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JP5477752B2 - ダイオードの形成方法 - Google Patents
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JP5477752B2 - ダイオードの形成方法 - Google Patents

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Description

ダイオードの形成方法に関する。
金属‐絶縁体‐絶縁体‐金属(MIIM)ダイオードは、2種類の金属の間に、2つの電気絶縁体を含んでいる。順方向バイアスの印加に対して応答して、量子井戸が2つの絶縁体間に形成され、高エネルギーの量子トンネルが可能となるように絶縁体及び金属が調整される。閾値を超える電圧が1番上の金属に印加されると、トンネル電子が加速され、量子井戸を通過する。他の物質(例えばシリコン等)を通じて電荷移動するよりも金属を通じて電荷移動する方が早いこともある、という理由もあって、量子トンネルは、集積回路のスイッチ接合の充電よりも早いこともある。
MIIMダイオードは、金属‐絶縁体‐金属の構造を有する(MIM)ダイオードよりも、電流電圧(I−V)曲線が鋭い。MIIMダイオードは、超高速動作が可能なトンネル素子として使用することができ、多くの基板技術に対応が可能である。MIIMダイオードは、選択デバイスとして使用することもできる。MIIMダイオードを利用することで、コスト及びサイズを削減することができ、他の種類の選択デバイスを利用する場合よりも、高速メモリデバイスの性能を向上させることができる。
しかし、MIIMダイオードに使用される絶縁材物質は、電子のド・ブロイ波長と比べて相対的に薄いため、従来の堆積プロセスでは、金属と絶縁体の界面に、望ましくない化学的混入が生じる可能性がある。更には、ダイオードとして機能するMIIMには、ダイオードの順方向特性の電流電圧(I−V)曲線が鋭く折れるような結果をもたらす、望ましいトンネルの方向が存在する。接触部での高電場や、金属‐絶縁体の界面での電子トラップにより発生する界面電流の結果、MIIMダイオードにおいては、相当量の端位置の漏れが起こり得る。一般的に、MIIMダイオードは、高いリーク電流によって、整流作用が弱くなる。従来のMIIMダイオードによる前述の化学的混入と端位置の漏れを回避することが、I−V動作における非対称や非線形の増大につながり、これにより、結果的にMIIMダイオードの動作を向上させることが可能となる。
上記に鑑みると、よりI−V曲線の非対称が大きくなり、整流作用の向上を伴いつつ、より小さいサイズのMIIMダイオードを開発するだけでなく、このようなMIIMダイオードの形成方法を開発することが望ましい。
一実施形態に係るメモリデバイスを例示する部分断面図である。このメモリデバイスは、選択デバイスとしてのダイオードを含む。 選択デバイスが単純マトリクスの構造で配置される一実施形態に係るメモリアレイの回路図である。 図1のダイオードの1つについての断面図である。 他のダイオードの例についての断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 図9の半導体の構造の上面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 図16のプロセス段階に続く任意のプロセス段階における図12〜図16の半導体の構造の一部を示す断面図である。 図15のプロセス段階に続く代替のプロセス段階における図12〜図16の半導体の構造の一部についての断面図である。 図15のプロセス段階に続く代替のプロセス段階における図12〜図16の半導体の構造の一部についての断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 犠牲フィルム内に拡散させた支持物質を含む層を形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部についての断面図である。 犠牲フィルム内に拡散させた支持物質を含む層を形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部についての断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。 実施例に係るダイオードを形成する方法例についての、様々なプロセス段階における半導体の構造の一部を示す断面図である。
本発明は、実施形態によっては、ダイオードの製造方法を含む。ダイオードは、1組の金属の間に2以上の絶縁体を含む。絶縁体の中には、オープンボリュームであるものもある。言い換えると、ガス充填領域であるものもある。オープンボリュームは、低誘電率を有する高バンドギャップの絶縁体として機能することができる。実施形態によっては、ダイオードが、金属‐絶縁体‐絶縁体‐金属(MIIM)デバイスであってもよい。
ダイオードは、メモリデバイスや電子装置で用いることができ、例えば、記憶装置領域にアクセスする選択デバイスとして用いることができる。選択デバイスは、記憶装置領域と共に、メモリアレイのメモリデバイスに組み込まれてもよい。
図1は、実施例の複数のメモリセル14を支持する基板12を含む半導体の構造10の一部を示す。
基板12は、半導体基板であってもよく、実施形態によっては、前提として(background)p型ドーパントを少量ドープした単結晶シリコンを含んでもよいし、前提としてp型ドーパントを少量ドープした単結晶シリコンから実質的になることとしてもよい。前提として、p型ドーパントを少量ドープした単結晶シリコンのみからなることとしてもよい。
「半導体基板」、「半導体構造」及び「半導体基板」の用語は、半導体ウェハ(半導体ウェハ単独、あるいは他の物質を含む組み合わせのいずれをも含む)等のバルク半導体物質や、半導体物質層(半導体物質層単独、あるいは他の物質を含む組み合わせのいずれをも含む)に限定されるものではないがこれを含む半導体物質を有するあらゆる構造を意味するものである。このように、「半導体基板」、「半導体基板」及び「半導体構造」の用語は、半導体型の物質(例えば、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、リン化インジウム、及び/またはIII−V型やII−VI型半導体物質であるような半導体物質)を含む、あらゆる構造を意味する。半導体構造は、例えば、シリコンウェハ、SOI(silicon-on-insulator)構造、SOS(シリコン・オン・サファイア、silicon-on-sapphire)構造及び基本物質層により支持されたシリコンのエピタキシャル層を含み得る。半導体物質は、ドープされていてもよいし、ドープされていなくてもよい。実施形態によっては、半導体構造が、集積回路の製造と関連する各種の層や物質を含むこととしてもよい。「基板」の語は、上記の半導体基板を含むが、これに限定されることなく、あらゆる支持構造をいう。
各メモリセル14は、電荷蓄積領域16を有し、選択デバイス18は、リード動作中やライト動作中に、電荷蓄積領域にアクセス可能に構成されている(代わりに、選択デバイス18が、アクセス装置として参照されることとしてもよい)。図示する実施形態においては、選択デバイス18は、電気的接続17を通じて電荷蓄積領域16に接続している。他の実施形態においては、電気的接続は省略し、選択デバイスが、物理的に電荷蓄積領域と接触することとしてもよい。
電荷蓄積領域16は、例えば、相転移物質を含むこととしてもよいし、実質的には相転移物質からなることとしてもよいし、相転移物質のみからなることとしてもよい。
選択デバイス18は、第1の電気的導電性物質20、第2の電気的導電性物質22、及び第1及び第2の電気的導電性物質の間の1組の誘電領域24、26を有するダイオードである。
4つのメモリセル14は、メモリアレイの一部であってもよい。このようなアレイは、複数のロウとカラムとを有し、図1の断面図は、アレイのロウの一つに沿って広げたものと捉えることもできる。第1の電気的導電性物質20は、図1に例示されたロウに沿って全ての選択デバイス18を接続した1本の線である。第2の電気的導電性物質22は、実施形態によっては、アレイのカラムに沿って広げてもよい。
第1の電気的導電性物質20は、第2の電気的導電性物質22と比べて相対的に低い仕事関数でよい。実施形態によっては、第1の電気的導電性物質20は、タンタル窒化シリコン、クロム及びタンタル金属からなるグループから選択された、1以上の組成物を含むこととしてもよい。第2の電気的導電性物質22は、白金、窒化チタン及び窒化タンタルからなるグループの中から選択された、1以上の組成物を含むこととしてもよい。
誘電領域24は、実施形態によっては、オープンボリューム(言い換えると、ガス充填領域)としてもよい。
誘電領域26は、物質27を有する。このような物質は、適切な組成物であれば、どのような組成物や組成物の組み合わせを含むこととしてもよい。実施形態によっては、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム及び酸化チタンの中から1以上を含むこととしてもよいし、実質的にはこれらの中の1以上からなることとしてもよいし、これらの中の1以上のみからなることとしてもよい。
図示する実施形態においては、電気絶縁側壁スペーサ28が選択デバイス18の側壁に沿って存在している。このような側壁スペーサは、適切な組成物であれば、どのような組成物や組成物の組み合わせを含むこととしてもよい。実施形態によっては、窒化ケイ素、酸化ケイ素及び酸窒化ケイ素の中から1以上を含むこととしてもよいし、実質的にはこれらの中の1以上からなることとしてもよいし、これらの中の1以上のみからなることとしてもよい。
電気絶縁物30は、様々なメモリセル14の間に拡がっていることが示されている。物質30は、適切な組成物であれば、どのような組成物や組成物の組み合わせを含むこととしてもよい。実施形態によっては、二酸化ケイ素、窒化ケイ素及び様々なドープされた酸化ケイ素(例えば、ほうりんけい酸ガラス、りんけい酸ガラス、ケイフッ化ガラス等)の中から1以上を含むこととしてもよいし、実質的にはこれらの中の1以上からなることとしてもよいし、これらの中の1以上のみからなることとしてもよい。
個々のメモリセル14の電荷蓄積領域16は、電気伝導性物質32の1本の線と接続されている。
選択デバイス18は、動作中、メモリセル14のアレイ内で個々の電荷蓄積領域16にアクセスするために用いられる。電荷蓄積領域16が相転移物質に相当する場合には、アレイは、位相変化ランダムアクセスメモリ(PCRAM)である。
図2は、メモリセル14を有する実施例のメモリアレイ40を説明する図である。メモリセルは、選択デバイスとして用いられるダイオード18、及び電荷蓄積領域16(貫通する矢と共に描いた円で図示されている)を含む。メモリセルは、選択的にメモリセルに情報をライトするため、また、選択的にメモリセルから情報をリードするために、単純マトリクス形式で配置される。図2に示すように、実施例の回路は、第1の電極42(一方のみに符号を付している)、第1の電極を選択的に制御する第1の駆動回路44、第2の電極46(一方のみに符号を付している)、及び第2の電極を選択的に制御する第2の駆動回路48を含む。信号検知回路(不図示)を備えることとしてもよい。
第1の電極は、列を選択するためのワード線として使用してもよく、第2の電極は、ロウを選択するためのビット線として使用してもよい。第2の電極は、第1の電極に対して直交するように配置してもよい。実施形態によっては、第1または第2の電極のうちの一方が図1の第1の導電性物質20を有し、また、第1及び第2の電極のうちの他方が図1の導電性物質22を有することとしてもよい。
選択デバイス18はダイオードであり、図3は、図1を拡大して、そのようなダイオードを説明している。ダイオード18は、第1の導電性物質20、第2の導電性物質22、誘電領域24、誘電領域26及び側壁スペーサ28を含む。前述のとおり、誘電領域24は、オープンボリュームとしてもよく、誘電領域26は、1以上の固体材料と対応する物質27を含んでいる。物質27、22が誘電領域24のオープンボリュームに落ちることのないようにすべく、スペーサ28が、物質27、22の側面に沿って支持するために用いられている。図示するダイオードはMIIMであるので、誘電領域24に対応するオープンボリューム上には単一の誘電物質のみを含んでいる。他の実施形態(不図示)においては、誘電領域24上に2以上の誘電物質が存在する構成としてもよい。
実施形態によっては、スペーサ28に加えて、あるいはスペーサ28の代わりに、物質20と物質27との間に更に追加の支持物を設ける構成としてもよい。例えば図4には、他の実施形態に係るダイオード34を示す。図4のダイオード34の説明では、適宜、前述の図3のダイオード18と同様の符号を付している。
ダイオード34は、第1の電気的導電性物質20、第2の電気的導電性物質22及び前述の側壁スペーサ28を有する。また、ダイオード34は、第1の誘電領域24及び第2の誘電領域26をも有している。誘電領域26は、物質27を含み、誘電領域24は、オープンボリュームを含む。しかし、図3の実施形態と比較すると、支持物質27を支援するために、第2の誘電領域24のオープンボリュームを通じて、複数の支持物36が拡がっている。支持物36は、実施形態によっては、電気的絶縁物であってもよい。例えば、支持物36は、二酸化ケイ素、酸化金属(例えば、酸化白金、酸化ルテニウム、酸化チタン等)、窒化ケイ素等を含んでもよいし、実質的にはこれら物質からなることとしてもよいし、これら物質のみからなることとしてもよい。他の実施形態においては、支持物36は、電気的伝導性を有してもよいが、誘電領域24を通じて電流が流れることのない程度に、十分に小さく、且つ/または弱い伝導性であってもよい。例えば、支持物36は、1以上の各種の金属シリサイド(例えば、ルテニウムシリサイド、チタンシリサイド、白金シリサイド等)を含んでもよいし、実質的には1以上のこれら各種の金属シリサイドからなることとしてもよいし、1以上のこれら各種の金属シリサイドのみからなることとしてもよい。
図示するダイオード34は、MIMMであるので、誘電領域24のオープンボリューム上には単一の誘電物質27のみを含んでいる。他の実施形態(不図示)においては、誘電領域24上に2以上の誘電物質が存在する構成としてもよい。
図5〜図11は、図3に示す型のダイオードを形成する方法を説明する図である。図5〜図11には、適宜、図3に示す符号と同一の符号を付している。
図5を参照すると、第1の導電性物質20が基板12上に形成され、犠牲物質50が第1の導電性物質上に形成されている。
犠牲物質50は、下に拡がる物質20や、以下に説明するプロセスで形成される上に拡がる誘電物質27に対して選択的に取り除くことができれば、どのような組成物や組成物の組み合わせを含んでいてもよい。実施形態によっては、犠牲物質50は、二酸化ケイ素、炭素(例えばグラフェン)または炭素を含有する組成物(例えば有機ポリマー)を含むこととしてもよいし、実質的にこれらの物質からなることとしてもよいし、これらの物質のみからなることとしてもよい。
犠牲物質50は、適切なプロセスで、例えば、化学的蒸着(CVD)、原子層蒸着(ALD)、スピン・オン、蒸着等によって形成してもよい。実施形態によっては、物質50は、物質が組成中で薄く、等角且つ均一となるよう、ALDにより形成されることがある。実施形態によっては、物質50は、50オングストローム以下となるように形成されることがあり、10オングストローム以下となるように形成されることすらもある。犠牲物質50は、図3の誘電領域24に対応する空隙を残すため、最終的には除去され、このような凡そ10オングストローム以下の厚みの空隙によって、そのような空隙を有するダイオードでは、所望の電気的特性を達成することが可能となる、という利点を有する。
図6を参照すると、誘電物質27が犠牲物質50上に形成され、第2の導電性物質22が、誘電物質上に形成されている。実施形態(不図示)によっては、2以上の誘電物質を犠牲物質50上に形成してもよい。一般的には、少なくとも一の誘電物質が犠牲物質50上に形成され、第2の導電性物質22が、少なくとも一の誘電物質上に形成される。
物質50、27、22は、全体で1つの積層52に相当するとみなすことができ、このような積層をパターニングして、図7に示すように、複数の離間構成体54、56、58、60を形成することができる。積層をパターニングして離間構成体を形成する処理は、適切なプロセスによって実現可能である。実施形態によっては、フォトリソグラフィー法によるパターンマスク(不図示)が積層上に形成され、1以上の適切なエッチングによって、パターンがマスクから積層に転移される。そして、マスクを取り除くと、図7に示す構造が残ることとなる。
離間構成体54、56、58、60は、それぞれ1組の相対する側壁(ただし、図7においては、構成体54、60の側壁は、それぞれ一方のみを示す)を含み、構成体54、56、58、60の側壁には、それぞれ符号55、57、59、60を付している。側壁55、57、59、61はそれぞれ犠牲物質50、誘電物質27及び導電性物質22の一部を含んでいる。構成体は、適切な幅(W)を有し、実施形態によっては、凡そ40〜50ナノメートルの幅を有することとしてもよい。あるいは、凡そ10〜20ナノメートルの幅を有することとしてもよい。
図8を参照すると、スペーサ物質62が構成体54、56、58、60上及び構成体間に形成されている。スペーサ物質は、側壁55、57、59、61に沿って等角的に拡がっている。スペーサ物質は、適切な組成物であれば、どのような組成物や組成物の組み合わせを含むこととしてもよい。例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素の中から1以上を含むこととしてもよいし、実質的にこれら物質のうちの1以上からなることとしてもよいし、これら物質のうちの1以上のみからなることとしてもよい。スペーサ物質は、例えばALDまたはCVDのような適切な方法によって形成することができる。
図9を参照すると、スペーサ物質62が異方的にエッチングされ、それぞれ側壁55、57、59、61に沿って複数のスペーサ64、66、68、70が形成されている。
構成体54、56、58、60は、図9の断面に対してページの内外に延びる延長線に対応させることができる。図10は、図9のプロセス段階における構造10の上面図を示し、構成体54、56、58、60を、導電性物質20と交差して拡がる線として示す。
図10の上面図は、構成体54、56、58、60に対応する線の側面に沿って拡がるようにパターニングされたスペーサ物質62を示しているが、スペーサ物質62は、線の終端の箇所には存在しない。このようなスペーサ物質62のパターニングは、スペーサ物質の異方性エッチングの前または後に行うことができる。スペーサ物質のパターニングは、エッチングを利用して線の終端箇所はスペーサ物質をエッチングにさらしつつ、線の側面に沿ってスペーサ物質上に保護マスク(不図示)を形成して、線の終端箇所についてはスペーサ物質を除去してから、保護マスクを取り除くこととしてもよい。
線の終端箇所のスペーサ物質が欠落していることにより、犠牲物質50をエッチング液にさらすことが可能となる。図11は、誘電物質27の下の物質50(図9)を除去し、誘電物質の下に空隙を形成するためにエッチング液を利用した後の構造10を示す。この空隙については、ガス充填ギャップとしてもよく、図3を参照して説明した誘電領域24と対応している。
犠牲物質50(図9)は、構造10のエッチングにさらされる他の物質に対して選択的に除去することが可能であれば、どのようなエッチングによってもよい。「選択的」の語は、エッチングによって、他のさらされる物質よりも早くに物質50が除去されることを意味し、エッチングでは他のさらされる物質と比較して物質50を100パーセント選択できることを含むが、これに限定されるものではない。犠牲物質50が炭素を含む場合には、エッチングの一例として、Oプラズマを利用することができる。犠牲物質50が二酸化ケイ素を含む場合には、エッチングの一例として、フッ化水素酸を利用することができる。
図11のプロセス段階における構成体54、56、58、60は、導電性物質20と共に、図3を参照して述べたダイオード18に類似したダイオードをなす。後続するプロセス(不図示)においては、図1の各種の構造や物質を構成体54、56、58、60の上に形成して、このような構成体を、メモリアレイに組み込むことが可能である。
図12〜図17は、図4に示す型のダイオードを形成する方法の例を説明する図である。図12〜図17については、適宜、図4の説明で用いた符号と同様の符号を付している。
図12を参照すると、第1の導電性物質20が基板12上に形成され、層80が導電性物質上に形成されている。
層80は、図においては物質82からなるように示されている。物質82は、実施形態によっては、ブロック共重合体としてもよい。ブロック共重合体は、共有結合により結合された、2以上の単独重合体のサブユニットを含む。単独重合体サブユニットの集合には、接合ブロック(junction block)として知られる中間体の結合を利用してもよい。2つの区別できるブロックを備えるブロック共重合体は、以下においては、ジブロック共重合体とする。実施例では、ジブロック共重合体としては、ポリスチレン‐b‐ポリ(2ビニルピリジン)(PS-b-P2VP)、ポリスチレン‐b‐ポリ(エチレン‐alt‐プロピレン)、ポリスチレン‐b‐ポリ(メタクリル酸メチル)(PS-b-MMA)、ポリスチレン‐b‐ポリ(ジメチル‐シロキサン)(PS-b-PDMS)を含む。上記の各化学式中の「b」は、ブロックの結合を表す。
ジブロック共重合体は、一般的には、A−Bと表され、このうち、「A」は、単独重合体サブユニットの1つを表し、「B」は、単独重合体サブユニットの他方を表す。ハイフンは、共有結合を表す。
ジブロック共重合体の中には、単独重合体サブユニットA及びBが、同じサブユニット間では優先的に作用するが、相互には作用しない、というものがある。このようなジブロック共重合体は、A−B:B−A:A−B:B−A:A−Bと表されるように、パターンを繰り返して連鎖し、自己集合する傾向がある。このようなパターンのうち、ハイフンは、共有結合を表し、コロン(:)は、非共有相互作用を表す。このような自己集合は、基板上にパターンを形成する際に都合がよい。
図13を参照すると、ブロック共重合体からなる物質82(図12)内で開始した自己集合がなされた後のプロセス段階における構造10を示している。このような自己集合は、物質82を、交互にサブユニット84、36が繰り返されるパターンへと変えてしまう。最終的には、サブユニット36は支持物に対応しており、サブユニット84は犠牲物質として利用することができる。実施形態によっては、ブロック共重合体の自己集合は、層80の化学修飾に相当するとみなすことができ、この場合、修飾によって、犠牲物質84中に支持物36を拡散させる結果となる。図においては層80の全体が修飾される場合を示しているが、他の実施形態においては、層の一部のみを修飾させることとしてもよい。
図14を参照すると、誘電物質27が層80上に形成され、第2の導電性物質22が誘電物質上に形成されている。実施形態(不図示)によっては、1以上の誘電物質が層80上に形成されることとしてもよい。一般的には、少なくとも一の誘電物質が層80上に形成され、第2の導電性物質22が、当該少なくとも一の誘電物質の上に形成される。
図15を参照すると、層80及び物質27、22を共にパターニングして、複数の離間構成体90、92、94、96を形成している。離間構成体は、適切なプロセスであれば、いかなるプロセスで形成してもよい。実施形態によっては、フォトリソグラフィー法によるパターンマスク(不図示)が物質22上に形成され、1以上の適切なエッチングによって、パターンがマスクから層80や物質22、27に転移される。そして、マスクを取り除くと、図15に示す構造が残ることとなる。
離間構成体90、92、94、96は、それぞれ1組の相対する側壁(ただし、図15においては、構成体90、96の側壁は、それぞれ一方のみを示す)を含み、構成体90、92、94、96の側壁には、それぞれ符号91、93、95、97を付している。側壁91、93、95、97はそれぞれ層80、誘電物質27及び導電性物質22の一部を含んでいる。
図16を参照すると、支持物上に拡がる物質27、22を支持させるため、支持物36を残しつつ、犠牲物質84(図15)の全てが除去されている。犠牲物質は、構造10のエッチングにさらされる他の物質に対して選択的に除去することが可能であれば、どのようなエッチングによってもよい。実施形態によっては、犠牲物質84は有機物質であってもよいし、O、プラズマを利用してエッチングして除去してもよい。
犠牲物質84の除去により、誘電物質27の下に空隙(ギャップ)98が作られる。導電性物質20、22は、ギャップ98や誘電物質27と共に、基板12に支持される複数のダイオード100、102、104、106に相当する。ギャップ98は、図4を参照して説明した第1の誘電領域24に含まれることとしてもよいし、誘電物質27は、図4を参照して説明した第2の誘電領域26に含まれることとしてもよい。ダイオード100、102、104、106は、図1を参照して説明したメモリアレイに類似するメモリアレイに組み込むことが可能である。
先に図9〜図11で説明したプロセスの利点と比べて、図15及び図16のプロセスの利点は、図15及び図16のプロセスにおいては、犠牲物質の除去に利用するエッチング液が、物質27の下のありとあらゆる方向へと浸透しうる点にある。その一方、図9〜図11のプロセスにおいては、エッチング液は、物質27の下のうち、線の終端箇所からしか浸透しない。
図に示す実施形態においては、構成体90、92、94、96のそれぞれが、2つの支持物36により支持されている。他の実施形態においては、各種構成体と関係する支持物の数を変えてもよい。また、図に示す支持物36は空隙98に対して比較的大きいため、支持物36の誘電特性がダイオード100、102、104、106の電気特性に与える影響は、大きいものとなり得る。実施形態によっては、支持物は(ナノドットのオーダーの大きさ程度に)非常に小さくして、支持物がダイオードの電気特性に大きな影響を与えることのないよう、控え目に使用することとしてもよい。
物質27、22は、支持物36によって物質20上で支持されているため、図16の構造については、側壁91、93、95、97に沿ってはスペーサなしでメモリアレイに組み込んでもよい。その代わりに、更に支持をするためスペーサを側壁91、93、95、97に沿って形成することとしてもよく、更に/あるいは、導電性物質22の側面に沿って電気的に遮蔽することとしてもよい。図17は、側壁91、93、95、97に沿ってスペーサ28を形成した後の構造10を示す。
スペーサは、適切なプロセスであれば、いかなるプロセスで形成してもよく、例えば図8や図9を参照して説明したような、スペーサ64、66、68、70を形成するプロセスと類似するプロセスで形成してもよい。図8及び図9の実施形態では、盛り上がり構造物(図8の離間構成体54、56、58、60)が等角的に交差し、構造間を導電性物質20の領域が交差するスペーサ物質の層を形成した。同様に、図16のダイオード100、102、104、106に対応する盛り上がり構造物を交差するように、また、このような盛り上がり構造物間の導電性物質20の介在する領域を交差するように、スペーサ物質層を形成する。そして、このような物質を異方的にエッチングすることにより、図17のスペーサ28を形成してもよい。しかし、実施形態によっては、構造物100、102、104、106間にある導電性物質20の表面のバルクに沿って、スペーサ物質を堆積させることなくスペーサを形成することが望ましい。このような実施形態においては、堆積プロセスがより等角的になるよう、特に、導電性物質20のさらされている領域よりも寧ろ構造100、102、104、106の側壁に沿って、スペーサ物質をより選択的に堆積できるよう、変更してもよい。
図12〜図17の実施形態では、初期のプロセス段階においてブロック共重合体内の自己集合(言い換えると、図12の層80を化学修飾により図13に示す形の層に変換すること)が誘発される。特に、図示する実施形態においては、ブロック共重合体上に物質27、22を形成するよりも先に、自己集合が誘発されている。他の実施形態では、物質27、22の一方または双方を形成した後に自己集合が誘発されてもよい。また、図12〜図17の実施形態においては、物質27、22をパターニングして構成体90、92、94、96(図15)を形成するよりも先にブロック共重合体の自己集合が誘発されているが、他の実施形態においては、パターニングの後に自己集合が誘発されることとしてもよい。物質27、22をパターニングして構成体90、92、94、96を形成した後に自己集合を誘発する場合は、この誘発は、スペーサ28(図17)の形成前または形成後としてもよい。実施形態によっては、スペーサ28を形成した後に自己集合を誘発させてもよく、スペーサは、自己集合が行われる間にサブユニットが所望の構成となるのを早めるのに役立ち得る。実施形態によっては、物質27、22の一方または双方に熱損傷が加わる温度を利用してブロック共重合体の自己集合を誘発することとして、物質27、22の一方または双方を堆積するより先に自己集合を誘発するようにしてもよい。他の実施形態においては、物質27、22と相性がよい温度を利用して(すなわち、物質27、22に熱損傷が加わることのない温度を利用して)ブロック共重合体の自己集合を誘発することとし、物質27、22の堆積後に自己集合が誘発されるようにしてもよい。
実施形態によっては、支持物36(図16)については、その強度が十分で、上に拡がる物質27、22の支持を強化するのに十分な数を設けることとしてもよい。他の実施形態においては、支持物36は、上に拡がる物質27、22の支持を強化するのに十分なほど設けられているが、支持物36のみで上に拡がる物質を支持できるほどではないこともある。このような他の実施形態においては、支持物36に隣接するように、犠牲物質を除去する前にスペーサ28を形成しておくことが望ましい。図18は、犠牲物質84を除去する前にスペーサ28を形成する実施形態による、図15に続くプロセス段階における構造10を示す。図19の構造を形成するために、犠牲物質を除去する。図19の構造は、図17を参照して説明した構造と同一である。構成体90、92、94、96は、図10に示す構成体54、56、58、60の開口端と類似する開口端を有することとしてもよい。図9〜図11を参照して説明したプロセスと類似するプロセスを利用して、エッチング液を開口端に導入することにより、犠牲物質の除去がなされる。犠牲物質84(図15)の除去後、空隙98が生成されている。物質27、22は、スペーサ28と共に支持物36によって空隙上で支持されている。
図20〜図25は、図4に示す型のダイオードを形成する方法の他の実施例を説明する図である。図20〜図25では、適宜、図4の説明で用いた符号と同様の符号を付している。
図20を参照すると、基板12上に第1の導電性物質20を形成し、導電性物質20上に層110を形成した後に続くプロセス段階における半導体構造10が示されている。層110は、犠牲物質114内に拡散された、複数の粒子112を含んでいる。実施形態によっては、粒子112は金属を含み、物質114は、そのような金属に反応する組成を備えることとしてもよい。
図21を参照すると、粒子112(図20)が犠牲物質110に反応した後に続くプロセス段階における構造10を示している。このような反応によって粒子が修飾され、修飾粒子には、図21においては符号116を付している。修飾は、粒子表面を化学的に変えることとしてもよいし、粒子全体に化学変化を起こさせることとしてもよい。これは、とりわけ、粒子の大きさや修飾の性質による。
実施形態によっては、図20の粒子112は、1以上の金属(例えば、白金、ルテニウム、チタン等)を含むこととしてもよいし、実質的に1以上の金属からなることとしてもよいし、1以上の金属のみからなることとしてもよい。犠牲物質は、酸素を含んだ組成物(例えば、二酸化ケイ素等)を含むこととしてもよいし、実質的に酸素を含んだ組成物からなることとしてもよいし、酸素を含んだ組成物のみからなることとしてもよい。図21の修飾粒子116は、1以上の金属酸化物(例えば、酸化白金、酸化ルテニウム、酸化チタン等)を含むこととしてもよいし、実質的に1以上の金属酸化物からなることとしてもよいし、1以上の金属酸化物のみからなることとしてもよい。他の実施形態においては、図20の粒子112は、1以上の金属(例えば、白金、ルテニウム、チタン等)を含むこととしてもよいし、実質的に1以上の金属からなることとしてもよいし、1以上の金属のみからなることとしてもよい。犠牲物質は、シリコンを含むこととしてもよいし、実質的にはシリコンからなることとしてもよいし、シリコンのみからなることとしてもよい。図21の修飾粒子116は、1以上の金属シリサイド(例えば、白金シリサイド、ルテニウムシリサイド、チタンシリサイド等)を含むこととしてもよいし、実質的に1以上の金属シリサイドからなることとしてもよいし、これら1以上の金属シリサイドのみからなることとしてもよい。
実施形態によっては、図20の粒子112は、電気的導電性物質からなることとしてもよいし、図21の修飾粒子116は、電気的絶縁物質からなることとしてもよい。最終的には、修飾粒子は、ギャップを交差して拡がる支持物(図4の支持物36と類似する)として、ダイオードの誘電領域に組み込まれてもよい。ダイオードの誘電領域内の支持物としては、電気的絶縁物である粒子を用いたほうが利点を有する。他の実施形態においては、修飾粒子116は、電気的導電性を有する(例えば、修飾粒子が電気的導電性のある金属シリサイドに相当する)こととしてもよい。しかし、修飾粒子が非常に薄く保たれる場合(例えば、修飾粒子がナノドットまたはナノワイヤーに相当する場合)、また、修飾粒子が極めて低い伝導性を有する物質(例えば、白金シリサイド)からなる場合は、修飾粒子は、誘電領域を交差した、問題ある導電性パスを形成してしまうことはなく、やはり、得られるダイオードの誘電領域を貫通する支持物として組み込まれることとなる。
図22を参照すると、誘電物質27が層110上に形成され、第2の導電性物質22が誘電物質上に形成されている。実施形態(不図示)によっては、1以上の誘電物質が層110上に形成されることとしてもよい。一般的には、少なくとも一の誘電物質が層110上に形成され、第2の導電性物質22が少なくとも一の誘電物質上に形成される。
図23を参照すると、層110及び物質27、22を共にパターニングして、複数の離間構成体120、122、124、126を形成している。離間構成体は、適切なプロセスであれば、いかなるプロセスで形成してもよい。実施形態によっては、フォトリソグラフィー法によるパターンマスク(不図示)が物質22上に形成され、1以上の適切なエッチングによって、パターンがマスクから層110や物質22、27に転移される。そして、マスクを取り除くと、図23に示す構造が残ることとなる。
離間構成体120、122、124、126は、それぞれ1組の相対する側壁(ただし、図23においては、構成体120、126の側壁は、それぞれ一方のみを示す)を含み、構成体120、122、124、126の側壁には、それぞれ符号121、123、125、127を付している。側壁121、123、125、127はそれぞれ層110、誘電物質27及び導電性物質22の一部を含んでいる。
図24を参照すると、スペーサ28が側壁121、123、125、127に沿って形成されている。スペーサは、適切なプロセスであれば、いかなるプロセスで形成してもよく、例えば図8や図9を参照して説明したような、スペーサ64、66、68、70を形成するプロセスと類似するプロセス等の適切なプロセスで形成してもよい。
図25を参照すると、物質27、22の支持を支援するため、支持物(図4の支持物36と類似)としての粒子116は残しつつ、犠牲物質114(図24)の全てが除去されている。犠牲物質の除去により、誘電物質27の下に空隙(ギャップ)128が作られる。構成体120、122、1224、126は、図10に示す構成体54、56、58、60の開口端と類似する開口端を有することとしてもよい。そして、図9〜図11を参照して説明したプロセスと類似するプロセスを利用して、エッチング液を開口端に導入することにより、犠牲物質の除去がなされる。
導電性物質20、22は、ギャップ128や誘電物質27と共に、基板12に支持される複数のダイオード130、132、134、136に相当する。ギャップ128は、図4を参照して説明した第1の誘電領域24に含まれることとしてもよいし、誘電物質27は、図4を参照して説明した第2の誘電領域26に含まれることとしてもよい。ダイオード130、132、134、136は、図1を参照して説明したメモリアレイに類似するメモリアレイに組み込むことが可能である。
図20の実施形態においては、層110には、粒子112及び犠牲物質114が混在している。他の実施形態においては、粒子と犠牲物質とが交互に連続して配置されることとしてもよい。例えば、図26は、離間粒子140が第1の導電性物質20の上に設けられた後の構造10を示す。粒子140は、適当な大きさ及び構成を備え、実施形態によっては、金属(例えば、白金、ルテニウム、チタン等)からなるナノ粒子、金属を含有する化合物(例えば、金属窒化物、金属シリサイド等)、または酸化物(例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム等)であってもよい。
図27を参照すると、犠牲物質142が粒子140上及び粒子間に堆積されている。犠牲物質は、適切な組成物であれば、どのような組成物や組成物の組み合わせを含むこととしてもよい。例えば、犠牲物質は、炭素、二酸化ケイ素、または有機ポリマー物質を含むこととしてもよいし、実質的にはこれらの物質からなることとしてもよいし、これらの物質のみからなることとしてもよい。実施形態によっては、物質142は、ALD等を用いて、等角で薄いフィルム(すなわち、厚さ50ナノメートル以下か、更に薄くほぼ10オングストローム以下)に形成されることとしてもよい。
実施形態によっては、少なくとも粒子表面外部が物質142と反応して新たな組成物に変換されるよう、犠牲物質142は、粒子140と反応してもよい。このような実施形態においては、粒子の犠牲物質との反応は、物質の堆積中、あるいは、物質の堆積後の別個のプロセス段階において起こることとできる。図27に示す構造10は、図22〜図25を参照して説明した、ダイオードを形成するプロセスと類似のプロセスによる。粒子140が犠牲物質142と反応して粒子の組成が変化した場合には、また、そのような反応が物質142の堆積後に起こった場合には、反応は、いかなるプロセス段階において起こることとしてもよい。例えば、反応は、物質27、22(図22)の一方または双方の堆積前に起こってもよいし、そのような堆積の後であって、且つ構成体120、122、124、126(図23)のパターニングの前に起こってもよいし、あるいは、そのようなパターニングの後であって、且つスペーサ28(図24)を形成する前に起こってもよい。
図28〜図33は、図3に示す型のダイオードを形成する方法の他の実施例を説明する図である。図28〜図33では、適宜、図3の説明で用いた符号と同一の符号を付している。
図28を参照すると、第1の導電性物質20が基板12上に形成され、層150が第1の導電性物質上に形成されている。層150は、ブロック共重合体からなる。
図29を参照すると、層150のブロック共重合体内の自己集合により、ブロック共重合体から、代わりのサブユニット152、154の繰り返しのパターンが形成されている。実施形態によっては、サブユニット152が犠牲物質の領域に対応し、サブユニット154が犠牲物質の領域の間にある中断領域に対応することとしてもよい。
図30を参照すると、誘電物質27が層150上に形成され、第2の導電性物質22が誘電物質上に形成されている。実施形態(不図示)によっては、1以上の誘電物質を層150上に形成することとしてもよい。一般的には、少なくとも一の誘電物質が層150上に形成され、第2の導電性物質22が少なくとも一の誘電物質上に形成される。
図31を参照すると、層150や物質27、22を共にパターニングして、複数の離間構成体160、162、164、166を形成している。離間構成体の形成により、サブユニット152は残る一方で、層150のサブユニット154は除去される。離間構成体は、適切なプロセスであれば、いかなるプロセスで形成してもよい。実施形態によっては、フォトリソグラフィー法によるパターンマスク(不図示)が物質22上に形成され、1以上の適切なエッチングによって、パターンがマスクから層150や物質22、27に転移される。そして、マスクを取り除くと、図15に示す構造が残ることとなる。エッチングによって、サブユニット152に対してサブユニット154を選択的に除去することが可能である。実施形態によっては、サブユニット154は、物質22、27を形成する前に除去して、構成体160、162、164、166のパターニングは、構成体間に空間を作るために物質22、27を除去する処理のみを含むこととしてもよい。
離間構成体160、162、164、166は、それぞれ1組の相対する側壁(ただし、図31においては、構成体160、166の側壁は、それぞれ一方のみを示す)を含み、構成体160、162、164、166の側壁には、それぞれ符号161、163、165、167を付している。
図32を参照すると、側壁161、163、165、167に沿ってスペーサ28が形成されている。スペーサは、適切なプロセスであれば、いかなるプロセスで形成してもよく、例えば図8や図9を参照して説明したような、スペーサ64、66、68、70を形成するプロセスと類似するプロセスで形成してもよい。
図33を参照すると、サブユニット152(図32)が除去されている。サブユニット152の除去により、誘電物質27の下に空隙(ギャップ)170が作られる。構成体160、162、164、166は、図10に示す構成体54、56、58、60の開口端と類似する開口端を有することとしてもよい。図9〜図11を参照して説明したプロセスと類似するプロセスを用いて、エッチング液を開口端に導入することにより、サブユニット152の除去がなされる。
導電性物質20、22は、ギャップ170や誘電物質27と共に、基板12により支持される複数のダイオード190、192、194、196に対応する。ギャップ170は、図3を参照して説明した第1の誘電領域24に含まれることとしてもよいし、誘電物質27は、図3を参照して説明した第2の誘電領域26に含まれることとしてもよい。ダイオード190、192、194、196は、図1を参照して説明したメモリアレイと類似するメモリアレイに組み込むことができる。

Claims (15)

  1. ダイオードを形成する方法であって、
    第1の導電性物質上に、該第1の導電性物質から順に犠牲物質、少なくとも一の誘電物質及び第2の導電性物質を含み、1組の相対する側壁を有する積層を形成し、
    前記相対する側壁に沿ってスペーサを形成し、
    前記スペーサの形成後、前記犠牲物質の全てを除去して前記第1の導電性物質と前記少なくとも一の誘電物質との間にギャップを残し、
    前記第1の導電性物質、第2の導電性物質、前記少なくとも一の誘電物質及び前記ギャップが共にダイオードに含まれる
    ことを特徴とする方法。
  2. 複数のダイオードを形成する方法であって、
    第1の導電性物質上に、それぞれが、該第1の導電性物質から順に犠牲物質、少なくとも一の誘電物質及び第2の導電性物質を含み、それぞれが、該犠牲物質、該少なくとも一の誘電物質及び該第2の導電性物質の一部を含む側壁を有する複数の離間構成体を形成し、
    前記構成体の側壁に沿ってスペーサを形成し、
    前記スペーサの形成後、前記構成体から前記犠牲物質の全てを除去して前記第1導電性物質と前記少なくとも一の誘電物質との間にギャップを残し
    そこから前記犠牲物質を除去された前記構成体は、前記第1の導電性物質と共に複数のダイオードに含まれる
    ことを特徴とする方法。
  3. 前記構成体を形成する処理においては、
    前記第1の導電性物質上にブロック共重合体の層を形成し、
    前記ブロック共重合体の自己集合を誘発して、前記犠牲物質の領域間に介在する領域と交互に該犠牲物質の領域を形成し、
    前記介在する領域を除去して、前記第1の導電性物質上に残っている前記犠牲物質の領域を残し、
    前記犠牲物質の領域上に前記少なくとも一の誘電物質及び前記第2の導電性物質を形成し、
    前記犠牲物質の領域上のみについて、前記少なくとも一の誘電物質及び前記第2の導電性物質をパターニングする、
    請求項2の方法。
  4. 前記犠牲物質の領域上に前記少なくとも一の誘電物質及び前記第2の導電性物質を形成する処理は、前記介在する領域の除去よりも先に行われ、前記少なくとも一の誘電物質及び前記第2の導電性物質をパターニングする処理は、前記介在する領域上から、該少なくとも一の誘電物質及び該第2の導電性物質を除去する処理を含む、
    請求項3の方法。
  5. 複数のダイオードを形成する方法であって、
    第1の導電性物質上に犠牲物質を形成し、
    前記犠牲物質上に少なくとも一の誘電物質を形成し、
    前記少なくとも一の誘電物質上に、第2の導電性物質を形成して、前記犠牲物質、該少なくとも一の誘電物質、及び該第2の導電性物質が共に積層を形成し、
    前記積層のパターニングを行って、それぞれが前記犠牲物質、少なくとも一の誘電物質及び第2の導電性物質を含んだ一部からなる側壁を有する複数の離間構成体を形成し、
    前記構成体の側壁に沿ってスペーサを形成し、
    前記スペーサの形成後、前記構成体から前記犠牲物質の全てを除去して前記第1導電性物質と前記少なくとも一の誘電物質との間にギャップを残し
    そこから前記犠牲物質を除去された前記構成体は、前記第1の導電性物質と共に複数のダイオードに含まれる
    ことを特徴とする方法。
  6. 複数のダイオードを形成する方法であって、
    第1の導電性物質上に層を形成し、
    前記層の少なくとも一部に化学修飾を施すことで、該層を支持物が拡散された犠牲物質とし
    なくとも一の誘電物質、及び該少なくとも一の誘電物質上の第2の導電性物質を含んだ前記層の上に拡がる物質を形成し、
    前記層及び上に拡がる物質をパターニングして、複数の離間構成体を形成し、
    少なくとも部分的には前記上に拡がる物質を支持している前記支持物を残しつつ、前記犠牲物質の全てを除去して前記第1導電性物質と前記少なくとも一の誘電物質との間にギャップを残し
    そこから前記犠牲物質を除去された前記構成体は、前記第1の導電性物質と共に複数のダイオードに含まれる
    ことを特徴とする方法。
  7. 前記層は、前記犠牲物質内に拡散された粒子を含み、
    前記粒子は第1の組成物を含み、
    前記化学修飾は、前記粒子の少なくとも表面を前記犠牲物質と反応させて、該粒子の表面を前記第1の組成物とは異なる第2の組成物に変換することを含む、
    請求項6の方法。
  8. 前記第1の組成物は、導電性であり、第2の組成物は電気的に絶縁性である、
    請求項7の方法。
  9. 前記層は、ブロック共重合体を含み、前記化学修飾は、2種類以上の組成物を含む層を更に分割するための該共重合体の自己集合を含み、該組成物の少なくとも1種類は、前記支持物であり、該組成物の少なくとも1種類は、前記犠牲物質である
    請求項6の方法。
  10. 前記化学修飾は、前記上に拡がる物質を形成する前に行われる、
    請求項6の方法。
  11. 前記化学修飾は、前記上に拡がる物質のうち少なくとも1つを形成した後に行われる、
    請求項6の方法。
  12. 前記化学修飾は、前記パターニングの後に行われる、
    請求項6の方法。
  13. 前記化学修飾は、前記パターニングの前に行われる、
    請求項6の方法。
  14. 複数のダイオードを形成する方法であって、
    第1の導電性物質上に、複数の離間粒子を形成し、
    前記離間粒子上及び粒子間に、フィルムを形成し、
    前記粒子の外部表面を前記フィルムと反応させることにより、該粒子の少なくとも外部表面について化学修飾を施し、
    少なくとも一の誘電物質、及び該少なくとも一の誘電物質上の第2の導電性物質を含む、前記フィルムの上に拡がる物質を形成し、
    前記フィルム全体を除去して、少なくとも部分的には前記上に拡がる物質を支持している前記化学修飾された粒子を残し、
    前記上に拡がる物質をパターニングして、複数の離間構成体を形成し、
    前記構成体は、前記第1の導電性物質と共に、複数のダイオードに含まれる
    ことを特徴とする方法。
  15. 前記化学修飾は、前記粒子の少なくとも表面を、金属から金属シリサイドへと変換する、
    請求項14の方法。
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