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JP2007165474A - Storage element and storage device - Google Patents

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JP2007165474A
JP2007165474A JP2005358001A JP2005358001A JP2007165474A JP 2007165474 A JP2007165474 A JP 2007165474A JP 2005358001 A JP2005358001 A JP 2005358001A JP 2005358001 A JP2005358001 A JP 2005358001A JP 2007165474 A JP2007165474 A JP 2007165474A
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JP
Japan
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memory
layer
memory element
electrode
insulating layer
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Application number
JP2005358001A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Kochiyama
彰 河内山
Katsuhisa Araya
勝久 荒谷
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a storage element capable of stably holding the contents recorded. <P>SOLUTION: A storage layer 3, having a resistance that varies due to the application of a voltage, is held between a first electrode 2 and a second electrode 6, and the storage element 10 with a formed insulating layer 11 having pores is constituted between either of the first electrode 2 or the second electrode 6 and the storage layer 3. Since a place can be prescribed, where a conductive path in the storage layer 3 is formed by pores, dispersion of the resistance value of the storage layer 3 suppressed, and the resistance value can be stabilized. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、情報を記録することができる記憶素子及びこの記憶素子を用いた記憶装置に係わる。   The present invention relates to a memory element capable of recording information and a memory device using the memory element.

コンピュータ等の情報機器においては、ランダム・アクセス・メモリとして、動作が高速で、高密度のDRAMが広く使用されている。   In information equipment such as a computer, a high-speed and high-density DRAM is widely used as a random access memory.

しかしながら、DRAMは、電子機器に用いられる一般的な論理回路LSIや信号処理と比較して製造プロセスが複雑であるため、製造コストが高くなっている。
また、DRAMは、電源を切ると情報が消えてしまう揮発性メモリであり、頻繁にリフレッシュ動作、即ち書き込んだ情報(データ)を読み出し、増幅し直して、再度書き込み直す動作を行う必要がある。
However, a DRAM has a higher manufacturing cost because a manufacturing process is more complicated than a general logic circuit LSI or signal processing used in an electronic device.
The DRAM is a volatile memory in which information disappears when the power is turned off, and it is necessary to frequently perform a refresh operation, that is, an operation of reading, amplifying, and rewriting the written information (data).

そこで、電源を切っても情報が消えない不揮発性のメモリとして、例えば、フラッシュメモリ、FeRAM(強誘電体メモリ)やMRAM(磁気記憶素子)等が提案されている。
これらのメモリの場合、電源を供給しなくても書き込んだ情報を長時間保持し続けることが可能になる。
また、これらのメモリの場合、不揮発性とすることにより、リフレッシュ動作を不要にして、その分消費電力を低減することができると考えられる。
Thus, for example, flash memories, FeRAMs (ferroelectric memories), MRAMs (magnetic storage elements), and the like have been proposed as nonvolatile memories whose information does not disappear even when the power is turned off.
In the case of these memories, it is possible to keep the written information for a long time without supplying power.
In addition, in the case of these memories, it is considered that by making them non-volatile, the refresh operation is unnecessary and the power consumption can be reduced accordingly.

しかしながら、上述の不揮発性のメモリは、各メモリセルを構成するメモリ素子の縮小化に伴い、記憶素子としての特性を確保することが困難になってくる。
このため、デザインルールの限界や製造プロセス上の限界まで素子を縮小化することは難しい。
However, with the above-described nonvolatile memory, it is difficult to ensure characteristics as a memory element as the memory elements constituting each memory cell are reduced.
For this reason, it is difficult to reduce the element to the limit of the design rule and the limit of the manufacturing process.

そこで、縮小化に適した構成のメモリとして、新しいタイプの記憶素子が提案されている。
この記憶素子は、2つの電極の間に、ある金属を含むイオン導電体を挟んだ構造である。
そして、2つの電極のいずれか一方にイオン導電体中に含まれる金属を含ませることによって、2つの電極間に電圧を印加した場合に、電極中に含まれる金属がイオン導電体中にイオンとして拡散することによって、イオン導電体の抵抗或いはキャパシタンス等の電気特性が変化する。
この特性を利用してメモリデバイスを構成することが可能である(例えば特許文献1、非特許文献1参照。)。
Therefore, a new type of storage element has been proposed as a memory having a configuration suitable for downsizing.
This memory element has a structure in which an ionic conductor containing a certain metal is sandwiched between two electrodes.
And by including the metal contained in the ionic conductor in one of the two electrodes, when a voltage is applied between the two electrodes, the metal contained in the electrode becomes an ion in the ionic conductor. The diffusion changes the electrical characteristics such as resistance or capacitance of the ionic conductor.
A memory device can be configured using this characteristic (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

具体的には、イオン導電体はカルコゲナイドと金属との固溶体よりなり、さらに具体的には、AsS,GeS,GeSeにCu,Ag,Znが固溶された材料からなり、2つの電極のいずれか一方の電極には、Cu,Ag,Znを含んでいる(上記特許文献1参照)。   Specifically, the ionic conductor is made of a solid solution of chalcogenide and metal, and more specifically, made of a material in which Cu, Ag, Zn is dissolved in AsS, GeS, GeSe, and is one of the two electrodes. One electrode contains Cu, Ag, and Zn (see Patent Document 1).

また、この記憶素子の製造方法として、基板上にカルコゲナイドから成るイオン導電体を堆積させた後に、金属を含む電極をイオン導電体上に堆積させ、イオン導電体の光学ギャップ以上のエネルギーを有する光を照射する、或いは熱を加えることによって、金属をイオン導電体中に拡散させて固溶させる方法により、金属を含有するイオン導電体を形成する方法が提案されている。   In addition, as a method for manufacturing this memory element, an ion conductor made of chalcogenide is deposited on a substrate, and then an electrode containing a metal is deposited on the ion conductor, so that light having an energy larger than the optical gap of the ion conductor is obtained. There has been proposed a method of forming an ionic conductor containing a metal by a method in which a metal is diffused into an ionic conductor to form a solid solution by irradiating or heat.

さらにまた、結晶酸化物材料を用いた各種不揮発メモリも提案されており、例えば、CrがドープされたSrZrO結晶材料を、SrRuO或いはPtによる下部電極と、Au或いはPtによる上部電極とにより挟んだ構造のデバイスにおいて、極性の異なる電圧の印加により可逆的に抵抗が変化することによるメモリが報告されている(非特許文献2参照)。ただし、その原理等の詳細は不明である。
特表2002−536840号公報 日経エレクトロニクス 2003.1.20号(第104頁) A.Beck et al.,Appl.Phys.Lett.,77,(2000年),p.139
Furthermore, various non-volatile memories using crystalline oxide materials have been proposed. For example, Cr-doped SrZrO 3 crystalline material is sandwiched between a lower electrode made of SrRuO 3 or Pt and an upper electrode made of Au or Pt. In a device having an elliptical structure, a memory is reported in which resistance is reversibly changed by application of voltages having different polarities (see Non-Patent Document 2). However, the details such as the principle are unknown.
Special Table 2002-536840 Publication Nikkei Electronics 2003.1.20 (page 104) A. Beck et al., Appl. Phys. Lett., 77, (2000), p. 139

しかしながら、上述した、上部電極或いは下部電極のいずれかにCu,Ag,Znを含み、それらの電極にGeS或いはGeSeアモルファスカルコゲナイド材料が挟まれた構造の記憶素子では、上部電極と下部電極とが対向する部分の不特定箇所で金属イオンの移動が生じ、かつ移動する金属イオンの量も一定ではない。   However, in the above-described memory element in which either the upper electrode or the lower electrode contains Cu, Ag, Zn and GeS or GeSe amorphous chalcogenide material is sandwiched between the electrodes, the upper electrode and the lower electrode face each other. The movement of the metal ions occurs at an unspecified portion of the portion to be moved, and the amount of the moving metal ions is not constant.

このため、記憶素子に電圧を印加して高抵抗状態から低抵抗状態にするときに、記憶素子の抵抗値をほぼ一定に制御することが困難である。
従って、例えば、高温環境下或いは長期保存時において、抵抗値が変動することがあり、記録された情報を安定して保持することができなくなる。
For this reason, it is difficult to control the resistance value of the memory element to be substantially constant when a voltage is applied to the memory element to change from the high resistance state to the low resistance state.
Therefore, for example, the resistance value may fluctuate in a high-temperature environment or during long-term storage, and recorded information cannot be stably held.

上述した問題の解決のために、本発明においては、記録された内容を安定して保持することができる記憶素子及びこれを用いた記憶装置を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a storage element that can stably hold recorded contents and a storage device using the storage element.

本発明の記憶素子は、第1の電極及び第2の電極の間に、電圧印加により抵抗が変化する記憶層が挟まれて構成され、第1の電極及び第2の電極のいずれかと、記憶層との間に、細孔を有する絶縁層が形成されているものである。
本発明の記憶装置は、上記本発明の記憶素子と、第1の電極側に接続された配線と、第2の電極側に接続された配線とを有し、記憶素子が多数配置されて成るものである。
The memory element of the present invention is configured by sandwiching a memory layer whose resistance is changed by voltage application between a first electrode and a second electrode, and stores either the first electrode or the second electrode. An insulating layer having pores is formed between the layers.
A memory device of the present invention includes the memory element of the present invention, a wiring connected to the first electrode side, and a wiring connected to the second electrode side, and a large number of memory elements are arranged. Is.

上述の本発明の記憶素子の構成によれば、第1の電極及び第2の電極のいずれかと、記憶層との間に、細孔を有する絶縁層が形成されていることにより、細孔によって記憶層内における導電パスが形成される位置を規定することができるため、情報の記録後の記憶層の抵抗値のばらつきを抑制して、抵抗値を安定化させることが可能になる。
これにより、記憶層の抵抗値を安定して保持することができることから、記録された情報を安定して保持することができる。
また、記憶層内の規定された位置(即ち記憶層内の一部の領域)に導電パスが形成されるため、少ない電流量で記憶層の抵抗値を変化させることができ、記憶素子への記録に要する電流を低減することが可能になる。
According to the configuration of the memory element of the present invention described above, an insulating layer having a pore is formed between one of the first electrode and the second electrode and the memory layer. Since the position where the conductive path is formed in the storage layer can be defined, it is possible to stabilize the resistance value by suppressing the variation in the resistance value of the storage layer after recording information.
As a result, the resistance value of the storage layer can be stably held, so that recorded information can be stably held.
In addition, since a conductive path is formed at a specified position in the storage layer (that is, a partial region in the storage layer), the resistance value of the storage layer can be changed with a small amount of current, The current required for recording can be reduced.

上述の本発明の記憶装置の構成によれば、上記本発明の記憶素子と、第1の電極側に接続された配線と、第2の電極側に接続された配線とを有し、記憶素子が多数配置されて成るものであることにより、記憶素子に配線から電流を流して情報の記録を行うことができる。   According to the configuration of the memory device of the present invention described above, the memory element of the present invention, the wiring connected to the first electrode side, and the wiring connected to the second electrode side, Since a large number of are arranged, information can be recorded by flowing current from the wiring to the storage element.

上述の本発明によれば、記録された情報を安定して保持することができることにより、例えば、高温環境下での使用時、或いは長期データ保存時においても、記録された情報を安定して保持することができる。
従って、記憶素子の信頼性を高めることが可能となる。
さらに、記憶素子の抵抗値の変化、特に記憶層の抵抗値の変化を利用して情報の記録を行っているため、記憶素子を微細化していった場合にも、情報の記録や記録した情報の保持が容易になる利点を有している。
According to the present invention described above, the recorded information can be stably held, so that the recorded information can be stably held even when used in a high temperature environment or when storing long-term data. can do.
Therefore, the reliability of the memory element can be improved.
Furthermore, since information is recorded by utilizing a change in the resistance value of the memory element, in particular, a change in the resistance value of the memory layer, even when the memory element is miniaturized, the information is recorded or recorded information. It has the advantage that the holding | maintenance of becomes easy.

また、上述の本発明によれば、記憶素子への記録に要する電流を低減することが可能になるため、情報を記録する際の消費電力を低減することが可能になる。また、記録の際の電流量を小さくして、情報の記録を容易に行うことが可能になる。   Further, according to the present invention described above, it is possible to reduce the current required for recording in the storage element, and thus it is possible to reduce the power consumption when recording information. In addition, it is possible to easily record information by reducing the amount of current during recording.

従って、本発明により、高い信頼性を有する記憶装置を構成することができる。
また、記憶装置の高集積化(高密度化)や小型化、記憶装置の消費電力の低減を図ることができる。
Therefore, according to the present invention, a highly reliable storage device can be configured.
In addition, the storage device can be highly integrated (high density) and downsized, and the power consumption of the storage device can be reduced.

本発明の一実施の形態として、記憶素子の概略構成図(断面図)を図1に示す。
この記憶素子10は、高電気伝導度の基板1、例えばP型の高濃度の不純物がドープされた(P++の)シリコン基板1上に下部電極2が形成され、この下部電極2の上層に、比較的高い抵抗値を有する記憶用薄膜(記憶層)3と、Cu,Ag,Znのうちのいずれかの元素が含有されたイオン源層4とが形成され、このイオン源層4上の絶縁層5に形成された開口を通じてイオン源層4に接続するように、上部電極6が形成されて、構成されている。
As an embodiment of the present invention, a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a memory element is shown in FIG.
In the memory element 10, a lower electrode 2 is formed on a substrate 1 having a high electrical conductivity, for example, a (P ++ ) silicon substrate 1 doped with a P-type high concentration impurity. A memory thin film (memory layer) 3 having a relatively high resistance value and an ion source layer 4 containing any element of Cu, Ag, and Zn are formed on the ion source layer 4. An upper electrode 6 is formed and configured to connect to the ion source layer 4 through an opening formed in the insulating layer 5.

下部電極2には、半導体プロセスに用いられる配線材料、例えばTiW,Ti,Wを用いることができる。
この下部電極2に、例えばTiWを用いた場合には、膜厚を例えば20nm〜100nmの範囲にすればよい。
For the lower electrode 2, a wiring material used in a semiconductor process, for example, TiW, Ti, W can be used.
When TiW is used for the lower electrode 2, for example, the film thickness may be in the range of 20 nm to 100 nm.

記憶用薄膜(記憶層)3には、希土類酸化物(例えば、酸化ガトリニウム)やその他の酸化物(SiOや遷移金属元素の酸化物)等を使用することができる。 For the memory thin film (memory layer) 3, rare earth oxides (for example, gatrinium oxide), other oxides (SiO 2 or oxides of transition metal elements) and the like can be used.

イオン源層4には、Cu,Ag,Znの少なくともいずれか、さらに、Te,Se,Sのカルコゲナイド元素の少なくともいずれかを含有する、CuTe、GeSbTe,CuGeTe,AgGeTe、AgTe、ZnTe、ZnGeTe,CuS、CuGeS、CuSe,CuGeSe等に、さらに、ボロン、或いは希土類元素及びシリコンが、含有された膜を用いてイオン源層4を構成することができる。   The ion source layer 4 includes CuTe, GeSbTe, CuGeTe, AgGeTe, AgTe, ZnTe, ZnTeTe, CuS containing at least one of Cu, Ag, Zn, and at least one of Te, Se, S chalcogenide elements. , CuGeS, CuSe, CuGeSe, etc., and boron or a rare earth element and silicon can be used to form the ion source layer 4.

絶縁層5には、例えばハードキュア処理されたフォトレジスト、半導体装置に一般的に用いられるSiOやSi、その他の材料例えばSiON,SiOF,Al,Ta,HfO,ZrO等の無機材料、フッ素系有機材料、芳香族系有機材料等を用いることができる。
上部電極6には、下部電極2と同様、通常の半導体配線材料が用いられる。
The insulating layer 5 includes, for example, a hard-cured photoresist, SiO 2 or Si 3 N 4 commonly used in semiconductor devices, and other materials such as SiON, SiOF, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , HfO. 2 , inorganic materials such as ZrO 2 , fluorine-based organic materials, aromatic organic materials, and the like can be used.
As with the lower electrode 2, a normal semiconductor wiring material is used for the upper electrode 6.

本実施の形態の記憶素子10においては、特に、下部電極2と記憶用薄膜(記憶層)3との間に、細孔(ポアー)を有する絶縁層11を設けている。   In the memory element 10 of the present embodiment, an insulating layer 11 having pores is provided between the lower electrode 2 and the memory thin film (memory layer) 3.

細孔(ポアー)を有する絶縁層11には、例えばSiOやSi、その他の材料、例えば、SiON,SiOF,Al,Ta,HfO,ZrO等の無機材料、フッ素系有機材料、芳香族系有機材料等を用いることができる。 For the insulating layer 11 having pores (pores), for example, SiO 2 , Si 3 N 4 , other materials such as SiON, SiOF, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , HfO 2 , ZrO 2, etc. Materials, fluorine organic materials, aromatic organic materials, and the like can be used.

細孔を有する絶縁層11を形成する方法としては、例えば、Alを陽極酸化してAlを形成し、この陽極酸化の際に同時に細孔を形成する方法がある。陽極酸化を行うことにより、図2に概略構成図を示すように、細胞状のグレインを有する絶縁層(Al層)11内に、膜面にほぼ垂直な細孔12が形成される。
細孔を有する絶縁層11を形成するその他の方法としては、予め連続した(一様な)絶縁層11を形成した後に、ナノドットスタンプ等の方法により細孔を形成する方法がある。また、電子ビーム描画法を使用してもよい。これらの形成方法を採用した場合には、図2のような細胞状のグレインは形成されず、一様な絶縁層11内に細孔が形成される。
As a method for forming the insulating layer 11 having pores, for example, there is a method in which Al is anodized to form Al 2 O 3 and pores are simultaneously formed during the anodic oxidation. By performing anodization, as shown in a schematic configuration diagram in FIG. 2, pores 12 substantially perpendicular to the film surface are formed in an insulating layer (Al 2 O 3 layer) 11 having cellular grains. .
As another method of forming the insulating layer 11 having pores, there is a method of forming pores by a nanodot stamp or the like after forming a continuous (uniform) insulating layer 11 in advance. Further, an electron beam drawing method may be used. When these forming methods are employed, the cellular grains as shown in FIG. 2 are not formed, and pores are formed in the uniform insulating layer 11.

細孔を有する絶縁層11の細孔によって、詳細を後述するように、記憶用薄膜(記憶層)3内に形成される電流パスの位置を規制することができる。   The position of the current path formed in the memory thin film (memory layer) 3 can be regulated by the pores of the insulating layer 11 having pores, as will be described in detail later.

本実施の形態の記憶素子10は、次のように動作させて、情報の記憶を行うことができる。   The storage element 10 of this embodiment can be operated as follows to store information.

まず、Cu,Ag,Znが含まれたイオン源層4に、例えば正電位(+電位)を印加して、上部電極6側が正になるように、記憶素子10に対して正電圧を印加する。これにより、イオン源層4からCu,Ag,Znがイオン化して、記憶用薄膜3内を拡散していき、下部電極2側で電子と結合して析出する、或いは、記憶用薄膜3内部に拡散した状態で留まる。
すると、記憶用薄膜3内部にCu,Ag,Znを多量に含む電流パスが形成される、もしくは、記憶用薄膜3内部にCu,Ag,Znによる欠陥が多数形成されることによって、記憶用薄膜3の抵抗値が低くなる。記憶用薄膜3以外の各層は、記憶用薄膜3の記録前の抵抗値に比べて、元々抵抗値が低いので、記憶用薄膜3の抵抗値を低くすることにより、記憶素子10全体の抵抗値も低くすることができる。
First, for example, a positive potential (+ potential) is applied to the ion source layer 4 containing Cu, Ag, and Zn, and a positive voltage is applied to the memory element 10 so that the upper electrode 6 side becomes positive. . As a result, Cu, Ag, Zn is ionized from the ion source layer 4 and diffuses in the memory thin film 3, and is combined with electrons on the lower electrode 2 side to deposit, or in the memory thin film 3. Stays diffuse.
Then, a current path containing a large amount of Cu, Ag, Zn is formed inside the memory thin film 3, or a large number of defects due to Cu, Ag, Zn are formed inside the memory thin film 3, whereby the memory thin film The resistance value of 3 becomes low. Each layer other than the memory thin film 3 originally has a lower resistance value than the resistance value of the memory thin film 3 before recording. Therefore, by reducing the resistance value of the memory thin film 3, the resistance value of the memory element 10 as a whole is reduced. Can also be lowered.

その後、正電圧を除去して、記憶素子10にかかる電圧をなくすと、抵抗値が低くなった状態で保持される。これにより、情報の記録(書き込み)を行うこと(記録過程)が可能になる。   After that, when the positive voltage is removed and the voltage applied to the memory element 10 is eliminated, the resistance value is kept low. As a result, information can be recorded (written) (recording process).

一方、Cu,Ag,Znが含まれたイオン源層4に、例えば負電位(−電位)を印加して、上部電極6側が負になるように、記憶素子10に対して負電圧を印加する。これにより、記憶用薄膜3内に形成されていた電流パス或いは不純物準位を構成するCu,Ag,Znがイオン化して、記憶用薄膜3内を移動してイオン源層4側に戻る。
すると、記憶用薄膜3内からCu,Ag,Znによる電流パス、もしくは、欠陥が消滅して、記憶用薄膜3の抵抗値が高くなる。記憶用薄膜3以外の各層は元々抵抗値が低いので、記憶用薄膜3の抵抗値を高くすることにより、記憶素子10全体の抵抗値も高くすることができる。
その後、負電圧を除去して、記憶素子10にかかる電圧をなくすと、抵抗値が高くなった状態で保持される。これにより、記録された情報を消去すること(消去過程)が可能になる。
On the other hand, for example, a negative potential (−potential) is applied to the ion source layer 4 containing Cu, Ag, and Zn, and a negative voltage is applied to the memory element 10 so that the upper electrode 6 side becomes negative. . As a result, Cu, Ag, and Zn constituting the current path or impurity level formed in the memory thin film 3 are ionized, move in the memory thin film 3, and return to the ion source layer 4 side.
Then, current paths or defects due to Cu, Ag, and Zn disappear from the memory thin film 3, and the resistance value of the memory thin film 3 increases. Since each layer other than the memory thin film 3 originally has a low resistance value, the resistance value of the memory element 10 as a whole can be increased by increasing the resistance value of the memory thin film 3.
After that, when the negative voltage is removed and the voltage applied to the memory element 10 is eliminated, the resistance value is kept high. This makes it possible to erase the recorded information (erase process).

このような過程を繰り返すことにより、記憶素子10に情報の記録(書き込み)と記録された情報の消去を繰り返し行うことができる。   By repeating such a process, it is possible to repeatedly record (write) information on the memory element 10 and erase the recorded information.

そして、例えば、抵抗値の高い状態を「0」の情報に、抵抗値の低い状態を「1」の情報に、それぞれ対応させると、正電圧の印加による情報の記録過程で「0」から「1」に変え、負電圧の印加による情報の消去過程で「1」から「0」に変えることができる。   For example, if a state with a high resistance value is associated with information “0” and a state with a low resistance value is associated with information “1”, the information recording process by applying a positive voltage changes from “0” to “ It can be changed from “1” to “0” in the process of erasing information by applying a negative voltage.

なお、記憶用薄膜3は、記録前の初期状態は高抵抗であるのが一般的であるが、プロセス工程でのプラズマ処理、アニール処理等によって、初期に記録状態である低抵抗を呈していても構わない。   The memory thin film 3 generally has a high resistance in the initial state before recording. However, the memory thin film 3 exhibits a low resistance in the initial recording state by plasma treatment, annealing treatment, or the like in the process step. It doesn't matter.

上述の実施の形態の記憶素子10の構成によれば、下部電極2と上部電極6との間に、記憶用薄膜3と、イオン源層4とが挟まれた構成とすることにより、例えば、イオン源層4側に正電圧(+電位)を印加して、上部電極6側が正になるようにした場合に、記憶用薄膜3内に、Cu,Ag,Znを多量に含む電流パスが形成されて、或いは記憶用薄膜3内に、Cu,Ag,Znによる欠陥が多数形成されることによって、記憶用薄膜3の抵抗値が低くなり、記憶素子10全体の抵抗値が低くなる。そして、正電圧の印加を停止して、記憶素子10に電圧が印加されないようにすることで、抵抗値が低くなった状態が保持され、情報を記録することが可能になる。   According to the configuration of the memory element 10 of the above-described embodiment, by adopting a configuration in which the memory thin film 3 and the ion source layer 4 are sandwiched between the lower electrode 2 and the upper electrode 6, for example, When a positive voltage (+ potential) is applied to the ion source layer 4 side so that the upper electrode 6 side becomes positive, a current path containing a large amount of Cu, Ag, and Zn is formed in the memory thin film 3. In addition, by forming a large number of defects due to Cu, Ag, and Zn in the memory thin film 3, the resistance value of the memory thin film 3 is lowered, and the resistance value of the entire memory element 10 is lowered. Then, by stopping the application of the positive voltage so that no voltage is applied to the memory element 10, the state in which the resistance value is lowered is maintained, and information can be recorded.

また、上述した記録後の状態の記憶素子10に対して、例えば、イオン源層4に負電圧(−電位)を印加して、上部電極6側が負になるようにする。これにより、記憶用薄膜3内に形成されていた、Cu,Ag,Znによる電流パス、或いは欠陥が消滅して、記憶用薄膜3の抵抗値が高くなり、記憶素子10全体の抵抗値が高くなる。そして、負電圧の印加を停止して、記憶素子10に電圧が印加されないようにすることで、抵抗値が高くなった状態が保持され、記録されていた情報を消去することが可能になる。   Further, for example, a negative voltage (−potential) is applied to the ion source layer 4 with respect to the storage element 10 in the state after recording, so that the upper electrode 6 side becomes negative. As a result, current paths or defects due to Cu, Ag, and Zn formed in the memory thin film 3 disappear, the resistance value of the memory thin film 3 increases, and the resistance value of the entire memory element 10 increases. Become. Then, by stopping the application of the negative voltage so that no voltage is applied to the memory element 10, the state in which the resistance value is increased is maintained, and the recorded information can be erased.

そして、記憶素子10の抵抗値の変化、特に記憶用薄膜3の抵抗値の変化を利用して情報の記憶を行っているため、記憶素子10を微細化していった場合にも、情報の記録や記録した情報の保存が容易になる。   Since information is stored by utilizing a change in the resistance value of the memory element 10, particularly a change in the resistance value of the memory thin film 3, even when the memory element 10 is miniaturized, information recording is performed. And storage of recorded information becomes easy.

さらにまた、本実施の形態の記憶素子10によれば、細孔を有する絶縁層11の細孔によって、記憶用薄膜(記憶層)3内に形成される電流パスの位置を規定することができるため、情報の記録後の記憶用薄膜(記憶層)3の抵抗値のばらつきを抑制して、抵抗値を安定化させることができる。
これにより、記憶用薄膜(記憶層)3の抵抗値を安定して保持して記録された情報を安定して保持することができ、例えば、高温環境下での使用時、或いは長期データ保存時においても、記録された情報を安定して保持することができる。
従って、記憶素子10の信頼性を高めることが可能となる。
Furthermore, according to the memory element 10 of the present embodiment, the position of the current path formed in the memory thin film (memory layer) 3 can be defined by the pores of the insulating layer 11 having pores. Therefore, it is possible to stabilize the resistance value by suppressing variations in the resistance value of the memory thin film (memory layer) 3 after information recording.
Thereby, it is possible to stably hold the recorded information by stably holding the resistance value of the memory thin film (memory layer) 3. For example, when used in a high temperature environment or when storing long-term data Also, the recorded information can be stably held.
Therefore, the reliability of the memory element 10 can be improved.

また、上述のように記憶用薄膜(記憶層)3内に形成される電流パスの位置を規定することができるため、記憶用薄膜(記憶層)3内の規定された位置(即ち記憶用薄膜3内の一部の領域)に電流パスが形成される。これにより、少ない電流量で記憶用薄膜(記憶層)3の抵抗値を変化させることができ、記憶素子10への記録に要する電流を低減することが可能になる。
このように記憶素子10への記録に要する電流を低減することが可能になるため、情報を記録する際の消費電力を低減することが可能になる。また、記録の際の電流量を小さくして、情報の記録を容易に行うことが可能になる。
そして、記憶素子10への記録に要する電流を低減することができるため、例えば、記録に要する時間を短くすることも可能になり、また情報を読み出す際の電流量を低減して、情報の読み出しを容易に行うことも可能になる。
Further, since the position of the current path formed in the memory thin film (memory layer) 3 can be defined as described above, the defined position in the memory thin film (memory layer) 3 (that is, the memory thin film). 3), a current path is formed. Thereby, the resistance value of the memory thin film (memory layer) 3 can be changed with a small amount of current, and the current required for recording in the memory element 10 can be reduced.
As described above, the current required for recording in the memory element 10 can be reduced, so that power consumption when recording information can be reduced. In addition, it is possible to easily record information by reducing the amount of current during recording.
Since the current required for recording in the storage element 10 can be reduced, for example, the time required for recording can be shortened, and the amount of current when reading information can be reduced to read information. Can be easily performed.

また、本実施の形態の記憶素子10によれば、下部電極2、記憶用薄膜3、イオン源層4、上部電極6を、いずれもスパッタリングが可能な材料で構成することが可能である。例えば、各層の材料に適応した組成からなるターゲットを用いて、スパッタリングを行えばよい。
また、同一のスパッタリング装置内で、ターゲットを交換することにより、連続して成膜することも可能である。
Further, according to the memory element 10 of the present embodiment, the lower electrode 2, the memory thin film 3, the ion source layer 4, and the upper electrode 6 can all be made of a material that can be sputtered. For example, sputtering may be performed using a target having a composition suitable for the material of each layer.
In addition, it is possible to continuously form a film by exchanging the target in the same sputtering apparatus.

即ち、通常のMOS論理回路の製造プロセスに用いられる材料や製造方法(電極材料のスパッタリングによる成膜、プラズマやRIE等の通常のエッチング工程等)により、記憶素子10を製造することが可能である。
従って、比較的簡単な方法で、容易に記憶素子10を製造することができる。
That is, the memory element 10 can be manufactured by a material or a manufacturing method (film formation by sputtering of an electrode material, a normal etching process such as plasma or RIE) used in a normal MOS logic circuit manufacturing process. .
Therefore, the memory element 10 can be easily manufactured by a relatively simple method.

図1の記憶素子10は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、電気伝導度の高い基板1、例えば高濃度のP型の不純物がドープされたシリコン基板上に、下部電極2例えばTiW膜を堆積する。
次に、下部電極2を覆ってAl膜を形成し、陽極酸化処理を行うことにより、AlをAlに変化させて絶縁層11とすると同時に、絶縁層11内に細孔12を形成する。
次に、細孔12を通じて下部電極2の表面の酸化した表面のエッチングを行い、薄い酸化膜皮膜を除去し、電気的に良好な表面を得る。
続いて、記憶用薄膜3、例えば酸化ガドリニウム(Gd)膜を形成し、その後にイオン源層4、例えばCuTeGe膜を形成する。
その後に、イオン源層4を覆うように絶縁層5を形成するが、フォトリソグラフィによって、絶縁層5の一部を除去し、イオン源層4へのコンタクト部を形成する。
続いて、例えばマグネトロンスパッタリング装置によって、上部電極6として、例えばW膜を成膜する。
その後、W膜を、例えばプラズマエッチング等によりパターニングする。プラズマエッチングの他には、イオンミリング、RIE(反応性イオンエッチング)等のエッチング方法を用いてパターニングを行うことができる。
このようにして、図1に示した記憶素子10を製造することができる。
The memory element 10 of FIG. 1 can be manufactured as follows, for example.
First, a lower electrode 2 such as a TiW film is deposited on a substrate 1 having a high electrical conductivity, such as a silicon substrate doped with a high concentration of P-type impurities.
Next, an Al film is formed so as to cover the lower electrode 2, and anodization is performed to change Al to Al 2 O 3 to form the insulating layer 11, and at the same time, pores 12 are formed in the insulating layer 11. To do.
Next, the oxidized surface of the lower electrode 2 is etched through the pores 12 to remove the thin oxide film and obtain an electrically good surface.
Subsequently, a memory thin film 3, for example, a gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ) film is formed, and then an ion source layer 4, for example, a CuTeGe film is formed.
Thereafter, the insulating layer 5 is formed so as to cover the ion source layer 4, but a part of the insulating layer 5 is removed by photolithography to form a contact portion to the ion source layer 4.
Subsequently, for example, a W film is formed as the upper electrode 6 by, for example, a magnetron sputtering apparatus.
Thereafter, the W film is patterned by, for example, plasma etching. Besides plasma etching, patterning can be performed using an etching method such as ion milling or RIE (reactive ion etching).
In this way, the memory element 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.

上述した実施の形態の記憶素子10を、多数マトリクス状に配置することにより、記憶装置(メモリ装置)を構成することができる。
各記憶素子10に対して、その下部電極2側に接続された配線と、その上部電極6側に接続された配線とを設け、例えばこれらの配線の交差点付近に各記憶素子10が配置されるようにすればよい。
A storage device (memory device) can be configured by arranging a large number of the memory elements 10 of the above-described embodiment in a matrix.
For each memory element 10, a wiring connected to the lower electrode 2 side and a wiring connected to the upper electrode 6 side are provided. For example, each memory element 10 is arranged near the intersection of these wirings. What should I do?

そして、具体的には、例えば下部電極2を行方向のメモリセルに共通して形成し、上部電極6に接続された配線を列方向のメモリセルに共通して形成し、電位を印加して電流を流す下部電極2と配線とを選択することにより、記録を行うべきメモリセルを選択して、このメモリセルの記憶素子10に電流を流して、情報の記録や記録した情報の消去を行うことができる。   Specifically, for example, the lower electrode 2 is formed in common in the memory cell in the row direction, the wiring connected to the upper electrode 6 is formed in common in the memory cell in the column direction, and a potential is applied. A memory cell to be recorded is selected by selecting the lower electrode 2 and wiring through which a current flows, and a current is passed through the memory element 10 of this memory cell to record information and erase the recorded information. be able to.

上述した実施の形態の記憶素子10は、容易に情報の記録や情報の読み出しを行うことができ、消費電力を低減し、記録に要する時間を短くすることができるものである。
従って、この記憶素子10を用いて記憶装置を構成することにより、情報の記録や情報の読み出しを容易に行うことができ、記憶装置全体の消費電力を低減すると共に、高速で動作する記憶装置を構成することができる。
また、上述した実施の形態の記憶素子10は、微細化していった場合にも、情報の記録や記録した情報の保持が容易になるため、記憶装置の集積化(高密度化)や小型化を図ることができる。
The memory element 10 according to the above-described embodiment can easily record information and read information, reduce power consumption, and shorten the time required for recording.
Therefore, by configuring a storage device using this storage element 10, it is possible to easily record information and read information, reduce the power consumption of the entire storage device, and reduce the power consumption of the storage device. Can be configured.
Further, even when the memory element 10 according to the above-described embodiment is miniaturized, it is easy to record information and hold the recorded information. Therefore, the storage device is integrated (high density) and downsized. Can be achieved.

さらに、上述した実施の形態の記憶素子10が簡便な方法で容易に製造することが可能であるため、記憶装置の製造コストの低減や製造歩留まりの向上を図ることができる。   Furthermore, since the memory element 10 of the above-described embodiment can be easily manufactured by a simple method, the manufacturing cost of the memory device can be reduced and the manufacturing yield can be improved.

上述の実施の形態の記憶素子10では、記憶用薄膜3の上にイオン源層4を積層しているが、これらの積層順序を逆にして、イオン源層の上に記憶用薄膜を積層させても構わない。
また、上述の実施の形態の記憶素子10では、細孔を有する絶縁層11を、電極2と記憶用薄膜(記憶層)3との間に設けているが、イオン源層と記憶用薄膜(記憶層)との間に設けても構わない。
なお、細孔を有する絶縁層は、記憶用薄膜(記憶層)の下層又は上層のどちら側に設けた場合でも、記憶用薄膜(記憶層)と接していることが望ましい。記憶用薄膜(記憶層)と接していなくても、間にある膜が薄いときには、細孔によって記憶用薄膜内の導電パスを規定する効果が得られるが、接しているときよりも効果が劣るからである。
In the memory element 10 of the above-described embodiment, the ion source layer 4 is laminated on the memory thin film 3, but the memory thin film is laminated on the ion source layer by reversing the lamination order. It doesn't matter.
In the memory element 10 of the above-described embodiment, the insulating layer 11 having pores is provided between the electrode 2 and the memory thin film (memory layer) 3, but the ion source layer and the memory thin film ( It may be provided between the storage layer and the storage layer.
Note that the insulating layer having pores is preferably in contact with the memory thin film (memory layer) regardless of the lower layer or the upper layer of the memory thin film (memory layer). Even if it is not in contact with the memory thin film (memory layer), when the film between them is thin, the effect of defining the conductive path in the memory thin film is obtained by the pores, but the effect is inferior to that in contact with the memory thin film Because.

さらに、細孔を有する絶縁層において、細孔の内部を空洞のままとすることも可能であるが、細孔内に導電材を入れることにより、抵抗値を低減することができる。
このように細孔内に入れる導電材としては、例えば、下部電極2に使用される電極材料を使用することができる。
Furthermore, in the insulating layer having pores, the inside of the pores can be left hollow, but the resistance value can be reduced by putting a conductive material in the pores.
As the conductive material put into the pores in this way, for example, an electrode material used for the lower electrode 2 can be used.

本発明の記憶素子を用いて、記憶素子を多数、例えば列状やマトリクス状に配列することにより、記憶装置(メモリ装置)を構成することができる。
また、各記憶素子に、必要に応じて、素子の選択用のMOSトランジスタ或いはダイオードを接続してメモリセルを構成する。
さらに、配線を介して、センスアンプ、アドレスレコーダー、記録・消去・読み出し回路等に接続する。
By using the memory element of the present invention and arranging a large number of memory elements, for example, in a column shape or a matrix shape, a memory device (memory device) can be configured.
In addition, a memory cell is configured by connecting a MOS transistor or a diode for selecting an element to each memory element as necessary.
Further, it is connected to a sense amplifier, an address recorder, a recording / erasing / reading circuit, etc. via wiring.

本発明の記憶素子は、各種のメモリ装置に適用することができる。例えば、一度だけ書き込みが可能な、いわゆるPROM(プログラマブルROM)、電気的に消去が可能なEEPROM(Electrically Erasable ROM)、或いは、高速に記録・消去・再生が可能な、いわゆるRAM(ランダム・アクセス・メモリ)等、いずれのメモリ形態でも適用することが可能である。   The memory element of the present invention can be applied to various memory devices. For example, a so-called PROM (programmable ROM) that can be written only once, an electrically erasable EEPROM (electrically erasable ROM), or a so-called RAM (random access memory) that can be recorded / erased / reproduced at high speed. It is possible to apply any memory form such as (memory).

続いて、本発明の他の実施の形態として、記憶素子を用いた記憶装置(メモリ装置)の概略構成図(要部の断面図)を図3に示す。
この記憶装置(メモリ装置)は、メモリセルを構成する記憶素子20が多数アレイ状に配置されて構成されている。
各メモリセルの記憶素子20は、下部電極2と上部電極6との間に、細孔を有する絶縁層11、記憶用薄膜(記憶層)3、イオン源層4が積層されて構成され、図1に示した記憶素子10と同様の積層構造になっている。
また、下部電極2は、絶縁層8内に埋め込まれて形成されたプラグ層により構成されている。
Subsequently, as another embodiment of the present invention, FIG. 3 shows a schematic configuration diagram (a cross-sectional view of a main part) of a memory device (memory device) using a memory element.
This memory device (memory device) is configured by arranging a large number of memory elements 20 constituting memory cells in an array.
A memory element 20 of each memory cell is configured by laminating an insulating layer 11 having pores, a memory thin film (memory layer) 3, and an ion source layer 4 between a lower electrode 2 and an upper electrode 6. 1 has the same laminated structure as the memory element 10 shown in FIG.
The lower electrode 2 is constituted by a plug layer formed by being embedded in the insulating layer 8.

本実施の形態においては、特に、各メモリセルを構成する記憶素子20が、細孔を有する絶縁層11・記憶用薄膜(記憶層)3・イオン源層4・上部電極6の各層を共有している。言い換えれば、各記憶素子20が、それぞれ同一層の、細孔を有する絶縁層11・記憶用薄膜(記憶層)3・イオン源層4・上部電極6により構成されている。   In the present embodiment, in particular, the memory element 20 constituting each memory cell shares each layer of the insulating layer 11 having pores, the memory thin film (memory layer) 3, the ion source layer 4, and the upper electrode 6. ing. In other words, each memory element 20 is composed of the insulating layer 11 having pores, the memory thin film (memory layer) 3, the ion source layer 4, and the upper electrode 6 in the same layer.

そして、共通に形成された上部電極6は、プレート電極PLとなるものである。このプレート電極PLを通じて、各メモリセルの記憶素子20に同一の電位を印加することができる。
一方、下部電極2は、メモリセル毎に個別に形成されており、各メモリセルが電気的に分離されている。このメモリセル毎に個別に形成された下部電極2によって、各下部電極2に対応した位置に、各メモリセルの記憶素子20が規定される。
The upper electrode 6 formed in common is the plate electrode PL. Through the plate electrode PL, the same potential can be applied to the memory element 20 of each memory cell.
On the other hand, the lower electrode 2 is individually formed for each memory cell, and each memory cell is electrically isolated. The memory element 20 of each memory cell is defined at a position corresponding to each lower electrode 2 by the lower electrode 2 formed individually for each memory cell.

ここで、本実施の形態における、細孔を有する絶縁層11の形成方法の一形態を、図4A〜図4Cに示す。
図4Aは、絶縁層8内に埋め込まれたプラグ層から成る下部電極2を形成した状態である。このような下部電極2は、従来公知の方法で形成することができる。
なお、必要に応じて、下部電極2の表面の酸化した表面のエッチングを行い、薄い酸化膜皮膜を除去し電気的に良好な表面を得る。
次に、図4Bに示すように、スパッタリング等により、表面にAl膜21を形成する。
さらに、このAl膜21に対して、陽極酸化処理を行うことにより、図4Cに示すように、細孔を有する絶縁層11を形成することができる。
Here, FIGS. 4A to 4C show one embodiment of a method for forming the insulating layer 11 having pores in this embodiment.
FIG. 4A shows a state in which the lower electrode 2 made of a plug layer embedded in the insulating layer 8 is formed. Such a lower electrode 2 can be formed by a conventionally known method.
If necessary, the oxidized surface of the lower electrode 2 is etched to remove the thin oxide film and obtain an electrically good surface.
Next, as shown in FIG. 4B, an Al film 21 is formed on the surface by sputtering or the like.
Further, by performing an anodic oxidation process on the Al film 21, the insulating layer 11 having pores can be formed as shown in FIG. 4C.

本実施の形態の場合は、細孔を有する絶縁層11の下地が、絶縁層8及び下部電極2となっているが、絶縁層8上にも良好な状態で、細孔を有する絶縁層11を形成することができる。   In the present embodiment, the base of the insulating layer 11 having pores is the insulating layer 8 and the lower electrode 2, but the insulating layer 11 having pores is also in good condition on the insulating layer 8. Can be formed.

上述の本実施の形態の記憶装置(メモリ装置)の構成によれば、各メモリセルを構成する記憶素子20の絶縁層11・記憶用薄膜(記憶層)3・イオン源層4・上部電極6が共通に形成されていることにより、記憶装置を製造する際のこれら各層11,3,4,6をパターニングする工程において、共通に形成する部分全体にわたり残るように加工すればよいため、最先端の極微細加工技術を用いる必要がない。
これにより、各層11,3,4,6の下地面を半導体基板の表面のような非常に平坦性の高い面とする必要がなく、従来の製造技術により容易に各層11,3,4,6を加工してパターニングすることができることから、記憶装置を容易に歩留まり良く製造することができる。
従って、メモリセルのサイズを微細化しても、記憶装置を容易に歩留まり良く製造することができため、メモリセルの密度を高めることが可能になる。これにより、記憶装置の記憶容量の増大や小型化を図ることが可能になる。
According to the configuration of the memory device (memory device) of the present embodiment described above, the insulating layer 11, the memory thin film (memory layer) 3, the ion source layer 4, and the upper electrode 6 of the memory element 20 constituting each memory cell. Is formed in common, and in the process of patterning each of the layers 11, 3, 4 and 6 in manufacturing the memory device, the entire portion to be formed may be processed so as to remain in the state of the art. There is no need to use the ultra-fine processing technology.
As a result, it is not necessary for the ground of each layer 11, 3, 4, 6 to be a highly flat surface such as the surface of a semiconductor substrate, and each layer 11, 3, 4, 6 can be easily manufactured by a conventional manufacturing technique. Thus, the memory device can be easily manufactured with a high yield.
Therefore, even if the size of the memory cell is reduced, the memory device can be easily manufactured with a high yield, so that the density of the memory cell can be increased. As a result, the storage capacity of the storage device can be increased or downsized.

また、従来の半導体プロセスで未経験の新規の材料を使用した場合でも、記憶装置を容易に歩留まり良く製造することが可能になることから、加工技術の開発に要する期間を大幅に短縮することが可能である。
さらに、新規の材料を使用した場合でも、安価な旧世代のリソグラフィ装置や製造工程で対応することが可能になるため、記憶装置の製造コストを大幅に削減することが可能となる。
In addition, even when using new materials that are inexperienced in conventional semiconductor processes, it is possible to manufacture memory devices easily and with high yield, so the time required to develop processing technology can be significantly reduced. It is.
Furthermore, even when a new material is used, it is possible to cope with an inexpensive old-generation lithography apparatus and manufacturing process, so that the manufacturing cost of the storage device can be greatly reduced.

そして、メモリセルの密度や記憶装置の製造歩留まりを決める要因が、記憶素子20の構成とは関係なく、従来の半導体量産技術で使用されている材料・リソグラフィプロセス・エッチングプロセス・研摩プロセスにより決まることになるため、従来技術を容易に流用することができる。   The factors that determine the density of memory cells and the manufacturing yield of the memory device are determined by the materials, lithography process, etching process, and polishing process used in conventional semiconductor mass production technology, regardless of the configuration of the memory element 20. Therefore, the conventional technique can be easily used.

なお、本発明において、記憶素子は、図1に示した記憶素子10や図3に示した記憶素子20の構成に限定されるものではなく、その他の構成も可能である。
例えば、イオン源層が電極を兼ねる構成、イオン源層を設ける代わりに、イオン源層に用いられる元素(Cu,Ag,Zn)を記憶用薄膜に含有させた構成等が考えられる。
また、記憶層の抵抗値が変化する記憶素子としては、イオン化しやすい金属元素(Cu,Ag,Zn)と酸化物等から成る記憶層とを有する記憶素子以外にも、様々な構成がある。
その他の構成の記憶素子であっても、本発明を適用することが可能である。
In the present invention, the memory element is not limited to the configuration of the memory element 10 shown in FIG. 1 or the memory element 20 shown in FIG. 3, and other configurations are possible.
For example, a configuration in which the ion source layer also serves as an electrode, a configuration in which an element (Cu, Ag, Zn) used in the ion source layer is included in the memory thin film instead of providing the ion source layer, and the like are conceivable.
In addition to the memory element having a memory element made of a metal element (Cu, Ag, Zn) that is easily ionized and an oxide or the like, there are various configurations as a memory element in which the resistance value of the memory layer changes.
The present invention can be applied to memory elements having other configurations.

次に、本発明の記憶素子を実際に作製して、特性を調べた。   Next, the memory element of the present invention was actually manufactured and the characteristics were examined.

(実施例)
図1に示した実施の形態の記憶素子10を作製した。
まず、電気伝導度の高い基板1、例えば高濃度のP型の不純物がドープされたシリコン基板上に、スパッタリングにより、下部電極2としてTiW膜を、100nmの膜厚で堆積した。
(Example)
The memory element 10 of the embodiment shown in FIG. 1 was produced.
First, a TiW film having a thickness of 100 nm was deposited as a lower electrode 2 on a substrate 1 having high electrical conductivity, for example, a silicon substrate doped with a high concentration of P-type impurities by sputtering.

次に、下部電極2を覆ってスパッタリングにより、Al膜を15nmの膜厚で堆積し、陽極酸化処理を行うことにより、AlをAlに変化させて絶縁層11を形成すると同時に絶縁層11内に細孔12を形成した。 Next, an Al film is deposited to a thickness of 15 nm by sputtering covering the lower electrode 2, and anodization is performed to change the Al to Al 2 O 3 to form the insulating layer 11 and simultaneously to the insulating layer. The pores 12 were formed in 11.

陽極酸化処理は、具体的には、以下のようにして行った。
まず、500mlのビーカーに純水を半分程度入れて、リン酸15gと硫酸0.5gとを加え、さらに純水を加えて500mlとして処理液を作製した。処理液は、回転式の攪拌装置を用いて攪拌した。
次に、最表面にAl膜を堆積したウエハと、純度の高いアルミニウム板とを、それぞれ処理液内に浸漬した。
さらに、ウエハが陽極になり、アルミニウム板が陰極になるように、直流電源を接続した。
直流電源によって10Vの電圧を印加して、20分間電気分解を行った。これにより、陽極のウエハの表面に、陽極酸化被膜を形成した。
その後、電源を切り、ウエハを取り出して純水で充分に洗浄した。
このようにして、細孔12を有する絶縁層(酸化アルミニウム層)11を形成した。
Specifically, the anodizing treatment was performed as follows.
First, about half of pure water was put into a 500 ml beaker, 15 g of phosphoric acid and 0.5 g of sulfuric acid were added, and further pure water was added to make a treatment solution of 500 ml. The treatment liquid was stirred using a rotary stirring device.
Next, a wafer having an Al film deposited on the outermost surface and a high-purity aluminum plate were each immersed in the treatment liquid.
Further, a direct current power source was connected so that the wafer became an anode and the aluminum plate became a cathode.
Electrolysis was performed for 20 minutes by applying a voltage of 10 V with a DC power source. Thereby, an anodic oxide film was formed on the surface of the anode wafer.
Thereafter, the power was turned off, the wafer was taken out and thoroughly washed with pure water.
In this way, an insulating layer (aluminum oxide layer) 11 having pores 12 was formed.

次に、細孔を有する絶縁層11上に、記憶用薄膜3として酸化ガドリニウム層を25nmの膜厚で形成し、さらにイオン源層4としてCu50Te35Ge15膜を20nmの膜厚で形成した。 Next, a gadolinium oxide layer having a thickness of 25 nm is formed as the memory thin film 3 on the insulating layer 11 having pores, and a Cu 50 Te 35 Ge 15 film is formed as the ion source layer 4 with a thickness of 20 nm. did.

次に、イオン源層4を覆ってフォトレジストを形成し、その後フォトリソグラフィにより、露光と現像を行ってフォトレジストに開口(スルーホール)を形成した。開口(スルーホール)の大きさは、縦0.7μm、横0.7μmとした。
その後、真空中270℃においてアニールを行ってフォトレジストを変質させて、温度やエッチング等に対して安定なハードキュアレジストとして、絶縁層5を形成した。なお、絶縁層5にハードキュアレジストを用いたのは、実験上簡便に形成できるためであり、製品を製造する場合においては、他の材料(シリコン酸化膜等)を絶縁層5に用いた方がよいことも考えられる。
Next, a photoresist was formed so as to cover the ion source layer 4, and then exposure and development were performed by photolithography to form an opening (through hole) in the photoresist. The size of the opening (through hole) was 0.7 μm in length and 0.7 μm in width.
Thereafter, annealing was performed in vacuum at 270 ° C. to alter the photoresist, and the insulating layer 5 was formed as a hard-cure resist that is stable with respect to temperature, etching, and the like. Note that the hard-cure resist is used for the insulating layer 5 because it can be easily formed experimentally. In the case of manufacturing a product, another material (such as a silicon oxide film) is used for the insulating layer 5. May be good.

さらに、絶縁層5上に、W膜を100nmの膜厚で堆積することにより、絶縁層5に形成された開口を通じてイオン源層4に接続された上部電極6を形成した。
その後、フォトリソグラフィ技術により、プラズマエッチング装置を用いて、ハードキュアレジストから成る絶縁層5上に堆積した上部電極6をパターニングした。
このようにして、図1に示した構造の記憶素子10を作製して、実施例の記憶素子10とした。
Further, an upper electrode 6 connected to the ion source layer 4 through the opening formed in the insulating layer 5 was formed by depositing a W film with a thickness of 100 nm on the insulating layer 5.
Thereafter, the upper electrode 6 deposited on the insulating layer 5 made of a hard-cure resist was patterned by a photolithography technique using a plasma etching apparatus.
In this way, the memory element 10 having the structure shown in FIG. 1 was produced and used as the memory element 10 of the example.

(比較例)
本発明に対する比較例として、図5に示す構成の記憶素子50を作製した。
図5に示す記憶素子50は、図1に示した記憶素子10の構成に対して、細孔を有する絶縁層11を設けないで、下部電極2上に直接記憶用薄膜(記憶層)3を形成した構成である。
記憶素子50の各層の形成方法を、実施例の記憶素子10の各層と同様にして、比較例の記憶素子50を作製した。
(Comparative example)
As a comparative example for the present invention, a memory element 50 having the configuration shown in FIG. 5 was produced.
The memory element 50 shown in FIG. 5 has a memory thin film (memory layer) 3 directly formed on the lower electrode 2 without providing the insulating layer 11 having pores in the configuration of the memory element 10 shown in FIG. It is the formed structure.
The method of forming each layer of the memory element 50 was made the same as each layer of the memory element 10 of the example, and the memory element 50 of the comparative example was manufactured.

上述の製造方法により、ウエハ上に実施例の記憶素子10を多数形成し、別のウエハ上に比較例の記憶素子50を多数形成した。   By the above-described manufacturing method, a large number of memory elements 10 of the example were formed on the wafer, and a large number of memory elements 50 of the comparative example were formed on another wafer.

(熱処理による抵抗値の変化の測定)
特性の評価のため、熱処理による抵抗値の変化を測定した。
まず、それぞれのウエハに形成した、実施例の記憶素子10及び比較例の記憶素子50から、それぞれ4個の記憶素子を選定した。
これらの記憶素子に対して、下部電極2と上部電極6との間に、上部電極6が正電位になるように1.5Vの電圧を印加して、書き込み処理、即ち高抵抗状態から低抵抗状態に遷移させる記録を行った。
そして、この書き込み処理後の記憶素子の抵抗値を測定した。
続いて、それぞれのウエハに対して、真空中で140℃・12時間の熱処理を行った。
そして、この熱処理後の記憶素子の抵抗値を測定した。
(Measurement of resistance change due to heat treatment)
In order to evaluate the characteristics, the change in resistance value due to heat treatment was measured.
First, four memory elements were selected from the memory element 10 of the example and the memory element 50 of the comparative example formed on each wafer.
For these memory elements, a voltage of 1.5 V is applied between the lower electrode 2 and the upper electrode 6 so that the upper electrode 6 is at a positive potential, so that a write process, that is, a high resistance state to a low resistance state is applied. A record of transition to the state was made.
Then, the resistance value of the memory element after the writing process was measured.
Subsequently, each wafer was heat-treated at 140 ° C. for 12 hours in a vacuum.
And the resistance value of the memory element after this heat treatment was measured.

測定結果として、各記憶素子の熱処理前の抵抗値と熱処理後の抵抗値との比を、表1に示す。   Table 1 shows the ratio of the resistance value before and after the heat treatment of each memory element as the measurement result.

Figure 2007165474
Figure 2007165474

表1より、比較例の記憶素子50の場合、低抵抗状態であった抵抗値が熱処理により高抵抗に変化してしまっている。
これに対して、実施例の記憶素子10の場合、熱処理による抵抗値の変化がほとんど発生せず、記録が保持されていることが確認できた。
即ち、本発明の構成とすることにより、記録した情報の保持特性を改善することができる。
From Table 1, in the case of the memory element 50 of the comparative example, the resistance value in the low resistance state is changed to high resistance by the heat treatment.
On the other hand, in the case of the memory element 10 of the example, it was confirmed that almost no change in the resistance value due to the heat treatment occurred and the record was retained.
That is, with the configuration of the present invention, it is possible to improve the retention characteristics of recorded information.

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

本発明の一実施の形態の記憶素子の概略構成図(断面図)である。It is a schematic block diagram (sectional drawing) of the memory element of one embodiment of this invention. 細孔を有する絶縁層の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the insulating layer which has a pore. 本発明の他の実施の形態の記憶装置の概略構成図(断面図)である。It is a schematic block diagram (sectional drawing) of the memory | storage device of other embodiment of this invention. A〜C 図3の記憶装置を製造する際の、細孔を有する絶縁層を形成する方法を説明する製造工程図である。FIGS. 4A to 4C are manufacturing process diagrams illustrating a method for forming an insulating layer having pores when the memory device of FIG. 3 is manufactured. 比較例の記憶素子の概略構成図(断面図)である。It is a schematic block diagram (sectional drawing) of the memory element of a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板、2 下部電極、3 記憶用薄膜(記憶層)、4 イオン源層、5,8 絶縁層、6 上部電極、10,20 記憶素子、11 (細孔を有する)絶縁層、12 細孔   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate, 2 Lower electrode, 3 Memory thin film (memory layer), 4 Ion source layer, 5, 8 Insulating layer, 6 Upper electrode, 10, 20 Memory element, 11 (having pores) Insulating layer, 12 pores

Claims (7)

第1の電極及び第2の電極の間に、電圧印加により抵抗が変化する記憶層が挟まれて構成され、
前記第1の電極及び前記第2の電極のいずれかと、前記記憶層との間に、細孔を有する絶縁層が形成されている
ことを特徴とする記憶素子。
A memory layer whose resistance is changed by voltage application is sandwiched between the first electrode and the second electrode,
A memory element, wherein an insulating layer having pores is formed between one of the first electrode and the second electrode and the memory layer.
前記絶縁層が、アルミニウム酸化物から成ることを特徴とする請求項1に記載の記憶素子。   The memory element according to claim 1, wherein the insulating layer is made of aluminum oxide. 前記絶縁層が、アルミニウムの陽極酸化により形成されていることを特徴とする請求項2に記載の記憶素子。   The memory element according to claim 2, wherein the insulating layer is formed by anodization of aluminum. 前記絶縁層が前記記憶層と接していることを特徴とする請求項1に記載の記憶素子。   The memory element according to claim 1, wherein the insulating layer is in contact with the memory layer. 前記絶縁層の前記細孔内が導電材で埋められていることを特徴とする請求項1に記載の記憶素子。   The memory element according to claim 1, wherein the pores of the insulating layer are filled with a conductive material. 前記記憶層に接して、Cu,Ag,Znから選ばれるいずれかの元素が含まれたイオン源層が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の記憶素子。   The memory element according to claim 1, wherein an ion source layer containing any element selected from Cu, Ag, and Zn is provided in contact with the memory layer. 第1の電極及び第2の電極の間に、電圧印加により抵抗が変化する記憶層が挟まれて構成され、
前記第1の電極及び前記第2の電極のいずれかと、前記記憶層との間に、細孔を有する絶縁層が形成されている記憶素子と、
前記第1の電極側に接続された配線と、
前記第2の電極側に接続された配線とを有し、
前記記憶素子が多数配置されて成る
ことを特徴とする記憶装置。
A memory layer whose resistance is changed by voltage application is sandwiched between the first electrode and the second electrode,
A memory element in which an insulating layer having pores is formed between any one of the first electrode and the second electrode and the memory layer;
Wiring connected to the first electrode side;
A wiring connected to the second electrode side,
A storage device comprising a large number of the storage elements.
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