子装置９００を示す図である。
【００７４】
Ｕ字形相変化材料構造１０３を有するメモリセルの幾何形状１３００を示す図である。電極１０１、１０２は逆U字の内壁に装着される。別の幾何形状１４００が図１１で示され、犬の骨構造が示される。図１０の形状により、非常に狭いラインを形成することが可能である。処理の後の近接効果により、図１１の幾何形状は図１２に似ている。よって、符号１５０１で示される中央部分はその後、狭くする必要がある（Ｗは小さい）。図１０の幾何形状１３００は、図１３の実際の構造に似ており、近接効果に悩まされない。これは、符号１６００で示される。
【００７５】
図１４は、電子装置１００に似た形状であるが、更に電子回路を有し、電子装置１００はメモリセル１７００として機能する。
【００７６】
電圧源/電流源１７０１が提供される。スイッチトランジスタ１７０２が操作されて導通し、つまり、対応電圧がゲート領域に供給され、電圧、又は、電流源１７０１により提供される電圧、又は、電流が第一電極１０１に供給されて、相変化構造１０３を流れ、第二電極１０２に供給される。変換可能構造１０３の相状態に基づいて、電流、又は、ソース検出器１７０３により検出される電流は大きいか、小さい。基準電位１７０４は接地電位である。相変化材料構造１０３の線部分１０６をアモルファス状態（符号１０７を参照する）、又は、結晶状態に変化することにより、ロジック情報“１”、又は、“０”がメモリセル１７００に保存される。
【００７７】
図１５は、実施例１８００で、狭い部分１０７の小さい部分だけが対応する電極１０１、１０２を被覆する。
【００７８】
図１６は、従来の構造１９００で、被覆が発生せず、大きいアモルファススポットになり、これにより、高いスレショルド電圧になる。
【００７９】
図１７は、もう一つの従来の構造２０００で、バーベル形状の相変化ライン１０３が二長方形電極１０１、１０２に提供されて、被覆がない構造２０００を形成する。
【００８０】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年12月8日(2009.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置に関するものであって、更に、電子装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非揮発性メモリの領域において、４５nmノード以下のスケールのフラッシュメモリに重大な問題が存在する。これに挑む技術として、強誘電体、磁性体、及び、相変化メモリがあり、後者はフラッシュメモリを代替する可能性が高く、且つ、ＤＲＡＭなどの他の種のメモリとの代替が可能であることを示す。相変化メモリは、電子技術中の重要なステップとなる統合メモリにとって、可能な解決方策である。相変化メモリにとって、ＯＴＰ（“on time programmable”）と ＭＴＰ（“multiple times programmable”）メモリは、絶好の機会を表現する領域を開拓する。
【０００３】
相変化メモリは、例えば、カルコゲニド材料を用いた可逆的メモリ切り替えに基づく。速い相遷移に耐えるこれらの材料の能力は、書き換え可能な光学媒体（CD、DVD）の発展に導く。カルコゲニド相変化材料は、結晶メカニズムに基づいて二種に分けられ、僅かに異なる組成を有する。Ge2Sb2Te5等の“核生成決定”材料GeTe-Sb2Te3 連絡線は、一般に、ＯＵＭ（ovonic unified memory） 装置に用いられる。この概念中、相変化材料は、底抵抗電極とコンタクトして、小容量相変化材料に対して切り替わることができる。“急成長材料”は光学ストレージ（CD-RW/DVD+RW）アプリケーションで知られ、非常に速く転換され（１０nm）、且つ、適当な相安定性を有する。このアプローチでは、メモリ装置のアクティブ部分は、ＣＭＯＳベースのフロントエンドバック(FEOL)のバックエンドプロセス(BEOL) で形成される二電極間に形成される相変化ラインとすることができる。
【０００４】
よって、相変化材料は情報を保存するため用いることができる。これらの材料の動作原理は相の変化である。結晶相中、材料構造と特性は、アモルファス相の特性と異なる。
【０００５】
相変化材料のプログラミングは、材料のアモルファスと結晶相の材料抵抗間の差異に基づく。両相間を切り換えるために、温度の上昇が要求される。非常な高温と急速な温度下降（冷却化）によりアモルファス相になる一方、より小さな温度上昇、又は、より緩やかな温度降下により結晶相になる。実質的な加熱を生じない小さい電流により、異なる抵抗を感知することができる。
【０００６】
温度の上昇は、パルスをメモリセルに印加することにより得ることができる。パルスにより生じる高電流密度は、局部の温度を上昇させる。パルスの期間と振幅次第で、生じてくる相は異なる。より大きいパルス振幅、いわゆるＲＥＳＥＴパルスはセルをアモルファス化することができ、小さいパルス振幅はセルを結晶状態にセット（SET）し、これらのパルスはＳＥＴパルスと称される。
【０００７】
ＷＯ  ２００６／０７９９５２  Ａ１は相変化抵抗装置を開示し、相変化材料（PCM）を有して、相遷移がコンタクト電極を有する界面ではなく、ＰＣＭ内で発生する。ＰＣＭは側面の導電電極部分により囲まれる延長ライン構造であり、ＣＭＯＳバックエンドプロセスで形成される。このＰＣＭラインは、一定の直径、又は、断面積を有し、スペーサーを用いることによりハードマスクとして小さく形成される。ＰＣＭの“一次元”層は第一コンタクト電極と第二コンタクト電極に電気的にコンタクトする。ＰＣＭの一次元層と第二コンタクト電極の第一コンタクト電極間のコンタクト抵抗は、ラインの中央部分、又は、介在部分の抵抗より小さい。
【０００８】
しかし、従来のメモリセルのプログラミングは、高消費電力を必要とするおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、適度な消費電力でプログラミングすることができる変換可能構造を有する電子装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は、電子装置(component)とその製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の例示実施例によると、電子装置（メモリセル等）が提供され、第一電極（第一金属構造等）と、第二電極（第二金属構造等）と、第一電極と第二電極間に電気的に接続する（例えば、直接接続する）変換可能構造（相変化材料、特に、平面構造）と、からなり、変換可能構造は、加熱により少なくとも二状態間で変換可能であり、且つ、少なくとも二状態のうちの異なる状態にて電気的特性が異なる。変換可能構造は、それぞれ第一電極と第二電極に接続される（特に二つの）末端部分を有し、末端部分間に線（ライン）部分（中央部分等）を含み、線部分は末端部分より厚さが薄い。変換可能構造は第一電極と第二電極の設置に基づき、少なくとも二状態のうちの一方で、線部分は、線部分の一部だけに沿って延伸する（つまり、全体の延長部分に沿って延伸しない）アモルファススポット（つまり、変換可能構造のアモルファス状態の部分）を有する。
【００１２】
本発明のもう一つの例示実施例によると、電子装置の製造方法が提供される。本方法は、まず、第一電極と第二電極間に変換可能構造を電気的に結合するステップを備える。変換可能構造は、加熱により少なくとも二状態間で変換可能であり、二状態のうちの異なる方で異なる電気特性を有し、変換可能構造を形成して、第一電極と第二電極に接続される末端部分と、末端部分間を介する線部分とを有し、線部分の厚さは末端部分より薄い。更に、第一電極と第二電極に対応するように変換可能構造を配置して、少なくとも二状態のうちの一方において、線部分は、線部分の一部のみに沿って延伸するアモルファススポットを有する。
【００１３】
“電子装置”なる用語は、電気、磁気、及び/又は、電気的機能を満たすあらゆるコンポーネント、素子、装置のことを指す。これは、一般使用時に、電子装置により、電気、磁気、及び/又は、電磁気信号を施加、及び/又は、生成することができることを意味する。
【００１４】
“変換可能構造”なる用語は、変換可能特性を有する物理的構造のことを指す。例として、相変化構造、又は、熱依存特性を有する構造である。相変化材料は、二相だけでなく、二相より多く有することができ、例えば、結晶、アモルファス、メタアモルファス、メタ結晶、異なる格子方向を有する結晶である。
【００１５】
“相変化構造”なる用語は、加熱影響下（相変化構造か、電/熱結合加熱素子を流れる電流のオーミック損失により生成されるか、及び/又は、電磁放射線の吸収により生成される）で、あらゆる物理パラメータや材料特性を変化させる特性を有する物理的構造のことを指す。これは、アモルファス状態と結晶状態間のカルコゲニド等の材料の変換を意味し、電気抵抗の顕著な変化が伴う。しかし、他の相の変化、例えば、固体から液体相への変化は、相変化が物理的特性の変化と関係して、相変化構造に適用できる。
【００１６】
“メモリセル”なる用語は、物理構造（例えば、全体が、シリコン基板などの一基板上/中にモノリシックに集積される層順序）を示し、電子方式中に情報を保存する。メモリセル中に保存された情報量は１ビット（特に、相変化材料が二状態間で切り替わる時、ロジック値は“１”か“０”と表現する）か、１ビット以上である（特に、相変化材料が少なくとも三個の相間で切り替わる時）。メモリセルは基板上、及び/又は、基板中に形成され、半導体、ガラス、プラスチック等の適当な材料を示すことができる。
【００１７】
“基板”なる用語は、一般に、多層が、対象層又は部位の下方、及び/又は、上方に位置する素子であると定義される。また、基板は、層がその上に形成されるあらゆる基礎であり、例えば、シリコンウェハやシリコンチップなどの半導体ウェハとすることができる。
【００１８】
変換可能構造の“末端部分”なる用語は、コンタクト又は結合する変換可能構造の終端部分を特に意味し、即ち、直接、それぞれの電極の金属材料と物理的接続をする。
変換可能構造の“線部分”なる用語は、変換可能構造の両末端部分間に挟まれた中央部分を特に意味し、部分的に電極材料と直接物理コンタクトはしていない。この線部分は実質的に線状経路に沿って位置決めされる細長い長方形構造である。
【００１９】
線部分と変換可能構造の末端部分の“厚さ”なる用語は、電子装置の表平面内部の一方向の厚さのことで、この方向は電流方向に垂直である。
【００２０】
電極の“広い”や“狭い”なる用語は、電子装置の表平面内部の一方向の厚さのことで、この方向は電流方向に垂直である。よって、電流方向は、電極の広い部分と狭い部分の連接方向に沿って生成することができる。
【００２１】
“アモルファススポット”なる用語は、変換可能構造の動作状態下の、線部分のサブ部分（又は、幾何学的な部分集合（サブセット））を特に意味し、変換可能構造は、まず、いわゆるRESETパルスを施加してアモルファス状態にする。特別な理論を結合することを希望しないなら、現在、信用できるのは、この種のＲＥＳＥＴパルスは線部分に応用し、例えば、トムソン効果等の熱電 (thermo-electric)効果により、温度がラインセルに沿って非対称に分布し、一部のラインセルだけがアモルファス状態になるスレショルド温度を超過するので、このＲＥＳＥＴパルスは線部分のサブ部分だけをアモルファス化する。
【００２２】
“非対称”なる用語は、第一電極と第二電極に関連した変換可能構造の配置を特徴づけるもので、特に、互いに関連するこれら素子の設計/配列中のあらゆる非対称特性、例えば、これらの素子ともう一つの非対称遷移、又は、これらの構造の相関部分の非対称（例えば、ミラー非対称）幾何特性を含むことを特に意味する。
【００２３】
“ミラー対称”なる用語は、変換可能構造の特徴のことで、変換可能構造の幾何形状の反射対称である。二次元は対称軸を有し、三次元は対称面を有する。物体、又は、図形は、その変換映像と識別できないとき、ミラー対称と称することができる。二次元図形の対称軸は一本の線で、垂直線を形成する場合、垂直線を軸にして上述の対称軸の相同距離で配置された任意の二点は完全に相同である。もう一つの思考方式は、上述の形状が軸に沿って半分に折られる場合、上述の二形状（半分）は完全に相同である。上述の二形状は互いにミラー映像である。非ミラー対称構造はミラー対称の特性を具備しない。特に、二本の対称線（二次元）か二個の対称面（三次元）を有する。一方は、電流方向に位置する一本の線（一個の面）（線の“上半部”と“下半部”が対称）で、他方は、電流方向に垂直な一本の線（一個の面）である（線の“左半部”と“右半部”が対称）。ここでは、特に、後者が対称であることを意味する。
【００２４】
本発明の例示実施例によると、電極と変換可能構造の幾何配列と設計は、変換可能構造の線部分の一部のみ（すなわち、全部の線部分ではない）が、ＲＥＳＥＴパルスを施加する時にアモルファス相になるように構成することができる。この種の方法により、つまり、アモルファススポットを小さくすることにより、プログラミング用のスレショルド電圧は小さく維持することができ、プログラミング向けの適度な電力需要にすることができる。変換可能構造の線部分の少なくとも一部分は電極材料と重畳することは特に利点があり、その結果、線部分の残りのサブ部分だけが両電極を連接し(bridges)、電極材料との直接の物理的連接はない。
【００２５】
よって、低消費電力、低スレショルド電圧（最大供給電圧よりも低くなるべき）と低横向け尺寸(lateral dimension)であり、電子装置は、特に、現在と未来のCMOS世代への応用に適合する。この他、従来の横向きのメモリセルの欠点を克服し、小さい横向け尺寸と低プログラミング電力、及び、低スレショルド電圧が可能となりうる。
【００２６】
よって、本発明の例示実施例によると、第一長さの相変化材料構造からなるメモリセルを提供し、相変化材料構造は、更に、第一末端と第二末端と、第一長さより短い第二長さを有するアモルファススポットと、からなる。アモルファススポットの第二長さは、相変化材料構造上方か下方の金属電極間の距離により定義される。金属電極は相変化材料構造と対称か非対称に配列される。もう一つの実施例中、金属電極は、金属電極により被覆される相変化材料構造と相似する形状を有するよう形作ることができる。
【００２７】
この種の方法を利用して、低スレショルド電圧を達成する。陽極領域（プログラミング電流/電圧源の正/陽極と結合する上述の電極）に対して、他の利点があり、アモルファススポットの辺縁は、狭い相変化ラインからラインの広い部分への移行により固定することができ、陽極の金属部分の熱損失は減少される。この種の方法により、適度なスレショルド電圧と金属部分に対する適度な熱損失特性を有する高性能の相変化メモリセルを構成することができる。
【００２８】
特に、相変化材料の非対称セル配置を提供することができる。よって、非対称横向け金属電極、又は、対称な横向け金属電極構成を備えた相変化材料を提供し、狭い手法で、アモルファススポットを定義し、及び/又は、熱リークを防止するよう形作ることができる。これで、ＣＭＯＳ、特にＣ０６５技術にて、相変化セルメモリを製造することができる。熱電効果により、狭い変換可能構造内部で、アモルファススポットの非対称遷移が存在しうるとの実験的証拠がある。対応する幾何設計（例えば、非対称構造）により、これらの効果を考慮、抑制、排除し、セルのプログラミング特性を改善することができる。
【００２９】
特に、変換可能構造の犬の骨構造（図４か図１２を参照する）は、利点がある。相変化材料と電極間のコンタクト抵抗と関係する望ましい特性を有するので、このような構造は利点がある。相変化材料層の形状が犬の骨であるとき、全体抵抗を小さく維持することができる。金属により被覆される総面積は、コンタクト抵抗に関して重要となる場合がある。
【００３０】
本発明の例示実施例によると、加工技術により利用可能な距離より小さくアモルファススポットを完成することができる。効果的なアモルファススポットの延伸部分は、金属電極のみにより規定するか、或いは、少なくとも一つの金属電極と反対の相変化材料末端構造により規定することができる。対応する電極設計による電極への熱リークの減少は、本発明の実施例へ応用できる独立の特徴となりうる。もう一つの態様は、アモルファススポットを陽極の方に移動させ、アモルファススポットの非対称を効果的に抑制する。対称/非対称位置ならびにアモルファススポットの延伸部分は、例えば、相変化材料層の透過型電子顕微鏡（TEM）写真を撮影することにより実験的に肉眼にて見ることができる。
【００３１】
続いて、電子装置のその他の例示実施例を説明するが、これらの実施例も電子装置の製造方法に応用することができる。
【００３２】
変換可能構造は感熱(thermo-dependent)構造を形成することができ、特に、相変化構造は、少なくとも二相の間で変換することができる。よって、相変化構造、及び/又は、これと接続する電極を流れるプログラミング電流の抵抗（オーミック）損により生成される熱の影響を受けて、二相間の切り替えを初期化することができる。電磁放射により熱エネルギーを供給してもよい。また一方、近接する構造/加熱器により熱エネルギーを供給してもよい。
【００３３】
特に、相変化構造の採用で、二相状態間の導電率の値が異なる。少なくとも二相のうちの一方にて、相変化構造は導電性がある（例えば、本質的に金属導電性）。その他の相状態では、導電率は、第一状態においてより高いか低くなりうるもので、例えば、相変化構造は、超導電か半導電となることができ、又は、補正した導電率の値により絶縁性、又は、導電性となることもできる。電子装置の一般動作にて、電子装置の機能は、相変化構造の導電率の現在値により影響され、限定され、又は、相関するものである。異なる相モードで、相変化構造の異なる導電率の値を用いて、メモリセル、スイッチ、アクチュエータ、センサー等を製造することができる。
【００３４】
電流パルスか電流信号により、変換可能材料中で熱が生成され、その相状態を変化することができ、その結果導電率の値を変化することができる。施加する電流パルスは所定の形状（例えば、快速上昇するエッジ（辺縁）と緩慢下降するエッジ、又は、右に湾曲する上昇エッジと左に湾曲する下降エッジ）を有し、且つ、異なるパラメータ（例えば、電流振幅、パルス持続時間等）により特徴づけることができる。パラメータの調整により、相変化材料が結晶相、又は、アモルファス相に変換されるかどうかを制御することが可能である。極めて高い温度と急激な冷却化はアモルファスをもたらし、より小さい温度増加又はより緩慢な温度降下は結晶相に導くことができる。
【００３５】
相変化構造により、二相のうちの一方が相変化構造の結晶相に関係し、もう一つの相が相変化構造のアモルファス相に関係する。カルコゲニド材料中、この種の材料特性を発見することができる。カルコゲニド材料元素（硫黄、セレ二ウム、テルリウム）を主要成分とするカルコゲニドガラスを使用することができる。相変化材料の例は、GeSbTe、 AgInSbTe、 InSe、 SbSe、 SbTe、 InSbSe、 InSbTe、 GeSbSe、 GeSbTeSe 、又は、 AgInSbSeTeである。
【００３６】
上述の電子装置は電子センサー回路を含み、変換可能構造の少なくとも二個以上の相の異なる相中の異なる電気性を感知するよう適合する。例えば、テスト電圧が変換可能構造に施加され、結晶相とアモルファス相中の導電率が異なるので、変換可能構造を流れる電流は変換可能構造の相状態次第である。このセンサー回路は、選択トランジスタかその他の種類のスイッチを含み、電子装置のアレイの特定の電子装置に、選択的にアクセス可能・不能にする。よって、各電子装置に対しそれぞれの選択トランジスタを割り当てることができる。
【００３７】
本発明の例示実施例によると、変換可能構造は、第一電極と第二電極に対し対称に設置される。このような構造は製造しやすい。例えば、図４、図６、図７、及び、図１５の実施例は、このような対称構造を示す。
【００３８】
本発明の実施例によると、第一電極と第二電極の選択は、形状（例えば、輪郭）、面積、及び、材質（タングステンかTaN）からなる群の少なくともひとつが完全に相同である。二電極に対し相同の形状、面積、及び/又は、材質を製造し、簡易の集積プロセスと簡単な配置を達成することができる。
【００３９】
本発明のもう一つの例示実施例によると、変換可能構造は第一電極と第二電極に対し非対称に設置される。この種の構造は、相変化材料と電極の反転した非対称構造によりアモルファススポットの非対称配列を補償し、プログラミング時に、効果的に熱損失を減少させる。例えば、図２、図３、図５、図８、図９、及び、図１４の実施例はこの種の対称な構造を示す。
【００４０】
特に、第一電極と第二電極の選択は、形状、面積、及び、材質からなる群の少なくともひとつが不相同である。この差異が非対称構造を招く。
【００４１】
変換可能構造はミラー対称構造である。この実施例は、対称電極構造、又は、非対称電極構造と結合する。ミラー対称構造は、左手部分と右手部分を有する一構造であり、左手部分は必然的に反射により右手部分にマップすることができる。あるいは又、変換可能構造は非ミラー対称構造であってもよい。このような実施例は、対称電極構造、又は、非対称電極構造と結びつくことができる。非ミラー対称構造は対称性を欠くことがある。
【００４２】
線部分の一部分は、第一電極、及び/又は、第二電極部分と（コンタクトにより）重畳するよう設けることができる。このような重畳部分は、ＲＥＳＥＴパルスを施加することによりアモルファス状態に変換しないと目下のところ思われるので、アモルファススポットの大きさを減少することができる。
【００４３】
第一電極と第二電極からなる群の少なくともひとつは、広い部分と、この広い部分より狭い狭い部分を有し、狭い部分と線部分の一部は重畳する。広い部分より狭い狭い部分に沿った方向は、特に、変換可能構造の線部分の方向と相同で、線部分は、変換可能構造の末端部分より厚さが薄い。電極の狭い先端か突出部を設けることにより、電極の熱リーク（損失）を顕著に減少することができる。第一電極、及び/又は、第二電極は長方形か、狭い端部を有する長方形かＬ字型により形作ることができる。
【００４４】
変換可能構造は犬の骨、バーベル、Ｕ字と類似して形作ることができる。
【００４５】
電子装置はメモリ装置として適応することができる。このようなメモリ装置では、１つ以上のビットの情報が相変化材料の現在の相に保存することができ、特に、相変化構造の二個以上の相状態のうちの現在の相状態による。
【００４６】
電子装置はメモリアレイとして、すなわち上述のタイプの（大）複数のメモリ装置の構成として適応することができる。このようなメモリアレイでは、メモリセルは、マトリクス方式で配列され、且つ、スイッチとして役立つトランジスタを用いてビットラインとワードラインにより制御されて、必要とする各メモリセルとメモリ装置へアクセスしたり、アクセスを防止したりする。
【００４７】
電子装置はアクチュエータとして利用することもでき、相変化構造の導電率の変化がアクチュエータ信号の変化を招くからである。
【００４８】
電子装置はＭＥＭＳ（microelectromechanical structure）として使用できる。変換材料の相変化により修正された電子信号はMEMSの移動可能素子の特別移動を招く。
【００４９】
相変化構造の修正により、導電率を変化させ、コントローラー、スイッチ、磁気増幅器等に使用することができるのは明らかである。
【００５０】
どのような方法でも、半導体技術のあらゆる従来の製造プロセスを使用することができる。層や素子の形成方式は、例えば、化学気相蒸着ＣＶＤ (chemical vapour deposition)、プラズマ化学気相成長法ＰＥＣＶＤ (plasma enhanced chemical vapour deposition)、アトミックレイヤーデポジションＡＬＤ (atomic layer deposition)等の蒸着技術を含む。層や素子の除去方法は、ウェットエッチング、気相エッチング等のエッチング技術、及び、例えば、光リソグラフィー（optical lithography）、ＵＶリソグラフィー、 電子ビームリソグラフィー等のパターン技術を含む。
【００５１】
本発明の実施例は特別の材料に限定されず、多くの異なる材料を使用することができる。導電構造は、金属構造、ケイ化物構造、ポリシリコン構造を使用することができる。半導体領域や素子は、結晶シリコンを使用することができる。絶縁部分は、酸化ケイ素か窒化ケイ素を使用することができる。
【００５２】
純粋な結晶シリコンウェハ、又は、ＳＯＩウェハ上に、上述の構造を形成する。
例えば、ＣＭＯＳ、ＢＩＰＯＬＡＲ、 ＢＩＣＭＯＳの技術を応用する。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の電子装置の変換可能構造により、適度な消費電力でプログラミングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図２】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図３】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図４】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図５】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図６】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図７】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図８】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図９】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図１０】本発明の例示実施例による電子装置の相変化材料の幾何学形状を示す図である。
【図１１】本発明の例示実施例による電子装置の相変化材料の幾何学形状を示す図である。
【図１２】本発明の例示実施例による電子装置の相変化材料の幾何学形状を示す図である。
【図１３】本発明の例示実施例による電子装置の相変化材料の幾何学形状を示す図である。
【図１４】本発明の例示実施例によるメモリセルを示す図である。
【図１５】本発明の例示実施例による電子装置を示す図である。
【図１６】従来の電子装置を示す図である。
【図１７】従来の電子装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図における例示は概要である。異なる図において、同様又は同一の要素は、同じ参照符号により与えられる。
【００５６】
図１は、本発明の例示実施例による電子装置１００を示す図である。
電子装置は、長方形の形状をした第一電極１０１を有する。電子装置１００は、更に、同じく長方形で、第一電極１０１より面積が大きい第二電極１０２を有する。図１で示されないが、電極１０１と１０２は、シリコン基板や絶縁基板などの基板表面に堆積される金属電極である。電子装置は、このような基板にモノリシックに集積されて、電極１０１、１０２とコンタクトする。図１の構造は平面であり、すなわち、電極１０１、１０２は、実質上、基板上と同じ高さにある。図１は、電子装置１００の平面図である。
【００５７】
バーベル形状をした相変化材料構造１０３が提供され、電極１０１、１０２間に電気的に結合される。相変化材料構造１０３、もっと正確にはその一部分が、電極１０１、１０２間に供給されるＳＥＴ／ＲＥＳＥＴ電流により加熱されて、アモルファス状態と結晶状態の間で変換可能である。相変化材料構造１０３は、アモルファスと結晶状態で、異なる導電率の値を有する。
【００５８】
相変化材料構造１０３は、第一末端部分１０４と第二末端部分１０５を有する。第一末端部分１０４は第一電極１０１を部分的に重なり、第一電極と電気的に結合する。第二末端部分１０５は第二電極１０２を完全に配置される。これに加えて、図１の水平方向に沿って延伸する長方形ライン部１０６が提供され、テーパ型の遷移/中間部分１０８、１０９を有する第一末端部分１０４と第二末端部分１０５を繋ぐ(bridge)。線部分１０６は、末端部分１０４、１０５の厚さ（幅）l1より小さい厚さ（幅）l2を有する。
【００５９】
相変化材料構造（変換可能構造）１０３は、電極１０１、１０２に対応して設置されるので、相変化材料構造１０３のアモルファス状態で、線部分１０６は線部分１０６のサブ部分に沿って延伸するアモルファススポット１０７を有する。線部分１０６の残りの部分は、ＲＥＳＥＴパルスの印加に基づき、結晶状態に維持することができる。言い換えれば、アモルファススポット１０７のアモルファス状態でも、アモルファススポット１０７として示されていない線部分１０６の残り部分は、実質的に結晶のまま残る。これに対し、相変化材料構造１０３の結晶状態で、線部分１０６の延長部分全体は結晶である。
【００６０】
相変化材料構造１０３は、電極１０１、１０２に対し非対称で設置される。特に、二電極１０１、１０２は形状、及び、表面面積が異なる。末端１０４と末端１０５の面積は異なるので、相変化材料構造１０３は、非ミラー対称構造として提供される。
【００６１】
図１から分かるように、線部分１０６の右側末端が第二電極１０２を被覆するので、スレショルド電圧が減少する。
【００６２】
図１は、相変化メモリの非対称ラインセルの配置を示す図である。電極１０１、１０２は、例えば、ＴａＮやタングステンから製造できる金属電極である。図１は、相変化材料のラインセルの配置を示す。メモリの基本操作は、相変化材料構造１０３がオーム加熱され、融点を超えて、後続の焼き入れ後、材料が、特に、部分１０７で、アモルファスの高オーム状態になる。材料は、再結晶温度まで加熱されることにより、低オーム結晶状態に戻る。図１で示されるアモルファススポット１０７を参照すると、相変化材料構造１０３はアモルファス状態で高オームである。
【００６３】
スレショルド電圧は十分に低くなければならない（例えば、ＣＭＯＳ技術中、最大供給電圧以下）。図１中、アモルファススポット１０７の長さの減少（つまり、スレショルド電圧の減少）はこの技術により許容される距離に制限されない。線部分１０６と第二電極１０２が部分的に重畳することにより、電気素子１００のプログラミング特性が改善される。上述の考慮に加え、トムソン効果等の熱電子効果により、アモルファススポット１０７は線部分１０６の中間になく、陽極（図１の実施例中の第一電極で、正極が第一電極１０１に割り当てられる時、）にシフトする。
【００６４】
よって、図１は、電極距離delと相変化ライン長さ（符号１０６の括弧）に対し小アモルファス領域（スポット）１０７を生成する非対称配置を示し、よって、低スレショルド電圧である。付加的利点は、陽極領域１０１で、アモルファススポット１０７の端は、狭い相変化ライン１０６からラインセルの広い部分１０４に遷移することにより固定されるので、陽極１０１の金属部分の熱損失が減少する。
【００６５】
図１のテーパ型の遷移/中間部分１０８、１０９は幾何学的図形で、例えば、遷移箇所は険しい。陰極領域（第二電極）１０２で、金属電極（第二電極）１０２は、アモルファス領域（スポット）１０７の端を固定するが、熱損失は、電気熱効果により小さい。よって、小スレショルド電圧と小ＲＥＳＥＴ電流が図１の配置により達成される。
【００６６】
図２は、本発明のもう一つの例示実施例による電子装置２００を示す図である。図２は、相変化ライン１０６が図１より短い様態を示す。
【００６７】
図３は、電子装置３００を示し、電極１０１、１０２が、対応する延伸部（狭い部分）３０２、３０４を有し、更に、アモルファススポット１０７の長さを制限し、電極１０１、１０２の過度な熱損失を防止する。尖端や突起（狭い部分）３０２、３０４は、相変化ライン（相変化材料構造）１０３の狭い部分１０６を被覆するので、熱損失が減少する。
【００６８】
図４は、犬の骨形状の相変化材料構造１０３を示す図である。更に、距離がd1離れた二電極１０１、１０２が示される。図４の構造は高対称性で、犬の骨構造（相変化材料構造）１０３が電極１０１、１０２上で対称に配置されている。図４の犬の骨構造は、コンタクト抵抗を減少させるのに有利である。アモルファススポットを短く、且つ、距離d1より小さいことを維持するため（スレショルド電圧を低く維持する）、また、相変化材料ライン４００（相変化材料構造１０３と電極１０１、１０２）の総抵抗を低く維持するため、小さい距離d1を維持する必要がある。
【００６９】
図５は、図４の実施例と同様であるが、犬の骨の相変化材料構造１０３と電極１０１、１０２は非対称な状態である。特に、犬の骨の相変化材料構造１０３の広い部分（第一端部分）１０４は第二の広い部分（第二端部分）１０５よりも大きい面積を有する。第一電極１０１は第二電極１０２より小さい面積を有する。製造原因のため、d2 >> d1 、及び、 d3 >> d1で、有効ライン長さd1を得ることができる（d2 と d3は等しくなくてよい）。このような製造原因は以下のようである。小さいＲＥＳＥＴ電流を有するため、ラインは中央近くで狭い/薄い必要がある（つまり、Ｗは図５より小さくなければならない）。リソグラフィック製造原因（近接効果）のため、d2が大きい場合、Wは小さい。
【００７０】
図６は、本発明のもう一つの例示実施例による電子装置６００を示す図である。電極は、広い部分３０１、３０３（厚さs1）と狭い部分３０２、３０４（厚さs2）からなり、図３と同じである。相変化ライン（相変化材料構造）１０３は、犬の骨の対称な構造である。
【００７１】
図７は、長方形電極１０１、１０２と犬の骨の相変化材料構造１０３を有する電子装置７００を示す図である。
【００７２】
図８は、一電極１０１が長方形で、第二電極１０２が広い部分３０３と狭い部分３０４を有する構造を示す。相変化材料構造１０３は犬の骨の形態で提供される。
【００７３】
図９は、対称な犬の骨の相変化材料構造１０３と、異なる面積の長方形を有する二非対称電極１０１、１０２からなる電子装置９００を示す図である。
【００７４】
Ｕ字形相変化材料構造１０３を有するメモリセルの幾何形状１３００を示す図である。電極１０１、１０２は逆U字の内壁に装着される。別の幾何形状１４００が図１１で示され、犬の骨構造が示される。図１０の形状により、非常に狭いラインを形成することが可能である。処理の後の近接効果により、図１１の幾何形状は図１２に似ている。よって、符号１５０１で示される中央部分はその後、狭くする必要がある（Ｗは小さい）。図１０の幾何形状１３００は、図１３の実際の構造に似ており、近接効果に悩まされない。これは、符号１６００で示される。
【００７５】
図１４は、電子装置１００に似た形状であるが、更に電子回路を有し、電子装置１００はメモリセル１７００として機能する。
【００７６】
電圧源/電流源１７０１が提供される。スイッチトランジスタ１７０２が操作されて導通し、つまり、対応電圧がゲート領域に供給され、電圧、又は、電流源１７０１により提供される電圧、又は、電流が第一電極１０１に供給されて、相変化材料構造１０３を流れ、第二電極１０２に供給される。変換可能構造（相変化材料構造）１０３の相状態に基づいて、電流、又は、ソース検出器１７０３により検出される電流は大きいか、小さい。基準電位１７０４は接地電位である。相変化材料構造１０３の線部分１０６をアモルファス状態（符号１０７を参照する）、又は、結晶状態に変化することにより、ロジック情報“１”、又は、“０”がメモリセル１７００に保存される。
【００７７】
図１５は、実施例１８００で、狭い部分１０７の小さい部分だけが対応する電極１０１、１０２を被覆する。
【００７８】
図１６は、従来の構造１９００で、被覆が発生せず、大きいアモルファススポットになり、これにより、高いスレショルド電圧になる。
【００７９】
図１７は、もう一つの従来の構造２０００で、バーベル形状の相変化ライン（相変化材料構造）１０３が二長方形電極１０１、１０２に提供されて、被覆がない構造２０００を形成する。
【００８０】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【国際調査報告】
2010529671.tif 000020
2010529671.tif 000021
2010529671.tif 000022