(57)【要約】  酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスおよび酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの製造方法について記載する。第１の例において、三端子抵抗スイッチングロジックデバイスは、基板の上方に配置された活性領域を含む。活性領域は、金属ソース領域と金属ドレイン領域との間に直接配置された活性酸化物材料領域を含む。当該デバイスはまた、活性酸化物材料領域の上方に配置されたゲート電極を含む。第２の例において、三端子抵抗スイッチングロジックデバイスは、基板の上方に配置された活性領域を含む。活性領域は、第２の活性酸化物材料領域から離れた第１の活性酸化物材料領域を含む。当該デバイスはまた、第１の活性酸化物材料領域と第２の活性酸化物材料領域との両側に配置された複数の金属入力領域を含む。金属出力領域が、第１の活性酸化物材料領域と第２の活性酸化物材料領域との間に配置される。
2017521854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ソース領域と金属ドレイン領域との間に直接配置された活性酸化物材料領域を含む、基板の上方に配置された活性領域と、
前記活性酸化物材料領域の上方に配置されたゲート電極と
を備える、三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項２】
前記ゲート電極は、前記活性酸化物材料領域上に配置されたゲート誘電体層と、前記ゲート誘電体層上に配置された仕事関数電極層と、前記仕事関数電極層上に配置されたゲートコンタクトとを含む、請求項１に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項３】
前記金属ソース領域と電気的に接続されたソースコンタクトと、
前記金属ドレイン領域と電気的に接続されたドレインコンタクトと
をさらに備える、請求項１または２に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項４】
前記活性酸化物材料領域は、導電性酸化物材料を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項５】
前記導電性酸化物材料は、タングステン（Ｗ）の酸化物、バナジウム（Ｖ）の酸化物、クロム（Ｃｒ）の酸化物、およびイリジウム（Ｉｒ）の酸化物からなる群から選択される陰イオン系導電性酸化物材料である、請求項４に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項６】
前記導電性酸化物材料は、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２、Ｎａ−β−アルミナ、ＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、およびＡｇＧｅＡｓＳ３からなる群から選択される陽イオン系導電性酸化物材料である、請求項４に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項７】
前記金属ソース領域および前記金属ドレイン領域は、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）および白金（Ｐｔ）からなる群から選択される金属を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項８】
第２の活性酸化物材料領域から離れた第１の活性酸化物材料領域を含む、基板の上方に配置された活性領域と、
前記第１の活性酸化物材料領域と前記第２の活性酸化物材料領域との両側に配置された複数の金属入力領域と、
前記第１の活性酸化物材料領域と前記第２の活性酸化物材料領域との間に配置された金属出力領域と
を備える、三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項９】
前記複数の金属入力領域と電気的に接続された複数の入力端子と、
前記金属出力領域と電気的に接続された出力端子と
をさらに備える、請求項８に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１０】
前記第１の活性酸化物材料領域および前記第２の活性酸化物材料領域は、導電性酸化物材料を含む、請求項８または９に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１１】
前記導電性酸化物材料は、タングステン（Ｗ）の酸化物、バナジウム（Ｖ）の酸化物、クロム（Ｃｒ）の酸化物、およびイリジウム（Ｉｒ）の酸化物からなる群から選択される陰イオン系導電性酸化物材料である、請求項１０に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１２】
前記導電性酸化物材料は、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２、Ｎａ−β−アルミナ、ＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、およびＡｇＧｅＡｓＳ３からなる群から選択される陽イオン系導電性酸化物材料である、請求項１０に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１３】
前記複数の金属入力領域および前記金属出力領域は、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）および白金（Ｐｔ）からなる群から選択される金属を含む、請求項８から１２のいずれか１項に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１４】
第１の金属ライン上に配置された第１の金属入力領域上に配置された第１の活性酸化物材料領域上に配置された金属出力領域の第１の部分を含む、前記第１の金属ラインの上方に配置された第１の縦型活性領域と、
第２の金属ライン上に配置された第２の金属入力領域上に配置された第２の活性酸化物材料領域上に配置された前記金属出力領域の第２の部分を含む、前記第１の金属ラインと同一平面上にある前記第２の金属ラインの上方に配置された第２の縦型活性領域と、
前記金属出力領域の前記第１の部分および前記第２の部分上に配置され、前記金属出力領域の前記第１の部分および前記第２の部分を電気的に接続する第３の金属ラインと
を備える、三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１５】
前記第１の活性酸化物材料領域および前記第２の活性酸化物材料領域は、導電性酸化物材料を含む、請求項１４に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１６】
前記導電性酸化物材料は、タングステン（Ｗ）の酸化物、バナジウム（Ｖ）の酸化物、クロム（Ｃｒ）の酸化物、およびイリジウム（Ｉｒ）の酸化物からなる群から選択される陰イオン系導電性酸化物材料である、請求項１５に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１７】
前記導電性酸化物材料は、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２、Ｎａ−β−アルミナ、ＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、およびＡｇＧｅＡｓＳ３からなる群から選択される陽イオン系導電性酸化物材料である、請求項１５に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１８】
前記第１の金属入力領域および前記第２の金属入力領域ならびに前記金属出力領域の前記第１の部分および前記第２の部分は、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）および白金（Ｐｔ）からなる群から選択される金属を含む、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項１９】
第１の金属ライン上に配置された第１の金属入力領域上に配置された第１の活性酸化物材料領域上に配置された金属出力領域の第１の部分を含む、前記第１の金属ラインの上方に配置された第１の縦型活性領域と、
前記金属出力領域の前記第１の部分上に配置された第２の金属ラインと、
前記第２の金属ライン上に配置された前記金属出力領域の第２の部分上に配置された第２の活性酸化物材料領域上に配置された第２の金属入力領域を含む、前記第２の金属ラインの上方に配置された第２の縦型活性領域と、
前記第２の金属入力領域上に配置された第３の金属ラインと
を備える、三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項２０】
前記第１の活性酸化物材料領域および前記第２の活性酸化物材料領域は、導電性酸化物材料を含む、請求項１９に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項２１】
前記導電性酸化物材料は、タングステン（Ｗ）の酸化物、バナジウム（Ｖ）の酸化物、クロム（Ｃｒ）の酸化物、およびイリジウム（Ｉｒ）の酸化物からなる群から選択される陰イオン系導電性酸化物材料である、請求項２０に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項２２】
前記導電性酸化物材料は、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２、Ｎａ−β−アルミナ、ＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、およびＡｇＧｅＡｓＳ３からなる群から選択される陽イオン系導電性酸化物材料である、請求項２０に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【請求項２３】
前記第１の金属入力領域および前記第２の金属入力領域ならびに前記金属出力領域の前記第１の部分および前記第２の部分は、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）および白金（Ｐｔ）からなる群から選択される金属を含む、請求項１９から２２のいずれか１項に記載の三端子抵抗スイッチングロジックデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の複数の実施形態は、ロジックデバイス、特に、酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスおよび酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの製造方法の分野におけるものである。
【背景技術】
【０００２】
過去数十年の間、集積回路における構造のスケーリングは、半導体産業のさらなる発展を後押しする原動力となってきた。構造をより一層微細にスケーリングすることにより、半導体チップの限られた面積上での機能ユニットの密度を増大させることが可能となる。例えば、トランジスタサイズを縮小することで、より多くのメモリデバイスをチップ上に組み込むことが可能となり、このことは性能のより高い製品の製造に寄与する。しかしながら、さらに高い性能を目指すことには問題がないわけではない。各デバイスの性能を最適化する必要性が、ますます重要なものとなっている。
【０００３】
埋め込みＳＲＡＭおよび埋め込みＤＲＡＭには、不揮発性能およびソフトエラー率に問題があり、一方で埋め込みフラッシュメモリには、製造中に追加のマスキング層または加工段階が必要であり、プログラミングに高電圧が必要であり、また耐久性および信頼性に問題がある。ＲＲＡＭ（登録商標）／ＲｅＲＡＭとして知られる、抵抗変化に基づく不揮発性メモリは、通常１Ｖより大きい電圧で動作し、通常フィラメントを形成するのに高電圧（１Ｖより大きい）のフォーミング段階を必要とし、また通常読み出し性能を制限する高抵抗値を有する。
【０００４】
低電圧・不揮発性での埋め込み用途においては、動作電圧は１Ｖ未満であることが望ましい、または有利であり得る。さらには、ＣＭＯＳロジックプロセスとの適合性があることが望ましい、または有利であり得る。このように、非標準デバイスの製造および動作の分野で、依然として大幅な改善が必要とされている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の一実施形態による酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの断面図を示す。
【０００６】
【図２】本発明の別の実施形態による、別の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの断面図を示す。
【０００７】
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、図１の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスのオン状態を表す断面図を示す。
【０００８】
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、図１の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスのオフ状態を表す断面図を示す。
【０００９】
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、図２の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの動作検討を示す。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、図２の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの動作検討を示す。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による、図２の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの動作検討を示す。
【００１０】
【図５】本発明の一実施形態による、図１のタイプの酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの製造方法における様々な工程を表す断面図を示す。
【００１１】
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、図２のタイプの酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの第１の製造方法における様々な工程を表す断面図を示す。
【００１２】
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による、図２のタイプの酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの第２の製造方法における様々な工程を表す断面図を示す。
【００１３】
【図６Ｃ】本発明の一実施形態による、図２のタイプの酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの第３の製造方法における様々な工程を表す断面図を示す。
【００１４】
【図７】本発明の一実施形態による、陰イオン系金属−導電性酸化物−金属（ＭＣＯＭ）メモリ素子における状態の変化を表す動作概略を示す。
【００１５】
【図８】本発明の一実施形態による、導電性酸化物層中の酸素空孔の濃度を変化させることにより誘起される導電性酸化物層の抵抗変化の概略図を示す。
【００１６】
【図９】本発明の一実施形態による、陽イオン系金属−導電性酸化物−金属（ＭＣＯＭ）メモリ素子における状態の変化を表す動作概略を示す。
【００１７】
【図１０】本発明の一実施形態による、ＬｉｘＣｏＯ２の組成を有する材料の一例を使用した導電性酸化物層における陽イオン空孔の濃度を変化させることにより誘起される陽イオン系導電性酸化物層の抵抗変化の概略図を示す。一般に、より高導電な状態では、固体電解質層中に、より多くの利用可能な陽イオンがあり得る。
【００１８】
【図１１】本発明の一実施形態による、金属−導電性酸化物−金属（ＭＣＯＭ）メモリ素子を含むメモリビットセルの概略を示す。
【００１９】
【図１２】本発明の一実施形態による電子システムのブロック図を示す。
【００２０】
【図１３】本発明の一実装形態によるコンピューティングデバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスおよび酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの製造方法について記載する。以下の説明において、本発明の複数の実施形態についての十分な理解をもたらすべく、具体的なデバイスアーキテクチャおよび導電性／抵抗性酸化物材料の形態などの多数の具体的な詳細を記載する。これらの具体的な詳細がなくとも本発明の複数の実施形態が実施され得ることは、当業者には明らかであろう。その他の場合においては、本発明の複数の実施形態を不必要に不明瞭としないよう、完成した集積回路の設計レイアウトなどの周知の特徴は詳細に記載しない。さらに、図に示される様々な実施形態は例示的に示したものであり、必ずしも縮尺通りに描画されていないことを理解されたい。
【００２２】
本明細書に記載の１または複数の実施形態は、酸化物活性材料に基づく三端子抵抗スイッチングロジックデバイスに関する。酸化物活性材料は、多くの場合導電性酸化物材料と呼ばれるが、抵抗性酸化物材料と呼ばれることもある。いずれにせよ、本明細書に記載の原理は、係る酸化物材料の異なる抵抗状態を有する機能に基づくものである。異なる抵抗状態とは、より高抵抗であることとより低抵抗であること、またはより高導電であることとより低導電であることと考えてよい。係るロジックデバイスは、フロントエンドデバイスまたはバックエンドデバイスとして好適であり得、同一または類似の酸化物材料に基づくメモリ素子との適合性があり得る。係るロジックデバイスの用途としては、ウェアラブルエレクトロニクス、従来のロジック技術での用途、またはシステム・オン・チップ（ＳｏＣ）での用途が挙げられ得るが、これらに限定されない。本発明の一実施形態によって、非シリコン系のロジックデバイスおよびロジックアーキテクチャを可能とするべく、本明細書においてデバイス構造およびデバイス製造スキームを提供する。
【００２３】
背景を提示すると、現行のロジックデバイスは現在、シリコンウエハの一部であるかまたはその上面に備えられた単結晶シリコン層中に製造されている。ムーアの法則に準じた発展を続けるためには、また単位面積当たりのロジック素子の数を増大させるためには、従来のシリコンデバイスの位置の上方に、すなわち、通常はバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）でのシリコン加工に関連する領域に追加のロジックデバイスを製造する必要があり得る。別の態様において、例えばウェアラブル製品について検討すると、フレキシブル非シリコン基板上にロジックデバイスを製造する必要があり得る。しかしながら、現行の最先端のロジックデバイスであっても、ＢＥＯＬ層内にまたはフレキシブル基板上に容易に製造することができない。
【００２４】
このような問題に対処するべく、本明細書に記載の１または複数の実施形態は、酸化物系デバイスの製造および使用を伴う。酸化物系デバイスは、一般に二端子構成で使用され、抵抗スイッチングの物理現象に基づくものである。本明細書では、三端子デバイスおよび係る三端子デバイスの製造方法について記載する。
【００２５】
第１の例において、図１は、本発明の一実施形態による酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの断面図を示す。
【００２６】
図１を参照すると、酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイス１００は、基板１０２の上方に形成された活性領域１０４を含む。活性領域１０４は、金属ソース領域１０８と金属ドレイン領域１１０との間に配置された活性酸化物材料領域１０６を含む。ゲート電極１１２が、活性酸化物材料領域１０６の上方に配置される。一実施形態において、図１に示されるように、ゲート電極１１２は、ゲート誘電体層１１４、仕事関数電極層１１６（拡散バリアとして働き得る）、およびゲートコンタクト１１８を含む。図１に示されるように、ソースコンタクト１２０およびドレインコンタクト１２２が含まれてもよい。
【００２７】
第２の例において、図２は、本発明の別の実施形態による、別の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの断面図を示す。
【００２８】
図２を参照すると、酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイス２００は、基板２０２の上方に形成された活性領域２０４を含む。活性領域２０４は、第１の活性酸化物材料領域２０５および第２の活性酸化物材料領域２０６を含む。複数の金属入力領域２０８が、第１の活性酸化物材料領域２０５と第２の活性酸化物材料領域２０６との両側に配置される。金属出力領域２１０が、第１の活性酸化物材料領域２０５と第２の活性酸化物材料領域２０６との間に配置される。複数の入力端子２１６が、複数の金属入力領域２０８と結合される。出力端子２１２が、金属出力領域２１０と結合される。
【００２９】
図１および図２を再び参照すると、一実施形態において、基板１０２または２０２は直下にある基板であり、シリコン基板もしくはガラス基板またはフレキシブル有機基板もしくはフレキシブル高分子基板などである。他の複数の実施形態においては、基板１０２または２０２は従来の基板の上方に配置されたバックエンド層を表す。例えば、一実施形態において、デバイス１００または２００は、集積回路の（複数の）下にあるデバイス層などの下地半導体基板または下地構造上にまたはその上方に形成される。一実施形態において、下地半導体基板は、集積回路の製造に使用される一般的な被加工物を表す。半導体基板は多くの場合、ウエハもしくは他のシリコン部品または別の半導体材料を含む。好適な半導体基板としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、およびシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、ならびに他の半導体材料から形成された類似の基板が挙げられるが、これらに限定されない。半導体基板は多くの場合、製造の段階に応じて、トランジスタ、集積回路などを含む。基板はまた、半導体材料、金属、誘電体、ドーパント、および半導体基板において一般的に見られる他の材料を含み得る。さらに、上に示される構造１００または２００は、その下地の下部レベルバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）相互接続層上に製造され得る。
【００３０】
図１および図２を再び参照すると、一実施形態において、活性酸化物材料領域１０６、２０５または２０６は導電性酸化物材料から構成される。係る一実施形態において、導電性酸化物材料は陰イオン系導電性酸化物材料であり、その例としては、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、またはＩｒの酸化物、スズドープ酸化インジウムなどの複合酸化物、およびＡＯｘ（Ａは金属）として記述され得る準化学量論的酸化物が挙げられるが、これらに限定されない。他の例は、以下で図７および図８に関連して提供される。別の実施形態において、導電性酸化物材料は陽イオン系導電性酸化物材料であり、その例としては、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２、Ｎａ−β−アルミナ、ＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、またはＡｇＧｅＡｓＳ３が挙げられるが、これらに限定されない。他の例は、以下で図９および図１０に関連して提供される。
【００３１】
図１および図２を再び参照すると、一実施形態において、金属ソース領域１０８、金属ドレイン領域１１０、複数の金属入力領域２０８、または金属出力領域２１０は、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）などであるがこれらに限定されない金属から構成される。
【００３２】
図１および図２を再び参照すると、一実施形態において、ゲートコンタクト１１８、ソースコンタクト１２０、ドレインコンタクト１２２、出力端子２１２、または複数の入力端子２１６は、導電性材料から構成される。導電性材料は、タングステン、ニッケル、またはコバルトなどの純金属であってよく、あるいは金属−金属合金または金属−半導体合金（例えばシリサイド材料など）などの合金であってもよい。
【００３３】
図１を再び参照すると、ゲート誘電体層１１４はｈｉｇｈ−Ｋ材料から構成される。例えば、一実施形態においてゲート誘電体層１１４は、酸化ハフニウム、酸窒化ハフニウム、ケイ酸ハフニウム、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、酸化タンタル、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、鉛スカンジウムタンタル酸化物、ニオブ酸鉛亜鉛、またはそれらの組み合わせなどであるがこれらに限定されない材料から構成される。
【００３４】
図１を再び参照すると、仕事関数電極層１１６が含まれる場合、一実施形態において、仕事関数電極層１１６は金属から構成される。一実施形態において、仕事関数電極層１１６は、金属窒化物、金属炭化物、金属シリサイド、金属アルミナイド、ハフニウム、ジルコニウム、チタン、タンタル、アルミニウム、ルテニウム、パラジウム、白金、コバルト、ニッケルまたは導電性金属酸化物などであるがこれらに限定されない金属層から構成される。この層はまた、ゲート酸化物と電極材料との間の拡散バリアとして働く。
【００３５】
別の態様において、デバイス１００および２００は、三端子動作方式で使用され得る。例えば、一実施形態において、デバイス１００および２００は、フロントエンドおよび／またはバックエンドアプリケーションにおいて、またはウェアラブルアプリケーションでロジック機能を実行するのに使用され得る。そのような三端子機能は、抵抗スイッチング（ＲＳ）酸化物系三端子ロジック機能として説明され得る。
【００３６】
第１の例において、図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の一実施形態による、図１の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスのオン状態およびオフ状態をそれぞれ表す断面図を示す。
【００３７】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、三端子デバイス１００は、一般的には二端子抵抗スイッチング（ＲＳ）デバイスで観察される界面スイッチング現象に基づいて動作する。抵抗スイッチングは、印加されるゲート電圧（Ｖｇ）に起因する酸素空孔の電界誘起マイグレーションを伴う。ゲート酸化物またはゲート誘電体は、低ゲートリークを維持しつつ、酸素空孔の電界誘起ドリフトが可能となるよう設計された誘電体スタックであり得る。このように、導電性／抵抗性酸化物／スタックおよびソース／ゲート／ドレイン材料を適切に選択することにより、デバイスに対して低いＶｃｃで高いＩｏｎ／Ｉｏｆｆを実現することができる。図３Ａを詳細に参照すると、オン状態において、ゲート誘電体酸化物１１４は、ゲート電極１１２によりバイアスが印加されると、酸素空孔を活性酸化物チャネル１０６と交換する。空孔濃度がソースとドレインとの間の導電パスを有効にするのに十分となると、活性酸化物が導電性となる。図３Ｂを詳細に参照すると、この場合ゲート誘電体酸化物１１４は、ゲートスタックにバイアスが印加されると、チャネルの上部に高電界を生じるよう設計されている。空孔の空孔濃度が、ソースとドレインとの間の導電パスを無効にするまで十分に低減されると、活性酸化物が抵抗性となる。第２の例において、図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の一実施形態による、図２の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの動作検討を示す。
【００３８】
図４Ａを参照すると、それぞれが抵抗スイッチを提供する２つの活性酸化物領域を有するデバイス２００が示される。デバイス内に２つのスイッチがあるので、真理値表４００は、入力１および２（デバイス２００の複数の入力２１６）および出力１（デバイス２００の出力２１２）に印加される電圧に基づいて導出され得る。プロット４５０は、印加電圧に基づく抵抗スイッチングのＩＶ特性を表す。
【００３９】
別の態様において、図５は、本発明の一実施形態による、図１のタイプの酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの製造方法における様々な工程を表す断面図を示す。
【００４０】
図５を参照すると、出発材料スタックは、基板の上方に配置された活性酸化物材料層１０６を含む。ゲート誘電体層１１４が、活性酸化物材料層１０６上に配置される。仕事関数電極層１１６が、ゲート誘電体層１１４上に配置される。任意選択的に、図５に示されるように、分離層５００が活性酸化物材料層１０６と下地基板との間に配置される。次の加工工程において、仕事関数電極層１１６およびゲート誘電体層１１４をパターニングするべく、これらの層がエッチングされる。次の加工工程において、層間誘電体層（ＩＬＤ）５０２を堆積し、エッチングによりパターニングすることで、活性酸化物材料層１０６の複数の部分を提供するのに加え、パターニングされた仕事関数電極層１１６およびゲート誘電体層１１４を露出させる開口部を提供する。加工スキームの次の部分において、例えば金属堆積および化学機械平坦化（ＣＭＰ）により、金属ソース領域１０８および金属ドレイン領域１１０、ならびに電極１１８、１２０および１２２を形成する。このように、活性酸化物材料層のパターニングを伴う加工スキームで図１のデバイスタイプを得ることができる。ＩＬＤ層５０２は、犠牲層として除去されてもよく、または保持されてもよい。
【００４１】
別の例において、図６Ａは、本発明の一実施形態による、図２のタイプの酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの第１の製造方法における様々な工程を表す断面図を示す。
【００４２】
図６Ａを参照すると、二金属層スキームは、（Ａ）複数の第１の金属ライン構造６００、例えば、バックエンドオブラインでの半導体ダイメタライゼーション層における複数の金属ライン（Ｍｘ）を形成することを伴う。（Ｂ）において、左側に、金属入力領域２０８、第１の活性酸化物領域２０５および金属出力領域２１０の第１の部分を含む材料スタックが形成される。右側には、金属入力領域２０８、第２の活性酸化物領域２０６および金属出力領域２１０の第２の部分を含む材料スタックが形成される。（Ｃ）を参照すると、上部金属ライン６０２（Ｍｘ＋１）が（Ｂ）で形成されたスタック上に形成される。その結果、図６Ａに示されるように、入力端子Ｔ１およびＴ２ならびに出力端子Ｔ３を有する図２のデバイスタイプのバージョンが得られる。一実施形態において、２０８および２１０の電極材料は異なる、例えば、仕事関数が異なるものであり得る。
【００４３】
別の例において、図６Ｂは、本発明の一実施形態による、図２のタイプの酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの第２の製造方法における様々な工程を表す断面図を示す。
【００４４】
図６Ｂを参照すると、縦型三金属層スキームは、（Ａ）第１の金属ライン構造６２０、例えば、バックエンドオブラインでの半導体ダイメタライゼーション層における金属ラインを形成することを伴う。（Ｂ）において、金属入力領域２０８、第１の活性酸化物領域２０５および金属出力領域２１０の第１の部分を含む材料スタックが形成される。（Ｃ）において、中間の第２の金属ライン構造６２２が（Ｂ）で形成されたスタック上に形成される。（Ｄ）において、金属出力領域２１０の第２の部分、第２の活性酸化物領域２０６、および金属入力領域２０８を含む材料スタックが形成される。（Ｅ）を参照すると、上部金属ライン６２４が（Ｄ）で形成されたスタック上に形成される。その結果、図６Ｂに示されるように、入力端子Ｔ１およびＴ２ならびに出力端子Ｔ３を有する図２のデバイスタイプのバージョンが得られる。
【００４５】
別の例において、図６Ｃは、本発明の一実施形態による、図２のタイプの酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの第３の製造方法における様々な工程を表す断面図を示す。
【００４６】
図６Ｃを参照すると、横方向集積スキームは、基板の上方に配置された活性酸化物材料層２０５／２０６を含む出発材料スタックを伴う。任意選択的に、窒化シリコンバリア層などのバリア層６５０が活性酸化物材料層２０５／２０６上に配置される。任意選択的に、図６Ｃに示されるように、分離層５００が活性酸化物材料層２０５／２０６と下地基板との間に配置される。次の加工工程において、活性酸化物材料層２０５／２０６がエッチングによりパターニングされる。次の加工工程において、複数の金属入力領域２０８および金属出力領域２１０が、パターニングされた活性酸化物材料層２０５／２０６中に形成され、それぞれ第１の活性酸化物材料領域２０５および第２の活性酸化物材料領域２０６を形成する。加工スキームの次の部分において、複数の入力端子２１６および出力端子２１２が形成される。例えば金属堆積および化学機械平坦化（ＣＭＰ）により、電極１１８、１２０および１２２も形成される。その結果、図６Ｃに示されるように、複数の入力端子２１６および出力端子２１２を有する図２のデバイスタイプのバージョンが得られる。一実施形態において、中間の２１０の電極材料は２０８と異なる、例えば仕事関数が異なるものであり得る。
【００４７】
別の態様において、上記の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスは、材料および加工の適合性がある低電圧埋め込みメモリと共に集積され得ることを理解されたい。例えば、上記の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスは、導電性酸化物と電極とのスタックに基づくメモリと共に集積され得る。１または複数の実施形態において、アレイにおけるそのような各メモリ素子の構造アーキテクチャは、非導電層がメモリスタックの機能素子内に使用されていないという点で、無接合構成に基づくものである。より詳細には、一実施形態において、抵抗変化メモリ（多くの場合ＲＲＡＭ（登録商標）と呼ばれる）に基づくアーキテクチャを製造するべく、例えば金属−誘電体（絶縁）酸化物−金属（ＭＩＭ）系の構造ではなく、金属−導電性酸化物−金属（ＭＣＯＭ）構造が実装される。係るメモリ素子内の全ての層が導体であるため、この構成により以下のうち１または複数が可能となる。（１）低電圧動作、例えば、１ボルト未満での動作。（２）最先端のＲＲＡＭ（登録商標）に必要な、一般にフォーミング電圧と呼ばれる１度の高電圧が必要でなくなること。（３）（例えば、全構成部材が導体であるため）低抵抗であることにより、メモリデバイスの動作における高速読み出しを実現し得ること。
【００４８】
第１の例として、上記の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスと共に製造するのに適し得る個々のメモリ素子は、陰イオン系導電性酸化物メモリ素子であり得る。図７は、本発明の一実施形態による、陰イオン系金属−導電性酸化物−金属（ＭＣＯＭ）メモリ素子における状態の変化を表す動作概略を示す。図７を参照すると、メモリ素子７００は、電極／導電性酸化物／電極の材料スタックを含む。はじめ、メモリ素子７００は、導電性酸化物層がより低導電な状態７０４Ａにある、より低導電な状態（１）であり得る。導電性酸化物層がより高導電な状態７０４Ｂにある、より高導電な状態（３）となるメモリ素子７００を提供するべく、正バイアス持続時間（２）などでの電気パルスが印加され得る。より低導電な状態（１）を有するメモリ素子７００を再び提供するべく、負バイアス持続時間（４）などでの電気パルスが印加され得る。このように、メモリ素子７００の抵抗を変化させるのに電気パルスが使用され得る。
【００４９】
従って、一実施形態において、メモリ素子は、２つの電極の間に挟まれた陰イオン系導電性酸化物層を含む。いくつかの実施形態において、低電界における（デバイスの読み出し時の）導電性酸化物層の抵抗率は、金属化合物、例えばＴｉＡｌＮの導電膜に典型的とされる範囲内である。例えば、特定の実施形態において、係る層の抵抗率は、低電界にて測定される場合、約０．１Ω・ｃｍ〜１０ｋΩ・ｃｍの範囲内である。膜の抵抗率は、メモリ素子サイズに応じて、高速読み出しに適した範囲内の最終的な抵抗値を実現するように調節される。導電性酸化物層の組成は、その組成のわずかな変化が抵抗の大きな変化をもたらすように調節され得る。いくつかの実施形態においては、モット転移に起因して、例えば、注入／抽出した電荷により導電性酸化物層のより高抵抗な相構成とより低抵抗な相構成との間での相転移が生じる際に、抵抗変化が起こる。他の複数の実施形態においては、導電性酸化物層中の酸素空孔の濃度を変化させることにより、抵抗変化が誘起され得る。
【００５０】
１つのアプローチの一例として、図８は、本発明の一実施形態による、導電性酸化物層における酸素空孔の濃度を変化させることにより誘起される陰イオン系導電性酸化物層の抵抗変化の概略図を示す。図８を参照すると、堆積時（ａｓ−ｄｅｐｏ）（Ａ）でのメモリ素子８００が示されている。メモリ素子は、パラジウム（Ｐｄ）電極８０２とタングステン（Ｗ）電極８０６との間の導電性酸化物層８０４を含む。酸素原子および酸素空孔は、（Ａ）に示されるように分布し得る。図８の（Ｂ）を参照して、正バイアスを印加すると、メモリ素子８００がより高導電になり得る。その状態において、酸素原子は電極８０６へと移動し、一方で空孔は層８０４全体にわたって残留する。図８の（Ｃ）を参照して、負バイアスを印加すると、メモリ素子はより低導電になり得る。その状態において、酸素原子は層８０４全体にわたってより均等に分布する。従って、一実施形態において、導電性酸化物層の効果的な組成（例えば、空孔に対する酸素原子の位置）は、メモリ素子の抵抗を変化させるべく変更される。特定の実施形態において、そのような組成変化を引き起こす印加電界は、約１ｅ６〜１ｅ７Ｖ／ｃｍの範囲内の値に調節される。
【００５１】
上で簡単に述べたように、一実施形態において、陰イオン系導電性酸化物層を含むメモリ素子内の一方の電極は貴金属系電極であるが、メモリ素子内の他方の電極は遷移金属である（例えば、これは酸素貯蔵体として働く）ため、その低原子価酸化物のいくつかが導電性となる。即ち、酸素原子が遷移金属酸化物へと移動する際、結果として形成される界面の遷移金属酸化物は導電性のままとなる。導電性酸化物を形成する好適な遷移金属の例としては、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、またはＩｒが挙げられるが、これらに限定されない。他の複数の実施形態において、複数の電極の一方または両方は、エレクトロクロミック材料から製造される。他の複数の実施形態において、複数の電極の一方または両方は、それとは異なる第２の導電性酸化物材料から製造される。一実施形態において、好適な導電性酸化物の例としては、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ｘＳｎＯ２−ｘ）、Ｉｎ２Ｏ３−ｘ、準化学量論的イットリアドープジルコニア（Ｙ２Ｏ３−ｘＺｒＯ２−ｘ）、またはＬａ１−ｘＳｒｘＧａ１−ｙＭｇｙＯ３−ｘ−０．５（ｘ＋ｙ）が挙げられるが、これらに限定されない。別の実施形態において、導電性酸化物層は、（例えば、ＨｆＯｘまたはＴａＯｘなどの二元酸化物において見られるような１種の金属を使用する一般的なＲＲＡＭ（登録商標）メモリと対比して）２つ以上の金属元素を有する材料から構成される。同様な三元、四元などの合金において、使用される金属は周期表の隣接する列からのものである。係る導電性酸化物の好適なものの具体例は、Ｙ２Ｏ３−ｘＺｒＯ２−ｘ中のＹおよびＺｒ、Ｉｎ２Ｏ３−ｘＳｎＯ２−ｘ中のＩｎおよびＳｎ、またはＬａ１−ｘＳｒｘＧａ１−ｙＭｇｙＯ３中のＳｒおよびＬａを含むが、これらに限定されない。係る材料は、酸素空孔の数を大幅に増加させるべく、異原子価置換をするものとして選択された組成物と考えてよい。なお、いくつかの実施形態において、係る電極のプログラミング中の抵抗の変化が総抵抗変化に寄与し得ることに留意されたい。
【００５２】
一実施形態において、好適な貴金属の例としては、ＰｄまたはＰｔが挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態において、より複合的だが全て導電性であるスタックは、約１０ｎｍのＰｄの第１の電極層、約３ｎｍのＩｎ２Ｏ３−ｘおよび／またはＳｎＯ２−ｘの導電性酸化物層、ならびに約２０ｎｍのタングステン／約１０ｎｍのＰｄ／約１００ｎｍのＴｉＮ／約５５ｎｍのＷから構成される第２の電極スタックを含む。
【００５３】
第２の例として、上記の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスと共に製造するのに適し得る個々のメモリ素子は、陽イオン系導電性酸化物メモリ素子であり得る。一例として、図９は、本発明の一実施形態による、陽イオン系金属−導電性酸化物−金属（ＭＣＯＭ）メモリ素子における状態の変化を表す動作概略を示す。図９を参照すると、はじめ、メモリ素子９００は、陽イオン系導電性酸化物層がより高導電な状態９０４Ａにある、より高導電な状態（１）であり得る。陽イオン系導電性酸化物層がより低導電な状態９０４Ｂにある、より低導電な状態（３）となるメモリ素子９００を提供するべく、正バイアス持続時間（２）などでの電気パルスが印加され得る。より高導電な状態（１）を有するメモリ素子９００を再び提供するべく、負バイアス持続時間（４）などでの電気パルスが印加され得る。このように、メモリ素子９００の抵抗を変化させるのに電気パルスが使用され得る。印加される極性は、負バイアス下でメモリ層内の活性陽イオンをインターカレーション電極へと誘引するような極性である。
【００５４】
従って、一実施形態において、メモリ素子は、２つの電極の間に挟まれた陽イオン系導電性酸化物層を含む。いくつかの実施形態において、低電界における（デバイスの読み出し時の）陽イオン系導電性酸化物層の抵抗率は、金属化合物、例えばＴｉＡｌＮの導電膜に典型的とされるものと同等の低さであり得る。例えば、特定の実施形態において、係る層の抵抗率は、低電界にて測定される場合、約０．１Ω・ｃｍ〜１０ｋΩ・ｃｍの範囲内である（スタックに使用される特定の厚さについて測定）。膜の抵抗率は、メモリ素子サイズに応じて、高速読み出しに適した範囲内の最終的な抵抗値を実現するように調節される。
【００５５】
１つのアプローチの一例として、図１０は、本発明の一実施形態による、導電性酸化物層における陽イオン空孔（リチウム陽イオン空孔など）の濃度を変化させることにより誘起される陽イオン系導電性酸化物層の抵抗変化の概略図を示す。
【００５６】
図１０を参照すると、堆積時（ａｓ−ｄｅｐｏ）（Ａ）でのメモリ素子１０００が示されている。メモリ素子は、底部電極１００２と上部電極１００６との間の陽イオン系導電性酸化物層１００４を含む。特定の例において、層１００４は、以下でより詳細に説明するリチウムコバルト酸化物層であり、リチウム原子およびリチウム空孔は、（Ａ）に示されるように分布する。図１０の（Ｂ）を参照して、負バイアスを印加すると、メモリ素子１０００がより高導電になり得る。その状態において、リチウム原子は上部電極１００６へと移動し、一方で空孔は層１００４全体にわたって残留する。図１０の（Ｃ）を参照して、複数の電極のうちの１つに正バイアスを印加すると、メモリ素子はより低導電になり得る。その状態において、リチウム原子は層１００４全体にわたってより均等に分布する。従って、一実施形態において、陽イオン系導電性酸化物層の効果的な組成（例えば、空孔に対するリチウム原子（または陽イオン）の位置）は、いくつかの実施形態においては化学量論的に誘起されるモット転移に起因して、メモリ素子の抵抗を変化させるべく変更される。特定の実施形態において、書き込み動作中にそのような組成変化を引き起こす印加電界は、約１ｅ６〜１ｅ７Ｖ／ｃｍの範囲内の値に調節される。
【００５７】
一実施形態において、図１０を再び参照すると、陽イオン系導電性酸化物層１００４は、その層中での陽イオン移動度が好適な材料から構成される。特定の例示的実施形態において、図１０（Ａ）部の層１００４は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）から構成される。次に、（Ｂ）部において、負バイアスが印加されてリチウム原子が（例えば、陽イオンとして）電極１００６に向って移動すると、対応する層はリチウム不足（例えば、Ｌｉ＜０．７５ＣｏＯ２）となる。それに対し、（Ｃ）部において、正バイアスが印加されてリチウム原子が（例えば、陽イオンとして）電極１００６から離れるように移動すると、対応する層はリチウム過剰（例えば、Ｌｉ＞０．９５ＣｏＯ２）となる。他の複数の実施形態において、他の好適な陽イオン伝導性組成物としては、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２（全てリチウム原子またはＬｉ＋移動度に基づく）、Ｎａ−β−アルミナ（ナトリウム原子またはＮａ＋移動度に基づく）、またはＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、ＡｇＧｅＡｓＳ３（全て銀原子またはＡｇ＋移動度に基づく）が挙げられるが、これらに限定されない。一般に、これらの例では、陰イオンの移動度またはマイグレーション（例えば、酸素原子またはＯ２−陰イオンの）よりも通常はるかに速い陽イオンの移動度またはマイグレーションに基づいて材料を提示している。
【００５８】
一実施形態において、図１０を再び参照すると、陽イオン性導電性酸化物層を含むメモリ素子内の一方の電極（例えば、底部電極１００２）は、貴金属系電極である。一実施形態において、好適な貴金属の例としては、パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）が挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態において、メモリスタックは、厚さ約１０ナノメートルのＰｄ層から構成される底部電極を含む。電極１００２および１００６について使用する用語「底部」および「上部」は、相対的なものであることのみが必要であり、例えば下地基板に対しては必ずしも絶対的なものではないことを理解されたい。
【００５９】
一実施形態において、図１０を再び参照すると、陽イオン性導電性酸化物層を含むメモリ素子内の他方の電極（例えば、上部電極１００６）は、移動する陽イオンに対する「インターカレーションホスト」である。上部電極の材料がホストであるというのは、この材料が、移動する陽イオンが存在してもしなくても導電性であり、移動する陽イオンが存在しなくても存在していても実質的に変化しないという意味においてである。例示的な一実施形態において、上部電極は、グラファイト、またはジスルフィド（例えば、ＴａＳ２）などの金属カルコゲン化物などであるがこれらに限定されない材料から構成される。係る材料は、Ｌｉ＋などの陽イオンを吸収すると共に、導電性である。これは、移動する酸素原子または陰イオンを収容する、対応する導電性酸化物を備えた金属を含み得る、陰イオン系導電性酸化物に対する電極とは対照的なものである。
【００６０】
上記の図７〜図１０に関する説明を再び参照すると、導電性金属酸化物層を含む導電層スタックは、メモリビットセルとして製造するのに使用され得る。例えば、図１１は、本発明の一実施形態による、金属−導電性酸化物−金属（ＭＣＯＭ）メモリ素子１１１０を含むメモリビットセル１１００の概略を示す。係るＭＣＯＭメモリ素子は、図１〜図６に関連して上述したもののような酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスと共に基板上に製造するのに好適であり得る。
【００６１】
図１１を参照すると、ＭＣＯＭメモリ素子１１１０は、第１の導電性電極１１１２に隣接する導電性金属酸化物層１１１４を備えた第１の導電性電極１１１２を含み得る。第２の導電性電極１１１６は、導電性金属酸化物層１１１４に隣接する。第２の導電性電極１１１６は、ビット線１１３２と電気的に接続され得る。第１の導電性電極１１１２は、トランジスタ１１３４と結合され得る。トランジスタ１１３４は、当業者には理解されるような方式でワード線１１３６およびソース線１１３８と結合され得る。当業者には理解されるように、メモリビットセル１１００の動作のために、メモリビットセル１１００はさらに、追加の読み出し・書き込み回路（不図示）、センスアンプ（不図示）、ビット線リファレンス（不図示）などを含み得る。（例えば、図３、図４Ａおよび図４Ｂに示され、それらに関連して説明されるように）複数のメモリビットセル１１００が互いに動作可能に接続されてメモリアレイを形成し得、メモリアレイが不揮発性メモリデバイスに組み込まれ得ることを理解されたい。第１の導電性電極１１１２のみが示されるが、トランジスタ１１３４は第２の導電性電極１１１６または第１の導電性電極１１１２と接続され得ることを理解されたい。
【００６２】
図１２は、本発明の一実施形態による電子システム１２００のブロック図を示す。電子システム１２００は、例えば、ポータブルシステム、コンピュータシステム、プロセス制御システム、またはプロセッサおよび関連付けられたメモリを利用するその他任意のシステムに対応し得る。電子システム１２００は、マイクロプロセッサ１２０２（プロセッサ１２０４および制御ユニット１２０６を有する）、メモリデバイス１２０８、および入出力デバイス１２１０を含み得る（電子システム１２００は、様々な実施形態において、複数のプロセッサ、制御ユニット、メモリデバイスユニットおよび／または入出力デバイスを有し得ることを理解されたい）。一実施形態において、電子システム１２００は、プロセッサ１２０４によりデータに対して実行される複数の動作、ならびに、プロセッサ１２０４、メモリデバイス１２０８、および入出力デバイス１２１０の間でのその他の複数のトランザクションを規定する複数の命令のセットを有する。制御ユニット１２０６は、複数の命令がメモリデバイス１２０８から取得され実行されるようにする複数の動作のセットを繰り返すことにより、プロセッサ１２０４、メモリデバイス１２０８および入出力デバイス１２１０の複数の動作を連携させる。メモリデバイス１２０８は、本説明に記載されるような導電性酸化物と電極とのスタックを有するメモリ素子を含み得る。一実施形態において、メモリデバイス１２０８は、図１２に示されるようにマイクロプロセッサ１２０２に埋め込まれる。一実施形態において、プロセッサ１２０４、または電子システム１２００の別のコンポーネントは、酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスのアレイを含む。
【００６３】
図１３は、本発明の一実装形態によるコンピューティングデバイス１３００を示す。コンピューティングデバイス１３００は、ボード１３０２を収容する。ボード１３０２は、プロセッサ１３０４および少なくとも１つの通信チップ１３０６を含むがこれらに限定されない、複数のコンポーネントを含み得る。プロセッサ１３０４は、ボード１３０２と物理的かつ電気的に結合される。いくつかの実装形態において、少なくとも１つの通信チップ１３０６もまた、ボード１３０２と物理的かつ電気的に結合される。更なる複数の実装形態において、通信チップ１３０６は、プロセッサ１３０４の一部である。
【００６４】
コンピューティングデバイス１３００は、その用途に応じて、ボード１３０２と物理的かつ電気的に結合されてもされなくてもよい他のコンポーネントを含み得る。これら他のコンポーネントとしては、揮発性メモリ（例えば、ＤＲＡＭ）、不揮発性メモリ（例えば、ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、グラフィックスプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、暗号プロセッサ、チップセット、アンテナ、ディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ、タッチスクリーンコントローラ、バッテリ、オーディオコーデック、ビデオコーデック、電力増幅器、全地球測位システム（ＧＰＳ）デバイス、コンパス、加速度計、ジャイロスコープ、スピーカ、カメラ、および大容量記憶装置（ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）など）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６５】
通信チップ１３０６は、コンピューティングデバイス１３００へとおよびコンピューティングデバイス１３００からデータを転送するための無線通信を可能にする。用語「無線」およびその派生語は、非固体媒体を介して変調電磁放射線を使用したデータ通信を行い得る回路、デバイス、システム、方法、技術、通信チャネルなどを説明するのに使用され得る。この用語は、関連付けられた複数のデバイスが有線を全く含まないことを示唆するものではないが、いくつかの実施形態においては全く含まないこともある。通信チップ１３０６は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１１ファミリ）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１６ファミリ）、ＩＥＥＥ８０２．２０、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、Ｅｖ−ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、それらの派生物、ならびに３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、およびそれ以降のものとして指定されるその他任意の無線プロトコルを含むがこれらに限定されない、複数の無線規格または無線プロトコルのうちのいずれかを実装し得る。コンピューティングデバイス１３００は、複数の通信チップ１３０６を含み得る。例えば、第１の通信チップ１３０６は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの短距離無線通信専用であり得、第２の通信チップ１３０６は、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ、Ｅｖ−ＤＯ、およびその他のものなどの長距離無線通信専用であり得る。
【００６６】
コンピューティングデバイス１３００のプロセッサ１３０４は、プロセッサ１３０４内にパッケージ化された集積回路ダイを含む。本発明のいくつかの実装形態において、プロセッサの集積回路ダイは、本発明の実装形態による１または複数の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスを含むか、またはこれと電気的に結合される。用語「プロセッサ」は、レジスタおよび／またはメモリからの電子データを処理し、その電子データをレジスタおよび／またはメモリに格納され得る他の電子データに変換する、任意のデバイスまたはデバイスの一部を指し得る。
【００６７】
通信チップ１３０６もまた、通信チップ１３０６内にパッケージ化された集積回路ダイを含む。本発明の別の実装形態によると、通信チップの集積回路ダイは、本発明の実装形態による１または複数の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスを含むか、またはこれと電気的に結合される。
【００６８】
更なる複数の実装形態においては、コンピューティングデバイス１３００内に収容される別のコンポーネントが、本発明の実装形態による１または複数の酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスを含むか、またはこれと電気的に結合される集積回路ダイを含み得る。
【００６９】
様々な実装形態において、コンピューティングデバイス１３００は、ラップトップ、ネットブック、ノートブック、ウルトラブック、スマートフォン、タブレット、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ウルトラモバイルＰＣ、携帯電話、デスクトップコンピュータ、サーバ、プリンタ、スキャナ、モニタ、セットトップボックス、エンターテインメントコントロールユニット、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤ、またはデジタルビデオレコーダであり得る。更なる複数の実装形態において、コンピューティングデバイス１３００は、データを処理するその他任意の電子デバイスであり得る。
【００７０】
また、本発明の１または複数の実施形態は一般に、マイクロ電子ロジックおよび／またはマイクロ電子メモリの製造に関するということを理解されたい。マイクロ電子ロジックおよび／またはマイクロ電子メモリは、電力供給がなくとも情報が格納され得る不揮発性のものであり得る。
【００７１】
このように、本発明の複数の実施形態は、酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスおよび酸化物系三端子抵抗スイッチングロジックデバイスの製造方法を含む。
【００７２】
一実施形態において、三端子抵抗スイッチングロジックデバイスは、基板の上方に配置された活性領域を含む。活性領域は、金属ソース領域と金属ドレイン領域との間に直接配置された活性酸化物材料領域を含む。当該デバイスはまた、活性酸化物材料領域の上方に配置されたゲート電極を含む。
【００７３】
一実施形態において、ゲート電極は、活性酸化物材料領域上に配置されたゲート誘電体層、ゲート誘電体層上に配置された仕事関数電極層、および仕事関数電極層上に配置されたゲートコンタクトを含む。
【００７４】
一実施形態において、三端子抵抗スイッチングロジックデバイスはさらに、金属ソース領域と電気的に接続されたソースコンタクトを含む。ドレインコンタクトが、金属ドレイン領域と電気的に接続される。
【００７５】
一実施形態において、活性酸化物材料領域は、導電性酸化物材料から構成される。
【００７６】
一実施形態において、導電性酸化物材料は、タングステン（Ｗ）の酸化物、バナジウム（Ｖ）の酸化物、クロム（Ｃｒ）の酸化物、またはイリジウム（Ｉｒ）の酸化物などであるがこれらに限定されない、陰イオン系導電性酸化物材料である。
【００７７】
一実施形態において、導電性酸化物材料は、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２、Ｎａ−β−アルミナ、ＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、またはＡｇＧｅＡｓＳ３などであるがこれらに限定されない、陽イオン系導電性酸化物材料である。
【００７８】
一実施形態において、金属ソース領域および金属ドレイン領域は、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）などであるがこれらに限定されない金属から構成される。
【００７９】
一実施形態において、三端子抵抗スイッチングロジックデバイスは、基板の上方に配置された活性領域を含む。活性領域は、第２の活性酸化物材料領域から離れた第１の活性酸化物材料領域を含む。当該デバイスはまた、第１の活性酸化物材料領域と第２の活性酸化物材料領域との両側に配置された複数の金属入力領域を含む。金属出力領域が、第１の活性酸化物材料領域と第２の活性酸化物材料領域との間に配置される。
【００８０】
一実施形態において、三端子抵抗スイッチングロジックデバイスはさらに、複数の金属入力領域と電気的に結合された複数の入力端子を含む。出力端子が、金属出力領域と電気的に接続される。
【００８１】
一実施形態において、第１の活性酸化物材料領域および第２の活性酸化物材料領域は、導電性酸化物材料から構成される。
【００８２】
一実施形態において、導電性酸化物材料は、タングステン（Ｗ）の酸化物、バナジウム（Ｖ）の酸化物、クロム（Ｃｒ）の酸化物、またはイリジウム（Ｉｒ）の酸化物などであるがこれらに限定されない、陰イオン系導電性酸化物材料である。
【００８３】
一実施形態において、導電性酸化物材料は、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２、Ｎａ−β−アルミナ、ＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、またはＡｇＧｅＡｓＳ３などであるがこれらに限定されない、陽イオン系導電性酸化物材料である。
【００８４】
一実施形態において、複数の金属入力領域および金属出力領域は、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）などであるがこれらに限定されない金属から構成される。
【００８５】
一実施形態において、三端子抵抗スイッチングロジックデバイスは、第１の金属ラインの上方に配置された第１の縦型活性領域を含み、第１の縦型活性領域は、第１の金属ライン上に配置された第１の金属入力領域上に配置された第１の活性酸化物材料領域上に配置された金属出力領域の第１の部分を含む。第２の縦型活性領域が、第１の金属ラインと同一平面上にある第２の金属ラインの上方に配置され、第２の縦型活性領域は、第２の金属ライン上に配置された第２の金属入力領域上に配置された第２の活性酸化物材料領域上に配置された金属出力領域の第２の部分を含む。第３の金属ラインが、金属出力領域の第１および第２の部分上に配置され、これらを電気的に接続する。
【００８６】
一実施形態において、第１の活性酸化物材料領域および第２の活性酸化物材料領域は、導電性酸化物材料から構成される。
【００８７】
一実施形態において、導電性酸化物材料は、タングステン（Ｗ）の酸化物、バナジウム（Ｖ）の酸化物、クロム（Ｃｒ）の酸化物、またはイリジウム（Ｉｒ）の酸化物などであるがこれらに限定されない、陰イオン系導電性酸化物材料である。
【００８８】
一実施形態において、導電性酸化物材料は、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２、Ｎａ−β−アルミナ、ＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、またはＡｇＧｅＡｓＳ３などであるがこれらに限定されない、陽イオン系導電性酸化物材料である。
【００８９】
一実施形態において、第１および第２の金属入力領域ならびに金属出力領域の第１および第２の部分は、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）などであるがこれらに限定されない金属から構成される。
【００９０】
一実施形態において、三端子抵抗スイッチングロジックデバイスは、第１の金属ラインの上方に配置された第１の縦型活性領域を含み、第１の縦型活性領域は、第１の金属ライン上に配置された第１の金属入力領域上に配置された第１の活性酸化物材料領域上に配置された金属出力領域の第１の部分を含む。第２の金属ラインが、金属出力領域の第１の部分上に配置される。第２の縦型活性領域が第２の金属ラインの上方に配置され、第２の縦型活性領域は、第２の金属ライン上に配置された金属出力領域の第２の部分上に配置された第２の活性酸化物材料領域上に配置された第２の金属入力領域を含む。第３の金属ラインが、第２の金属入力領域上に配置される。
【００９１】
一実施形態において、第１の活性酸化物材料領域および第２の活性酸化物材料領域は、導電性酸化物材料から構成される。
【００９２】
一実施形態において、導電性酸化物材料は、タングステン（Ｗ）の酸化物、バナジウム（Ｖ）の酸化物、クロム（Ｃｒ）の酸化物、またはイリジウム（Ｉｒ）の酸化物などであるがこれらに限定されない、陰イオン系導電性酸化物材料である。
【００９３】
一実施形態において、導電性酸化物材料は、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ４ＴｉＯ１２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ３Ｎ：Ｈ、ＬｉＴｉＳ２、Ｎａ−β−アルミナ、ＡｇＩ、ＲｂＡｇ４Ｉ５、またはＡｇＧｅＡｓＳ３などであるがこれらに限定されない、陽イオン系導電性酸化物材料である。
【００９４】
一実施形態において、第１および第２の金属入力領域ならびに金属出力領域の第１および第２の部分は、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）などであるがこれらに限定されない金属から構成される。
【図１】
2017521854.tif 000003
【図２】
2017521854.tif 000004
【図３Ａ】
2017521854.tif 000005
【図３Ｂ】
2017521854.tif 000006
【図４Ａ】
2017521854.tif 000007
【図４Ｂ】
2017521854.tif 000008
【図４Ｃ】
2017521854.tif 000009
【図５】
2017521854.tif 000010
【図６Ａ】
2017521854.tif 000011
【図６Ｂ】
2017521854.tif 000012
【図６Ｃ】
2017521854.tif 000013
【図７】
2017521854.tif 000014
【図８】
2017521854.tif 000015
【図９】
2017521854.tif 000016
【図１０】
2017521854.tif 000017
【図１１】
2017521854.tif 000018
【図１２】
2017521854.tif 000019
【図１３】
2017521854.tif 000020
【国際調査報告】
2017521854.tif 000021
2017521854.tif 000022