図面 (/)

技術 不揮発性記憶装置

出願人 東芝メモリ株式会社
発明者 石川貴之関春海藤井章輔齋藤真澄
出願日 2016年3月18日 (4年9ヶ月経過) 出願番号 2016-056055
公開日 2017年9月28日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2017-174857
状態 未査定
技術分野 半導体メモリ オブシンスキー素子 薄膜、厚膜装置
主要キーワード ギブス自由エネルギー 三次元積層構造 伝導フィラメント 時間遷移 イオン源電極 読み出し電流値 生成自由エネルギー 中間層中
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年9月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

記憶密度を向上できる不揮発性記憶装置を提供する。

解決手段

実施形態に係る不揮発性記憶装置は、第1、第2導電層と中間層とを含む。第1導電層は、Ag、Cu、Ni、Co、Ti、Al及びAuの少なくとも1つの第1元素を含む。中間層は、第1、第2導電層との間に設けられる。中間層は、第2元素と第3元素とを含む酸化物を含む。第2元素は、Ti、Ta、Hf、W、Mg、Al及びZrの少なくとも1つである。第3元素は、Si、Ge、Hf、Al、Ta、W、Zr、Ti及びMgの少なくとも1つである。中間層中の第1位置における酸素濃度は、第1位置と第2導電層との間の第2位置よりも高い。第2位置と第2導電層との間の第3位置における酸素濃度は、第2位置よりも高い。第1位置における第2元素濃度は、第2位置よりも低い。第3位置における第2元素濃度は、第2位置よりも高い。

概要

背景

不揮発性記憶装置として、抵抗電気的に可変抵抗変化型メモリ(ReRAM:Resistive Random Access Memory)がある。このような不揮発性記憶装置において、記憶密度の向上が求められている。

概要

記憶密度を向上できる不揮発性記憶装置を提供する。実施形態に係る不揮発性記憶装置は、第1、第2導電層と中間層とを含む。第1導電層は、Ag、Cu、Ni、Co、Ti、Al及びAuの少なくとも1つの第1元素を含む。中間層は、第1、第2導電層との間に設けられる。中間層は、第2元素と第3元素とを含む酸化物を含む。第2元素は、Ti、Ta、Hf、W、Mg、Al及びZrの少なくとも1つである。第3元素は、Si、Ge、Hf、Al、Ta、W、Zr、Ti及びMgの少なくとも1つである。中間層中の第1位置における酸素濃度は、第1位置と第2導電層との間の第2位置よりも高い。第2位置と第2導電層との間の第3位置における酸素濃度は、第2位置よりも高い。第1位置における第2元素濃度は、第2位置よりも低い。第3位置における第2元素濃度は、第2位置よりも高い。

目的

本発明の実施形態は、記憶密度を向上できる不揮発性記憶装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

Ag、Cu、Ni、Co、Ti、Al及びAuよりなる群から選択された少なくとも1つの第1元素を含む第1導電層と、第2導電層と、前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられ、Ti、Ta、Hf、W、Mg、Al及びZrよりなる群から選択された少なくとも1つの第2元素と、前記第2元素とは異なり、Si、Ge、Hf、Al、Ta、W、Zr、Ti及びMgよりなる群から選択された少なくとも1つの第3元素と、を含む酸化物を含む中間層と、を備え、前記中間層中の第1位置における酸素の濃度は、前記中間層中の、前記第1位置と前記第2導電層との間の第2位置における酸素の濃度よりも高く、前記中間層中の、前記第2位置と前記第2導電層との間の第3位置における酸素の濃度は、前記第2位置における前記酸素の濃度よりも高く、前記第1位置における前記第2元素の濃度は、前記第2位置における前記第2元素の濃度よりも低く、前記第3位置における前記第2元素の濃度は、前記第2位置における前記第2元素の濃度よりも高い、不揮発性記憶装置

請求項2

Ag、Cu、Ni、Co、Ti、Al及びAuよりなる群から選択された少なくとも1つの第1元素を含む第1導電層と、第2導電層と、前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられ、Ti、Ta、Hf、W、Mg、Al及びZrよりなる群から選択された少なくとも1つの第2元素と、前記第2元素とは異なり、Si、Ge、Hf、Al、Ta、W、Zr、Ti及びMgよりなる群から選択された少なくとも1つの第3元素と、を含む酸化物を含む中間層と、を備え、前記中間層中の第1位置における酸素の濃度は、前記第1位置と前記第2導電層との間の第2位置における酸素の濃度よりも高く、前記中間層中の、前記第2位置と前記第2導電層との間の第3位置における酸素の濃度は、前記第2位置における前記酸素の濃度よりも高く、前記中間層中の、前記第2位置と前記第3位置との間の第4位置における酸素の濃度は、前記第3位置における前記酸素の濃度よりも低く、前記中間層中の、前記第2位置と前記第4位置との間の第5位置における酸素の濃度は、前記第2位置における前記酸素の濃度よりも高く、前記第4位置における前記酸素の濃度よりも高く、前記第1位置における前記第2元素の濃度は、前記第2位置における前記第2元素の濃度よりも低く、前記第3位置における前記第2元素の濃度は、前記第4位置における前記第2元素の濃度よりも低く、前記第5位置における前記第2元素の濃度は、前記第2位置における前記第2元素の濃度よりも高く、前記第4位置における前記第2元素の濃度よりも高い、不揮発性記憶装置。

請求項3

Ag、Cu、Ni、Co、Ti、Al及びAuよりなる群から選択された少なくとも1つの第1元素を含む第1導電層と、第2導電層と、前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられ、Ti、Ta、Hf、W、Mg、Al及びZrよりなる群から選択された少なくとも1つの第2元素と、前記第2元素とは異なり、Si、Ge、Hf、Al、Ta、W、Zr、Ti及びMgよりなる群から選択された少なくとも1つの第3元素と、を含む酸化物を含む中間層と、を備え、前記中間層は、第1領域と、前記第1領域の周りに設けられた第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられた第3領域と、を含み、前記第1領域における酸素の濃度は、前記第3領域における酸素の濃度よりも高く、前記第2領域における酸素の濃度は、前記第3領域における前記酸素の濃度よりも高く、前記第2領域における前記第2元素の濃度は、前記第3領域における前記第2元素の濃度よりも低く、前記第1領域における前記第2元素の濃度は、前記第3領域における前記第2元素の濃度よりも高い、不揮発性記憶装置。

請求項4

前記第1元素は、Agを含み、前記第2元素は、Tiを含み、前記第3元素は、Siを含む、請求項1〜3のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置。

請求項5

前記第2導電層は、Si、Ge、W、Pt、Ta、Mo、TiN、TaN及びWNよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、請求項1〜4のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置。

請求項6

前記第2元素の酸化物の酸素原子個当たり標準生成自由エネルギーの絶対値は、前記第3元素の酸化物の酸素原子1個当たりの標準生成自由エネルギーの絶対値よりも大きい、請求項1〜5のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置。

請求項7

前記第1導電層は、前記第2導電層から前記第1導電層に向かう第1方向と交差する第2方向に延びる、請求項1〜6のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置。

請求項8

前記第2導電層は、前記第2導電層から前記第1導電層に向かう第1方向と交差する方向に延びる、請求項1〜6のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置。

請求項9

前記第1導電層は、前記第2導電層から前記第1導電層に向かう第1方向と交差する第2方向に延び、前記第2導電層は、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向に延びる、請求項1〜6のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置。

請求項10

前記第2導電層から前記第1導電層に向かう第1方向と交差する第2方向に延びる第1配線と、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向に延びる第2配線と、をさらに備え、前記第1導電層及び前記第2導電層は、前記第1配線と前記第2配線との間に配置される、請求項1〜6のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、不揮発性記憶装置に関する。

背景技術

0002

不揮発性記憶装置として、抵抗電気的に可変抵抗変化型メモリ(ReRAM:Resistive Random Access Memory)がある。このような不揮発性記憶装置において、記憶密度の向上が求められている。

先行技術

0003

米国特許出願公開第2009/0014707号明細書

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の実施形態は、記憶密度を向上できる不揮発性記憶装置を提供する。

課題を解決するための手段

0005

本発明の実施形態によれば、第1導電層と、第2導電層と、中間層と、を含む不揮発性記憶装置が提供される。前記第1導電層は、第1元素を含む。前記第1元素は、Ag、Cu、Ni、Co、Ti、Al及びAuよりなる群から選択された少なくとも1つである。前記中間層は、前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられる。前記中間層は、酸化物を含む。前記酸化物は、第2元素と、第2元素とは異なる第3元素と、を含む。前記第2元素は、Ti、Ta、Hf、W、Mg、Al及びZrよりなる群から選択された少なくとも1つである。前記第3元素は、Si、Ge、Hf、Al、Ta、W、Zr、Ti及びMgよりなる群から選択された少なくとも1つである。前記中間層中の第1位置における酸素の濃度は、前記中間層中の、前記第1位置と前記第2導電層との間の第2位置における酸素の濃度よりも高い。前記中間層中の、前記第2位置と前記第2導電層との間の第3位置における酸素の濃度は、前記第2位置における前記酸素の濃度よりも高い。前記第1位置における前記第2元素の濃度は、前記第2位置における前記第2元素の濃度よりも低い。前記第3位置における前記第2元素の濃度は、前記第2位置における前記第2元素の濃度よりも高い。

図面の簡単な説明

0006

図1(a)〜図1(c)は、第1の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。
不揮発性記憶装置の特性を例示するグラフ図である。
第1の実施形態に係る不揮発性記憶装置の状態を例示する模式的断面図である。
第1の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。
第2の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。
第3の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。
図7(a)〜図7(d)は、第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的斜視図である。
第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的平面図である。

実施例

0007

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1(a)〜図1(c)は、第1の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式図である。
図1(a)は、模式的断面図である。図1(b)は、酸素の濃度分布を例示するグラフ図である。図1(c)は、不揮発性記憶装置に含まれる元素の濃度分布を例示するグラフ図である。
図1(a)に示すように、実施形態に係る不揮発性記憶装置110は、積層体10を含む。積層体10は、第1導電層11と、第2導電層12と、中間層21と、を含む。

0008

第2導電層12は、第1方向において第1導電層11と離間して設けられる。中間層21は、第1導電層11と第2導電層12との間に設けられる。

0009

第1導電層11は、第1元素を含む。第1元素には、イオン化し易い金属が用いられる。第1元素は、例えば、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)及び金(Au)よりなる群から選択されたいずれか1つである。第1元素は、例えば、Agである。不揮発性記憶装置110への電圧印加に伴い、第1導電層11の第1元素は、イオン化して中間層21に入り込み、中間層21の中に析出する。第1導電層11は、イオン源電極として機能する。

0010

第2導電層12には、第1元素よりもイオン化し難く、化学的に不活性な材料が用いられる。第2導電層12は、例えば、タングステン(W)、白金(Pt)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)及び窒化タングステン(WN)よりなる群から選択された少なくとも1つを含む。第2導電層12は、例えば、シリコン(Si)及びゲルマニウム(Ge)の少なくとも1つを含んでもよい。第2導電層12には、高濃度にドープされた半導体を用いても良い。例えば、高濃度にドープされたSiや、高濃度にドープされたGeなどが用いられる。第2導電層12は、対向電極として機能する。

0011

中間層21は、酸化物を含む。酸化物は、第2元素と、第3元素と、を含む。第2元素は、例えば、Ti、Ta、ハフニウム(Hf)、W、Mg、Al及びジルコニウム(Zr)よりなる群から選択された少なくとも1つである。第2元素は、例えば、Tiである。第3元素は、第2元素とは異なる。第3元素は、例えば、Si及びGeの少なくとも1つである。第3元素は、例えば、Hf、Al、Ta、W、Zr、Ti及びMgよりなる群から選択された少なくとも1つでもよい。第3元素は、例えば、Siである。

0012

中間層21は、抵抗変化層として機能する。中間層21は、不揮発性記憶装置110への電圧印加により抵抗が変化する。例えば、中間層21は、書き込み時の電圧印加に伴い低抵抗状態遷移し、消去時の電圧印加に伴い高抵抗状態に遷移する。不揮発性記憶装置110は、例えば、書き込み時の電圧印加の方向と、消去時の電圧印加の方向と、が互いに逆向きとなる。不揮発性記憶装置110は、例えば、バイポーラ動作する不揮発性抵抗変化メモリ素子として機能する。

0013

第2導電層12から第1導電層11に向かう方向(第1方向)をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向及びX軸方向に対して垂直な1つの方向をY軸方向とする。

0014

中間層21は、第1位置p1と、第2位置p2と、第3位置p3と、第4位置p4と、を有する。第1位置p1は、Z軸方向に沿う。第2位置p2は、第1位置p1と第2導電層12との間に位置する。第3位置p3は、第2位置p2と第2導電層12との間に位置する。第4位置p4は、第3位置p3と第2導電層12との間に位置する。これらの4つの位置のそれぞれは、4つのX−Y平面内の1つの領域でも良い。例えば、中間層21は、第1位置p1を含む第1領域r1と、第2位置p2を含む第2領域r2と、第3位置p3を含む第3領域r3と、第4位置p4を含む第4領域r4と、を含む。

0015

図1(b)は、中間層21における酸素の濃度分布を例示する。図1(b)中、横軸は、Z軸方向における位置pzを示す。縦軸は、酸素の濃度cを示す。図1(c)は、中間層21における第1〜第3元素の濃度分布を例示する。図1(c)中、横軸は、Z軸方向における位置pzを示す。縦軸は、元素の濃度cを示す。濃度分布c1は、第1元素(例えばAg)の濃度分布を示す。濃度分布c2は、第2元素(例えばTi)の濃度分布を示す。濃度分布c3は、第3元素(例えばSi)の濃度分布を示す。

0016

図1(b)に示すように、第1位置p1における酸素の濃度は、第2位置p2における酸素の濃度よりも高い。第3位置p1における酸素の濃度は、第2位置p2における酸素の濃度よりも高い。第1領域r1は、第3元素(例えばSi)の酸化物を含む。第2領域r2は、第3元素(例えばSi)の酸素プアな酸化物を含む。酸化物は、例えば、SiO2である。酸素プアな酸化物は、例えば、SiO2−x(0<x<2)で表される。酸素プアな酸化物は、酸化物の酸素が還元されることにより形成される。第1領域r1における酸素の濃度は、第2領域r2における酸素の濃度よりも高くなる。

0017

図1(b)の例では、中間層21における酸素濃度は、第2位置p2において極小値を有する。

0018

図1(c)に示すように、第1位置p1における第2元素(例えばTi)の濃度は、第2位置p2における第2元素の濃度よりも低い。第3位置p3における第2元素の濃度は、第2位置p2における第2元素の濃度よりも高い。第4位置p4における第2元素の濃度は、第3位置p3における第2元素の濃度よりも高い。第3領域r3は、第2元素の酸化物を含む。第4領域r4は、第2元素を含む。第2元素は、例えば、Tiである。酸化物は、例えば、TiO2である。酸化物は、例えば、第2元素が酸化されることにより形成される。第4領域r4の厚さは、例えば、5ナノメートル(nm)以下であることが望ましい。第3領域r3の厚さは、例えば、2nm以下であることが望ましい。

0019

第2元素の酸化物の酸素原子個当たり標準生成自由エネルギーの絶対値は、第3元素の酸化物の酸素原子1個当たりの標準生成自由エネルギーの絶対値よりも大きいことが望ましい。標準生成自由エネルギー(標準生成ギブス自由エネルギー)とは、大気圧下(1気圧、25℃)で単位量当たりの酸化物を生成するときに生じる酸素原子1個当たりの自由エネルギーのことをいう。標準生成自由エネルギーの絶対値が大きいほど、化学的に安定な材料である。この例では、第2元素の酸化物は、第3元素の酸化物よりも化学的に安定である。

0020

実施形態においては、第1導電層11と第2導電層12との間に中間層21を設けることで、中間層21内の酸素を還元させる。これにより、例えば、中間層21に形成される伝導フィラメントにかかる応力を低減し、伝導フィラメントの保持特性を向上させることができる。例えば、メモリ部のサイズ(セルサイズ)が小さく高記憶密度においても、安定した動作を行うことができる。実施形態によれば、記憶密度を向上できる。

0021

ここで、不揮発性記憶装置において、イオン源電極にAgTi合金、対向電極にp+Si、抵抗変化層にSiO2を用いた参考例がある。成分分析の結果、AgTi合金とSiO2との界面には、Tiが析出し、TiO2が生成されている。つまり、イオン源電極から抵抗変化層に向けて、順に、AgTi合金、Ti、TiO2、SiO2となっていると考えられる。

0022

図1(c)に示すように、第1元素(例えばAg)の濃度は、第1位置p1で高く、第2位置p2、第3位置p3及び第4位置p4の順で低下する。第3元素(例えばSi)の濃度は、第1位置p1及び第2位置p2で比較的高く、第3位置p3よりも第4位置p4において低い。この例では、第2位置p2における第3元素の濃度は、第1位置p1における第3元素の濃度よりも高い。第2位置p2における第3元素の濃度は、第3位置p3における第3元素の濃度よりも高い。

0023

図2は、不揮発性記憶装置の特性を例示するグラフ図である。
図2は、参考例に係る伝導フィラメントの保持特性を例示する。図2において、横軸は、時間T(hour)を示す。縦軸は、)電流I(A)を示す。イオン源電極にAgTi合金を用いた参考例の保持特性S1と、イオン源電極にAgを用いた参考例の保持特性S2と、を示す。

0024

図2は、読み出し電流値時間遷移を示している。保持特性S1の点sp1が高抵抗状態(オフ状態)のときの電流値、保持特性S1の点sp2が低抵抗状態(書き込み状態)のときの電流値を示す。

0025

図2には、イオン源電極にAgを用いた参考例の保持特性S2も併せて示している。この素子では、イオン源電極と抵抗変化層との界面にTiO2は生成されていない。これに対して、イオン源電極にAgTi合金を用いた構造(保持特性S1)では、イオン源電極と抵抗変化層との界面にTiO2が生成されている。図2に示されるように、界面にTiO2が生成された素子では、一定時間放置後の読み出し電流値が高く、低抵抗状態の保持特性が向上している。つまり、イオン源電極と抵抗変化層との界面にTiO2が生成されていることから、抵抗変化層内は還元により酸素の少ない状態になっていると考えられる。すなわち、抵抗変化層内の酸素を少なくすることで、伝導フィラメントの保持特性の向上が可能になると考えられる。

0026

しかしながら、図2のように、イオン源電極にAgTi合金を用いた場合、イオン源電極にAgを用いた場合と比べ、書き込み時の動作電圧が増大してしまう。つまり、動作電圧の低減と、伝導フィラメントの保持特性の向上とはトレードオフの関係にある。このため、書き込み時の動作電圧を抑制しつつ、伝導フィラメントの保持特性を向上させることが望まれる。

0027

図3は、第1の実施形態に係る不揮発性記憶装置の状態を例示する模式的断面図である。
図3は、不揮発性記憶装置の伝導フィラメントの状態を例示する。
図3に示すように、実施形態に係る不揮発性記憶装置110において、第1導電層11は、例えば、Agなどの第1元素を含む。第1導電層11と第2導電層12との間には中間層21が設けられる。中間層21は、第1領域r1と、第2領域r2と、第3領域r3と、第4領域r4と、を含む。第1領域r1は、例えば、SiO2を含む。第2領域r2は、例えば、SiO2よりも酸素濃度の低いSiO2−x(0<x<2)を含む。第3領域r3は、例えば、TiO2を含む。第4領域r4は、例えば、Tiを含む。中間層21の内部には、伝導フィラメントF1が形成されている。伝導フィラメントF1は、第1元素を含む。

0028

不揮発性記憶装置110に書き込み時の電圧印加されると、第1導電層11の第1元素の原子がイオン化する。イオン化した原子は、中間層21に侵入する。中間層21の内部には、第1元素を含む伝導フィラメントF1が形成される。伝導フィラメントF1は、中間層21内の応力の影響を強く受ける。実施形態においては、第4領域r4の還元作用D1により第1〜第3領域r1〜r3内の酸素が減少している。このため、第1〜第3領域r1〜r3内の応力が弱くなる。伝導フィラメントF1において、第1〜第3領域r1〜r3内における応力の影響が軽減される。これにより、伝導フィラメントF1の安定性が高くなり、保持特性が向上する。

0029

さらに、実施形態においては、Tiを含む中間層21は、第1導電層11と第2導電層12との間に設けられている。つまり、第1導電層11にAgTi合金を用いていない。このため、書き込み時の動作電圧の増大を抑制することができる。

0030

このように、実施形態によれば、書き込み時の動作電圧の増大を抑制しつつ、伝導フィラメントF1の保持特性を向上させることができる。これにより、高い記憶密度においても安定した動作を行うことが可能となる。実施形態によれば、記憶密度を向上できる。

0031

以下、実施形態に係る不揮発性記憶装置110の動作について説明する。
不揮発性記憶装置110の積層体10は、記憶デバイスの1つの単位(例えば最小単位)として利用される。この1つの単位は、高抵抗状態及び低抵抗状態の2つの記憶状態を有する。

0032

図3を参照して不揮発性記憶装置110における書き込み動作の例について説明する。 書き込み動作においては、第2導電層12に対して正の電圧を第1導電層11に印加する。これにより、第1導電層11に含まれるAgなどの第1元素の原子がイオン化する。イオン化した原子は、積層体10中に生じた電界によって、中間層21へ輸送される。輸送されたイオンは、中間層21の中で還元され、伝導フィラメントF1を形成する。これにより、積層体10の電気抵抗は、高抵抗状態から低抵抗状態へと遷移する。

0033

消去動作においては、第1導電層11に対して正の電圧を第2導電層12に印加する。これにより、伝導フィラメントF1に含まれる第1元素は、第1導電層11の側へ輸送され、伝導フィラメントF1は、消失する。これにより、積層体10の電気抵抗は、低抵抗状態から高抵抗状態へと遷移する。

0034

読み出し動作においては、積層体10の記憶状態を外部回路に読み出すために、第2導電層12に対して正の電圧を第1導電層11に印加する。例えば、読み出し動作における電圧は、書き込み動作における電圧と異なる。逆方向の電圧を印加してもよい。例えば、第1導電層11に対して正の電圧を第2導電層12に印加してもよい。

0035

図4は、第1の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。

0036

図4に示すように、実施形態に係る不揮発性記憶装置111は、第1導電層11と、第2導電層12と、中間層21と、を含む。中間層21は、例えば、第2元素が島状に設けられていてもよい。中間層21は、第2元素を含む複数の凸部21aを有する。複数の凸部21aは、第3位置p3と第2導電層12との間に設けられる。複数の凸部21aのそれぞれの断面は、例えば、弧状である。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。
図5に示すように、実施形態に係る不揮発性記憶装置112は、第1導電層11と、第2導電層12と、中間層22と、を含む。

0037

第1導電層11は、第1元素を含む。第1元素は、例えば、Ag、Cu、Ni、Co、Ti、Al及びAuよりなる群から選択されたいずれか1つである。第1元素は、例えば、Agである。

0038

第2導電層12は、例えば、W、Pt、Ta、Mo、TiN、TaN及びWNよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。第2導電層12は、例えば、Si及びGeの少なくとも1つを含んでもよい。

0039

中間層22は、第1導電層11と第2導電層12との間に設けられる。中間層22は、酸化物を含む。酸化物は、第2元素と、第3元素と、を含む。第3元素は、第2元素とは異なる。第2元素は、例えば、Ti、Ta、Hf、W、Mg、Al及びZrよりなる群から選択された少なくとも1つである。第3元素は、例えば、Si及びGeの少なくとも1つである。第3元素は、例えば、Hf、Al、Ta、W、Zr、Ti及びMgよりなる群から選択された少なくとも1つでもよい。第2元素は、例えば、Tiである。第3元素は、例えば、Siである。

0040

中間層22は、第1位置p11と、第2位置p12と、第3位置p13と、第4位置p14と、第5位置p15と、を有する。第2位置p12は、第1位置p11と第2導電層12との間に位置する。第3位置p13は、第2位置p12と第2導電層12との間に位置する。第4位置p14は、第2位置p12と第3位置p13との間に位置する。第5位置p15は、第2位置p12と第4位置p14との間に位置する。

0041

第1位置p11における酸素の濃度は、第2位置p12における酸素の濃度よりも高い。第3位置p13における酸素の濃度は、第2位置p12における酸素の濃度よりも高い。第4位置p14における酸素の濃度は、第3位置p13における酸素の濃度よりも低い。第5位置p15における酸素の濃度は、第2位置p12における酸素の濃度よりも高く、第4位置p14における酸素の濃度よりも高い。

0042

一方、第1位置p11における第2元素の濃度は、第2位置p12における第2元素の濃度よりも低い。第3位置p13における第2元素の濃度は、第4位置p14における第2元素の濃度よりも低い。第5位置p15における第2元素の濃度は、第2位置p12における第2元素の濃度よりも高く、第4位置p14における第2元素の濃度よりも高い。

0043

中間層22は、第1位置p11を含む第1領域r11と、第2位置p12を含む第2領域r12と、第3位置p13を含む第3領域r13と、第4位置p14を含む第4領域r14と、第5位置p15を含む第5領域r15と、を含む。第1領域r11及び第3領域r13のそれぞれは、例えば、SiO2を含む。第2領域r12及び第4領域r14のそれぞれは、例えば、SiO2−x(0<x<2)を含む。第5領域r15は、例えば、TiO2を含む。

0044

実施形態においては、2つのシリコン酸化層の間に、酸化チタン層が設けられている。すなわち、第2領域r12と第4領域r14との間に第5領域r15を設けることで、第1〜第4領域r11〜r14内の酸素を還元させる。これにより、中間層22に形成される伝導フィラメントにかかる応力を低減し、伝導フィラメントの保持特性を向上させることができる。これにより、例えば、メモリ部のサイズ(セルサイズ)が小さく高記憶密度においても安定した動作を行うことができる。実施形態によれば、記憶密度を向上できる。
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的断面図である。
図6に示すように、実施形態に係る不揮発性記憶装置113は、第1導電層11と、第2導電層12と、中間層23と、を含む。

0045

第1導電層11は、第1元素を含む。第1元素は、例えば、Ag、Cu、Ni、Co、Ti、Al及びAuよりなる群から選択されたいずれか1つである。第1元素は、例えば、Agである。

0046

第2導電層12は、例えば、W、Pt、Ta、Mo、TiN、TaN及びWNよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。第2導電層12は、例えば、Si及びGeの少なくとも1つを含んでもよい。

0047

中間層23は、第1導電層11と第2導電層12との間に設けられる。中間層23は、酸化物を含む。酸化物は、第2元素と、第3元素と、を含む。第3元素は、第2元素とは異なる。第2元素は、例えば、Ti、Ta、Hf、W、Mg、Al及びZrよりなる群から選択された少なくとも1つである。第3元素は、例えば、Si及びGeの少なくとも1つである。第3元素は、例えば、Hf、Al、Ta、W、Zr、Ti及びMgよりなる群から選択された少なくとも1つでもよい。第2元素は、例えば、Tiである。第3元素は、例えば、Siである。

0048

中間層23は、第1領域r21と、第2領域r22と、第3領域r23と、を含む。第2領域r22は、第1領域r21の周りに設けられる。第3領域r23は、第1領域r21と第2領域r22との間に設けられる。つまり、第1領域r21は、層状ではなく、複数の粒子状に中間層23内に埋め込まれている。

0049

第1領域r21における酸素の濃度は、第3領域r23における酸素の濃度よりも高い。第2領域r22における酸素の濃度は、第3領域r23における酸素の濃度よりも高い。第2領域r22における第2元素の濃度は、第3領域r23における第2元素の濃度よりも低い。第1領域r21における第2元素の濃度は、第3領域r23における第2元素の濃度よりも高い。第2領域r22は、例えば、SiO2を含む。第3領域r23は、例えば、SiO2−x(0<x<2)を含む。第1領域r21は、例えば、TiO2を含む。

0050

実施形態においては、シリコン酸化層内にチタン酸化物が粒子状に埋め込まれている。すなわち、第1領域r21の周りに第2、第3領域r22、r23を設けることで、第2、第3領域r22、r23内の酸素を還元させる。これにより、中間層23に形成される伝導フィラメントにかかる応力を低減し、伝導フィラメントの保持特性を向上させることができる。これにより、例えば、メモリ部のサイズ(セルサイズ)が小さく高記憶密度においても安定した動作を行うことができる。実施形態によれば、記憶密度を向上できる。
(第4の実施形態)
実施形態に係る不揮発性記憶装置は、クロスポイント型のメモリである。実施形態に係る不揮発性記憶装置には、第1〜第3の実施形態に関して説明した積層体10及びその変形が用いられる。

0051

図7(a)〜図7(d)は、第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的斜視図である。
図7(a)に示すように、実施形態に係る不揮発性記憶装置121においては、第1導電層11は、第2方向に延びている。第2方向は、X軸方向である。X軸方向は、例えば、Z軸方向(積層方向)と直交している。さらに、第2導電層12は、第3方向に延びている。第3方向は、Y軸方向である。Y軸方向は、例えば、X軸方向及びZ軸方向と直交している。

0052

中間層21は、Z軸方向に対して垂直な平面(X−Y平面)に投影したときに、第1導電層11の一部と重なる。中間層21は、X−Y平面に投影したときに、第2導電層12の一部と重なる。中間層21は、X−Y平面に投影したときに、第1導電層11と第2導電層12とが重なる領域と重なる。

0053

この例では、第1導電層11は、1つの配線となり、第2導電層12は、別の1つの配線となる。そして、これらの配線が交差する位置に、中間層21が設けられる。

0054

図7(b)に示すように、不揮発性記憶装置122においては、第1配線41が設けられる。第1配線41は、X軸方向に延びる。第2導電層12は、Y軸方向に延びる。中間層21は、X−Y平面に投影したときに、第2導電層12の一部と重なる。第1配線41と第2導電層12との間に、中間層21及び第1導電層11が設けられる。積層体10は、X−Y平面に投影したときに、第1配線41の一部と重なる。

0055

図7(c)に示すように、不揮発性記憶装置123においては、第2配線42が設けられる。第2配線42は、Y軸方向に延びる。第1導電層11は、X軸方向に延びる。中間層21は、X−Y平面に投影したときに、第1導電層11の一部と重なる。第2配線42と第1導電層11との間に、中間層21及び第2導電層12が設けられる。積層体10は、X−Y平面に投影したときに、第2配線42の一部と重なる。

0056

図7(d)に示すように、不揮発性記憶装置124においては、第1配線41及び第2配線42が設けられる。第1配線41は、X軸方向に延びる。第2配線42は、Y軸方向に延びる。積層体10は、第1配線41と第2配線42との間に配置される。すなわち、第1導電層11、中間層21及び第2導電層12は、第1配線41と第2配線42との間に配置される。

0057

実施形態において、第1導電層11及び第2導電層12の少なくともいずれかを配線として用いても良い。第1導電層11及び第2導電層12とは別に、配線(第1配線41及び第2配線42の少なくともいずれか)を設けても良い。

0058

中間層21を含む積層膜は、角柱状でも良く、円柱状(扁平円状を含む)でも良い。

0059

図8は、第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置を例示する模式的平面図である。
図8に示すように、不揮発性記憶装置125においては、複数の配線61と、複数の配線62と、が設けられる。複数の配線61は、互いに平行である。複数の配線62は、互いに平行である。配線61の延びる方向は、配線62の延びる向と交差する。配線61には、例えば、第1導電層11または第1配線41が用いられる。配線62には、例えば、第2導電層12または第2配線42が用いられる。配線61は、例えば、ワード線として用いられる。配線62は、例えば、ビット線として用いられる。

0060

複数の配線61のそれぞれと、複数の配線62のそれぞれと、の間の交差部に、複数の積層体10(少なくとも中間層21)のそれぞれが設けられる。配線61及び配線62は、制御部63に接続される。配線61及び配線62により、複数の積層体10のいずれかが選択状態とされ、所望の動作が行われる。不揮発性記憶装置125は、クロスポイント型抵抗変化メモリである。

0061

不揮発性記憶装置125において、基板64が設けられる。基板64の上に、配線61及び配線62が設けられる。積層体10における積層順は、任意である。例えば、基板64と第1導電層11との間に、第2導電層12が配置されても良い。一方、基板64と第2導電層12との間に、第1導電層11が配置されても良い。積層体10のZ軸方向は、基板64の主面と交差しても良い。

0062

複数の積層体10を積層しても良い。すなわち、実施形態は、三次元積層構造のクロスポイント型メモリに適用できる。

0063

実施形態によれば、記憶密度を向上できる不揮発性記憶装置が提供できる。

0064

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

0065

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、第1導電層、第2導電層及び中間層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

0066

また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

0067

その他、本発明の実施の形態として上述した不揮発性記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての不揮発性記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

0068

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

0069

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0070

10…積層体、 11、12…第1、第2導電層、 21、22、23…中間層、 21a…凸部、 41、42…第1、第2配線、 61、62…配線、 63…制御部、 64…基板、 110〜113、121〜125…不揮発性記憶装置、 D1…還元作用、 F1…伝導フィラメント、 S1、S2…保持特性、 c1〜c3…濃度分布、 p1〜p3、p11〜p13…第1〜第3位置、 p14、p15…第4、第5位置、 r1〜r3、r11〜r13、r21〜r23…第1〜第3領域、 r4…第4領域、 r14、r15…第4、第5領域、 sp1、sp2…点

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 国立大学法人静岡大学の「 半導体装置及びその製造方法」が 公開されました。( 2020/10/08)

    【課題・解決手段】不揮発性メモリ装置1は、半導体基板3と、半導体基板3上の高さh1の面に沿って直線状の複数のワード線11、半導体基板3上の高さh2の面に沿ってワード線11に交差する方向に形成された直線... 詳細

  • ラムリサーチコーポレーションの「 水平表面上におけるSiNの選択的堆積」が 公開されました。( 2020/10/08)

    【解決手段】高密度プラズマ化学気相成長(HDP CVD)によって窒化ケイ素(SiN)を選択的に堆積させて、交互に設けられた酸化物層および窒化物層を有する3D NAND階段構造において、窒化物層の露... 詳細

  • 株式会社半導体エネルギー研究所の「 トランジスタ」が 公開されました。( 2020/10/08)

    【課題】安定した電気特性を有するトランジスタを提供する。または、非導通時の電流の小さいトランジスタを提供する。または、導通時の電流の大きいトランジスタを提供する。または、当該トランジスタを有する半導体... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ