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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022085888
(43)【公開日】2022-06-08
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/8239 20060101AFI20220601BHJP
H01L 45/00 20060101ALI20220601BHJP
H01L 49/00 20060101ALI20220601BHJP
【ＦＩ】
H01L27/105 449
H01L27/105 448
H01L45/00 A
H01L45/00 Z
H01L49/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021192096
(22)【出願日】2021-11-26
(31)【優先権主張番号】10-2020-0163333
(32)【優先日】2020-11-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2020-0188076
(32)【優先日】2020-12-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100154922
【弁理士】
【氏名又は名称】崔 允辰
(72)【発明者】
【氏名】梁 基延
(72)【発明者】
【氏名】安 東浩
(72)【発明者】
【氏名】李 昌承
【テーマコード（参考）】
5F083
【Ｆターム（参考）】
5F083FZ10
5F083GA10
5F083JA35
5F083JA36
5F083JA39
5F083JA40
5F083JA60
5F083PR21
5F083PR22
(57)【要約】
【課題】半導体装置を提供する。
【解決手段】複数個の半導体単位素子を含む半導体装置に係り、該半導体単位素子は、基板の法線方向に、互いに離隔されて配される第１絶縁層及び第２絶縁層、並びに第１絶縁層と第２絶縁層との間にも配され、該半導体単位素子は、基板と平行な方向に延長されて並んで配される選択素子層及び相変化物質層を含み、該相変化物質層は、超格子類似構造を有し、該相変化物質層は、第１絶縁層、第２絶縁層及び選択素子層によって形成されたリセス部に沿っても配される。
【選択図】図３Ｃ
【解決手段】複数個の半導体単位素子を含む半導体装置に係り、該半導体単位素子は、基板の法線方向に、互いに離隔されて配される第１絶縁層及び第２絶縁層、並びに第１絶縁層と第２絶縁層との間にも配され、該半導体単位素子は、基板と平行な方向に延長されて並んで配される選択素子層及び相変化物質層を含み、該相変化物質層は、超格子類似構造を有し、該相変化物質層は、第１絶縁層、第２絶縁層及び選択素子層によって形成されたリセス部に沿っても配される。
【選択図】図３Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板の法線方向に、互いに離隔されて配される第１絶縁層及び第２絶縁層と、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に配される半導体単位素子と、を含み、
前記半導体単位素子は、前記基板と平行な方向に延長されて並んで配される選択素子層及び相変化物質層を有し、
前記相変化物質層は、ＧｅｘＴｅ１－ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）を含む第１カルコゲン層、及びＳｂｙＴｅ１－ｙ（０．２≦ｙ≦０．８）を含む第２カルコゲン層を含み、
前記選択素子層は、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の表面一部をカバーしながら、リセス部を形成するように配され、
前記相変化物質層は、前記リセス部に沿い、前記第１絶縁層、前記選択素子層及び前記第２絶縁層をカバーするように配され、前記第１絶縁層に隣接する面の長さが、前記選択素子層に隣接する面の長さと同じであるか、あるいはそれよりも長い、半導体装置。
前記半導体単位素子は、前記基板と平行な方向に延長されて並んで配される選択素子層及び相変化物質層を有し、
前記相変化物質層は、ＧｅｘＴｅ１－ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）を含む第１カルコゲン層、及びＳｂｙＴｅ１－ｙ（０．２≦ｙ≦０．８）を含む第２カルコゲン層を含み、
前記選択素子層は、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の表面一部をカバーしながら、リセス部を形成するように配され、
前記相変化物質層は、前記リセス部に沿い、前記第１絶縁層、前記選択素子層及び前記第２絶縁層をカバーするように配され、前記第１絶縁層に隣接する面の長さが、前記選択素子層に隣接する面の長さと同じであるか、あるいはそれよりも長い、半導体装置。
【請求項2】
前記相変化物質層は、前記第１絶縁層に隣接する面の長さが、前記選択素子層に隣接する面の長さ対比で、１．０倍超過であり、５．０倍以下である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第１カルコゲン層と前記第２カルコゲン層は、共に超格子類似構造を有する、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第１カルコゲン層と前記第２カルコゲン層は、前記基板と平行な方向に交互に１回以上配列される、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第１カルコゲン層及び前記第２カルコゲン層は、それぞれ独立して、前記基板と平行な方向に１ｎｍ以上であり、２０ｎｍ以下の厚みを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第１カルコゲン層と前記第２カルコゲン層とのうち１層以上は、それぞれ独立して、Ｃ、Ｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｃ及びＳｎからなる群のうちから選択される１または２以上のドーパント物質を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記選択素子層及び前記相変化物質層は、電気的に連結されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記選択素子層と前記相変化物質層との間に、加熱電極層をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記相変化物質層は、３０ｎｍ以上であり、１００ｎｍ以下の厚みを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記選択素子層に電気的に連結される第１電極、及び前記相変化物質層に電気的に連結される第２電極をさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項11】
複数個の半導体単位素子を含み、
前記複数個の半導体単位素子は、前記第１電極または前記第２電極を共通電極として含む、請求項１０に記載の半導体装置。
前記複数個の半導体単位素子は、前記第１電極または前記第２電極を共通電極として含む、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記選択素子層は、オボニック閾値スイッチング特性を有する物質を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記選択素子層は、
ゲルマニウム（Ｇｅ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群のうちから１以上選択される第１元素と、
ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びビスマス（Ｂｉ）からなる群のうちから１以上選択される第２元素と、
硫黄（Ｓ）、セレニウム（Ｓｅ）及びテルル（Ｔｅ）からなる群のうちから１以上選択される第３元素と、を含む、請求項１２に記載の半導体装置。
ゲルマニウム（Ｇｅ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群のうちから１以上選択される第１元素と、
ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びビスマス（Ｂｉ）からなる群のうちから１以上選択される第２元素と、
硫黄（Ｓ）、セレニウム（Ｓｅ）及びテルル（Ｔｅ）からなる群のうちから１以上選択される第３元素と、を含む、請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項14】
基板と、
前記基板と平行な方向に延長されて並んで配される第１選択素子層と第１相変化物質層とを含む第１半導体素子と、
前記基板と平行な方向に延長されて並んで配される第２選択素子層と第２相変化物質層とを含む第２半導体素子と、を含み、
前記第１半導体素子と前記第２半導体素子は、絶縁層を挟み、基板の法線方向に、互いに離隔されて配され、
前記第１相変化物質層と前記第２相変化物質層は、それぞれ独立して、ＧｅｘＴｅ１－ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）を含む第１カルコゲン層と、ＳｂｙＴｅ１－ｙ（０．２≦ｙ≦０．８）を含む第２カルコゲン層と、を含み、
前記第１カルコゲン層と前記第２カルコゲン層は、前記基板と平行な方向に延長されて配列される、半導体装置。
前記基板と平行な方向に延長されて並んで配される第１選択素子層と第１相変化物質層とを含む第１半導体素子と、
前記基板と平行な方向に延長されて並んで配される第２選択素子層と第２相変化物質層とを含む第２半導体素子と、を含み、
前記第１半導体素子と前記第２半導体素子は、絶縁層を挟み、基板の法線方向に、互いに離隔されて配され、
前記第１相変化物質層と前記第２相変化物質層は、それぞれ独立して、ＧｅｘＴｅ１－ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）を含む第１カルコゲン層と、ＳｂｙＴｅ１－ｙ（０．２≦ｙ≦０．８）を含む第２カルコゲン層と、を含み、
前記第１カルコゲン層と前記第２カルコゲン層は、前記基板と平行な方向に延長されて配列される、半導体装置。
【請求項15】
前記第１相変化物質層と前記第２相変化物質層は、前記絶縁層によって電気的に絶縁されたものである、請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項16】
前記絶縁層の厚みは、５ｎｍ以上であり、５０ｎｍ以下である、請求項１４または１５に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記第１相変化物質層と前記第２相変化物質層は、それぞれ独立して、基板と平行な方向に、３０ｎｍ以上であり、１００ｎｍ以下の厚みを有する、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記第１カルコゲン層と前記第２カルコゲン層とのうち１層以上は、それぞれ独立して、Ｃ、Ｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｃ及びＳｎからなる群のうちから選択される１または２以上のドーパント物質を含む、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項19】
前記第１選択素子層及び前記第２選択素子層のうちいずれか１層に電気的に連結される第１電極をさらに含む、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項20】
前記第１相変化物質層及び前記第２相変化物質層と電気的に連結され、基板の法線方向に延長された第２電極をさらに含む、請求項１４から１９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、選択素子層及び可変抵抗層を含む半導体素子、及びそれを含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電子製品の軽薄短小化傾向により、半導体素子の高集積化への要求が高まっている。そのために、多様な形態の半導体素子が提示されており、一例として、可変抵抗層と選択素子層とを含む半導体素子を挙げることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明が解決しようとする課題は、低電力駆動可能であり、高い集積度を有する半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
一実施形態による半導体装置は、
基板の法線方向に、互いに離隔されて配される第１絶縁層及び第２絶縁層、並びに該第１絶縁層と該第２絶縁層との間に配される半導体単位素子を含み、該半導体単位素子は、該基板と平行な方向に延長されて並んで配される選択素子層及び相変化物質層を含むことにもなる。
基板の法線方向に、互いに離隔されて配される第１絶縁層及び第２絶縁層、並びに該第１絶縁層と該第２絶縁層との間に配される半導体単位素子を含み、該半導体単位素子は、該基板と平行な方向に延長されて並んで配される選択素子層及び相変化物質層を含むことにもなる。
【0005】
該選択素子層は、第１絶縁層及び第２絶縁層の表面一部をカバーしながら、リセス（ｒｅｃｅｓｓ）部を形成するようにも配される。
【0006】
該相変化物質層は、該リセス部に沿い、該第１絶縁層、該選択素子層及び該第２絶縁層をカバーするように配され、該第１絶縁層に隣接する面の長さが、選択素子層に隣接する面の長さと同じであるか、あるいはそれよりも長い。
【0007】
該相変化物質層は、ＧｅｘＴｅ１－ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）を含む第１カルコゲン層、及びＳｂｙＴｅ１－ｙ（０．２≦ｙ≦０．８）を含む第２カルコゲン層を含み、超格子類似（ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ－ｌｉｋｅ）構造を有することができる。該第１カルコゲン層と該第２カルコゲン層は、基板と平行な方向に交互に１回以上配列されうる。
【0008】
該相変化物質層は、第１絶縁層に隣接する面の長さが、選択素子層に隣接する面の長さ対比で、１．０倍超過であり、５．０倍以下になるようにも配される。
【0009】
該選択素子層は、ｐｎ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を含み、ＭＩＥＣ（ｍｉｘｅｄ ｉｏｎ－ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）またはモット転移デバイス（Ｍｏｔｔ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）を含んでもよい。
【0010】
該選択素子層は、オボニック閾値スイッチング特性を有する物質を含んでもよい。該選択素子層は、ゲルマニウム（Ｇｅ）及び／またはスズ（Ｓｎ）を含む第１元素、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及び／またはビスマス（Ｂｉ）を含む第２元素、並びに硫黄（Ｓ）、セレニウム（Ｓｅ）及び／またはテルル（Ｔｅ）を含む第３元素を含んでもよい。
【0011】
該選択素子層及び該相変化物質層は、電気的に連結されうる。
また、該半導体装置は、選択素子層に電気的に連結される第１電極、及び相変化物質層に電気的に連結される第２電極をさらに含んでもよい。該第１電極及び／または該第２電極は、複数個の半導体単位素子を電気的に連結する共通電極でもある。
また、該半導体装置は、選択素子層に電気的に連結される第１電極、及び相変化物質層に電気的に連結される第２電極をさらに含んでもよい。該第１電極及び／または該第２電極は、複数個の半導体単位素子を電気的に連結する共通電極でもある。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、複数個の半導体単位素子を含む半導体装置が提供されうる。また、本発明によれば、超格子類似構造を有する相変化物質層を含む半導体装置が提供されうる。そのような半導体装置は、低電力駆動が可能であり、向上された集積度を具現することができ、電子装置の小型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】複数個の半導体単位素子を含む半導体装置の等価回路図である。
【図2】一実施形態による半導体装置の斜視図である。
【図3A】一実施形態による半導体装置の平面図である。
【図4】一実施形態による半導体装置の断面図である。
【図5】オボニック閾値スイッチング特性を有する物質の電圧・電流曲線を概略的に示したグラフである。
【図6A】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図6B】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図6C】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図6D】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図6E】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図6F】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図6G】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図7A】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図7B】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図7C】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図7D】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【図7E】一実施形態による半導体装置の製造過程一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本明細書で使用される用語は、単に特定実施形態についての説明に使用されたものであり、技術的思想を限定する意図ではない。「上部」や「上」と記載されたところは、接触し、すぐ上下左右にあるものだけではなく、非接触で、上下左右にあるものを含んでもよい。
【0015】
単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。「含む」または「有する」のような用語は、特別に反対となる記載がない限り、明細書上に記載された特徴、数、段階、動作、構成要素、部品、成分、材料、またはそれらの組み合わせが存在するということを示すものであり、１またはそれ以上の他の特徴、数、段階、動作、構成要素、部品、成分、材料、またはそれらの組み合わせの存在または付加の可能性を事前に排除するものではないと理解されなければならない。
【0016】
「第１」、「第２」、「第３」のような用語は、多様な構成要素についての説明に使用されうるが、１つの構成要素を、他の構成要素から区別する目的のみに使用され、該構成要素の順序、種類などが限定されるものではない。また、「ユニット」、「手段」、「モジュール」、「…部」というような用語は、ある１つの機能や動作を処理する包括的な構成単位を意味し、それらは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、あるいはハードウェアとソフトウェアとの結合によっても具現される。
【0017】
以下、添付された図面を参照し、本実施形態につき、詳細に説明する。以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を称し、図面上において、各構成要素の大きさ（層、領域などの幅、厚みなど）は、説明の明瞭さと便宜さとのために誇張されてもいる。一方、以下で説明される実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、そのような実施形態から、多様な変形が可能である。
【0018】
一側面によれば、半導体装置は、離隔された２本の電極ラインが、クロスポイントを有する三次元構造でもあり、クロスポイントに互いに電気的に連結された可変抵抗層と選択素子層とを含む半導体単位素子を含んでもよい。そのような半導体素子及び／または半導体装置は、メモリ素子でもある。
【0019】
図１は、複数個の半導体単位素子を含む半導体装置の等価回路図である。図１を参照すれば、半導体装置１０１は、第１方向（Ｘ方向）に相互平行に延長される複数の第１電極ラインＷＬ１，ＷＬ２を含んでもよい。また、半導体装置１０１は、第１電極ラインＷＬ１，ＷＬ２と第３方向（Ｚ方向）に離隔され、第２方向（Ｙ方向）に相互平行に延長される第２電極ラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４を含んでもよい。半導体単位素子ＭＣは、第１電極ラインＷＬ１，ＷＬ２と第２電極ラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４との間にも配される。具体的には、半導体単位素子ＭＣは、第１電極ラインＷＬ１，ＷＬ２及び第２電極ラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４と電気的に連結されながら、それらライン間の交差点にもそれぞれ配される。また、半導体単位素子ＭＣは、互いに電気的に連結される相変化物質層ＭＥと選択素子層ＳＷとを含んでもよい。例えば、相変化物質層ＭＥと選択素子層ＳＷは、第３方向（Ｚ方向）に沿い、直列に連結されても配され、選択素子層ＳＷは、第１電極ラインＷＬ１，ＷＬ２と第２電極ラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４とのうち１本に電気的に連結され、相変化物質層ＭＥは、他の電極ラインにも電気的に連結される。
【0020】
半導体装置１０１の駆動方法について簡単に説明すれば、第１電極ラインＷＬ１，ＷＬ２と第２電極ラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４とを介し、半導体素子ＭＣの相変化物質層ＭＥに電圧が印加され、電流が流れる。具体的には、第１電極ラインＷＬ１，ＷＬ２及び第２電極ラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４の選択により、任意の半導体素子ＭＣがアドレスされ、第１電極ラインＷＬ１，ＷＬ２と第２電極ラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４との間に所定信号を印加し、半導体素子ＭＣをプログラミングすることができる。また、第２電極ラインＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４を介し、電流値を測定することにより、当該半導体単位素子ＭＣの相変化物質層ＭＥの抵抗値による情報、すなわち、プログラミングされた情報を読み取ることができる。
【0021】
選択素子層ＳＷは、当該選択素子層ＳＷと電気的に連結された半導体単位素子ＭＣに対する電流の流れを制御し、当該半導体単位素子ＭＣを選択（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）する役割を行うことができる。
【0022】
相変化物質層ＭＥは、情報を保存する役割を行うことができる。具体的には、相変化物質層ＭＥは、印加された電圧によって抵抗値が異なりうる。半導体単位素子ＭＣは、相変化物質層ＭＥの抵抗変化により、「０」または「１」のようなデジタル情報を記憶することもでき、消去することもできる。例えば、半導体単位素子ＭＣは、相変化物質層ＭＥの高抵抗状態を「０」として、低抵抗状態を「１」として、データを書き込むことができる。ここで、高抵抗状態「０」からで低抵抗状態「１」への書き込みを、「セット（ｓｅｔ）動作」と称し、低抵抗状態「１」から高抵抗状態「０」への書き込みを、「リセット（ｒｅｓｅｔ）動作」と称することができる。
【0023】
相変化物質層ＭＥは、温度により、可逆的に相が変わりうる物質を含んでもよい。言い換えれば、相変化物質層ＭＥは、外部からの電気的パルス（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｕｌｓｅ）印加時に発生するジュール加熱（Ｊｏｕｌｅ ｈｅａｔｉｎｇ）により、可逆的に相状態が変わり、そのような相変化により、抵抗が変わりうる物質を含んでもよい。
【0024】
相変化物質層ＭＥは、超格子類似（ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ－ｌｉｋｅ）構造を有するカルコゲン化合物を含んでもよい。既存の相変化物質層としては、加熱時間（印加熱量）により、結晶質と非晶質との相変化を行いながら、電気抵抗が変化するＧＳＴ（Ｇｅ－Ｓｂ－Ｔｅ）合金が知られている。しかし、超格子類似構造を有するカルコゲン化合物は、ＧＳＴ（Ｇｅ－Ｓｂ－Ｔｅ）合金に比べ、半導体装置の低電力及び／または高速駆動にさらに有利でもある。具体的には、Ｇｅ－Ｔｅを含む第１カルコゲン層と、Ｓｂ－Ｔｅを含む第２カルコゲン層とが交互に積層され、超格子類似構造を形成する場合、２層のカルコゲン層の界面において、Ｇｅの元素結合（ｂｏｎｄｉｎｇ）が異なりながら、インバーティッドペトロフ（ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｐｅｔｒｏｖ）相やＫｏｏｉ相などに相変化（ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ）がなされ、それによって電気抵抗が変わりうる（Ａｄｖ． Ｍａｔｅｒ． Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ２０１４， １， １３０００２７）。そのようなカルコゲン物質は、ＧＳＴ（Ｇｅ－Ｓｂ－Ｔｅ）合金よりさらに小さいエネルギーでも、相変化が可能であり、相変化にかかる時間もさらに短い。
【0025】
なお、図１のように、複数個の半導体単位素子ＭＣがＸＹ平面上に離隔して配された半導体装置の場合、半導体単位素子個数の増加によって要求される面積が拡大されてしまい、最小線幅（ｍｉｎｉｍｕｍ ｆｅａｔｕｒｅ ｓｉｚｅ）の限界により、小型化趨勢に対応し難い。
【0026】
このような問題に対処するために、一実施形態は、相変化物質層ＭＥが超格子類似構造を有するカルコゲン化合物を含み、低電力／高速駆動が可能であり、複数個の半導体単位素子ＭＣをＺ軸に離隔配置し、集積度が向上された半導体装置を提供することができる。
【0027】
図２は、一実施形態による半導体装置の斜視図である。図２を参照すれば、半導体装置２０において、ＸＹ平面に、選択素子層１３０と相変化物質層１１０とが並んで配され、半導体単位素子を構成し、そのような半導体単位素子複数個は、それぞれ第１絶縁層２００により、基板１００に垂直な方向（Ｚ方向）に離隔されても配される。
【0028】
図３Ａは、一実施形態による半導体装置の平面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＩ－Ｉ’線方向に切り取った断面図であり、図３Ｃは、図３ＢのＳＡ領域を拡大して示した模式図である。図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、半導体装置２０において、半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａは、Ｚ方向には、第１絶縁層２００を挟み、互いに離隔配され（半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ２ａ）、ＸＹ平面上においては、それぞれ第２絶縁層２１０を挟み、互いに離隔配置され（半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ）、また、各半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａは、それぞれ基板と平行な方向（Ｘ方向）に並んで配された選択素子層１３０と相変化物質層１１０とを含んでもよい。
【0029】
また、図３Ｃを参照すれば、相変化物質層１１０は、Ｇｅ－Ｔｅを含む第１カルコゲン層１１０ａと、Ｓｂ－Ｔｅを含む第２カルコゲン層１１０ｂと、を含んでもよい。第１カルコゲン層１１０ａと第２カルコゲン層１１０ｂは、共に超格子類似構造を有しうる。具体的には、第１カルコゲン層１１０ａと第２カルコゲン層１１０ｂは、基板１００と平行な方向（Ｘ方向）に交互に１回以上配列されうる。例えば、相変化物質層１１０は、（ＡｍＢ１－ｍ）ｎとも表現される。Ａは、第１カルコゲン層、Ｂは、第２カルコゲン層であり、０＜ｍ＜１であり、ｎは、第１カルコゲン層と第２カルコゲン層との反復配列回数である。第１カルコゲン層１１０ａと第２カルコゲン層１１０ｂとの反復配列回数ｎは、１．５以上、２以上、２．５以上、３以上、あるいは２００以下、１５０以下、１３０以下、１００以下、９５以下または９０回以下でもある。
【0030】
第１カルコゲン層１１０ａは、ＧｅｘＴｅ１－ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）で表される化合物を含んでもよく、第２カルコゲン層１１０ｂは、ＳｂｙＴｅ１－ｙ（０．２≦ｙ≦０．８）で表される化合物を含んでもよい。また、第１カルコゲン層１１０ａ及び／または第２カルコゲン層１１０ｂは、それぞれ独立して、Ｃ、Ｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｃ及びＳｎからなる群のうちから選択される１または２以上のドーパント物質をさらに含んでもよい。
【0031】
相変化物質層１１０は、基板１００と平行な方向（Ｘ方向）に、３０ｎｍ以上、３５ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下、９５ｎｍ以下、９０ｎｍ以下、８５ｎｍ以下または８０ｎｍ以下の厚みを有しうる。また、第１カルコゲン層１１０ａと第２カルコゲン層１１０ｂは、それぞれ独立して、１ｎｍ以上、２ｎｍ以上、３ｎｍ以上、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下または１０ｎｍ以下の厚みを有しうる。
【0032】
一方、第１カルコゲン層１１０ａ及び／または第２カルコゲン層１１０ｂは、各層内部に、電子伝達経路（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃａｒｒｉｅｒ ｐａｔｈ）を有しうる。それにより、垂直方向（Ｚ方向）に隣接して配される半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ２ａは、第１カルコゲン層１１０ａ及び／または第２カルコゲン層１１０ｂを共有し、半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ２ａ間にクロストーク（ｃｒｏｓｓ－ｔａｌｋ）が発生しうる。
【0033】
一実施形態による半導体装置は、隣接して配される半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ２ａ間において、相変化物質層１１０の電子伝達を最小化させるか、あるいは防止することができる。
【0034】
一実施形態によれば、図３Ｃを参照すれば、選択素子層１３０は、２層の第１絶縁層２００の表面一部をカバーしながら、リセス（ｒｅｃｅｓｓ）部Ｒを形成するように、２層の第１絶縁層２００間に配され、相変化物質層１１０は、そのようなリセス部に沿い、２層の第１絶縁層２００と選択素子層１３０とをカバーするようにも配される。相変化物質層１１０が第１絶縁層２００に隣接する面の長さｄ２が、相変化物質層１１０が選択素子層１３０に隣接する面の長さｄ１と同じであるか、あるいはそれよりも大きくし、隣接する半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ２ａ間のクロストークを最小化させることができる。例えば、相変化物質層１１０は、第１絶縁層２００に隣接する面の長さｄ２が、選択素子層に隣接する面の長さｄ１対比で、１．０倍超過、１．５倍以上、２．０倍以上、５．０倍以下、４．５倍以下または４．０倍以下でもある。
【0035】
他の実施形態による半導体装置においては、第１カルコゲン層と第２カルコゲン層とが第１絶縁層２００によって電気的に絶縁されうる。図４は、他の実施形態による半導体装置を図示したものである。図４を参照すれば、半導体装置３０は、基板１００と平行な方向に延長されて並んで配される第１選択素子層１３０１と第１相変化物質層１１０１とを含む第１半導体素子ＭＣ１ａ、及び基板１００と平行な方向に延長されて並んで配される第２選択素子層１３０２と第２相変化物質層１１０２とを含む第２半導体素子ＭＣ２ａを含み、第１半導体素子ＭＣ１ａと第２半導体素子ＭＣ２ａは、第１絶縁層２００を挟み、基板１００の法線方向に、互いに離隔されても配される。第１相変化物質層１１０１と第２相変化物質層１１０２は、それぞれ基板１００と平行な方向に延長されて配列される第１カルコゲン層１１０１ａ，１１０２ａと第２カルコゲン層１１０１ｂ，１１０２ｂを含んでもよい。第１相変化物質層１１０１と第２相変化物質層１１０２は、互いに第１絶縁層２００によって物理的に分離され、電気的に絶縁され、半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ２ａ間の電子伝達が防止されうる。第１絶縁層２００の厚みは、５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下、４５ｎｍ以下、４０ｎｍ以下、３５ｎｍ以下または３０ｎｍ以下でもある。
【0036】
再び図３Ｃを参照すれば、選択素子層１３０は、両端にかかる電圧の大きさによって抵抗が変化しうる物質を含んでもよい。例えば、選択素子層１３０は、ｐｎ接合を含み、ＭＩＥＣ（ｍｉｘｅｄ ｉｏｎ－ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）またはモット転移デバイス（Ｍｏｔｔ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）を含んでもよい。一実施形態によれば、選択素子層１３０は、ダイオードでもある。具体的には、該ダイオードは、互いに異なる導電型を有する物質が、基板と平行な方向に延長されて並んで配された接合構造（図示せず）でもある。例えば、該ダイオードは、Ｎ型とＰ型との導電型を有し、Ｎ型とＰ型との導電型のうちいずれか一つは、第１電極ＣＬ１に隣接して配され、他の一つは、相変化物質層１１０及び／または第２電極ＣＬ２に隣接するようにも配される。選択素子層１３０は、Ｐ－ＳｉとＮ－Ｓｉが接合されたシリコンダイオードでもある。または、選択素子層１３０は、Ｐ－ＮｉＯｘとＮ－ＴｉＯｘとが接合されるか、あるいはＰ－ＣｕＯｘとＮ－ＴｉＯｘとが接合された酸化物ダイオードでもある。
【0037】
他の実施形態によれば、選択素子層１３０は、オボニック閾値スイッチング（ＯＴＳ：ｏｖｏｎｉｃ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）特性を有しうる。
【0038】
図５は、オボニック閾値スイッチング特性を有する選択素子層１３０の電圧・電流曲線を概略的に示したグラフである。図５を参照すれば、第１曲線６１は、選択素子層１３０に電流がほとんど流れない状態の電圧・電流関係を示す。電圧と電流とが０の状態から、電圧が徐々に上昇するとき、電圧が閾値電圧ＶＴ（第１電圧レベル６３）に達するまで、選択素子層１３０は、高抵抗状態であり、ほとんど電流が流れない。しかし、電圧が閾値電圧ＶＴを超過するや否や、選択素子層１３０は、低抵抗状態になり、選択素子層１３０に流れる電流が急激に増大し、選択素子層１３０に印加される電圧は、飽和電圧ＶＳ（第２電圧レベル６４）まで低下することになる。第２曲線６２は、選択素子層１３０に電流がさらに円滑に流れる状態における電圧・電流関係を示す。選択素子層１３０に流れる電流が、第１電流レベル６６より高くなることにより、選択素子層１３０に印加される電圧は、第２電圧レベル６４より若干上昇しうる。例えば、選択素子層１３０に流れる電流が、第１電流レベル６６から第２電流レベル６７までかなり上昇する間、選択素子層１３０に印加される電圧は、第２電圧レベル６４から微々たるほど上昇しうる。言い換えれば、選択素子層１３０を介し、電流がいったん流れることになれば、選択素子層１３０に印加される電圧は、飽和電圧ＶＳにほとんど維持されうる。もし電流が維持電流レベル（第１電流レベル６６）以下に低減されれば、選択素子層１３０は、また高抵抗状態に転換され、電圧が閾値電圧ＶＴに上昇するまで、電流を効果的にブロッキングすることができる。そのような特性により、選択素子層１３０は、第１電圧レベル６３の閾値電圧ＶＴのスイッチング特性を有しうる。
【0039】
オボニック閾値スイッチング特性を有する選択素子層１３０は、ゲルマニウム（Ｇｅ）及び／またはスズ（Ｓｎ）を含む第１元素、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及び／またはビスマス（Ｂｉ）を含む第２元素、並びに硫黄（Ｓ）、セレニウム（Ｓｅ）及び／またはテルル（Ｔｅ）を含む第３元素を含んでもよい。
【0040】
選択素子層１３０の第１元素含量は、総元素含量対比で、５．０ａｔ％以上であり、３０．０ａｔ％以下でもある。例えば、第１元素含量は、総元素対比で、７．０ａｔ％以上、１０．０ａｔ％以上、２５．０ａｔ％以下、２３．０ａｔ％以下または２０．０ａｔ％以下でもある。
【0041】
選択素子層１３０の第２元素含量は、総元素含量対比で、５．０ａｔ％以上であり、５０．０ａｔ％以下でもある。例えば、第２元素含量は、総元素対比で、７．０ａｔ％以上、１０．０ａｔ％以上、１５．０ａｔ％以上、２０．０ａｔ％以上、４５．０ａｔ％以下、４０．０ａｔ％以下または３５．０ａｔ％以下でもある。
【0042】
選択素子層１３０の第３元素含量は、総元素対比で、０．０ａｔ％超過であり、７０．０ａｔ％以下でもある。例えば、第３元素含量は、総元素対比で、１０．０ａｔ％以上、１５ａｔ％以上、２０．０ａｔ％以上、２５．０ａｔ％以上、３０．０ａｔ％以上、３５．０ａｔ％以上、４０．０ａｔ％以上、６５．０ａｔ％以下、６０．０ａｔ％以下または５５．０ａｔ％以下でもある。
【0043】
選択素子層１３０と相変化物質層１１０は、電気的に連結されうる。例えば、選択素子層１３０と相変化物質層１１０との間に、第３電極１２０をさらに含んでもよい。第３電極１２０は、金属、導電性金属窒化物、導電性金属酸化物、またはそれらの組み合わせによってもなる。例えば、第３電極１２０は、炭素（Ｃ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化チタンシリコン（ＴｉＳｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、チタンカーボンシリコンナイトライド（ＴｉＣＳｉＮ）、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）及び窒化タングステン（ＷＮ）のうち、１または２以上選択されうる。
【0044】
また、第３電極１２０と相変化物質層１１０との間に、加熱電極（図示せず）がさらに含まれうる。該加熱電極は、第３電極１２０と一体に形成されるか、あるいは別個層としても形成される。該加熱電極は、相変化物質層１１０と反応せず、相変化物質層１１０を相変化させるに十分な熱を発生させることができる導電物質を含んでもよい。該加熱電極は、炭素系の導電物質を含んでもよい。例えば、該加熱電極は、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＮ、ＷＳｉ、ＷＮ、ＴｉＷ、ＭｏＮ、ＮｂＮ、ＴｉＢＮ、ＺｒＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＷＢＮ、ＺｒＡｌＮ、ＭｏＡｌＮ、ＴｉＡｌ、ＴｉＯＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＷＯＮ、ＴａＯＮ、炭素（Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコンカーボンナイトライド（ＳｉＣＮ）、窒化炭素（ＣＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、炭窒化タンタル（ＴａＣＮ）、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【0045】
第３電極１２０は、加熱電極（図示せず）による発熱が、選択素子層１３０に実質的に影響を及ぼさない厚みにも形成される。また、第３電極１２０は、熱的障壁（ｔｈｅｒｍａｌ ｂａｒｒｉｅｒ）層をさらに含んでもよく、該熱的障壁層と電極物質層が交互に積層される構造を有しうる。第３電極１２０は、約１０ｎｍないし約１００ｎｍほどの厚みを有しうる。
【0046】
第１電極ＣＬ１と第２電極ＣＬ２は、半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ２ａの両端にも配される。具体的には、第１電極ＣＬ１は、選択素子層１３０と電気的に連結され、第２電極ＣＬ２は、相変化物質層１１０と電気的に連結されうる。
【0047】
第１電極ＣＬ１は、Ｘ方向に相互平行にも延長され、第１電極ＣＬ１は、２層の第１絶縁層２００間にも配される。また、第２電極ＣＬ２は、Ｚ方向に相互平行にも延長され、第２電極ＣＬ２は、２層の第２絶縁層２１０間にも配される。半導体装置２０，３０の駆動側面において、第１電極ＣＬ１は、ワードラインとビットラインとのうちいずれか１本にも連結され、第２電極ＣＬ２は、他の１本にも連結される。第１電極ＣＬ１と第２電極ＣＬ２とのうちいずれか一つ以上は、複数個の半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａの共通電極でもある。具体的には、図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、第１電極ＣＬ１は、Ｚ方向に離隔された第１絶縁層２００間において、Ｙ方向に延長されても配され、同一レベルに配された複数個の半導体単位素子ＭＣ１ａまたはＭＣ１ｂと共通して連結されうる。また、第２電極ＣＬ２は、Ｙ方向に離隔された第２絶縁層２１０の間において、Ｚ方向に延長されても配され、同一レベルに配された複数個の半導体単位素子ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａと共通して連結されうる。
【0048】
半導体装置２０，３０は、基板１００を含んでもよい。例えば、基板１００は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムヒ素（ＩｎＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）のような半導体物質を含んでもよく、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸窒化物のような絶縁性物質を含んでもよい。
【0049】
半導体装置２０，３０は、基板１００上に、層間絶縁層（図示せず）をさらに含んでもよい。層間絶縁層（図示せず）は、基板１００と、第１電極ＣＬ１及び／または第２電極ＣＬ２との間に配され、それらを電気的に分離する役割を行うことができる。層間絶縁層（図示せず）は、シリコンオキサイドのような酸化物、及び／またはシリコンナイトライドのような窒化物を含んでもよい。
【0050】
半導体装置２０，３０は、分離絶縁層１５０をさらに含んでもよい。図３Ｂを参照すれば、分離絶縁層１５０は、基板１００の上面と接触し、基板１００の上面上において、Ｚ方向（Ｚ）にも延長される。分離絶縁層１５０は、第１電極ＣＬ１及び第１絶縁層２００を貫通しても形成される。図３Ａを参照すれば、分離絶縁層１５０は、第１電極ＣＬ１の一側面に沿うか、あるいはＹ方向に沿っても延長され、第２絶縁層２１０の両側に配されるか、あるいはＸ方向に隣接して配された２つの第１電極ＣＬ１間にも介在される。
【0051】
半導体装置２０，３０は、基板１００上に、駆動回路領域（図示せず）をさらに含んでもよい。該駆動回路領域は、半導体単位素子を駆動するか、あるいは演算処理を行う周辺回路、駆動回路、コア回路のような回路部を含んでもよい。そのような回路は、例えば、ページバッファ（ｐａｇｅ ｂｕｆｆｅｒ）、ラッチ回路（ｌａｔｃｈ ｃｉｒｃｕｉｔ）、キャッシュ回路（ｃａｃｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）、カラムデコーダ（ｃｏｌｕｍｎ ｄｅｃｏｄｅｒ）、感知増幅器（ｓｅｎｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、データイン／アウト回路（ｄａｔａｉｎ／ｏｕｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）またはロウデコーダ（ｒｏｗ ｄｅｃｏｄｅｒ）などを含んでもよい。また、そのような回路は、基板と半導体単位素子との間にも配される。言い換えれば、基板１００上に、該駆動回路領域と該半導体素子とが順次に配され、そのような配置構造は、ＣＯＰ（ｃｅｌｌ ｏｎ ｐｅｒｉ）構造でもある。
【0052】
該駆動回路領域は、１または２以上のトランジスタ（ＴＲ）と、そのようなトランジスタ（ＴＲ）に電気的に連結される配線構造と、を含んでもよい。該トランジスタ（ＴＲ）は、素子分離膜によって定義される基板の活性領域（ＡＣ）上にも配される。該トランジスタ（ＴＲ）は、ゲート（Ｇ）、ゲート絶縁膜（ＧＤ）及びソース／ドレイン（ＳＤ）を含んでもよい。また、絶縁スペーサがゲート（Ｇ）の両側壁にも配され、エッチング停止膜がゲート（Ｇ）及び／または絶縁スペーサ上にも配される。該エッチング停止膜は、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物のような絶縁物質を含んでもよい。
【0053】
該配線構造は、駆動回路領域のレイアウト、ゲート（Ｇ）の種類及び配列などにより、適切な数と位置にも配される。該配線構造は、２層以上の多層構造を有しうる。具体的には、該配線構造は、相互電気的に連結されるコンタクトと配線層とを含み、それらは、基板１００上にも順次に積層される。該コンタクトと該配線層は、それぞれ独立して、金属、導電性金属窒化物、金属シリサイド、またはそれらの組み合わせによってもなり、タングステン、モリブデン、チタン、コバルト、タンタル、ニッケル、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、タンタルシリサイド、ニッケルシリサイドのような導電物質を含んでもよい。
【0054】
該配線構造は、各構成要素を電気的に分離する層間絶縁膜を含んでもよい。該層間絶縁膜は、複数のトランジスタ（ＴＲ）間、複数の配線層間、及び／または複数のコンタクト間にも配される。該層間絶縁膜は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などを含んでもよい。
【0055】
【0056】
図６Ａを参照すれば、基板１００上に、第１絶縁層２００と犠牲層３００とを交互に積層し、構造物Ｌを形成する。第１絶縁層２００は、基板１００表面、及び構造物Ｌの最上部にも配される。
【0057】
図６Ｂを参照すれば、構造物Ｌに、Ｚ方向に垂直トレンチＴを形成する。垂直トレンチＴの両側に、サブ構造物Ｌ１，Ｌ２が形成されうる。
【0058】
図６Ｃを参照すれば、犠牲層３００を選択的に除去し、２層の第１絶縁層２００間に、Ｘ軸方向に水平ホールＨを形成する。
【0059】
図６Ｄを参照すれば、水平ホールＨ内部の一部に、選択素子層１３０を形成する。選択素子層１３０は、２層の第１絶縁層２００と共に、第１リセス部Ｒ１を形成することができる。
【0060】
図６Ｅを参照すれば、水平ホールＨ残り内部の一部に、第３電極１２０を形成する。第３電極１２０は、選択素子層１３０及び基板１００と平行な方向に延長されて配され、２層の第１絶縁層２００と共に、第２リセス部Ｒ２を形成することができる。第２リセス部Ｒ２は、２層の第１絶縁層２００間の距離ｄ１より、第１絶縁層２００が、垂直トレンチＴ及び水平ホールＨに露出された距離ｄ２が長くも形成される。例えば、第１絶縁層２００が、垂直トレンチＴ及び水平ホールＨに露出された距離ｄ２は、２層の第１絶縁層２００の間の距離ｄ１対比で、１．０倍超過、１．５倍以上、２．０倍以上、５．０倍以下、４．５倍以下または４．０倍以下でもある。
【0061】
図６Ｆを参照すれば、水平ホールＨと垂直トレンチＴとの側壁に沿い、相変化物質層１１０が形成される。相変化物質層１１０は、第１カルコゲン層１１０ａと第２カルコゲン層１１０ｂとが交互に積層されながらも形成される。
【0062】
図６Ｇを参照すれば、水平ホールＨと、トレンチＴの残った空間とに、第２電極ＣＬ２が形成される。
【0063】
また、図４のような他の実施形態は、図６Ｆと図６Ｇとの間に、図７Ａないし図７Ｅの段階が追加されうる。具体的には、水平ホールＨと、垂直トレンチＴの残った空間とに犠牲層ＳＬを形成した後（図７Ａ）、第１絶縁層２００をカバーする相変化物質層１１０のほとんどが除去される長さ（Ｘ方向）まで、犠牲層ＳＬの一部、第１絶縁層２００の一部、及び相変化物質層１１０の一部を除去（エッチング）する（図７Ｂ）。相変化物質層１１０において、２層の第１絶縁層２００間において、犠牲層ＳＬの残り部分によってカバーされずに露出された部分を選択的に除去した後（図７Ｃ）、除去された位置には、隣接する相変化物質層１１０のような高さを有するように（犠牲層ＳＬと接しない高さまで）、さらに相変化物質層１１０を形成することができる（図７Ｄ）。その後、犠牲層ＳＬの残り部分を除去することができ、図６ＦのトレンチＴより幅が広いトレンチＴ２が形成されうる（図７Ｅ）。形成されたトレンチＴ２は、図６Ｇのように、第２電極ＣＬ２物質によっても充填される。
【0064】
具体的には、第１電極ＣＬ１及び第２電極ＣＬ２、第１絶縁層２００及び第２絶縁層２１０、選択素子層１３０、第３電極１２０、相変化物質層１１０のような各構成要素は、当業界に知られている方法を介しても形成される。それら構成要素は、それぞれ独立して、原子層蒸着（ＡＬＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、物理気相蒸着（ＰＶＤ）またはスパッタリングのような蒸着方法を介し、所望する組成と厚みとを有するようにも形成される。例えば、相変化物質層１１０は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）を含むソースを順次に利用し、原子層蒸着（ＡＬＤ）によっても製造される。
【0065】
また、それら構成要素は、それぞれ独立して、当業界に知られている方法を介してもパターニングされる。具体的には、マスクパターンを活用する陽刻エッチング方法だけではなく、ダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）方法も使用されうる。
【0066】
以上の例示的な実施形態によれば、複数個の半導体単位素子を含む半導体装置が提供されうる。超格子類似構造を有する相変化物質層を含む半導体装置が提供されうる。そのような半導体装置は、低電力駆動が可能であり、向上された集積度を具現することができ、電子装置の小型化に寄与することができる。
【0067】
以上において、本実施形態について詳細に説明したが、権利範囲は、それらに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義されている基本概念を利用した当業者のさまざまな変形及び改良形態も、権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【0068】
２０，３０，１０１ 半導体装置
１１０ａ，１１０１ａ，１１０２ａ 第１カルゴゲン層
１１０ｂ，１１０１ｂ，１１０２ｂ 第２カルゴゲン層
１２０ 第３電極
１５０ 分離絶縁層
２００ 第１絶縁層
２１０ 第２絶縁層
ＣＬ１ 第１電極
ＣＬ２ 第２電極
ＭＣ，ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａ 半導体単位素子
ＭＥ，１１０，１１０１，１１０２ 相変化物質層
ＳＷ，１３０，１３０１，１３０２ 選択素子層
１１０ａ，１１０１ａ，１１０２ａ 第１カルゴゲン層
１１０ｂ，１１０１ｂ，１１０２ｂ 第２カルゴゲン層
１２０ 第３電極
１５０ 分離絶縁層
２００ 第１絶縁層
２１０ 第２絶縁層
ＣＬ１ 第１電極
ＣＬ２ 第２電極
ＭＣ，ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａ 半導体単位素子
ＭＥ，１１０，１１０１，１１０２ 相変化物質層
ＳＷ，１３０，１３０１，１３０２ 選択素子層
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】