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特表2024-536667相変化材料領域を改良した人工知能デバイスセル

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-08

(54)【発明の名称】相変化材料領域を改良した人工知能デバイスセル

(51)【国際特許分類】

H10B 63/10 20230101AFI20241001BHJP

H10N 70/00 20230101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

H10B63/10

H10N70/00 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024501272

(86)(22)【出願日】2022-08-11

(85)【翻訳文提出日】2024-01-10

(86)【国際出願番号】 EP2022072613

(87)【国際公開番号】W WO2023046363

(87)【国際公開日】2023-03-30

(31)【優先権主張番号】17/484,312

(32)【優先日】2021-09-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＢＵＳＩＮＥＳＳＭＡＣＨＩＮＥＳＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】ＮｅｗＯｒｃｈａｒｄＲｏａｄ，Ａｒｍｏｎｋ，ＮｅｗＹｏｒｋ１０５０４，ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐種一

(74)【代理人】

【識別番号】100120710

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡忠彦

(74)【復代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】オク、インジョ

(72)【発明者】

【氏名】ブリュー、ケビン

(72)【発明者】

【氏名】サラフ、イクバル、ラシッド

(72)【発明者】

【氏名】ソルニエ、ニコル

【テーマコード（参考）】

5F083

【Ｆターム（参考）】

5F083FZ10

5F083GA25

5F083HA06

5F083JA60

(57)【要約】

装置が、ヒータ、相変化材料領域、および上部金属層を含む。相変化材料領域は、ドーピング済みＧＳＴ層および第１のＧＳＴ層を含む。第１のＧＳＴ層は、ドーピング済みＧＳＴ層およびヒータの間にあり、ドーピング済みＧＳＴ層には第１のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている。相変化材料領域は、ヒータおよび上部金属層の間に位置している。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒータ；
ドーピング済みゲルマニウム－アンチモン－テルル（ＧＳＴ）層および第１のＧＳＴ層を有する相変化材料領域、ここで前記第１のＧＳＴ層が前記ドーピング済みＧＳＴ層および前記ヒータの間にあり、前記ドーピング済みＧＳＴ層には前記第１のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている；および
上部金属層、ここで前記相変化材料領域が前記ヒータおよび前記上部金属層の間に位置している
を備える装置。

【請求項2】

前記ヒータの上に位置するライナをさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記ライナが前記第１のＧＳＴ層の中に位置している、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記ドーピング済みＧＳＴ層が前記第１のＧＳＴ層より少なくとも１０倍厚い、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記相変化材料領域がさらに第２のＧＳＴ層を有し、前記ドーピング済みＧＳＴ層が前記第１のＧＳＴ層および前記第２のＧＳＴ層の間にあり、前記ドーピング済みＧＳＴ層には前記第２のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記相変化材料領域がさらに第２のドーピング済みＧＳＴ層および第３のＧＳＴ層を有し、前記第２のドーピング済みＧＳＴ層が前記第２のＧＳＴ層および前記第３のＧＳＴ層の間に位置しており、前記第２のドーピング済みＧＳＴ層には前記第２のＧＳＴ層および前記第３のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている、請求項５に記載の装置。

【請求項7】

コンタクトをさらに備え、前記上部金属層が前記コンタクトおよび前記相変化材料領域の間にある、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記ヒータが誘電体の中に形成されており、前記相変化材料領域が前記誘電体の上に位置している、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

パッドの上にヒータを形成する段階；
前記ヒータの上に相変化材料領域を形成する段階、ここで前記相変化材料領域がドーピング済みＧＳＴ層および第１のＧＳＴ層を有し、前記第１のＧＳＴ層が前記ドーピング済みＧＳＴ層および前記ヒータの間にあり、前記ドーピング済みＧＳＴ層には前記第１のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている；および
前記相変化材料領域の上に上部金属層を形成する段階
を備える方法。

【請求項10】

前記相変化材料領域を形成する前に、前記ヒータの上にライナを形成する段階をさらに備える、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記相変化材料領域を形成した後に、前記ライナが前記第１のＧＳＴ層の中に位置している、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記ドーピング済みＧＳＴ層が前記第１のＧＳＴ層より少なくとも１０倍厚い、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記相変化材料領域がさらに第２のＧＳＴ層を有し、前記ドーピング済みＧＳＴ層が前記第１のＧＳＴ層および前記第２のＧＳＴ層の間にあり、前記ドーピング済みＧＳＴ層には前記第２のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

前記相変化材料領域がさらに第２のドーピング済みＧＳＴ層および第３のＧＳＴ層を有し、前記第２のドーピング済みＧＳＴ層が前記第２のＧＳＴ層および前記第３のＧＳＴ層の間に位置しており、前記第２のドーピング済みＧＳＴ層には前記第２のＧＳＴ層および前記第３のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

コンタクトを形成する段階をさらに備え、前記上部金属層が前記コンタクトおよび前記相変化材料領域の間にある、請求項９に記載の方法。

【請求項16】

前記ヒータが誘電体の中に形成されており、前記相変化材料領域が前記誘電体の上に位置している、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は人工知能に関し、より詳細には、人工知能デバイスセルに関する。人工知能デバイスでは、情報を格納するセルに相変化材料（ＰＣＭ）を用いる。例えば、人工知能デバイスの格納された状態または情報の変化を表すのに、ＰＣＭの相を変えるまたは変更することができる。しかしながら、一部のＰＣＭ材料（例えば、ドーピング済みゲルマニウム－アンチモン－テルル（ＧＳＴ））では、セルの他の要素に問題を引き起こすことがある。例えば、ドーピング済みＧＳＴからの酸素が、セル内のヒータまたは上部金属に悪影響を及ぼすことがある。

【発明の概要】

【0002】

一実施形態によれば、装置がヒータ、相変化材料領域、および上部金属層を含む。相変化材料領域は、ドーピング済みＧＳＴ層および第１のＧＳＴ層を含む。第１のＧＳＴ層は、ドーピング済みＧＳＴ層およびヒータの間にあり、ドーピング済みＧＳＴ層には第１のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている。相変化材料領域は、ヒータおよび上部金属層の間に位置している。他の実施形態には、本装置を構成するための方法が含まれる。

【0003】

別の実施形態によれば、装置がヒータおよび相変化材料領域を含む。相変化材料領域は、第１のＧＳＴ層の上に配置されたドーピング済みＧＳＴ層を含む。第１のＧＳＴ層は、ドーピング済みＧＳＴ層およびヒータの間にあり、ドーピング済みＧＳＴ層には第１のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている。他の実施形態には、本装置を構成するための方法が含まれる。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】システムの一例を説明する図である。

【0005】

【図2】図１のシステムにおけるＰＣＭセルの一例を説明する図である。

【0006】

【図3】図２のＰＣＭセルにおけるＰＣＭ領域の一例を説明する図である。

【0007】

【図4】図２のＰＣＭセルを形成する方法の一例を示すフローチャートである。

【0008】

【図5A】図２のＰＣＭセルを形成する一段階を説明する図である。

【0009】

【図5B】図２のＰＣＭセルを形成する一段階を説明する図である。

【0010】

【図5C】図２のＰＣＭセルを形成する一段階を説明する図である。

【0011】

【図5D】図２のＰＣＭセルを形成する一段階を説明する図である。

【0012】

【図5E】図２のＰＣＭセルを形成する一段階を説明する図である。

【0013】

【図5F】図２のＰＣＭセルを形成する一段階を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本開示は相変化材料（ＰＣＭ）領域を備えた人工知能デバイスセルを企図しており、この領域は、本セルにおいてドーピング済みゲルマニウム－アンチモン－テルル（ＧＳＴ）層をヒータおよび上部金属から分離するバッファ層を含む。例えば、ＧＳＴ層がドーピング済みＧＳＴ層とヒータおよび上部金属との間に位置するように、ＧＳＴ層はドーピング済みＧＳＴ層の上方および下方に形成されてよい。ドーピング済みＧＳＴ層にはその他のＧＳＴ層と異なるドーピングがされてよい。例えば、ドーピング済みＧＳＴ層は二酸化シリコンを用いてドーピングされてよく、その他のＧＳＴ層はドーピングされていないか、または窒素、もしくは酸素を含まない別のドーパントを用いてドーピングされている。その結果、ＧＳＴ層は、特定の実施形態において、ドーピング済みＧＳＴ層がヒータおよび上部金属を酸化すること、およびそれらに悪影響を及ぼすことを防止できる。

【0015】

図１では、システム１００の一例を説明している。システム１００は、プロセッサ１０２およびメモリ１０４を含んだコンピューティングシステムとしてよい。プロセッサ１０２およびメモリ１０４は、状態または情報を格納するのにＰＣＭを用いる人工知能デバイスを実現することができる。プロセッサ１０２およびメモリ１０４は、本明細書で説明するコンピューティングシステムの機能または動作を行う。

【0016】

プロセッサ１０２は任意の電子回路であり、限定することはないが、メモリ１０４に通信可能に連結してコンピューティングシステムのオペレーションを制御するマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、特定用途向け命令セットプロセッサ（ＡＳＩＰ）、および／またはステートマシンのうちの１つまたはその組み合わせが含まれる。プロセッサ１０２は、８ビット、１６ビット、３２ビット、６４ビット、または任意の他の好適なアーキテクチャとしてよい。プロセッサ１０２は、算術演算および論理演算を行うための算術論理演算ユニット（ＡＬＵ）、オペランドをＡＬＵに供給してＡＬＵ演算の結果を格納するプロセッサレジスタ、および、メモリから命令を取得してＡＬＵ、レジスタ、および他の要素の連携動作を管理することにより命令を実行する制御ユニットを含んでよい。プロセッサ１０２は、情報を制御して処理するソフトウェアを動かす他のハードウェアを含んでよい。プロセッサ１０２は、メモリ１０４に格納したソフトウェアを実行して、本明細書で説明する機能のいずれかを行う。プロセッサ１０２は、情報（例えば、メモリ１０４から受け取る情報）を処理することで、コンピューティングシステムのオペレーションおよび運営を制御する。プロセッサ１０２は、単一の処理デバイスに限定されることはなく、複数の処理デバイスを包含してもよい。

【0017】

メモリ１０４は、プロセッサ１０２のデータ、運用ソフトウェア、または他の情報を恒久的にまたは一時的に格納することができる。メモリ１０４としては、情報の格納に好適な揮発性または不揮発性のローカルデバイスまたはリモートデバイスのいずれか１つまたはその組み合わせが含まれてよい。例えば、メモリ１０４としては、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、磁気ストレージデバイス、光学ストレージデバイス、または任意の他の好適な情報ストレージデバイス、またはこれらのデバイスの組み合わせが含まれてよい。ソフトウェアは、コンピュータ可読記憶媒体で具現化された命令、ロジック、またはコードの任意の好適なセットを表す。例えば、ソフトウェアは、メモリ１０４、ディスク、ＣＤ、またはフラッシュドライブで具現化されてよい。特定の実施形態において、ソフトウェアは、本明細書で説明する機能のうち１つまたは複数をプロセッサ１０２が行うのに実行可能なアプリケーションを含むことができる。

【0018】

システム１００は、（例えば、メモリ１０４の一部として）ＰＣＭセル１０６を含み、これは相変化メモリセルとも呼ばれることがある。特定の実施形態において、ＰＣＭセル１０６はメモリ１０４の一部である。ＰＣＭセル１０６は、ＰＣＭに印加される熱の量に基づいて（例えば、ＰＣＭに接続された加熱素子に電圧または電流を印加することにより）相を変化させるＰＣＭを含む。ＰＣＭセル１０６の相は、人工知能デバイスの状態または情報を表すのに用いることができる。例えば、１つまたは複数のＰＣＭセル１０６が、ニューラルネットワークの異なる状態を格納するのに用いられてよい。別の例として、１つまたは複数のＰＣＭセル１０６が、グラフまたはツリーのノードの値を格納するのに用いられてよい。１つまたは複数のＰＣＭセル１０６の相は、ニューラルネットワーク、グラフ、またはツリーの変化を表すのに調整されてよい。ＰＣＭセル１０６および従来のメモリの間の顕著な相違点とは、ＰＣＭセル１０６では２進状態（例えば、０または１）の格納に限定されなくてもよいということである。正確に言うと、ＰＣＭセル１０６の相は、複数の異なる状態を表すのに用いることができる。

【0019】

プロセッサ１０２およびメモリ１０４は、ＰＣＭセル１０６を用いる機械学習モデル１０８を実装する。例えば、機械学習モデル１０８は、ＰＣＭセル１０６を用いて状態情報を格納することができる。状態情報が（例えば、機械学習モデル１０８の訓練中に）変化すると、ＰＣＭセル１０６の相は状態情報の変化を表すように調整される。十分なＰＣＭセル１０６を用いて、ＰＣＭセル１０６は機械学習モデル１０８を格納することができる。

【0020】

図２では、図１のシステム１００におけるＰＣＭセル１０６の一例を説明している。ＰＣＭセル１０６のＰＣＭ領域２１８には、ＰＣＭセル１０６の中にある他の要素を酸化から保護する別の層が含まれる。その結果、ＰＣＭセル１０６は、特定の実施形態において、熱安定性が向上し、抵抗ドリフトが改善され、酸化が抑制される。さらに、ＰＣＭセル１０６は湿害を受けない可能性がある。

【0021】

ＰＣＭセル１０６は、ＰＣＭセル１０６の土台として機能する基板２０２を含む。基板２０２としては、任意の好適な材料（例えば、シリコン、金属酸化物、またはガリウムヒ素）が含まれてよい。パッド２０４、２０６、および２０８は、基板２０２の中に形成されている。パッド２０４、２０６、および２０８は、任意の好適な導体材料を含んでよい。パッド２０４、２０６、および２０８は、パッド２０４、２０６、および２０８に接続されたＰＣＭセル１０６の他の要素との間で電流を伝導する。基板２０２の上には誘電体２０９が配置されている。誘電体２０９としては、任意の好適な絶縁材料（例えば、窒化シリコン）が含まれてよい。誘電体２０９は、基板２０２およびパッド２０４、２０６、および２０８を被覆してよい。

【0022】

誘電体２０９には、１つまたは複数のヒータが形成されている。図２の例では、誘電体２０９にはヒータ２１０および２１２が形成されており、ヒータ２１０および２１２はそれぞれ、誘電体２０９を貫いてパッド２０６および２０８まで延びている。ヒータ２１０および２１２がパッド２０６および２０８に接続しているので、パッド２０６および２０８からヒータ２１０および２１２へと電流を伝導することができる。ヒータ２１０および２１２は、複数層の抵抗材料を含んでよい。例えば、ヒータ２１０および２１２は、窒化チタンおよび窒化タンタルが交互に積み重なった層を含んでよい。一部の実施形態において、ヒータ２１０および２１２は、低抵抗材料および高抵抗材料が交互に積み重なった層を含んでよい。ヒータ２１０および２１２は、パッド２０６および２０８からヒータ２１０および２１２に電流が印加されると熱を発生する。ヒータ２１０および２１２に印加される電流の量を調整することにより、ヒータ２１０および２１２により生み出される熱の量が調整される。例えば、ヒータ２１０および２１２に印加される電流を増加させると、ヒータ２１０および２１２により生み出される熱の量が増加する。別の例として、ヒータ２１０および２１２に印加される電流を減少させると、ヒータ２１０および２１２により生み出される熱が減少する。一部の実施形態において、ヒータ２１０および２１２の幅は、４０ナノメートルより小さいまたはこれと等しい。

【0023】

一部の実施形態では、ヒータ２１０および２１２の上に（例えば、堆積法で）ライナ２１４および２１６が形成されている。ライナ２１４および２１６は、ＰＣＭセル１０６の抵抗ドリフトを改善する抵抗材料を含んでよい。ライナ２１４および２１６は任意選択であり、ＰＣＭセル１０６の一部の実施形態ではライナ２１４および２１６が含まれていない。

【0024】

誘電体２０９およびヒータ２１０および２１２の上に、ＰＣＭ領域２１８が形成されている。ＰＣＭ領域２１８は、ＰＣＭおよび保護層を含む。図２の例において、ＰＣＭ領域２１８は、誘電体２０９の上に（例えば、堆積法で）形成されたＧＳＴ層２２０を含む。ライナ２１４および２１６を含む実施形態において、ＧＳＴ層２２０は、ライナ２１４および２１６がＧＳＴ層２２０の中にあるように形成されている。ＰＣＭ領域２１８は、ＧＳＴ層２２０の上に（例えば、堆積法で）形成されたドーピング済みＧＳＴ層２２２も含む。ドーピング済みＧＳＴ層２２２としては、二酸化シリコンなどの任意の好適な材料を用いてドーピングされているＧＳＴが含まれてよい。さらに、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の上に（例えば、堆積法で）別のＧＳＴ層２２４が形成されている。ドーピング済みＧＳＴ層２２２には、ＧＳＴ層２２０および２２４と異なるドーピングがされてよい。例えば、ドーピング済みＧＳＴ層２２２は二酸化シリコンを用いてドーピングされてよく、ＧＳＴ層２２０および２２４はドーピングされていないか、または窒素、もしくは酸素を含まない別のドーパントを用いてドーピングされている。その結果、ＧＳＴ層２２０および２２４は、ＰＣＭセル１０６の他の要素をドーピング済みＧＳＴ層２２２（例えば、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の堆積）によって生じる酸化から保護している。一部の実施形態において、ＧＳＴ層２２０および２２４、およびドーピング済みＧＳＴ層２２２は、製造工程中に１つのチャンバ内で形成される。

【0025】

ドーピング済みＧＳＴ層２２２の厚みは、ＧＳＴ層２２０および２２４の厚みより大きくしてよい。例えば、ドーピング済みＧＳＴ層２２２は８０ナノメートルの厚みがあってよく、ＧＳＴ層２２０および２２４はそれぞれ１～５ナノメートルの厚みがあってよい。一部の実施形態において、ドーピング済みＧＳＴ層２２２は、ＧＳＴ層２２０および２２４より少なくとも１０倍厚い。したがって、ＧＳＴ層２２０および２２４は、ドーピング済みＧＳＴ層２２２からの酸素を遮断するほど厚いが、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の抵抗に影響を及ぼすほど厚くはない。

【0026】

パッド２０６および２０８がヒータ２１０および２１２に電流を印加すると、ヒータ２１０および２１２は熱を発生する。熱はＰＣＭ領域２１８に伝わり、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の相が変化することになる。ヒータ２１０および２１２に印加される電流を調整することにより、ドーピング済みＧＳＴ層２２２に印加される熱の量が調整される。したがって、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の相が変化し、制御される。ＧＳＴ層２２０および２２４は、ヒータ２１０および２１２、（存在するならば）ライナ２１４および２１６、および上部金属２２６をドーピング済みＧＳＴ層２２２により引き起こされる酸化から保護している。

【0027】

ＧＳＴ層２２４の上には（例えば、堆積法により）上部金属層２２６が形成されている。さらに、上部金属２２６の上には（例えば、堆積法により）マスク２２８が形成されている。ドーピング済みＧＳＴ層２２２にはＧＳＴ層２２０および２２４と異なるドーピングがされているので、ＧＳＴ層２２０および２２４は、ヒータ２１０および２１２、および上部金属２２６をドーピング済みＧＳＴ層２２２により引き起こされる酸化から保護している。

【0028】

ＰＣＭセル１０６には、パッド２０４および上部金属２２６およびマスク２２８に対して電気的接続を行うことができるように、コンタクト２３０および２３２が形成されている。図２の例では、コンタクト２３０がＰＣＭセル１０６の最上部からマスク２２８まで形成されている。コンタクト２３０により、マスク２２８および上部金属２２６に対して電気的接続を行うことが可能になる。コンタクト２３２がＰＣＭセル１０６の最上部からパッド２０４まで形成されている。コンタクト２３２により、パッド２０４に対して電気的接続を行うことが可能になる。一部の実施形態では、コンタクト２３０および２３２は誘電体２０９とは別の層間誘電体を貫いて形成されている。層間誘電体としては、任意の好適な絶縁材料が含まれる。

【0029】

ＰＣＭセル１０６の一部の実施形態には、ＰＣＭ領域２１８の異なる構造体が含まれる。図３では、図２のＰＣＭセル１０６に実装され得るＰＣＭ領域３０２の一例を説明している。図３に見られるように、ＰＣＭ領域３０２はＧＳＴおよびドーピング済みＧＳＴが交互に積み重なった複数の層を含む。図２の例と同様に、ドーピング済みＧＳＴ層にはその他のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている。例えば、ドーピング済みＧＳＴ層は二酸化シリコンでドーピングされてよく、その他のＧＳＴ層はドーピングされていないか、または窒素、もしくは酸素を含まない別のドーパントでドーピングされている。ＰＣＭ領域３０２は、ＰＣＭ領域３０２の最下部にＧＳＴ層３０４を含む。ＧＳＴ層３０４の上には、ドーピング済みＧＳＴ層３０６が形成されている。ドーピング済みＧＳＴ層３０６の上には、別のＧＳＴ層３０８が形成されている。ＧＳＴ層３０８の上には、別のドーピング済みＧＳＴ層３１０が形成されている。ドーピング済みＧＳＴ層３１０の上には、ＧＳＴ層３１２が形成されている。ＧＳＴ層３１２の上には、さらに別のドーピング済みＧＳＴ層３１４が形成されており、ドーピング済みＧＳＴ層３１４の上には、ＧＳＴ層３１６が形成されている。ＰＣＭ領域３０２は、任意の好適な数のＧＳＴおよびドーピング済みＧＳＴの層を含むことができる。

【0030】

図４は、図２のＰＣＭセル１０６を形成する方法４００の一例を示すフローチャートである。特定の実施形態では、半導体製造機械または作業者が方法４００を行う。方法４００を行うことにより、保護層を含むＰＣＭセル１０６が形成される。

【0031】

ブロック４０２では、パッド２０６の上にヒータ２１０が形成される。パッド２０６は、ＰＣＭセル１０６の土台として機能する基板２０２の中に形成されてよい。ヒータ２１０は、複数層の抵抗材料を含んでよい。ヒータ２１０に熱を発生させるために、パッド２０６からヒータ２１０に電流が印加されてよい。

【0032】

ブロック４０４では、ヒータ２１０の上にＧＳＴ層２２０が形成される。例えば、ＧＳＴ層２２０はヒータ２１０の上に堆積してよい。一部の実施形態では、ヒータ２１０の上にＧＳＴ層２２０を形成する前に、ヒータ２１０の上にライナ２１４が形成される。これらの実施形態では、ヒータ２１０の上にＧＳＴ層２２０が形成された後に、ライナ２１４がＧＳＴ層２２０の中に位置している。

【0033】

ブロック４０６では、ＧＳＴ層２２０の上にドーピング済みＧＳＴ層２２２が形成される。例えば、ドーピング済みＧＳＴ層２２２はＧＳＴ層２２０の上に堆積してよい。ドーピング済みＧＳＴ層２２２としては、任意の好適な材料（例えば、二酸化シリコンまたは窒素）でドーピングされているＧＳＴが含まれてよい。次いで、ブロック４０８では、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の上に別のＧＳＴ層２２４が形成される。特定の実施形態では、ＧＳＴ層２２０、ドーピング済みＧＳＴ層２２２、およびＧＳＴ層２２４を全て、半導体製造工程の１つのチャンバで堆積させることができる。

【0034】

ブロック４１０では、ＧＳＴ層２２４の上に上部金属２２６が形成される。一部の実施形態では、次いで上部金属２２６の上にマスク２２８が形成される。ブロック４１２では、上部金属２２６の上方にコンタクト２３０が形成される。一部の実施形態では、上部金属２２６の上に形成されたマスク２２８の上に、コンタクト２３０が形成される。コンタクト２３０により、上部金属２２６に対して電気的接続を行うことが可能になる。

【0035】

一部の実施形態では、ドーピング済みＧＳＴ層２２２がＧＳＴ層２２０および２２４より著しく厚い。例えばドーピング済みＧＳＴ層２２２は８０ナノメートルの厚みがあってよく、ＧＳＴ層２２０および２２４は１～５ナノメートルの厚みである。一部の実施形態において、ドーピング済みＧＳＴ層２２２は、ＧＳＴ層２２０および２２４より少なくとも１０倍厚い。その結果、ＧＳＴ層２２０および２２４は、ヒータ２１０および上部金属２２６をドーピング済みＧＳＴ層２２２により引き起こされる酸化から保護している。さらに、ＧＳＴ層２２０および２２４は、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の抵抗に著しく影響を及ぼすことがない。

【0036】

図５Ａ～図５Ｆでは、図２のＰＣＭセル１０６を形成する段階を説明している。図５Ａに見られるように、基板２０２の上に誘電体２０９が形成される。基板２０２の中には、パッド２０４、２０６、および２０８が形成される。基板２０２としては、シリコン、金属酸化物、またはガリウムヒ素などの任意の好適な材料が含まれてよい。誘電体２０９としては、任意の好適な絶縁材料が含まれてよい。一部の実施形態では、誘電体２０９の厚みが約５０ナノメートルである。

【0037】

次いで、ヒータ２１０および２１２が誘電体２０９を貫いて形成される。図５Ｂに見られるように、ヒータ２１０および２１２はそれぞれ、誘電体２０９を貫いてパッド２０６および２０８へと形成される。ヒータ２１０および２１２は、抵抗材料が交互に積み重なった層を含んでよい。パッド２０６および２０８を通じてヒータ２１０および２１２に電流を印加すると、ヒータ２１０および２１２は熱を発生する。次いで図５Ｃに見られるように、ヒータ２１０および２１２の上にライナ２１４および２１６が形成される。ライナ２１４および２１６は、ヒータ２１０および２１２の上に堆積してよい。さらに、ライナ２１４および２１６は誘電体２０９の上に形成される。ライナ２１４および２１６は任意選択であり、一部の実施形態ではライナ２１４および２１６が含まれていない。

【0038】

次いで、誘電体２０９の上にＰＣＭ領域２１８が形成される。図５Ｄに見られるように、ヒータ２１０および２１２の上方、誘電体２０９の上にＰＣＭ領域２１８が形成される。ライナ２１４および２１６を含む実施形態では、ＰＣＭ領域２１８が形成された後に、ライナ２１４および２１６がＰＣＭ領域２１８の中に位置している。さらに、ＰＣＭ領域２１８は、誘電体２０９の上に（例えば、堆積法により）形成されたＧＳＴ層２２０を含む。ＧＳＴ層２２０の上には（例えば、堆積法により）ドーピング済みＧＳＴ層２２２が形成され、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の上には（例えば、堆積法により）ＧＳＴ層２２４が形成される。ドーピング済みＧＳＴ層２２２の厚みは、ＧＳＴ層２２０および２２４の厚みより大幅に大きくしてよい。一部の実施形態において、ドーピング済みＧＳＴ層２２２は、ＧＳＴ層２２０および２２４より少なくとも１０倍厚い。ヒータ２１０および２１２が熱を発生するようにヒータ２１０および２１２に電流を印加すると、熱によってドーピング済みＧＳＴ層２２２の相が変化することになる。ヒータ２１０および２１２により生み出される熱の量は、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の相を調整するように調整されてよい。

【0039】

次いで図５Ｅに見られるように、ＧＳＴ層２２４の上に上部金属２２６が形成される。次いで、上部金属２２６の上にマスク２２８が形成される。特定の実施形態では、ＧＳＴ層２２０および２２４が、ヒータ２１０および２１２，および上部金属２２６をドーピング済みＧＳＴ層２２２によって生じる酸化から保護している。別の言い方をすれば、ＧＳＴ層２２０および２２４は、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の中にある酸素がヒータ２１０および２１２、および上部金属２２６に伝わるのを防いでいる。その結果、特定の実施形態では、ＧＳＴ層２２０および２２４がヒータ２１０および２１２、および上部金属２２６への悪影響を防いでいる。次いで図５Ｆに見られるように、コンタクト２３０および２３２が形成される。コンタクト２３０によってマスク２２８および上部金属２２６に対して電気的接続を行うことが可能になるように、コンタクト２３０はマスク２２８に対して形成される。コンタクト２３２によってパッド２０４に対して電気的接続を行うことが可能になるように、コンタクト２３２はパッド２０４に対して形成される。

【0040】

要約すると、人工知能デバイスセルにはバッファ層を含んだＰＣＭ領域２１８が含まれ、バッファ層によってドーピング済みＧＳＴ層２２２がヒータ２１０および上部金属２２６から分離されている。例えば、ＧＳＴ層２２０および２２４がドーピング済みＧＳＴ層２２２とヒータ２１０および上部金属２２６との間に位置するように、ＧＳＴ層２２０および２２４は、ドーピング済みＧＳＴ層２２２の上方および下方に形成されてよい。その結果、ＧＳＴ層２２０および２２４は、特定の実施形態において、ドーピング済みＧＳＴ層２２２がヒータ２１０および上部金属２２６を酸化すること、およびそれらに悪影響を及ぼすことを防止できる。

【0041】

本発明の様々な実施形態の説明は例示を目的として提示されており、その説明が包括的であることも、または開示された実施形態に限定されることも意図されてはいない。本発明の範囲から逸脱しない多くの変更および変形が当業者には明らかとなるであろう。本明細書で用いられた専門用語は、本発明の原理、実際の応用、または市場で見られる科学技術における技術的改善を最も適切に説明するように、または本明細書で開示された実施形態を当業者が理解できるように選択されたものである。

【0042】

前述において、本開示で提示された実施形態に言及した。しかしながら、本発明の範囲は、説明された特定の実施形態に限定されるものではない。代わりに、これらの特徴および要素の任意の組み合わせが、異なる実施形態に関連するのか、またはしないのかにかかわらず、企図した実施形態を実現し実施するために企図されている。さらに、本明細書で開示した実施形態は他の可能性のある解決手段または先行技術に勝る利点を実現する可能性があるが、特定の利点が所与の実施形態によって実現されるのか否かは、本発明の範囲を限定するものではない。したがって、本明細書で説明した態様、特徴、実施形態、および利点は単なる例示であり、請求項に明示的に詳述されている場合を除いて、添付した特許請求の範囲の要素または限定とみなされるものではない。同様に、「本発明」への言及は、本明細書で開示された発明主題のいずれかの一般化と解釈してはならず、請求項に明示的に詳述されている場合を除いて、添付した特許請求の範囲の要素または限定とみなしてはならない。

【0043】

前述したことは本発明の実施形態を対象としているが、他の実施形態が本発明の基本範囲から逸脱することなく考え出されてもよく、本発明の範囲は以下に続く特許請求の範囲によって決定される。

【0044】

以上に説明した本発明の好ましい実施形態では、ヒータ；および第１のＧＳＴ層の上に配置されたドーピング済みＧＳＴ層、を含んだ相変化材料領域を備えた装置が提供されている。ここで、第１のＧＳＴ層はドーピング済みＧＳＴ層およびヒータの間にあり、ドーピング済みＧＳＴ層には第１のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている。本装置はさらにヒータの上に位置するライナを備えるのが好ましい。相変化材料領域はさらに第２のＧＳＴ層を備えるのが好ましい。ここで、ドーピング済みＧＳＴ層は第１のＧＳＴ層および第２のＧＳＴ層の間にあり、ドーピング済みＧＳＴ層には第２のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている。相変化材料領域はさらに、第２のドーピング済みＧＳＴ層および第３のＧＳＴ層を有してよく、ここで、第２のドーピング済みＧＳＴ層は第２のＧＳＴ層および第３のＧＳＴ層の間に位置しており、第２のドーピング済みＧＳＴ層には第２および第３のＧＳＴ層と異なるドーピングがされている。

【図1】