JP2008021750A - 抵抗変化素子およびその製造方法、ならびにそれを用いた抵抗変化型メモリ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の電極11と、第2の電極13と、第1の電極11と第2の電極14との間に積層された抵抗変化層12および絶縁層(トンネルバリア層14)とを含む。トンネルバリア層14の厚さは、0.5nm以上5nm以下である。抵抗変化層12は、第1の電極11と第2の電極13との間に電圧または電流を印加することによって、電気抵抗値が異なる複数の状態間で変化させることが可能な層である。抵抗変化層12は、遷移金属酸化物を主成分とする。
【選択図】図1
Description
本発明の抵抗変化素子は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に積層された抵抗変化層および絶縁層(以下、「トンネルバリア層」という場合がある)とを含む。第1の電極、第2の電極、抵抗変化層、および絶縁層(トンネルバリア層)を含む多層構造体は、通常、基板上に形成される。別の観点では、本発明の抵抗変化素子は、基板と、基板上に形成された上記多層構造体を含む。なお、本発明の抵抗変化素子では、隣接する層同士が、それらの少なくとも一部の領域において積層されていればよい。
本発明の抵抗変化型メモリは、本発明の抵抗変化素子をメモリ素子として備える。
抵抗変化素子を製造するための本発明の方法は、電圧または電流を印加することによって電気抵抗値が異なる複数の状態間で変化させることが可能な抵抗変化層を備える抵抗変化素子の製造方法である。この製造方法によれば、本発明の抵抗変化素子が得られる。抵抗変化素子を構成する部材の材料や厚さは、本発明の抵抗変化素子と同様であるため、重複する説明を省略する場合がある。この製造方法は、以下の工程(i)〜工程(iii)を含む。
本発明の抵抗変化素子の一例の断面図を図1に示す。図1の抵抗変化素子100は、基板20上に形成されている。抵抗変化素子100は、下部電極(第1の電極)11、抵抗変化層12、上部電極(第2の電極)13、およびトンネルバリア層14を含む。
[抵抗変化比]=(RMAX−RMIN)/RMIN
本発明の抵抗変化素子とMOS電界効果トランジスタ(MOS−FET)とを用いて構成された、本発明の抵抗変化型メモリ(素子)の一例の回路図を図5に示す。
本発明の抵抗変化素子およびそれを含むメモリの製造方法の一例を、図13A〜図13Gに示す。
実施例1では、図1に示す多層構造体を含み図15に示す形状を有するサンプル(抵抗変化素子)を作製し、その抵抗変化特性について評価した。実施例1では、トンネルバリア層14の材料として酸化アルミニウム(以下、「Al−O」と記載する場合がある)を用い、抵抗変化層12の材料として酸化鉄(以下、「Fe−O」と記載する場合がある)を用いた。
[抵抗変化比]=(RMax−RMin)/RMin
評価結果を表1に示す。
この実施例では、図6に示すような、抵抗変化素子100を含むメモリ素子200を作製し、その抵抗変化特性を評価した。トンネルバリア層14としては酸化アルミニウム層(Al−O層)を用い、抵抗変化層12としては酸化鉄層(Fe−O層)を用いた。
実施例3では、図14Hに示すようなメモリ素子を作製し、その抵抗変化特性を評価した。この実施例では、トンネルバリア層14として酸化シリコン層(Si−O層)を用い、抵抗変化層12として酸化鉄層(Fe−O層)を用いた。
実施例4では、図1に示すような抵抗変化素子100を、図15に示す形状に作製し、抵抗変化特性を評価した。実施例4では、トンネルバリア層14として酸化マグネシウム層(MgO層)、酸化チタン層(TiO2層)、または酸化タンタル層(TaO2層)を用いた。また、抵抗変化層12として酸化鉄層(Fe−O層、厚さ10nm)を用いた。
実施例5では、図1に示すような抵抗変化素子100を、図15に示す形状に作製して、抵抗変化特性を評価した。実施例5では、トンネルバリア層14として、厚さ1.5nmの酸化アルミニウム層(Al−O層)を用いた。また、抵抗変化層12として、厚さ10nmの酸化鉄層(Fe−O層)を用いた。
実施例6では、図1に示すような抵抗変化素子100を、図15に示す形状に作製して、抵抗変化特性を評価した。実施例6では、トンネルバリア層14として窒化シリコン層(Si−N層)を用い、抵抗変化層12として酸化鉄層(Fe−O層:厚さ50nm)を用いた。
12 抵抗変化層
13 上部電極
14 トンネルバリア層(絶縁層)
20 基板
21 トランジスタ
100 抵抗変化素子
200 抵抗変化型メモリ素子
300、301、302 メモリ
Claims (16)
- 第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に積層された抵抗変化層および絶縁層とを含み、
前記絶縁層の厚さが0.5nm以上5nm以下であり、
前記抵抗変化層は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に電圧または電流を印加することによって、電気抵抗値が異なる複数の状態間で変化させることが可能な層であり、
前記抵抗変化層が遷移金属酸化物を主成分とする抵抗変化素子。 - 前記絶縁層が、前記抵抗変化層と前記第1の電極との間、または、前記抵抗変化層と前記第2の電極との間に配置されている請求項1に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層の厚さが1nm以上500nm以下である請求項1または2に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層の厚さが5nmより大きい請求項1〜3のいずれか1項に記載の抵抗変化素子。
- 前記遷移金属酸化物が酸化鉄である請求項1〜4のいずれか1項に記載の抵抗変化素子。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の抵抗変化素子をメモリ素子として備える抵抗変化型メモリ。
- マトリクス状に配置された複数の前記抵抗変化素子を含む請求項6に記載の抵抗変化型メモリ。
- 前記抵抗変化素子に接続されたスイッチング素子をさらに含む請求項6または7に記載の抵抗変化型メモリ。
- 電圧または電流を印加することによって電気抵抗値が異なる複数の状態間で変化させることが可能な抵抗変化層を備える抵抗変化素子の製造方法であって、
(i)第1の電極を形成する工程と、
(ii)前記第1の電極上に、絶縁層および前記抵抗変化層を含む積層体を形成する工程と、
(iii)前記積層体上に第2の電極を形成する工程とを含み、
前記絶縁層の厚さが0.5nm以上5nm以下であり、
前記抵抗変化層が遷移金属酸化物を主成分とする、抵抗変化素子の製造方法。 - 前記積層体が、前記第1の電極上に形成された前記絶縁層と、前記絶縁層上に形成された前記抵抗変化層とからなる請求項9に記載の製造方法。
- 前記積層体が、前記第1の電極上に形成された前記抵抗変化層と、前記抵抗変化層上に形成された前記絶縁層とからなる請求項9に記載の製造方法。
- 前記(ii)の工程において、前記絶縁層を構成する元素を含む前駆体膜を形成する膜形成工程と、前記前駆体膜を酸化雰囲気下で酸化する酸化工程とを複数回繰り返すことによって前記絶縁層が形成される請求項9〜11のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記酸化工程において、前記前駆体膜が形成された複数の基板を前記酸化雰囲気下で一括して酸化する請求項12に記載の製造方法。
- 前記酸化雰囲気は、酸素ガス雰囲気、酸素プラズマ雰囲気、およびオゾン雰囲気から選ばれるいずれかの雰囲気である請求項12または13に記載の製造方法。
- 前記遷移金属酸化物が酸化鉄である請求項9〜14のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記抵抗変化層の厚さが5nmより大きい請求項9〜15のいずれか1項に記載の製造方法。
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