(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶成長に適しない下部層の上に形成されたアモルファス膜を結晶化するための方法であって、
所定の結晶方位を有するシーディング表面を上部に有する基板を設けるステップと、
前記シーディング表面上に結晶成長に適しない第１の層を形成するステップと、
前記第１の層を通って前記シーディング表面まで下方に延びる開口をパターン形成し、その後、エッチングするステップと、
前記第１の層の上にアモルファス媒体層を形成して、前記アモルファス媒体層の一部が前記開口を充填し、かつ、前記シーディング表面と接触するようにするステップと、
前記アモルファス媒体層を焼きなまし処理することにより、前記アモルファス媒体層の結晶相の核生成が前記シーディング表面で始まり、前記アモルファス媒体層の残りの部分全体にわたって伝搬するように、結晶化媒体層を形成するステップと、
前記結晶化媒体層を前記基板から電気的に絶縁するために前記結晶化媒体層を処理するステップと
を含み、前記処理するステップは、前記結晶化媒体層上にマスクをパターニングした後、該マスクを通したイオン注入によって前記結晶化媒体層の一部の電気特性を変化させ、該電気特性の変化により前記結晶化媒体層を前記基板から絶縁することを含む、方法。
【請求項２】
前記処理するステップは、前記結晶化媒体層上にマスクをパターニングした後、前記基板と接触する前記結晶化媒体層の部分が酸化されるように前記マスクを通して前記結晶化媒体層の一部を酸化させ、前記結晶化媒体層を前記基板から電気的に絶縁することによって実施される、請求項１の方法。
【請求項３】
前記処理するステップは、前記結晶化媒体層の上にマスクをパターニングした後、前記基板に接触する前記結晶化媒体層の部分が焼きなまされるように前記マスクを通して前記結晶化媒体層を焼きなまし処理し、前記結晶化媒体層を前記基板から電気的に絶縁することによって実施される、請求項１の方法。
【請求項４】
前記第１の層上に結晶成長に適しない第２の層を形成するステップをさらに含む、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記開口をパターン形成する前に、前記第１の層上に前記第２の層を形成する、請求項４の方法。
【請求項６】
前記アモルファス媒体層を堆積した後、前記アモルファス媒体層の少なくとも一部分が前記第２の層と接触する、請求項４の方法。
【請求項７】
前記第１の層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ヒ化ガリウムアルミニウム、及び酸化アルミニウムから成るグループから選択される誘電性材料である、請求項４の方法。
【請求項８】
前記第２の層は、モリブデン、チタン、窒化チタン、タングステン、クロム、ニオブ、インジウムスズ酸化物、及びタンタルから成るグループから選択される電導性材料である、請求項４の方法。
【請求項９】
前記第２の層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ヒ化ガリウムアルミニウム、及び酸化アルミニウムから成るグループから選択される誘電性材料である、請求項４の方法。
【請求項１０】
前記基板が、約１００マイクロメートル以下の厚みを有する、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記アモルファス媒体層は、インジウムセレン化物、インジウムテルル化物、及び組成ＩｎＳｅ１−ｘＴｅｘを有する固溶体及び中間相から成るグループから選択される材料である、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記アモルファス媒体層は、周期表のII族、IV族、VI族、及びVII族から成るグループから選択される少なくとも１つのドーパントを含む、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記基板は、シリコン（ケイ素）、シリコンゲルマニウム、及びヒ化ガリウムから成るグループから選択される半導体材料である、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記シーディング表面は、前記基板の所定の結晶面に沿った方向に向けられる、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記所定の結晶面は、111結晶面及び100結晶面から成るグループから選択される、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記第１の層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ヒ化ガリウムアルミニウム、及び酸化アルミニウムから成るグループから選択される誘電性材料である、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記アモルファス媒体層の結晶相の核生成は、ほぼ横方向に伝搬する、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記焼きなましをするステップが、前記アモルファス媒体層にレーザビームを照射することにより前記アモルファス媒体層を加熱して前記アモルファス媒体層を結晶化するステップを含む、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザビームは、ガスレーザ、及びエキシマレーザから成るグループから選択されるレーザによって発生される、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記焼きなましをするステップが、前記のレーザビームとアモルファス媒体層との間に相対運動を与えることにより前記アモルファス媒体層全体にレーザビームを走査させるステップをさらに含む、請求項１８の方法。
【請求項２１】
前記焼きなましをするステップが、真空、反応性ガス、及び不活性ガスから成るグループから選択される雰囲気中で前記アモルファス媒体層に熱を加えるステップを含む、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記アモルファス媒体層は、III-VI材料、I-III-VI材料、及びIV-V-VI材料から成るグループから選択される材料を含む、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、結晶成長に最適な基板を用いて媒体層を種付けすることに関する。より詳しくは、本発明は、好適な成長形態を助長する基板を用いて媒体層の結晶化を行うとともに、好ましくない成長形態を招く１つ以上の層の上に媒体層を製作することに関する。
【０００２】
本明細書で取りあげた記事及び刊行物は、それらに含まれている情報を提示するためのものである。その情報のどれも法定の従来技術であると認められず、従って、我々はかかる全ての情報に関して先発明者としての地位を確立する権利を保有する。
【０００３】
【従来の技術】
任意の材料が他方の基板タイプ上でなく一方の基板タイプ上で好適な形態で成長するところの薄膜デバイスの加工には多くの事例がある。結晶成長に適しない基板上における成長形態を改善するための１つの方法は、結晶成長に適しない基板上に下部層（即ち、緩衝層またはバッファ層）を堆積させ、続いて、その緩衝層の上に活性層を堆積させるものである。緩衝層は、活性層における好適な成長形態を促進する。具体的には、高密度データ記憶デバイスに使用される場合があるもののような光導電性又は陰極伝導性(または、カソコンダクティブ：cathoconductive)デバイスの場合は、理想的な緩衝層には、緩衝層上に堆積されるデータ層に対する好適な成長形態、及び、データ層を堆積するための平滑な表面が含まれる。緩衝層は電気的に絶縁性であり、かつ、熱電導性がなければならない。また、緩衝層は、データ層と、緩衝層が堆積される基板のいずれとも反応するものであってはならない。残念ながら、これらの条件を全て満たす緩衝層は恐らく存在しないであろう。
【０００４】
結晶成長に適しない（本明細書において「適しない」とは「不適である」という意味を包含する）基板上における成長形態を改善するための他の方法は、ウェーハボンディングによるアプローチを利用することである。この方法では、好適な成長形態を有する層を含む第１の基板上に活性層を堆積させ、次いで、その第１の基板を好適でない成長形態を有する第２の基板に機械的に接合させることができる。しかし、多くの用途に必要とされる平坦度及び強靱度をもたせて第１のウェーハと第２のウェーハを接合することは非常に難しい。第１の基板及び第２の基板は、同質の材料又は異質の材料から作ることができる。例えば、第１の基板を半導体基板とし、第２の基板をガラスとすることができる。加えて、ウェーハボンディングは、活性層を平坦化し、かつ、第１の基板及び／または第２の基板の厚みを減らすのに、しばしば、幾つかの処理ステップを要する。平坦化ステップには、化学的機械的研磨(CMP)処理を含めることができ、基板の厚みは、平坦化によって及び／又はウェット／ドライエッチングステップによって減らすことができる。これらのステップは、しばしば、活性層を損傷することがあり、含まれるステップの数が増えることによって製造工程が複雑になり、かつ、歩留りがが低下してしまう可能性がある。さらに、基板間に高度の平坦度と分離制御が要求される用途では、ウェーハボンディングは許容されないであろう。例えば、超高密度記憶デバイスでは、電子ビーム電流を使って情報を活性層上に書込み且つ活性層から読取ることができる。活性層に何らかの損傷があったり、活性層の厚みに変動があれば、データが破壊されるか、もしくは、正確な、活性層へのデータ書込み、または活性層からのデータ読取りができなくなる恐れがある。超高密度記憶デバイス及び記憶媒体における記憶に関するより詳細な説明は、Gibson他の米国特許第5,557,596号に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、緩衝層、または、ウェーハボンディングを用いずに、結晶成長に最適な基板を用いて活性層の成長を起こす（または、種付けする）ことが必要とされている。さらに、好適な成長形態を有する基板上に活性層を直接堆積させることなく、活性層の成長を促すことが必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法によれば、緩衝層又はウェーハボンディングを使わずに、最適な基板上で媒体層を成長させることができる。本発明の媒体層の用途には、例えば、光線又は電子線のコヒーレントビームを使って媒体層にデータを記憶する超高密度データ記憶デバイス用の媒体（これに限定されるわけではない）が含まれる。
【０００７】
本発明の１つの利点は、標準のマイクロエレクトロニクス処理ステップと、通常利用することができる処理装置を用いてアモルファス媒体層を結晶化できるということである。例えば、横方向ソリッドエピタキシャルオーバーグロース(overgrowth)は、SOI(絶縁体上シリコン：silicon on insulator)及び窒化ガリウム(GaN)デバイスの製造に通常用いられる技術であり、この技術を使用して本発明の媒体層を堆積することができる。例えば、Moniwa他による「Applied  Physics Letters, Vol.52, No.21,pg.1788,23 May 1988」を参照されたい。さらに、媒体層のオーバーグロースは、シリコン（Ｓｉ）ウェーハ上にシリコン(Ｓｉ)デバイスを作製するためではなく、例えば、酸化ケイ素(ＳｉＯ２)のような絶縁層上に化合物半導体デバイスを作製するのに適用される。
【０００８】
本発明の別の利点は、シリコン、成長に好適な基板（以下、結晶成長に適した基板ともいう）、の上でのIII-VI物質、I-III-VI物質、又はIV-V-VI物質のような化合物半導体材料の成長を起こすことが可能となると共に、ＳｉＯ２、成長には適さない基板であるが光導電性デバイス及び陰極伝導性デバイスには有用な基板、のような絶縁層上で実際のデバイスを作製することができるということである。ＳｉＯ２及びＳｉＮｘのようなその類似物は、高密度記憶デバイスにも使用できるヘテロ接合ダイオードにとって有用な誘電層でもある。本発明の媒体層は、超高密度記憶デバイスの一部分として光導電式検出器又は光電式検出器で使用するのに適したな電気特性を有している。
【０００９】
大まかに言えば、本発明は、好適でない結晶成長形態を有する下部層上に形成されたアモルファス膜を結晶化するための方法において具現化される。結晶成長に適した基板は、そのシーディング表面（seeding surface）上に結晶成長に適しない第１の層が形成されている。この第１の層に開口が形成される。その開口は、第１の層を通って下方の結晶成長に適した基板に延び、シーディング表面を露出させる。第１の層上にアモルファス媒体層が形成される。アモルファス媒体層は第１の層を覆って、そのアモルファス媒体層の一部分が開口を充填してシーディング表面と接触するようにする。アモルファス媒体層を焼きなまし処理（アニーリング）することによって結晶化媒体層を形成する。この結果、アモルファス媒体層の結晶相の核生成が生じ、核生成は、シーディング表面で始まり、アモルファス媒体層の残りの部分中に伝搬して、結局、アモルファス媒体層全体を結晶化する。その後、結晶化媒体層と結晶成長に適した基板との間で通電しないように結晶化媒体層を処理する。本質的に、結晶化媒体層を結晶成長に適した基板から電気的に絶縁して、結晶成長に適した基板と結晶化媒体層とが短絡するのを防止する。
【００１０】
本発明の１実施態様では、結晶成長に適しない第１の層は、結晶成長に適した基板を結晶化媒体層から電気的に絶縁する誘電性材料である。
【００１１】
本発明の別の実施態様では、結晶成長に適しない第２の層を結晶成長に適しない第１の層上に形成する。
【００１２】
本発明の１実施態様では、結晶成長に適しない第２の層は誘電性材料である。
【００１３】
本発明の別の実施態様では、結晶成長に適しない第２の層は導電性材料である。
【００１４】
本発明のさらに別の実施態様では、結晶成長に適した基板は半導体材料である。
【００１５】
本発明の１実施態様では、アモルファス媒体層に入射するレーザビームでアモルファス媒体層を加熱することによりアモルファス媒体層を焼きなまして結晶化する。
【００１６】
本発明の別の実施態様では、焼きなましのステップには、アモルファス媒体層を加熱してアモルファス媒体層を結晶化するステップが含まれる。
【００１７】
本発明の１実施態様では、アモルファス媒体層を、シリコン上のIII-VI物質、I-III-VI物質、又はIV-V-VI物質とすることができる。
【００１８】
本発明のその他の実施態様、側面、及び利点は、本発明の原理を例示する添付図面を参照することにより、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下の詳細な説明及びいくつかの図面では、同じ要素を同じ参照数字で参照している。
【００２０】
例示のための図面に示したように、本発明は、好適でない（または、適していない）結晶成長形態を有する下部層上に形成されたアモルファス膜を結晶化するための方法において具現化される。この方法は、結晶成長に適した基板を設けることと、次いで、結晶成長に適した基板のシーディング表面上に結晶成長に適しない第１の層を形成（即ち、堆積）することとを含む。フォトリソグラフィ処理又はそれと同様の処理を使用して、第１の層を通って下方のシーディング表面に延び、それによってシーディング表面の一部を露出させる開口をパターン形成してエッチングすることができる。次に、第１の層上にアモルファス媒体層を形成する。アモルファス媒体層は、開口を充填し、かつ、結晶成長に適した基板のシーディング表面と接触する。結晶化媒体層は、アモルファス媒体層の結晶相の核生成がシーディング表面（即ちアモルファス媒体層がシーディング表面と接触している所）で始まって、アモルファス媒体層全体にわたって伝搬するようにアモルファス媒体層を焼きなまし処理することによって形成される。この結果、アモルファス媒体層の残りの部分が結晶化されて結晶化媒体層が形成される。従って、結晶化媒体層は、結晶成長に適した基板の形態に適する形態を有すると共に、好適でない結晶成長形態を有する結晶成長に適しない第１の層上に形成されることになる。結晶成長に適した基板の形態に適する結晶化媒体層の形態の特性には、単一相、大グレーン、単一組織成長及び／又は適正な相を促進することが含まれる。
【００２１】
本発明の方法の１つの利点は、標準的なマイクロエレクトロニクス処理ステップと通常利用可能な処理装置を用いてアモルファス媒体層を結晶化できることである。従って、ウェーハボンディングに付帯する処理ステップとその複雑さが排除される。さらに、ウェーハボンディング工程における歩留り損失に起因する良好な動作デバイスの損失が、本発明の方法を使用することにより大幅に低減される。
【００２２】
さらに、本発明の方法では、好適な成長形態を誘発する緩衝層上に媒体層を堆積させる必要もなくなる。本発明の方法では、媒体層を結晶成長に適した基板から電気的に絶縁すると共に、媒体層に対してほぼ平滑で、熱伝導性を有し、かつ、非反応性の表面をもたらすところの結晶成長に適しない層の上に媒体層が堆積される。
【００２３】
図１において、本発明の方法は、シーディング表面２３を有する結晶成長に適した基板２１を提供するステップを含む。結晶成長に適した基板２１を、シリコン(Ｓｉ)、シリコンゲルマニウム(ＳｉＧｅ)、又はヒ化ガリウム(ＧａＡｓ)（但し、これらに限定されるわけではない）を含む半導体材料とすることができる。結晶成長に適した基板２１の厚みは用途によって決まるが、典型的な単結晶シリコン基板は、そのウェーハの直径に依存して約０．４０ミリメートル乃至約１．０ミリメートルの厚みを有することができる。例えば、１０又は１２インチウェーハは、約０．８ミリメートル乃至約１．０ミリメートルの厚みをもつことができる。
【００２４】
超高密度データ記憶デバイスにおける用途のような幾つかの用途では、結晶成長に適した基板２１の質量を減ずることが望ましい。その質量は、研削、研磨等をして結晶成長に適した基板２１の厚みを減ずることにより減らすことができる。結晶成長に適した基板２１の実際の厚みは用途に応じて決まる。本発明の１実施態様では、結晶成長に適した基板２１は、約１００μｍ以下の厚みを有する。好ましくは、結晶成長に適した基板２１の厚みを減ずるステップは、図１を参照して上述した結晶成長に適した基板２１を提供するステップの前に実施すべきである。
【００２５】
本発明の別の実施態様では、結晶成長に適した基板２１のシーディング表面２３は、結晶成長に適した基板２１の予め定められた結晶面に沿った向きに向けられる。予め定められた結晶面の方位には (１１１)面と(１００)面が含まれる（但し、これらの面に限定するわけではない）。例えば、Ｓｉについては、シーディング表面２３にとって特に好ましい結晶方位は(１１１)面である。他方、ＧａＡｓでは、シーディング表面２３にとって特に好ましい結晶方位は(１００)面である。
【００２６】
図２において、結晶成長に適した基板２１は、結晶成長に適しない第１の層２５がシーディング表面２３上に形成された状態で示されている。第１の層２５は、酸化ケイ素(ＳｉＯ２)、窒化ケイ素(ＳｉＮｘ)、ヒ化ガリウムアルミニウム(ＧａＡｌＡｓ)、及び酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)を含む（但し、これらに限定するわけではない）誘電性材料とすることができる。第１の層２５は、当分野で周知の半導体製造技術を使って形成することができる。例えば、第１の層２５は、化学蒸着法(CVD)、液相化学蒸着法(LPCVD)、及びプラズマ促進化学蒸着法(PECVD)のような蒸着法を使って堆積させることができる。代替的には、第１の層２５は、結晶成長に適した基板２１を酸化することにより形成することができる。例えば、結晶成長に適した基板２１にＳｉを用いる場合、第１の層２５を、Ｏ２で結晶成長に適した基板２１を酸化してＳｉＯ２を生成することにより形成することができる。結晶成長に適しない第１の層２５は、スパッタリングによっても形成できる。例えば、第１の層２５は、Ａｌ２Ｏ３又はＳｉＮ３のような材料をスパッタリングすることにより形成することができる。結晶成長に適しない第１の層２５の厚みは、用途に応じて決まる。典型的には、結晶成長に適しない第２の層４１の厚みは、約１.０μm以下であろう。
【００２７】
図３において、結晶成長に適しない第１の層２５に開口２７を形成する。開口２７は、第１の層２５を通って下方の結晶成長に適した基板２１のシーディング表面２３まで延び、シーディング表面２３の一部を露出させる。フォトリソグラフィを使って、第１の層２５上にマスク（図示せず）をパターン形成し、続いてそのマスク内の穴を通してエッチングすることにより、開口２７を形成することができる。ウェットエッチング又はドライエッチング（即ちプラズマエッチング）を使って開口２７を形成することができる。説明上、図３には、ほぼ垂直の側壁表面２７ａとほぼ水平の底部表面２７ｂを有する開口２７を示す。しかしながら、側壁表面２７ａ及び底部表面２７ｂは、それぞれ、垂直及び水平である必要はない。例えば、側壁表面２７ａは、傾斜した形状もしくは弧状の形状を有していてもよい。側壁表面２７ａ及び底部表面２７ｂの実際の形状は、使用するエッチング液及び第１の好適でない成長層２５のエッチ選択性に依存するであろう。何れにせよ、図４及び５を参照して以下に説明する理由により、開口２７は、結晶成長に適した基板２１のシーディング表面２３まで下方に延びることが不可欠である。
【００２８】
図４では、開口２７を形成し終わった後、結晶成長に適しない第１の層２５上にアモルファス媒体層３１を形成する。アモルファス媒体層３１は、結晶成長に適しない第１の層２５の少なくとも一部を覆い、アモルファス媒体層３１の一部が（破線の矢印３５で示したように）開口２７を充填し、かつ、（破線矢印３７で示したように）シーディング表面２３と接触する。アモルファス媒体層３１の厚みはアモルファス媒体層３１が用いられる用途によって変わるであろうが、その厚みは、約４０ｎｍ乃至約６００ｎｍの範囲内のものとすることができる。結晶成長に適しない第１の層２５の上部にあるアモルファス媒体層３１は、開口２７において結晶成長に適しない第１の層２５と連続していなければならず、そのため、アモルファス媒体層３１の厚み≧開口２７の深さＤＡ（図１１参照）となる（即ち、アモルファス媒体層３１の厚みは開口２７の深さより大きいか又は等しくなければならない）。
【００２９】
アモルファス媒体層３１の材料には、インジウムセレン化物（indium selenide:ＩｎＳｅ又はＩｎ２Ｓｅ３）、インジウムテルル化物（indium telluride:ＩｎＴｅ又はＩｎ２Ｔｅ３）、及び組成ＩｎＳｅ１−ｘＴｅｘを有する固溶体及び中間相がある。アモルファス媒体層３１の材料は、周期表のII、IV、VI、又はVII族からの少なくとも１つのドーパントを含むことができる。インジウムセレン化物、インジウムテルル化物、インジウムセレン化物とインジウムテルル化物の固溶体及び中間相は、しばしば、光導電性記憶媒体又は光起電性記憶媒体に優れた電気的特性を与える。
【００３０】
例えば、ＧｅＳｂＴｅ及びその化合物をCD-RW及びDVD-RAMの光学記憶媒体として使用することは当該技術分野では周知である。ＧｅＳｂＴｅ及び関連する相変化化合物は、それらが低温で溶解し、急速に再結晶し、且つ結晶化した状態とアモルファス状態の間で反射率に大きな差異があるという点において光学データ記憶に適した特性を有している。さらに、ＧｅＳｂＴｅは、再書込み型データ記憶デバイスに必要とされる、多数の書込み−消去サイクルを支援するための化学的安定性を有することが実証されている。それ故、ＧｅＳｂＴｅ化合物は、提案された光電式検出器記憶方式または光導電式検出器記憶方式におけるデータ記憶媒体にとって当然の選択肢であった。これらの代替方式では、記憶媒体として位相感度が良く、空間分解能が高い光導電式検出器又は光電式検出器の何れかの検出器を使用することが必要となり、この場合、この検出器は電子又は光子を検知するために使用することができる。光導電式検出器の効率的な動作のためには、高シュップベック（high-schubweg）、高抵抗性（または高抵抗率）の媒体材料が必要である。光電式検出器の効率的な動作のためには、良好な収集効率を有する低漏れダイオードを形成する媒体が必要である。
【００３１】
しかしながら、さらに検討を進めて分かったことは、ＧｅＳｂＴｅ材料は、その組成に依存して、０．１ｅＶ〜０．３ｅＶのバンドギャップを有するということである。この小さいバンドギャップは、キャリア密度が高いことを意味し、光電式検出器及び光導電式検出器の両記憶方式において高い漏れ電流を生じる。さらに、ＧｅＳｂＴｅ化合物の高導電率は、ヘテロ接合のＧｅＳｂＴｅ側での空乏層の形成を妨げ、収集効率を制限し、かつ、ビット検出を不能にする。ＧｅＳｂＴｅのバンドギャップが小さいことは、また、電気的特性の熱的安定性低下の原因となり、かつ、（Ｅｇ＝１．１ｅＶを有する）Ｓｉのような技術的に扱いやすい半導体と共に形成されたヘテロ接合に対してはバンドオフセットが大きいことを意味する。ＧｅＳｂＴｅの欠陥密度が高いこともまた、キャリア寿命を短くし、かつ移動度を低減する原因となり、結果的に、シュップベック（schubweg）不足となり、かつ、ダイオード構造において大きな逆バイアス漏れを生じることとなる。
【００３２】
対照的に、インジウムセレン化物（ＩｎＳｅ又はＩｎ２Ｓｅ３）、インジウムテルル化物（ＩｎＴｅ又はＩｎ２Ｔｅ３）、及び組成ＩｎＳｅ１−ｘＴｅｘを有する固溶体及び中間相は、提案された電子及び光子検出方式に対してはるかに優れた電気的特性を示す。これらの材料は、ＧｅＳｂＴｅ材料の好適な相変化特性を、十分な移動度及びキャリア寿命、さらには、扱いやすくて制御可能な抵抗率及びバンドギャップと結び付けるものである。さらに、欠陥密度は許容できるほど低く且つインジウムセレン化物（ＩｎＳｅ又はＩｎ２Ｓｅ３）、インジウムテルル化物（ＩｎＴｅ又はＩｎ２Ｔｅ３）、及びＩｎＳｅ１−ｘＴｅｘ化合物の化学的安定性は十分である。本発明のアモルファス媒体層３１は、それがいかに具体的に準備されるかに依存して、光導電性デバイスの動作に必要となる高シュップベック（high-schubweg）及び高抵抗率を、あるいは、光起電性デバイスに必要な低キャリア密度、低欠陥密度、及び中間抵抗率を有することができる。本発明の別の利点は、多結晶インジウムベースのカルコゲニド（chalcogenide）を、種々の標準的な半導体加工技術を用いて容易に製造することができるということである。
【００３３】
アモルファス媒体層３１は、化学蒸着法(CVD)、液相化学蒸着法(LPCVD)、及びプラズマ促進化学蒸着法(PECVD)、熱蒸着法、スパッタリング、又は液相エピタキシーのような標準的な堆積技術を使って堆積させることができる。
【００３４】
図５では、結晶化媒体層３９は、アモルファス媒体層３１を焼きなまし処理して、アモルファス媒体層３１の結晶相の核生成がシーディング表面２３で始まり（矢印３９ａ参照）、アモルファス媒体層３１の残りの部分全体にわたって伝搬するようにして形成される。図６において、結晶相の核生成は、開口２７の外に出て（矢印３９ｂ参照）、アモルファス媒体層３１の残りの部分の中に進行している。本発明の１実施態様では、アモルファス媒体層３１の結晶相の核生成は、矢印３４で示すように、ほぼ横方向に伝搬する。
【００３５】
図７において、結晶相の核生成は、アモルファス媒体層３１全体にわたって伝搬し、結晶化媒体層３９の形成が完了する。
【００３６】
アモルファス媒体層３１を、炉の中でアモルファス媒体層３１に熱を加えることにより焼きなまし処理することができる。例えば、その炉は真空炉である。代替的には、焼きなまし処理中に反応性ガス又は不活性ガスを炉に導入することもできる。炉の温度は、結晶相(３９ａ)の核生成が結晶成長に適した基板２１のシーディング表面２３で確実に始まるよう焼きなまし処理中のある時間にわたって徐々に上げなければならない。約１５０℃乃至約３００℃の範囲の炉温度を使ってアモルファス媒体層３１を焼きなまし処理することもできる。炉の温度の上限は、アモルファス媒体層３１の結晶化温度である。
【００３７】
代替的には、アモルファス媒体層３１は、アモルファス媒体層３１にレーザビームを照射してアモルファス媒体層３１を加熱することにより焼きなまし処理することができる。レーザビームは、例えば、アルゴンレーザのような、ガスレーザで発生させることができる。あるいは、レーザビームは、例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザのような、エキシマレーザで発生させることもできる。好ましくは、アモルファス媒体層３１の照射は、図６の矢印４２で示したように開口２７の上方に中心が配置されているアモルファス媒体層３１の一部分に入射するレーザビームで開始しなければならない。さらに、レーザビームが、アモルファス媒体層３１の任意の所与の部分にアモルファス媒体層３１を加熱するのに十分な時間にわたって留まらないようにすることが望ましい。この目的のためには、アモルファス媒体層３１とレーザビーム間に相対運動を与えるか、または、アモルファス媒体層３１全体にレーザビームを走査させるかによって、レーザビームをアモルファス媒体層３１全体にくまなく移動させなければならない。例えば、レーザビームをアモルファス媒体層３１全体にラスター走査させることもできる。
【００３８】
図８及び９において、結晶化媒体層３９を結晶成長に適した基板２１から電気的に絶縁するために、結晶化媒体層３９を処理する。図８において、この処理ステップには、マスク（図示せず）をパターン形成し、次いで、マスクを通して結晶化媒体層３９をエッチングして結晶成長に適した基板２１と接触している結晶化媒体層３９の部分３８を（エッチングにより）除去するステップが含まれる。部分３８は、矢印４７で示すように、シーディング表面２３まで下方に延びる。結果として、結晶化媒体層３９と結晶成長に適した基板２１とは互いに電気的に絶縁される。当分野で周知のフォトリソグラフィ及びエッチングプロセスを用いて結晶化媒体層３９を処理することもできる。例えば、結晶化媒体層３９をエッチングするのに反応性イオンエッチング(RIE)を用いることができる。
【００３９】
図９において、処理ステップは、結晶化媒体層３９上でマスク（図示せず）をパターン形成するステップを含む。次に、結晶化媒体層３９の部分４０の電気的特性（即ち、導電率）をマスクを介したイオン注入によって変化させ、この電気特性の変化により、結晶化媒体層３９と結晶成長に適した基板２１とが電気的に絶縁されるようにする。部分４０は、部分４０とシーディング表面２３との間の接触点４９で、結晶成長に適した基板２１から電気的に絶縁された状態にする電気的特性を有するので、結晶成長に適した基板２１と結晶化媒体層３９との間には何ら電気的連絡は存在しない。
【００４０】
代替的には、マスクを介したイオン注入の代わりに、結晶成長に適した基板２１と接触している部分４０（矢印４９参照）が酸化されるようにマスクを通して結晶化媒体層３９を酸化することにより部分４０を電気的に絶縁することができる。この結果、結晶成長に適した基板２１が結晶化媒体層３９から電気的に絶縁されることになる。
【００４１】
他方、マスクを通して結晶化媒体層３９を効果的に焼きなまし処理して、結晶成長に適した基板２１と接触している部分４０（矢印４９参照）を焼きなまし処理することによって部分４０を電気的に絶縁することができ、この結果、結晶成長に適した基板２１が結晶化媒体層３９から電気的に絶縁されることになる。
【００４２】
図３に示したように、本発明の１実施態様では、結晶成長に適しない第１の基板２５上に結晶成長に適しない第２の層４１を形成することができる。第２の層４１は、開口２７をパターン形成するステップの前に第１の結晶成長に適しない基板２５上に形成するか、または、パターン形成及びエッチング処理の後に第２の層４１を第１の基板２５上に形成することができる。アモルファス媒体層３１を形成した後、アモルファス媒体層３１の少なくとも一部分は、図４及び５の矢印４３で示したように、結晶成長に適しない第２の層４１と接触する。結晶成長に適しない第２の層４１の厚みは、用途に依存して決められることになる。
【００４３】
本発明の他の実施態様では、結晶成長に適しない第２の層４１は、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)、及びタンタル(Ta)のような（但し、これらに限定するわけではない）耐火金属を含む導電性材料から作ることができる。例えば、電子アドレス指定型(electron-addressed)記憶デバイスについては、結晶成長に適しない第２の層４１を電極として用いることができる（Gibson他の米国特許第5,557,596号参照）。対照的なものとして、光学的アドレス指定型(optically addressed)記憶デバイスについては、結晶成長に適しない第２の層４１は、上記の金属から、または、インジウムスズ酸化物（ＩｎＳｎＯ、ＩＴＯとも呼ばれる）のような透過性導体から作ることができる（Hopkins他の米国特許第5,625,617号参照）。
【００４４】
本発明の１実施態様では、結晶成長に適しない第２の層４１を、酸化ケイ素(ＳｉＯ２)、窒化ケイ素(ＳｉＮｘ)、ヒ化ガリウムアルミニウム(ＧａＡｌＡｓ)、及び酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)を含む（これらに限定するわけではないが）誘電性材料から作ることができる。
【００４５】
図１０及び１１において、結晶成長に適しない第１の層２５は、複数の開口２７が形成された状態で示されている。開口２７は、垂直ピッチＤＹ及び水平ピッチＤＸの格子状に隔置されている。さらに、開口２７は、ＡＹとＡＸの寸法を有している。説明上、開口は矩形形状を有するように示されているが、開口の実際の形状は用途次第であり、多角形、円形、又は弓形のような他の形状も可能である。寸法ＡＹ及びＡＸは、用途に基づいて変化するであろうが、寸法ＡＹ及びＡＸは、約０．５μｍ乃至約２．０μｍとすることができる。垂直ピッチＤＹ及び水平ピッチＤＸは、寸法ＡＹ及びＡＸの約５倍乃至約１０倍とすることができる。例えば、ＡＹ＝ＡＸ＝０．５μｍの時、１０という係数（即ち、１０Ｘ）を用いれば、垂直及び水平ピッチの間隔は、ＤＹ＝ＤＸ＝５．０μｍである。典型的には、開口２７は、図１１に示したように、第１の好適でない成長層２５の厚みにほぼ等しい深さＤＡを有することになろう。さらに、アモルファス媒体層３１の厚みは、≧ＤＡ（すなわち、ＤＡ以上）でなければならない。
【００４６】
本発明の幾つかの実施態様について図示し説明したが、本発明は、そのように説明し図示した構成要素の特定の形態または配置に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００４７】
本発明の概要は次の様である。本発明は、好適でない結晶成長形態を有する下部層上に形成されたアモルファス膜を結晶化するための方法である。この方法は、結晶成長に適した基板を提供し、次に、この結晶成長に適した基板のシーディング表面上に結晶成長に適しない第１の層を形成するステップを含む。第１の層内に開口をエッチングして、この開口が、第１の層を通ってシーディング表面まで下方に延び、これによって、シーディング表面の一部を露出させるようにする。次に、アモルファス媒体層を第１の層上に形成する。アモルファス媒体層は、開口を充填し、かつ、結晶成長に適した基板のシーディング表面と接触する。アモルファス媒体層を焼きなまし処理することによって結晶化媒体層を形成して、アモルファス媒体層の結晶相の核生成が、シーディング表面で開始して、アモルファス媒体層の全体にわたって伝搬し、これにより、アモルファス媒体層の残りの部分が結晶化して結晶化媒体層が形成される。この結果、結晶化媒体層は、結晶成長に適した基板上での結晶の核生成により有用な形態を有することとなると共に、好適でない結晶成長形態を誘発する傾向がある結晶成長に適しない第１の層上に形成されることとなる。結晶化媒体層は、超高密度データ記憶装置内のデータ記憶媒体として使用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、緩衝層（すなわちバッファ層）又はウェーハボンディングを使わずに、最適な基板上で媒体層を成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による結晶成長に適した基板の断面図である。
【図２】本発明に従って、結晶成長に適した基板のシーディング表面上に形成された結晶成長に適しない第１の層の断面図である。
【図３】本発明に従って、結晶成長に適しない第１の層に形成された結晶成長に適しない第２の層と開口の断面図である。
【図４】本発明に従って、結晶成長に適しない第１の層上に堆積されたアモルファス媒体層の断面図である。
【図５】本発明によるアモルファス媒体層の結晶相の核生成を示す断面図である。
【図６】本発明によるアモルファス媒体層の結晶相の伝搬を示す断面図である。
【図７】本発明による結晶化媒体層の断面図である。
【図８】本発明に従って、結晶成長に適した基板から結晶化媒体層を電気的に絶縁するために結晶化媒体層をエッチングした状態を示す断面図である。
【図９】本発明に従って、結晶成長に適した基板から結晶化媒体層を電気的に絶縁するために結晶化媒体層を処理した状態を示す断面図である。
【図１０】本発明に従って、隣接する開口間の水平及び垂直ピッチと開口の寸法を示す平面図である。
【図１１】本発明に従って、結晶成長に適しない第１の層に形成された図１０の開口の断面図である。
【符号の説明】
２１  結晶成長に適した基板
２３  シーディング表面
２５  結晶成長に適しない第１の層
３１  アモルファス媒体層
３９  結晶化媒体層
４１  結晶成長に適しない第２の層
【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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