JP2010287744A - 固体メモリ、データ処理システム及びデータ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】抵抗値のばらつきが防止された固体メモリを提供する。
【解決手段】互いに組成の異なる結晶層1,2を含む複数の結晶層が積層されてなる超格子積層体SLと、超格子積層体SLの積層方向における一方の面SLaに設けられた下部電極3と、超格子積層体SLの積層方向における他方の面SLbに設けられた上部電極4とを備える。超格子積層体SLに含まれる結晶層1は相変化化合物からなる。本発明によれば、電極3,4間にこれらの対向方向に積層された超格子積層体SLが挟み込まれていることから、電極3,4を介して超格子積層体SLに電気的エネルギーを印加した場合、超格子積層体SLの積層面に対して均一な電気的エネルギーが印加される。このため、情報の書き換えを繰り返しても抵抗値のばらつきが少なく、その結果、安定したデータ読み出しを行うことが可能となる。
【選択図】図3
【解決手段】互いに組成の異なる結晶層1,2を含む複数の結晶層が積層されてなる超格子積層体SLと、超格子積層体SLの積層方向における一方の面SLaに設けられた下部電極3と、超格子積層体SLの積層方向における他方の面SLbに設けられた上部電極4とを備える。超格子積層体SLに含まれる結晶層1は相変化化合物からなる。本発明によれば、電極3,4間にこれらの対向方向に積層された超格子積層体SLが挟み込まれていることから、電極3,4を介して超格子積層体SLに電気的エネルギーを印加した場合、超格子積層体SLの積層面に対して均一な電気的エネルギーが印加される。このため、情報の書き換えを繰り返しても抵抗値のばらつきが少なく、その結果、安定したデータ読み出しを行うことが可能となる。
【選択図】図3
Description
本発明は固体メモリに関し、特に超格子デバイスを利用した固体メモリに関する。また、本発明は、このような固体メモリを有するデータ処理システム及びデータ処理装置に関する。
近年、PRAM(Phase change Random Access Memory)と呼ばれる半導体メモリが注目されている。PRAMは、記録層の材料として相変化材料を用いた半導体メモリであり、結晶相における電気抵抗とアモルファス相における電気抵抗との差を利用して情報の記録が行われる。
具体的には、相変化化合物としてカルコゲナイド化合物を用いた場合、結晶相においては電気抵抗が相対的に低くなり、非晶質相(アモルファス相)においては電気抵抗が相対的に高くなることから、読み出し電流を流すことによって相変化化合物の電気抵抗を検出すれば、保持されたデータを読み出すことが可能となる。データの書き込みは、書き込み電流を流すことによって相変化化合物を結晶化温度以上、融点未満に一定時間以上加熱すれば、相変化化合物を結晶相に変化させることができ、逆に、書き込み電流を流すことによって相変化化合物を融点以上に加熱し、その後急冷すれば、相変化化合物をアモルファス相に変化させることができる。
しかしながら、相変化化合物をアモルファス状態と結晶状態との間で遷移させるためには、比較的大きなエネルギーが必要である。このため、従来のPRAMはデータの書き替え時に大きな電流を要するという問題があった。このような問題を解決すべく、特許文献1には、記録層を相変化材料層と高抵抗相変化材料層とを交互に積層した構造とすることにより、相変化に必要な書き込み電流を小さくする技術が記載されている。
しかしながら、特許文献1においても、あくまで記録層の一部をアモルファス状態と結晶状態との間で遷移させていることから、相変化に必要な電流を大幅に削減することは困難である。また、アモルファス状態と結晶状態との間の遷移には、ある程度長い時間がかかるため動作スピードが遅いという問題も解決されない。
さらに、特許文献1では、交互に積層された相変化材料層と高抵抗相変化材料層の一部(特許文献1に示す領域A)を全体的に相変化させていることから、データの書き替えを繰り返すとこれら材料の混合が生じてしまう。このような記録層の膜質変化によって特性が劣化するため、書き替え可能回数が少なくなるという問題もあった。
そもそも、相変化材料をアモルファス状態と結晶状態との間を遷移させた場合、いずれの状態も均一な状態に制御することは困難である。例えば、結晶状態においては結晶欠陥や結晶格子配列の乱れた領域、結晶バウンダリ領域などが多数発生し、なおかつ、これらの状態は相変化を行うごとに変化する。この状態で電極に電圧を印加して電流を流すと、電流は結晶欠陥や結晶格子配列の乱れた領域、結晶バウンダリ領域を流れ、電流の偏在が生じ、相変化を行うごとに電流経路が変化する。そのため、相変化を行うごとに抵抗値がばらつくことから、例えばデータ読み出しを正しく行うことができないという問題があった。
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものである。
本発明による固体メモリは、互いに対向する第1及び第2の電極と、前記第1及び第2の電極に挟まれ、互いに組成の異なる第1及び第2の結晶層を含む複数の結晶層が積層されてなる超格子積層体と、を備え、前記超格子積層体の少なくとも一部は、前記第1及び第2の結晶層の積層面が前記第1及び第2の電極の対向方向と交差しており、前記超格子積層体に含まれる前記第1の結晶層は、相変化化合物からなることを特徴とする。
本発明において、超格子積層体に含まれる第1の結晶層は、第1及び第2の電極によって与えられる電気的エネルギーによって、結晶状態が可逆的に遷移するものであることが好ましい。特に、超格子積層体に含まれる第1の結晶層は、第1及び第2の電極によって与えられる電気的エネルギーによって、構成原子の位置が可逆的に入れ替わるものであることがより好ましい。本明細書においては、説明の便宜上、結晶状態の可逆的な遷移を含めて、広義に「相変化」と呼ぶことがある。
電気的エネルギーによって、構成原子の位置が可逆的に入れ替わる材料としては、ゲルマニウム(Ge)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物を挙げることができる。例えば、ゲルマニウム(Ge)とテルル(Te)が1:1の割合であるカルコゲン化合物であれば、エネルギーの印加によるゲルマニウム原子の移動により、1個のゲルマニウム原子が4個のテルル原子に配位する第1の結晶構造と、1個のゲルマニウム原子が6個のテルル原子に配位する第2の結晶構造との間で可逆的に遷移する。したがって、上記の材料は、第1の結晶層の材料として好適である。
また、上記の材料をアンチモン(Sb)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物で挟み込めば、第1の結晶層の遷移動作が補助される。したがって、アンチモン(Sb)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物は、第2の結晶層の材料として好適である。
本発明によれば、第1及び第2の電極間にこれらの対向方向に積層された超格子積層体が挟み込まれていることから、これら電極を介して超格子積層体に電気的エネルギーを印加した場合、超格子積層体の積層面に対して再現性よく電気的エネルギーが印加される。すなわち、超格子積層体は、バルク状の材料とは異なり、結晶欠陥や結晶格子配列の乱れた領域、結晶バウンダリ領域がほとんど存在しない。このため、例えば第1及び第2の電極間に電流を流した場合、これらの領域に電流が偏在することによる電流経路の不安定性がなく、積層面に対して略均一に再現性よく電流が流れる。このため、情報の書き換えを繰り返しても抵抗値のばらつきが少なく、その結果、安定したデータ読み出しを行うことが可能となる。
しかも、本発明では超格子積層体を用いていることから、結晶状態の可逆的な遷移によって情報が保持される。つまり、アモルファス状態を経ないことから、データの書き替えを繰り返すことによる膜質変化などが生じにくく、その結果、従来に比べて書き替え可能回数を大幅に増大させることが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の好ましい実施形態による固体メモリ10のブロック図である。
本実施形態による固体メモリ10は不揮発性のランダムアクセスメモリ(RAM)であり、外部からアドレス信号ADD及びコマンドCMDを入力することによって、多数のメモリセルMCを含むメモリセルアレイ11にアクセスすることができる。すなわち、コマンドCMDがリード動作を示している場合には、アドレス信号ADDによって指定されるメモリセルMCに保持されたデータが読み出される。また、コマンドCMDがライト動作を示している場合には、アドレス信号ADDによって指定されるメモリセルMCに対して、外部から入力されるライトデータが書き込まれる。
より具体的に説明すると、固体メモリ10は、アドレス信号ADDを保持するアドレスラッチ回路21と、コマンドCMDをデコードして内部コマンドICMDを生成するコマンドデコーダ22を有している。アドレスラッチ回路21に取り込まれたアドレス信号ADDのうち、ロウアドレスRAについてはロウ系制御回路23に供給され、カラムアドレスCAについてはカラム系制御回路24に供給される。ロウ系制御回路23は、ロウアドレスRA及び内部コマンドICMDに基づき、メモリセルアレイ11に含まれるワード線WLを選択する回路である。また、カラム系制御回路24は、カラムアドレスCA及び内部コマンドICMDに基づき、メモリセルアレイ11に含まれるビット線BLを選択する回路である。
選択されたビット線BLはデータ入出力回路25に接続される。データ入出力回路25にはリード回路27が含まれており、これにより、コマンドCMDがリード動作を示している場合には、アドレス信号ADDによって指定されるメモリセルMCに保持されたリードデータDQがデータ入出力回路25を介して読み出される。また、データ入出力回路25にはライト回路26が含まれており、これにより、コマンドCMDがライト動作を示している場合には、アドレス信号ADDによって指定されるメモリセルMCに対して、外部から入力されるライトデータDQがデータ入出力回路25を介して書き込まれる。
図2は、メモリセルアレイ11の一部をより詳細に示す回路図である。
図2に示すように、メモリセルアレイ11の内部においては、複数のワード線WLがX方向に設けられ、複数のビット線BLがY方向に設けられている。そして、ワード線WLとビット線BLの各交点にはメモリセルMCが配置されており、これにより複数のメモリセルMCがマトリクス状にレイアウトされている。図2に示すメモリセルMCは、記憶素子である超格子積層体SLとスイッチングデバイスであるMOSトランジスタTからなり、これらが対応するビット線BLと接地線Vssとの間に直列接続されている。また、MOSトランジスタTのゲート電極は、対応するワード線WLに接続されている。尚、図2に示す例では、ビット線BL側に超格子積層体SLが接続され、接地線Vss側にMOSトランジスタTが接続されているが、これらの接続が逆であっても構わない。
図3は、本発明の好ましい実施形態による超格子積層体SLの構造を示す断面図である。
図3に示すように、本実施形態において記憶素子として用いる超格子積層体SLは、結晶層1と結晶層2が交互に複数積層された構造を有している。また、超格子積層体SLの積層方向における一方の面SLaには下部電極3が設けられ、超格子積層体SLの積層方向における他方の面SLbには上部電極4が設けられている。換言すれば、これら電極3,4間に超格子積層体SLが挟み込まれており、超格子積層体SLの積層方向と電極3,4の対向方向が一致している。
かかる構造により、電極3,4を介して超格子積層体SLに電流を流すと、電流は超格子積層体SLの積層方向に流れることになる。しかも、超格子積層体SLは、バルク状の材料とは異なり、結晶欠陥や結晶格子配列の乱れた領域、結晶バウンダリ領域がほとんど存在しないことから、これらの領域に電流が偏在することに起因する電流経路の不安定性がなく、積層面に対して略均一に再現性よく電流が流れる。
電極3,4は金属などの導電体からなる。具体的な材料としては、アルミニウム(Al)やタングステン(W)、チタン(Ti)などの金属材料、窒化チタン(TiN)や窒化タングステン(WN)などの金属窒化物、チタンシリサイド(TiSi)やコバルトシリサイド(CoSi)などの金属シリサイド、n型又はp型の不純物がドープされたポリシリコンなどが挙げられる。電極3,4の材料は同一である必要はなく、互いに異なっていても構わない。
結晶層1は相変化化合物からなる。特に、エネルギーの印加によって結晶状態が可逆的に遷移する相変化材料であることが好ましい。ここで、「結晶状態が可逆的に遷移する」とは、結晶格子自体が変化するケース、結晶格子の基本構造を維持しつつ、結晶に含まれる原子の配位数が変化するケース、結晶格子の基本構造や配位数は変化しないものの、所定の原子間の距離が変化するケースなどを含む概念であり、少なくとも常温で安定的な2以上の結晶構造間において遷移可能であれば足りる。
特に、結晶層1は、エネルギーの印加によって、構成原子の位置が可逆的に入れ替わるものであることがより好ましい。ここで、「構成原子の位置が可逆的に入れ替わる」とは、結晶格子の基本構造を維持しつつ、結晶に含まれる原子の配位数が変化するケース、結晶格子の基本構造や配位数は変化しないものの、所定の原子間の距離が変化するケースなどを含む概念であり、少なくとも常温で安定的な2以上の結晶構造間において遷移可能であれば足りる。
このような材料としては、ゲルマニウム(Ge)を主成分とするNaCl型の立方晶のカルコゲン化合物が挙げられ、積層面が(111)配向していると、比較的少ないエネルギー印加によって構成原子の位置が入れ替わる。
ゲルマニウム(Ge)を主成分とするNaCl型の立方晶のカルコゲン化合物は、ゲルマニウム原子の安定的な位置が複数存在することがある。したがって、このような化合物においては、積層面を(111)配向させることにより、エネルギーの印加によってゲルマニウム原子の位置を可逆的に移動させることが可能となる。具体的には、ゲルマニウム(Ge)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物の場合、エネルギーを印加すると、テルル原子の位置は実質的に変化しないものの、ゲルマニウム原子の位置が変化する。しかも、変化の前後における結晶のエネルギー安定度に著しい差がないことから、ゲルマニウム原子の位置を可逆的に移動させることが容易となる。このような現象は、ゲルマニウム(Ge)とテルル(Te)の比を1:1とすることにより再現性良く発現する。
結晶層1の材料としては、アルミニウム(Al)を主成分とするNaCl型の立方晶のカルコゲン化合物(例えばAlTe)を用いることも可能である。アルミニウム(Al)を主成分とするカルコゲン化合物は、エネルギーの印加によってアルミニウム原子の位置が変化しうるが、量子力学計算によるシミュレーションの結果によれば、変化の前後における結晶のエネルギー安定度の差がある程度大きく、このため、アルミニウム原子の位置を可逆的に移動させるためには、比較的大きなエネルギー印加が必要であると考えられる。
他方、SiTeやCTeなどのカルコゲン化合物は、量子力学計算によるシミュレーションの結果によれば、変化の前後における結晶のエネルギー安定度の差が著しく大きいため、シリコン原子や炭素原子の位置を可逆的に移動させることは困難であると考えられる。したがって、SiTeやCTeなどのカルコゲン化合物は、結晶層1の材料としては不適切である。
ここで「主成分」とは、各結晶層の基本単位格子を形成する元素をいう。
図4は、ゲルマニウム(Ge)とテルル(Te)の比が1:1であるカルコゲン化合物の結晶構造の変化を説明するための模式図であり、(a)は結晶構造Aを示し、(b)は結晶構造Bを示している。
図4(a)に示すように、結晶構造Aにおいては、中央の1個のゲルマニウム原子がNaCl型の立方格子を構成するテルル原子のうち、前後、左右および上下の6個のテルル原子Te(1)〜Te(6)に配位している。図4(a)において、Te(1)とは格子の前面に位置するテルル原子であり、Te(2)とは格子の背面に位置するテルル原子であり、Te(3)とは格子の左面に位置するテルル原子であり、Te(4)とは格子の右面に位置するテルル原子であり、Te(5)とは格子の上面に位置するテルル原子であり、Te(6)とは格子の下面に位置するテルル原子である。かかる構造は安定的な構造であり、外部から所定以上のエネルギーを与えない限り変化しない。なお、図4ではTeを外側に配置したNaCl型の格子として描写しており、また、Geの動きをわかりやすく説明するために中心にあるGe原子のみを描写し、理解の妨げとならぬように隣接するTe−Teを結ぶ梁の中間に位置する(いわゆるbサイト)Ge原子を省略して描写している。図4(a)に示す結晶構造Aにおいては、電気抵抗は相対的に低くなる。PRAMにおいては、カルコゲン化合物が低抵抗となる状態は「セット状態」と呼ばれる。したがって、本明細書においても、結晶層1が結晶構造Aである状態を「セット状態」と呼ぶ。
これに対し、図4(b)に示す結晶構造Bにおいては、中央の1個のゲルマニウム原子が4個のテルル原子Teに配位している。具体的には、結晶構造Aと比べると、Te(1),Te(3),Te(5)には配位せず、代わりにTe(7)に配位した構造となる。図4(b)において、Te(7)とは格子の右下奥の角に位置するテルル原子である。かかる構造も安定的な構造であり、外部から所定以上のエネルギーを与えない限り変化しない。図4(b)に示す結晶構造Bにおいては、電気抵抗は相対的に高くなる。PRAMにおいては、カルコゲン化合物が高抵抗となる状態は「リセット状態」と呼ばれる。したがって、本明細書においても、結晶層1が結晶構造Bである状態を「リセット状態」と呼ぶ。
結晶構造Aから結晶構造Bへの遷移(リセット動作)、並びに、結晶構造Bから結晶構造Aへの遷移(セット動作)は、図2に示すビット線BLを介して電気的エネルギーを与えることによって行われる。結晶構造Aから結晶構造Bへの遷移には相対的に高いエネルギーが必要であり、実験およびシミュレーションの結果によれば、2.7eVのエネルギーが必要である。逆に、結晶構造Bから結晶構造Aへの遷移には相対的に低いエネルギーが必要であり、実験およびシミュレーションの結果によれば、2.3eVのエネルギーが必要である。すなわち、結晶構造Aから結晶構造Bへの遷移に必要なエネルギーをE1とし、結晶構造Bから結晶構造Aへの遷移に必要なエネルギーをE2とすると、E1>E2である。したがって、遷移前がいずれの結晶構造であっても、E1を超えるエネルギーを印加すれば結晶構造Bへの遷移の可能性が高まり、E2超E1未満のエネルギーを印加すれば結晶構造Aへの遷移の可能性が高まる。
図3に戻って、結晶層2は結晶層1とは異なる組成を有する層であり、積層方向に結晶層1を挟み込むことにより、結晶層1の上記の遷移動作を補助する役割を果たす。したがって、結晶層2の結晶構造が遷移する必要はない。但し、結晶層2の結晶構造が遷移しても構わない。
結晶層2は、結晶格子が六方晶でありc軸が積層方向に配向していることが好ましい。これによれば、結晶層1に含まれる原子の移動に寄与する空洞領域が結晶層2の結晶格子ごとに形成されることから、結晶層1の上記の遷移動作が容易となる。具体的には、結晶層2の材料としてはアンチモン(Sb)を主成分とするカルコゲン化合物を挙げることができ、結晶層1がゲルマニウム(Ge)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物である場合、結晶層2はアンチモン(Sb)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物や、ビスマス(Bi)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物であることが好ましい。特に、アンチモン(Sb)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物であることが最も好ましい。
より具体的には、結晶層1の材料としてゲルマニウム(Ge)とテルル(Te)の比が1:1であるカルコゲン化合物(GeTe)を用いた場合、結晶層2の材料としては、アンチモン(Sb)とテルル(Te)の比が2:3であるカルコゲン化合物(Sb2Te3)を用いることが好ましい。
図5は、結晶層1の材料としてGeTeを用い、結晶層2の材料としてSb2Te3を用いた場合における結晶構造の変化を説明するための模式図であり、(a)は結晶構造Aを示し、(b)は結晶構造Bを示している。また、(c)は結晶構造Aから結晶構造B(またはその逆)への遷移中における結晶構造を示している。
図5(a)に示すように、結晶層1が結晶構造Aを取っている場合にはゲルマニウム原子はテルルにより構成されるNaCl型の立方格子のほぼ中心から僅かに逸れた場所に位置し、これにより、NaCl型の立方格子のコーナーにあるテルル原子とゲルマニウム原子との間に空洞領域V1が生じる。これに対し、図5(b)に示すように、結晶層1が結晶構造Bを取っている場合にはゲルマニウム原子はコーナーにあるテルル原子とそれを取り囲む3つの面の中心に位置するテルル原子と正四面体構造をとるように位置し、これにより、空洞領域V2が生じる。すなわち、ゲルマニウム原子の位置と空洞領域の位置が入れ替わる。このように、結晶構造Aにおいて生じる空洞領域V1に結晶構造Bのゲルマニウム原子が配置され、逆に、結晶構造Bにおいて生じる空洞領域V2に結晶構造Aのゲルマニウム原子が配置される。これにより、安定した結晶構造間における遷移が可能となる。
各結晶層1,2の積層方向における結晶格子数については1以上であれば特に限定されない。すなわち、結晶層1,2のそれぞれが1層の結晶格子によって構成されていても構わないし、2層以上の結晶格子によって構成されていても構わない。したがって、結晶層1を構成する1層の結晶格子を[1]と表記し、結晶層2を構成する1層の結晶格子を[2]と表記した場合、[12121212・・・]と1結晶格子ずつ積層しても構わないし、[11221122・・・]と2結晶格子ずつ積層しても構わない。
また、各結晶層1の積層方向における結晶格子数と、各結晶層2の積層方向における結晶格子数とが一致している必要はない。したがって、[122122122・・・]のように、結晶層1と結晶層2の結晶格子比を1:2としても構わないし、[1222212222・・・]のように結晶層1と結晶層2の結晶格子比を1:4としても構わない。さらには、各結晶層1の積層方向における格子数が全て一致している必要もなく、同様に、各結晶層2の積層方向における格子数が全て一致している必要もない。したがって、[122112122・・・]と積層しても構わない。
但し、結晶層1は構成原子の位置が可逆的に入れ替わる層であることから、各結晶層1の積層方向における結晶格子数は少ない方がコヒーレント性に優れ、より高速な遷移動作を行うことが可能となる。この点を考慮すれば、各結晶層1を1層の結晶格子によって構成することが好ましい。すなわち、[12121212・・・]としたり、[122122122・・・]としたり、[1222212222・・・]とすることが好ましい。
図6は、メモリセルMCとライト回路26及びリード回路27との接続関係を説明するための模式図である。
図6に示すように、メモリセルMCに含まれる超格子積層体SLは、上部電極4及びビット線BLを介して、ライト回路26及びリード回路27に接続されている。ライト回路26及びリード回路27は、図1に示したデータ入出力回路25に含まれる回路ブロックである。
ライト回路26は、リセット回路26aとセット回路26bとを含んでいる。上述の通り、結晶層1が結晶構造Aである状態がセット状態であり、結晶層1が結晶構造Bである状態がリセット状態である。リセット回路26aは、結晶層1を結晶構造A(セット状態)から結晶構造B(リセット状態)に遷移させる。一方、セット回路26bは、結晶層1を結晶構造B(リセット状態)から結晶構造A(セット状態)に遷移させる。
リセット回路26aは、結晶構造Aから結晶構造Bへの遷移に必要なエネルギーE1を超えるエネルギーを超格子積層体SLに与える回路である。かかるエネルギーは、リセット電流Iresetによって与えられる。一方、セット回路26bは、結晶構造Bから結晶構造Aへの遷移に必要なエネルギーE2を超え、E1未満のエネルギーを超えるエネルギーを超格子積層体SLに与える回路である。かかるエネルギーは、セット電流Isetによって与えられる。超格子積層体SLに与えるエネルギー量は、超格子積層体SLに流す電流量によって調整することができる。したがって、本例ではIreset>Isetである。
図6に示すように、下部電極3及び上部電極4は、超格子積層体SLを積層方向に挟むように設けられていることから、トランジスタTをオンさせた状態でライト回路26を用いて超格子積層体SLにセット電流Iset又はリセット電流Iresetを流すと、電流の流れる方向は超格子積層体SLの積層方向に対して垂直となる。これにより、超格子積層体SLには積層方向にエネルギーが印加され、その結果、印加されたエネルギーは結晶構造の遷移に効率よく利用される。
一方、従来のようなバルク状の相変化材料においては、印加されたエネルギーの大部分がエントロピーの増大に消費され、結晶構造の遷移に利用される部分は僅かとなる。このため、従来の固体メモリにおいては、相変化を引き起こすために必要なエネルギーが比較的大きく、且つ、相変化に要する時間が比較的長いという問題があった。これに対し、本実施形態では原子配列がコヒーレント性を有していることから、印加されたエネルギーの多くが結晶構造の遷移に利用される。このため、本実施形態による固体メモリにおいては、結晶構造の遷移に必要なエネルギーが従来に比べて小さく、且つ、結晶構造の遷移に要する時間が従来に比べて短くなる。
結晶層1の材料としてGeTe、結晶層2の材料としてSb2Te3を用いた超格子積層体SLを用いた場合と、従来のバルク状のGe2Sb2Te5組成のカルコゲナイド化合物を用いた場合の相変化速度を約70nmのヒーターサイズの同一構造のテストデバイスを用いて実測すると、バルク状カルコゲナイド化合物は約200〜300nsであるのに対して、超格子積層体SLを用いた場合、約30〜40nsと従来比1/5〜1/8の高速性能を有することが確認された。超格子積層体SLを用いた場合、すなわち結晶構造Aと結晶構造Bとの間の遷移が、従来のバルク状を用いた場合、すなわち非晶質と結晶との間の遷移に対して格段に高速であることを示している。超格子積層体SLを用いた固体メモリはその高速動作を実現できるのみならず、セット、リセット時の電流パルス幅を格段に短くできることから実質の消費電力についても格段に低減できる。
リード回路27は、結晶層1の結晶構造を遷移させることなく、超格子積層体SLにリード電流Ireadを流す役割を果たす。上述の通り、結晶構造Aにおいては電気抵抗が相対的に低く、結晶構造Bにおいては電気抵抗が相対的に高くなることから、トランジスタTをオンさせた状態で、超格子積層体SLにリード電流Ireadを通電することによってその電気抵抗を測定すれば、結晶層1の結晶構造が結晶構造Aであるのか結晶構造Bであるのかを判別することが可能となる。リード電流Ireadによって超格子積層体SLに与えられエネルギーは、E2以下に設定される。すなわち、Iread≪Isetに設定される。このため、超格子積層体SLにリード電流Ireadを通電しても、結晶層1の結晶構造が遷移することはない。すなわち非破壊読み出しが行われる。
以上説明したように、本実施形態においては、複数のメモリセルMCをマトリクス状にレイアウトし、これらメモリセルMCに含まれる記憶素子として、電極3,4によって積層方向に挟み込まれた超格子積層体SLを用いていることから、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などと同様、大容量の固体メモリを提供することが可能となる。しかも、ビット線BLを介して所定のエネルギーを印加しない限り、超格子積層体SLに含まれる結晶層1の結晶構造が遷移しないことから、DRAMとは異なり、データを不揮発的に記憶することが可能となる。また、本実施形態による超格子積層体SLは、従来のPRAMと比べて少ないエネルギーで結晶構造が高速に遷移することから、低消費電力と高速動作を両立させることも可能となる。
次に、メモリセルMCのデバイス構造について説明する。
図7は第1の実施形態によるメモリセルMCのデバイス構造を示す図であり、(a)はビット線方向(Y方向)に沿った略断面図であり、(b)はワード線方向(X方向)に沿った略断面図である。
図7(a),(b)に示すメモリセルMCは、半導体基板100の一部であり主面に対して垂直方向に突出するシリコンピラー100aをチャネルとする縦型のMOSトランジスタTと、トランジスタTのソース/ドレインの一方に接続された超格子積層体SLからなる。シリコンピラー100aの高さ方向における中央部には、P型の不純物がドーピングされている。
X方向に隣接するシリコンピラー100aは、Y方向に延在する素子分離領域102及びゲート電極105(ワード線WL)によって分離されている。また、Y方向に隣接するシリコンピラー100aは、層間絶縁膜107によって分離されている。シリコンピラー100aの周囲は、ゲート絶縁膜104を介してゲート電極105によって覆われている。これらゲート電極105のうち、X方向に隣接するシリコンピラー100aを覆う部分は互いに短絡されている一方、Y方向に隣接するシリコンピラー100aを覆う部分は層間絶縁膜107によって互いに分離されている。
シリコンピラー100aの下部には、Y方向に延在するN型拡散層103が設けられている。X方向に隣接するN型拡散層103は、素子分離領域102によって分離されている。また、シリコンピラー100aの上部には、それぞれN型拡散層106が設けられている。これにより、ゲート電極105に所定の電圧が印加されると、シリコンピラー100aをチャネルとする縦型のMOSトランジスタTがオンし、N型拡散層103とN型拡散層106が導通状態となる。
N型拡散層106の上面は、コンタクトプラグ108に接続されている。コンタクトプラグ108及び層間絶縁膜107の上面は、平坦面を構成している。層間絶縁膜107上には、層間絶縁膜109が設けられている。層間絶縁膜109にはスルーホール109aが形成されており、その内壁を覆うようにサイドウォール絶縁膜110が設けられている。そして、サイドウォール絶縁膜110に囲まれた筒状の領域内には、ヒーター電極111が埋め込まれている。ヒーター電極111は、図3に示す下部電極3として機能する電極である。ヒーター電極111の下部は、コンタクトプラグ108に接続されている。
層間絶縁膜109、サイドウォール絶縁膜110及びヒーター電極111の上面は、平坦面を構成している。層間絶縁膜109上には、Y方向に延在する超格子積層体SL及び上部電極112(ビット線BL)が設けられている。本実施形態では、超格子積層体SLの積層面が平坦面であり、半導体基板100の主面とほぼ平行である。上部電極112は、図3に示す上部電極4に相当する。上部電極112が形成された層間絶縁膜109上の全面には保護絶縁膜113が設けられ、さらにその上面に層間絶縁膜114が設けられている。
以上が第1の実施形態によるメモリセルMCのデバイス構造である。本実施形態では、超格子積層体SLの積層面が平坦面であることから、結晶乱れの極めて少ない超格子積層体SLを容易に形成することが可能となる。しかも、ヒーター電極111がサイドウォール絶縁膜110に囲まれた領域内に埋め込まれていることから、ヒーター電極111の径をリソグラフィの解像限界よりも小さくすることが可能となる。これにより、ヒーター電極111と上部電極112とが対向する領域に電流経路を制限することができ、電流密度を大きくするとともに、相変化領域を小さくすることで、セット電流やリセット電流をいっそう低減することが可能となる。
次に、第1の実施形態によるメモリセルMCの製造プロセスについて説明する。
図8〜図17は、第1の実施形態によるメモリセルMCの製造プロセスを示す工程図である。ここで、図8(a)〜図11(a)は略平面図であり、図8(b)、図10(b)及び図11(b)はA−A線(Y方向)に沿った略断面図であり、図9(b)、図10(c)及び図11(c)はB−B線(X方向)に沿った略断面図である。
まず、P型の不純物がドーピングされた半導体基板100を用意し、図8(a),(b)に示すように、その表面に島状のマスク窒化膜101をマトリクス状に形成する。マスク窒化膜101の径は約50nm、隣接するマスク窒化膜101の間隔は約50nmとすることが好ましい。次に、このマスク窒化膜101を用いて半導体基板100を約200nmエッチングすることにより、半導体基板100にシリコンピラー100aを形成する。
次に、図9(a),(b)に示すように、X方向に隣接するシリコンピラー100a間に位置する半導体基板100に、Y方向に延在する素子分離用の溝を形成し、さらに、この溝をシリコン酸化膜で埋め込むことにより、素子分離領域102を形成する。
次に、図10(a)〜(c)に示すように、半導体基板100にリンなどのN型不純物をイオン注入する。これにより、シリコンピラー100a間にて露出する半導体基板100の表面にN型拡散層103が形成される。不純物としてリンを用いる場合、ドーズ量としては2×1015atoms/cm2程度とすればよい。その後、活性化熱処理を行い、N型不純物を半導体基板100の縦方向(厚み方向)及び横方向(主面と平行な方向)に拡散させる。これにより、シリコンピラー100aの下方までN型不純物が拡散し、Y方向に延在するN型拡散層103が形成される。
次に、図11(a)〜(c)に示すように、熱酸化を行うことにより、シリコンピラー100aの側面にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜104を形成する。但し、ゲート絶縁膜104の材料としてシリコン酸化膜を用いることは必須でなく、他の絶縁材料、例えば、シリコン酸窒化膜や、HfSiONなどの高誘電率膜を用いても構わない。
次に、N型不純物が導入されたポリシリコン膜を全面に堆積させることにより、シリコンピラー100a間を埋め込み、これをエッチバックしてマスク窒化膜101の上部を露出させた後、さらに、X方向に延在するマスクパターン(図示せず)を用いてポリシリコン膜をパターニングする。これにより、X方向に延在するゲート電極105が形成される。Y方向に隣接するゲート電極105の間隔は、例えば15nm程度とすることができる。尚、ゲート電極105の材料としては、N型不純物が導入されたポリシリコンに限定されず、高融点金属膜などを用いても構わない。
次に、マスク窒化膜101を除去した後、図12(a),(b)に示すように、リンなどのN型不純物をイオン注入し、その後活性化熱処理を行うことにより、シリコンピラー100aの上部、並びに、シリコンピラー100a間に位置する半導体基板100の表面にN型拡散層106を形成する。不純物としてリンを用いる場合、ドーズ量としては2×1015atoms/cm2程度とすればよい。以上により、シリコンピラー100aの上部及び下部にソース/ドレインとなるN型拡散層103,106が形成される。尚、図12(a)はY方向における断面を示し、図12(b)はX方向における断面を示している。
次に、図13に示すように、全面に層間絶縁膜107を形成した後、層間絶縁膜107にコンタクトホール107aを形成することにより、N型拡散層106を露出させる。さらに、コンタクトホール107aの内部を含む全面にチタン膜、窒化チタン膜、タングステン膜を順次形成した後、CMP法を用いて研磨を行うことにより、層間絶縁膜107上のこれら導電膜を除去する。これにより、コンタクトホール107aの内部には、N型拡散層106と接続されたコンタクトプラグ108が埋め込まれた状態となる。尚、コンタクトプラグ108の材料としては、N型のドープトシリコン膜を用いても構わない。
次に、図14に示すように、層間絶縁膜107上に膜厚40nm程度の層間絶縁膜109を形成する。そして、層間絶縁膜109にスルーホール109aを形成することにより、コンタクトプラグ108を露出させる。
次に、全面に絶縁膜を形成した後、これをエッチバックすることによって、図15に示すように、スルーホール109aの内壁を覆うサイドウォール絶縁膜110を形成する。サイドウォール絶縁膜110の材料としては、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜などを用いることができ、膜厚は15nm程度とすることができる。この場合、スルーホール109aの開口径が40nmであれば、サイドウォール絶縁膜110に囲まれた筒状の領域110aの径は10nmとなる。
次に、サイドウォール絶縁膜110に囲まれた領域110aを含む全面に窒化チタン膜を形成し、CMP法を用いて研磨を行うことにより、層間絶縁膜109上の窒化チタン膜を除去する。これにより、上記領域110aの内部には、コンタクトプラグ108と接続されたヒーター電極111が埋め込まれた状態となる。尚、ヒーター電極111の材料が窒化チタン膜に限定されるものではない。これにより、リソグラフィの解像限界よりも径の小さいヒーター電極111を形成することができる。
次に、図16に示すように、平坦化された層間絶縁膜109の表面に超格子積層体SLを積層する。超格子積層体SLの構造は図3を用いて説明したとおりであり、結晶層1と結晶層2が交互に積層された構造を有している。超格子積層体SLの成膜は、図18に示す分子線エピタキシー装置を用いて行うことができる。
図18は、分子線エピタキシー装置の構造を示す模式的な断面図である。
図18に示す分子線エピタキシー装置は、真空チャンバー30と、真空チャンバー30内を減圧する減圧装置31と、真空チャンバー30内に設けられたステージ32と、2つのソース41,42とを備えている。ソース41はGeTeであり、ソース42はSb2Te3である。各ソース41,42にはそれぞれシャッタ41a,42aが設けられており、これによりソース化合物の照射の有無を個別に選択できる。ソース41,42と半導体基板100との距離は、100mm以上であることが好ましい。これは、ソース41,42と半導体基板100との距離が遠くなると、照射時間による積層量の制御性が向上するとともに、積層膜の均一性が向上し、さらには、基板表面での原子安定位置への熱的なマイグレーション効果が大きくなり、各層の結晶化に有利となるからである。かかる効果は、ソース41,42と半導体基板100との距離を100mm以上とすることによってある程度得ることができ、200mm程度とすることにより十分に得ることができる。但し、ソース41,42と半導体基板100との距離が長くなると装置が大型化するため、この点をも考慮すれば、ソース41,42と半導体基板100との距離は、50mm〜250mmとすることが現実的である。
図18に示す分子線エピタキシー装置を用いた超格子積層体SLの成膜方法は次の通りである。
まず、図15に示すプロセスを経た半導体基板100をステージ32に載置した後、減圧装置31を用いて真空チャンバー30の内部を所定の真空度に減圧する。半導体基板100の温度としては、100℃以上、400℃以下に設定することが好ましく、300℃程度に設定することがより好ましい。これは、100℃未満ではSb2Te3が結晶化せずアモルファス状態となってしまうからであり、400℃を超えるとSb2Te3などの構成要素が昇華してしまうからである。この状態で、シャッタ42aを開く。シャッタ41aは閉じたままとする。これにより、ソース42のSb2Te3が照射され、Sb2Te3化合物が層間絶縁膜109上に形成される。成膜直後においては、Sb2Te3化合物のc軸は積層方向への配向が十分ではないが、膜厚が増すごとに積層方向へのc軸の配向強度が高まり、5nm以上成膜すれば、少なくとも表面部分においては結晶のc軸が積層方向に配向する。これにより、1層目の結晶層2の成膜が完了する。
次に、シャッタ41aを開き、シャッタ42aを閉じる。これにより、ソース41のGeTeが結晶層2に照射され、GeTe化合物が形成される。この時、下地となる結晶層2の少なくとも表面部分においては、結晶のc軸が積層方向に配向していることから、その表面に成膜されるGeTe化合物は積層方向が(111)面となる。このようにしてGeTe化合物を所定の膜厚に成膜すれば、1層目の結晶層1の成膜が完了する。結晶層1の結晶格子は1層だけとすることが好ましく、この場合、膜厚は1.8nm程度となる。
次に、シャッタ42aを開き、シャッタ41aを閉じる。これにより、ソース42のSb2Te3が結晶層1に照射され、Sb2Te3化合物が形成される。この時、下地となる結晶層1の積層面が(111)配向していることから、その表面に成膜されるSb2Te3化合物のc軸が積層方向に配向される。このようにしてSb2Te3化合物を所定の膜厚に成膜すれば、2層目の結晶層2の成膜が完了する。2層目以降の結晶層2の結晶格子は1層だけとすることが好ましく、この場合、膜厚は1.8nm程度となる。
その後は、結晶層1の成膜と結晶層2の成膜を交互に行う。これにより、層間絶縁膜109の表面に結晶層1と結晶層2が交互に積層されてなる超格子積層体SLが形成される。尚、超格子積層体SLの形成方法としては分子線エピタキシー法に限定されるものではなく、ALD法などを用いても構わない。
尚、超格子積層体SLを結晶層2から成膜開始し、且つ、1層目となる結晶層2の膜厚を他の結晶層よりも厚く設定しているのは、結晶層2を構成するSb2Te3化合物のc軸を積層方向へ強配向させるためである。これについての詳細は後述する。
次に、図17(a),(b)に示すように、超格子積層体SLの表面に窒化チタン膜を形成した後、パターニングを行うことによって、Y方向に延在する上部電極112を形成する。上部電極112は、図3に示した上部電極4に相当する。X方向に隣接する上部電極112のピッチは、100nm程度とすることができる。また、上部電極112の膜厚は30nmとすることができ、成膜方法としてはスパッタ法を用いることができる。この場合、成膜温度は200℃程度に抑えることができる。上部電極112の成膜には、CVD法、ALD法などを用いることができるが、超格子積層体SLへのダメージを考慮すると、上部電極112の成膜は400℃以下で行う必要がある。尚、図17(a)はY方向における断面を示し、図17(b)はX方向における断面を示している。
図17(c)は、図17(a)における領域Cを拡大して示す断面図である。
図17(c)に示すように、超格子積層体SLの積層開始面である下面はヒーター電極111と接しており、超格子積層体SLの積層終了面である上面は上部電極112と接している。これにより、これら電極を介して超格子積層体SLに電流を流すと、電流は超格子積層体SLの積層方向に流れることになる。
その後は、図7(a),(b)に示したように、全面にシリコン窒化膜からなる保護絶縁膜113を形成した後、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜114を形成すれば、第1の実施形態によるメモリセルMCが完成する。保護絶縁膜113は、超格子積層体SLへの酸素の侵入を防止することによって超格子積層体SLの劣化を防止する役割を果たす。超格子積層体SLはパターニングによってその端部を露出させた後に酸化性雰囲気中での熱処理や、酸化シリコン膜等、層間膜に含まれる酸素が端部から侵入し、積層界面を拡散し超格子積層体SLの性能を劣化させる。保護絶縁膜113としては酸素含有量の小さい膜が好ましく、さらには稠密な膜が適している。成膜は、プラズマCVD法を用いることが好ましい。層間絶縁膜114の材料としては、BPSG膜、SOD膜などを用いても構わない。いずれにしても、超格子積層体SLを形成した後は、プロセス温度は400℃以下とする必要がある。
ここで、超格子積層体SLを結晶層2から成膜開始し、且つ、1層目の結晶層2の膜厚を他の結晶層よりも厚く設定する意義について説明する。
1層目の結晶層2は、立方晶である結晶層1の積層面を(111)配向させる役割を果たす。結晶層1は、積層面が(111)配向している場合に最も少ないエネルギーで遷移する。したがって、超格子積層体SLを含むメモリセルMCのデバイス特性を高めるためには、立方晶である結晶層1の積層面を(111)配向させる必要がある。しかしながら、結晶構造が遷移する材料、例えば上述したGeTe化合物は、スパッタリング法、分子線エピタキシー(MBE)、ALD法またはCVD法などの気相成長法を用いて堆積させても、下地の状態によっては(111)面が積層面とはならない。超格子積層体SLを結晶層2から成膜開始し、且つ、1層目の結晶層2の膜厚を他の結晶層よりも厚く設定しているのは、このような問題を解決するためである。
つまり、超格子積層体SLを結晶層2から成膜開始し、且つ、1層目の結晶層2の膜厚を他の結晶層よりも厚く設定すると、これが結晶層1に対する配向層として機能し、結晶層1の積層面が(111)面となる。
図19(a)は、c軸配向した結晶層2を示す図であり、図19(b)は結晶層1の(111)面を示す図である。
図19(a)に示すように、六方晶である結晶層2(Sb2Te3)をc軸配向させると、積層面2aは六角形となる。このため、c軸配向した結晶層2の表面にNaCl型の立方晶である結晶層1(GeTe)を堆積させると、図19(b)に示す(111)面が積層面1aとなる。すなわち、立方晶の(111)面は図19(b)に示すように三角形であることから、c軸配向した結晶層2の積層面2aと整合する(図19(a)に示す符号1a参照)。このため、c軸配向した結晶層2の表面に立方晶である結晶層1を堆積させると、(111)面が積層面1aとなるのである。これに対し、このような配向層として機能する結晶層2が存在しなければ、結晶層1は例えば(100)面に配向してしまい、この場合、超格子構造体に多くの格子乱れが形成されてしまう。
Sb2Te3化合物は、スパッタリング法、分子線エピタキシー法、ALD法またはCVDなどの気相成長法を用いて堆積させるとc軸を積層方向に配向する。但し、成膜直後においては、c軸の積層方向への配向が十分ではなく、膜厚が増すごとに積層方向へのc軸の配向強度が高まる。具体的には、1層目の結晶層2の膜厚の厚さとしては3nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがより好ましい。これは、1層目の結晶層2の膜厚が3nm未満であるとc軸への配向強度が不十分となり、その結果、結晶層1の積層面を(111)配向させる機能が十分に得られないからであり、1層目の結晶層2の膜厚が5nm以上であるとc軸への配向強度が十分となり、その結果、結晶層1の積層面がほぼ完全に(111)配向するからである。かかる観点からは1層目の結晶層2の膜厚を過度に厚くする必要はなく、したがって1層目の結晶層2の膜厚は5nm以上、10nm以下であることが特に好ましい。
尚、2層目以降の結晶層2は、積層面が(111)配向した結晶層1の表面に形成されるため、直ちにc軸配向する。したがって、2層目以降の結晶層1についても、積層面を(111)配向させることが可能となる。
但し、本発明において、超格子積層体SLの1層目をSb2Te3からなる結晶層2とすることは必須でない。
次に、本発明の第2の実施形態によるメモリセルMCの構造について説明する。
図20は第2の実施形態によるメモリセルMCのデバイス構造を示す図であり、(a)はビット線方向(Y方向)に沿った略断面図であり、(b)はワード線方向(X方向)に沿った略断面図であり、(c)は(a)に示す領域Cを拡大して示す略断面図である。
図20(a),(b)に示すメモリセルMCは、層間絶縁膜109よりも上方部分の構造が図7(a),(b)に示したメモリセルMC(第1の実施形態)と相違している。その他の点については第1の実施形態によるメモリセルMCと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態では、層間絶縁膜109上に層間絶縁膜201が設けられ、層間絶縁膜201に設けられたスルーホール201a内に超格子積層体SL及び上部電極202の一部が埋め込まれている。より具体的には、超格子積層体SLの積層面は、スルーホール201aの底面及び内壁に沿って設けられ、さらに、超格子積層体SLによって囲まれた領域内に上部電極202が設けられている。超格子積層体SL及び上部電極202はY方向に延在している。
本実施形態によれば、超格子積層体SLの積層面がスルーホール201aの底面及び内壁に沿って設けられている。ヒーター電極111と上部電極202との対向領域をさらに小さくしてこの領域に電流経路を制限することで電流密度を大きく、相変化領域を小さくできるため、より少ない電流で高速に書き換えが可能となる。また、超格子積層体SLはドライエッチングでパターニングした際に露出部分にダメージを受ける場合があるが、本構造では上部電極202と超格子積層体SLを他セルと分離するためのエッチング領域が、相変化領域からスルーホール201aの高さがあるため離れており、エッチングによる影響を受けにくいという利点もある。
第2の実施形態によるメモリセルMCの製造プロセスは次の通りである。
まず、図8〜図15に示したプロセスを実行した後、図21に示すように、シリコン窒化膜からなる層間絶縁膜201を形成し、さらに、パターニングを行うことによってスルーホール201aを形成することにより、ヒーター電極111の上面を露出させる。層間絶縁膜201の膜厚は40nm程度とすることができ、スルーホール201aの径D0は30nm程度とすることができる。
次に、図22に示すように、スルーホール201aの内部を含む全面に超格子積層体SLを成膜する。これにより、超格子積層体SLは、スルーホール201aの底面及び内壁に沿って積層されることになる。但し、本実施形態では、スルーホール201aが超格子積層体SLに完全に埋め込まれないよう、超格子積層体SLの膜厚を制御する。超格子積層体SLの膜厚としては、8nm程度に設定される。本実施形態では、ALD法によって超格子積層体SLを成膜することが好ましいが、基本的な成膜方法は、第1の実施形態にて説明した通りであり、結晶層2から成膜開始し、且つ、1層目の結晶層2の膜厚を他の結晶層よりも厚く設定することが好ましい。
そして、図20(a),(b)に示したように、超格子積層体SLの表面に窒化チタン膜を形成した後、パターニングを行うことによって、Y方向に延在する上部電極202を形成する。上部電極202の膜厚は30nmとすることができ、成膜方法としてはALD法を用いることができる。その後は、図示しないが、全面にシリコン窒化膜からなる保護絶縁膜を形成した後、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜を形成すれば、第2の実施形態によるメモリセルMCが完成する。
次に、本発明の第3の実施形態によるメモリセルMCの構造について説明する。
図23は第3の実施形態によるメモリセルMCのデバイス構造を示す図であり、(a)はビット線方向(Y方向)に沿った略断面図であり、(b)はワード線方向(X方向)に沿った略断面図であり、(c)は(a)に示す領域Cを拡大して示す略断面図である。
図23(a),(b)に示すメモリセルMCは、層間絶縁膜201よりも上方部分の構造が図20(a),(b)に示したメモリセルMC(第2の実施形態)と相違している。その他の点については第2の実施形態によるメモリセルMCと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態では、層間絶縁膜201の上面が平坦化されており、平坦化された層間絶縁膜201上に第2の上部電極301(ビット線BL)が設けられている。第2の上部電極301は、スルーホール201aに埋め込まれた超格子積層体SL及び上部電極202に接しており、Y方向に延在している。第2の実施形態同様、電流経路を制限することで電流密度を大きく、相変化領域を小さくできるため、より少ない電流で高速に書き換えが可能となる。また、本実施形態では、CMPにて上部電極202及び超格子積層体SLを分離しているため、エッチングによる分離に比べ、エッチングで形成された生成物の除去が不要となる。さらに、超格子積層体SLが第2の上部電極301によって覆われ、積層断面(積層方向における面)が露出しないことから、超格子積層体SLの劣化を防止する保護絶縁膜などを省略することが可能となる。
第3の実施形態によるメモリセルMCの製造プロセスは次の通りである。
まず、図8〜図15、図21及び図22に示したプロセスを実行した後、図24に示すように、窒化チタン膜を形成した後、CMP法によって研磨を行うことにより、層間絶縁膜201の上面を露出させる。これにより、超格子積層体SL及び上部電極202がスルーホール201aに埋め込まれた状態となる。次に、平坦化された層間絶縁膜201上に窒化チタンを約30nm形成し、パターニングを行うことによって、Y方向に延在する第2の上部電極301を形成すれば、第3の実施形態によるメモリセルMCが完成する。
次に、本発明の第4の実施形態によるメモリセルMCの構造について説明する。
図25は第4の実施形態によるメモリセルMCのデバイス構造を示す図であり、(a)はビット線方向(Y方向)に沿った略断面図であり、(b)はワード線方向(X方向)に沿った略断面図であり、(c)は(a)に示す領域Cを拡大して示す略断面図である。
図25(a),(b)に示すメモリセルMCは、スルーホール201aの内部の構造が図23(a),(b)に示したメモリセルMC(第3の実施形態)と相違している。その他の点については第3の実施形態によるメモリセルMCと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態では、層間絶縁膜201に設けられたスルーホール201aが超格子積層体SLによって埋め込まれている。つまり、スルーホール201a内には上部電極が存在しない。本実施形態では、超格子積層体SLがスルーホール201a内に埋設されており、かつ、その積層面は、スルーホール201aの底面及び内壁に沿って設けられている。ヒーター電極111、上部電極301間に電流を流したとき、スルーホール201a底面近傍の超格子積層体SLの積層面は水平方向であるため、この領域に限り、超格子積層体SLの積層面に垂直に電流が流れ、超格子積層体SLのその他の領域は積層面に平行に流れる。積層面に垂直に電流が流れる場合、積層界面を横切る方向に電流が流れるため、エネルギーが相変化に効率よく利用されるのに対して、積層面に平行に流れる場合は、比較的低抵抗層を流れ、積層界面を横切る電流成分が格段に少ないためエネルギーは相変化に寄与しない。結果として相変化領域はスルーホール201a底面近傍に制限される。ヒーター電極111と上部電極301との間の電流経路をスルーホール201a内に制限することで電流密度を大きくしていることと、相変化領域をスルーホール201a底面近傍に制限いるため、低電流で高速に相変化を起こさせることが可能となる。また、上部電極をスルーホール201a内部に形成する必要がないので、より簡便な方法で電極を形成することが出来、かつ、上部電極301を相変化領域から離すことによって、超格子積層体SLの相変化領域からの熱拡散を防止する利点を有している。
第4の実施形態によるメモリセルMCの製造プロセスは次の通りである。
まず、図8〜図15及び図22に示したプロセスを実行した後、図26に示すように、スルーホール201aが超格子積層体SLに完全に埋め込まれるよう、スルーホール201aの内部を含む全面に超格子積層体SLを成膜する。スルーホール201aを超格子積層体SLよって完全に埋め込むためには、超格子積層体SLの膜厚を30nm程度に設定すればよい。
次に、図27に示すように、CMP法によって研磨を行うことにより、層間絶縁膜201の上面を露出させる。これにより、スルーホール201aに埋め込まれた超格子積層体SLがメモリセルMCごとに分離される。次に、平坦化された層間絶縁膜201上に窒化チタンを約30nm形成し、パターニングを行うことによって、Y方向に延在する上部電極301を形成すれば、第4の実施形態によるメモリセルMCが完成する。
次に、本発明の第5の実施形態によるメモリセルMCの構造について説明する。
図28は第5の実施形態によるメモリセルMCのデバイス構造を示す図であり、(a)はビット線方向(Y方向)に沿った略断面図であり、(b)はワード線方向(X方向)に沿った略断面図であり、(c)は(a)に示す領域Cを拡大して示す略断面図である。
図28(a),(b)に示すメモリセルMCは、スルーホール201aがテーパー状である点が図20(a),(b)に示したメモリセルMC(第2の実施形態)と相違している。その他の点については第2の実施形態によるメモリセルMCと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態では、スルーホール201aの内径がヒーター電極111に近いほど小さくなるテーパー形状を有している。超格子積層体SLもテーパー状のスルーホール201aの内壁に沿って形成されることから、その積層面は半導体基板100の主面に対して斜めとなる。但し、超格子積層体SLのうち、スルーホール201aの底部に形成された部分においては、積層面が半導体基板100の主面とほぼ平行となる。本実施形態によれば、上部電極202はヒーター電極111の方向に凸形状をしており、かつ、先端部を有する形状が得られる。ヒーター電極111と上部電極202の間に電流を流した場合、電流は上部電極202の先端部に集中することから、格段に電流密度を大きくでき、かつ、相変化領域を上部電極202の先端部近傍に制限でき、エネルギーが効率的に超格子積層体SLに与えられ、高速化、低電流化に寄与する。
第5の実施形態によるメモリセルMCの製造プロセスは次の通りである。
まず、図8〜図15に示したプロセスを実行した後、図29に示すように、層間絶縁膜201を形成し、さらに、パターニングを行うことによってテーパー状のスルーホール201aを形成する。テーパー状のスルーホール201aは、例えば、トップ径D1を40nm程度、ボトム径D2を20nm程度とすればよい。スルーホール201aをテーパー状とするためには、例えばウェットエッチングなどの等方エッチングを行えばよい。また、スルーホール201aの内壁にサイドウォールを設けるなどしてスルーホール201aの上部を丸めることでもスルーホール201aの内径を小さく設定することで上部電極202の先端部を得ることができる。
次に、図30に示すように、スルーホール201aの内部を含む全面に超格子積層体SLを成膜する。これにより、超格子積層体SLは、スルーホール201aの底面及び内壁に沿って積層されることになる。本実施形態では、スルーホール201aが超格子積層体SLに完全に埋め込まれないよう、超格子積層体SLの膜厚を制御する。超格子積層体SLの膜厚としては、例えば7nm程度に設定される。
そして、図28(a),(b)に示したように、超格子積層体SLの表面に窒化チタン膜を形成した後、パターニングを行うことによって、Y方向に延在する上部電極202を形成する。上部電極202の膜厚は30nmとすることができ、成膜方法としてはALD法を用いることができる。その後は、図示しないが、全面にシリコン窒化膜からなる保護絶縁膜を形成した後、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜を形成すれば、第5の実施形態によるメモリセルMCが完成する。
次に、本発明の第6の実施形態によるメモリセルMCの構造について説明する。
図31は第6の実施形態によるメモリセルMCのデバイス構造を示す図であり、(a)はビット線方向(Y方向)に沿った略断面図であり、(b)はワード線方向(X方向)に沿った略断面図であり、(c)は(b)に示す領域Cを拡大して示す略断面図である。
図31(a),(b)に示すメモリセルMCは、層間絶縁膜107よりも上方部分の構造が図7(a),(b)に示したメモリセルMC(第1の実施形態)と相違している。その他の点については第1の実施形態によるメモリセルMCと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態では、層間絶縁膜107上に層間絶縁膜601が設けられ、層間絶縁膜601に設けられたスルーホール601aの内壁がサイドウォール絶縁膜602よって覆われている。そして、サイドウォール絶縁膜602に囲まれた筒状領域内に、下部電極603及び超格子積層体SLが埋め込まれている。具体的には、筒状領域の下部に下部電極603が埋め込まれ、筒状領域の上部に超格子積層体SLが埋め込まれている。超格子積層体SLのうち、筒状領域の底部に形成された部分においては、積層面が半導体基板100の主面とほぼ平行となる。
層間絶縁膜601の上面は平坦化されており、その表面には、Y方向に延在する上部電極604が設けられている。本実施形態によれば、下部電極603及び超格子積層体SLが細い筒状の領域内に埋め込まれていることから、下部電極603と上部電極604との間の電流経路を細い筒状の領域内に制限することで電流密度を大きくしていることと、相変化領域を細い筒状の領域内の下部電極603と超格子積層体SLとの接触面近傍に制限することで、高速で、かつ低電流で相変化を引き起こすことが可能である。また、超格子積層体SLをCMPで加工しているため、エッチングによる加工工程で行われる生成物の除去が必要なくなることと、超格子積層体SLが上部電極604によって覆われ、積層断面(積層方向における面)が露出しないことから、超格子積層体SLの劣化を防止する保護絶縁膜などを省略することが可能となる。
第6の実施形態によるメモリセルMCの製造プロセスは次の通りである。
まず、図8〜図13に示したプロセスを実行した後、図32に示すように、厚さ70nm程度の層間絶縁膜601を形成し、さらに、パターニングを行うことによってスルーホール601aを形成することにより、コンタクトプラグ108の上面を露出させる。スルーホール601aの径D3は40nm程度とすることができる。
次に、全面に絶縁膜を形成した後、これをエッチバックすることによって、図33に示すように、スルーホール601aの内壁を覆うサイドウォール絶縁膜602を形成する。サイドウォール絶縁膜602の膜厚は10nm程度とすることができる。この場合、スルーホール601aの開口径が40nmであれば、サイドウォール絶縁膜602に囲まれた筒状領域の径は20nmとなる。
次に、サイドウォール絶縁膜602に囲まれた筒状領域を含む全面に窒化チタン膜を形成し、CMP法を用いて研磨を行うことにより、層間絶縁膜107上の窒化チタン膜を除去する。これにより、筒状領域の内部には、コンタクトプラグ108と接続されたヒーター電極603が埋め込まれた状態となる。これにより、リソグラフィの解像限界よりも径の小さいヒーター電極603を形成することができる。
次に、図34に示すように、ヒーター電極603をエッチバックすることにより、その上面を層間絶縁膜601の上面からリセスさせる。リセス量は20nm程度とすればよい。これにより、リセス領域602aが形成される。
次に、図35に示すように、リセス領域602aの内部を含む全面に超格子積層体SLを成膜する。これにより、超格子積層体SLは、リセス領域602aの底面及び内壁に沿って積層されることになる。本実施形態では、リセス領域602aが超格子積層体SLに完全に埋め込まれるよう、超格子積層体SLの膜厚を制御する。超格子積層体SLの膜厚としては、10nm程度に設定すればよい。
次に、図36(a),(b)に示すように、CMP法によって研磨を行うことにより、層間絶縁膜601の上面を露出させる。これにより、リセス領域602aに埋め込まれた超格子積層体SLがメモリセルMCごとに分離される。次に、平坦化された層間絶縁膜601上に窒化チタンを約30nm形成し、パターニングを行うことによって、Y方向に延在する上部電極604を形成すれば、第6の実施形態によるメモリセルMCが完成する。
次に、本発明の第7の実施形態によるメモリセルMCの構造について説明する。
図37は第7の実施形態によるメモリセルMCのデバイス構造を示す図であり、(a)はビット線方向(Y方向)に沿った略断面図であり、(b)はワード線方向(X方向)に沿った略断面図である。
図37(a),(b)に示すメモリセルMCは、スイッチングデバイスであるMOSトランジスタがダイオードに置き換えられている点において、図7(a),(b)に示したメモリセルMC(第1の実施形態)と相違している。その他の点については第1の実施形態によるメモリセルMCと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態では、シリコンピラー100aの下部にN型拡散層701が形成され、上部にP型拡散層702が形成されている。これにより、P型拡散層702とN型拡散層701によってPN接合ダイオードが形成される。PN接合ダイオードの接合面は、図37(a),(b)に示すように、半導体基板100の主面と平行にシリコンピラー100a内に設けられる。本実施形態では、スイッチングデバイスがダイオードであることから、ゲート絶縁膜やゲート電極は不要である。
本実施形態によれば、スイッチングデバイスとしてダイオードを用いていることから、MOSトランジスタを用いた場合と比べて大きなオン電流を得ることが可能となる。しかも、縦型のMOSトランジスタに比べて製造プロセスが簡素化されることから、製造コストを低減することも可能となる。
図38は、図1に示した固体メモリ10を用いたデータ処理システム800の構成を示すブロック図である。
図38に示すデータ処理システム800は、データプロセッサ820と、図1に示した固体メモリ10が、システムバス810を介して相互に接続された構成を有している。データプロセッサ820としては、例えば、マイクロプロセッサ(MPU)、ディジタルシグナルプロセッサ(DSP)などが挙げられるが、これらに限定されない。図38においては簡単のため、システムバス810を介してデータプロセッサ820と固体メモリ10とが接続されているが、システムバス810を介さずにローカルなバスによってこれらが接続されていても構わない。
また、図38には、簡単のためシステムバス810が1組しか描かれていないが、必要に応じ、コネクタなどを介しシリアルないしパラレルに設けられていても構わない。また、図38に示すデータ処理システム800では、ストレージデバイス840、I/Oデバイス850、ROM860がシステムバス810に接続されているが、これらは必ずしも必須の構成要素ではない。
ストレージデバイス840としては、ハードディスクドライブ、光学ディスクドライブ、フラッシュメモリなどが挙げられる。また、I/Oデバイス850としては、液晶ディスプレイなどのディスプレイデバイスや、キーボード、マウスなどの入力デバイスなどが挙げられる。また、I/Oデバイス850は、入力デバイス及び出力デバイスのいずれか一方のみであっても構わない。さらに、図38に示す各構成要素は、簡単のため1つずつ描かれているが、これに限定されるものではなく、1又は2以上の構成要素が複数個設けられていても構わない。
図39は、図3に示した超格子積層体SLを不良アドレス記憶回路に利用した例による固体メモリ900のブロック図である。
図39に示す固体メモリ900は、電極3,4に挟み込まれた超格子積層体SLをユーザエリア910に含まれる不良アドレスを記憶する不良アドレス記憶回路920に使用している。ユーザエリア910とは、ユーザによって書き替え可能なメモリセル領域であり、メモリセルの種類としては、DRAMセル、SRAMセル、フラッシュメモリセルなどが挙げられる。これらメモリセルには製造段階で不良アドレスが発見されることがあり、発見された不良アドレスに対応するメモリセルは、冗長メモリセル911に置換される。これにより、不良アドレスが救済される。不良アドレス記憶回路920はこのような不良アドレスを記憶する回路であり、図39に示す例では、不良アドレス記憶回路920を構成するメモリセルに超格子積層体SLを利用している。このように、超格子積層体SLを用いたメモリセルは、ユーザエリア910以外のメモリセルとして利用することも可能である。
図40は、図3に示した超格子積層体SLをプログラムエリアに利用した例によるデータ処理装置1000のブロック図である。
図40に示すデータ処理装置1000は、CPUなどのデータ処理回路1010に付随して設けられたプログラムエリア1020を備えており、プログラムエリア1020に保持されたプログラムに基づいてデータ処理回路1010が所定の動作を行う。図40に示すデータ処理装置1000では、このようなプログラムエリア1020を構成するメモリセルとして、電極3,4に挟み込まれた超格子積層体SLを利用している。このように、超格子積層体SLを用いたメモリセルは、メモリデバイス以外のデバイスに含まれるメモリセルとして利用することも可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態の超格子積層体SLは、結晶層1と結晶層2が交互に複数繰り返し積層された構造を有しているが、積層数については特に限定されず、少なくとも結晶層1の上下に結晶層2が形成されていれば足りる。したがって、1層の結晶層1とこれを挟み込む2層の結晶層2があれば足りる。
また、「上部電極」及び「下部電極」の名称は、物理的な位置関係を規定するものではなく、便宜上、電流源が接続される側の電極を「上部電極」と呼び、接地される側の電極を「下部電極」と呼んでいるに過ぎない。したがって、単に、「上部電極」とは一対の電極の一方を指し、「下部電極」とは一対の電極の他方を指すに過ぎない。
1 結晶層(第1の結晶層)
1a 結晶層1の積層面
2 結晶層(第2の結晶層)
3 下部電極
4 上部電極
10 固体メモリ
11 メモリセルアレイ
21 アドレスラッチ回路
22 コマンドデコーダ
23 ロウ系制御回路
24 カラム系制御回路
25 データ入出力回路
26 ライト回路
26a リセット回路
26b セット回路
27 リード回路
30 真空チャンバー
31 減圧装置
32 ステージ
41,42 ソース
41a,42a シャッタ
100 半導体基板
100a シリコンピラー
101 マスク窒化膜
102 素子分離領域
103,106 N型拡散層
104 ゲート絶縁膜
105 ゲート電極
107,109 層間絶縁膜
107a コンタクトホール
108 コンタクトプラグ
109a スルーホール
110 サイドウォール絶縁膜
110a 筒状の領域
111 ヒーター電極
112 上部電極
113 保護絶縁膜
114 層間絶縁膜
201 層間絶縁膜
201a スルーホール
202 上部電極
301 上部電極
601 層間絶縁膜
601a スルーホール
602 サイドウォール絶縁膜
602a リセス領域
603 下部電極
603 ヒーター電極
604 上部電極
701 N型拡散層
702 P型拡散層
800 データ処理システム
810 システムバス
820 データプロセッサ
840 ストレージデバイス
850 I/Oデバイス
900 固体メモリ
910 ユーザエリア
911 冗長メモリセル
920 不良アドレス記憶回路
1000 データ処理装置
1010 データ処理回路
1020 プログラムエリア
SL 超格子積層体
SLa 超格子積層体の一方の面
SLb 超格子積層体の他方の面
1a 結晶層1の積層面
2 結晶層(第2の結晶層)
3 下部電極
4 上部電極
10 固体メモリ
11 メモリセルアレイ
21 アドレスラッチ回路
22 コマンドデコーダ
23 ロウ系制御回路
24 カラム系制御回路
25 データ入出力回路
26 ライト回路
26a リセット回路
26b セット回路
27 リード回路
30 真空チャンバー
31 減圧装置
32 ステージ
41,42 ソース
41a,42a シャッタ
100 半導体基板
100a シリコンピラー
101 マスク窒化膜
102 素子分離領域
103,106 N型拡散層
104 ゲート絶縁膜
105 ゲート電極
107,109 層間絶縁膜
107a コンタクトホール
108 コンタクトプラグ
109a スルーホール
110 サイドウォール絶縁膜
110a 筒状の領域
111 ヒーター電極
112 上部電極
113 保護絶縁膜
114 層間絶縁膜
201 層間絶縁膜
201a スルーホール
202 上部電極
301 上部電極
601 層間絶縁膜
601a スルーホール
602 サイドウォール絶縁膜
602a リセス領域
603 下部電極
603 ヒーター電極
604 上部電極
701 N型拡散層
702 P型拡散層
800 データ処理システム
810 システムバス
820 データプロセッサ
840 ストレージデバイス
850 I/Oデバイス
900 固体メモリ
910 ユーザエリア
911 冗長メモリセル
920 不良アドレス記憶回路
1000 データ処理装置
1010 データ処理回路
1020 プログラムエリア
SL 超格子積層体
SLa 超格子積層体の一方の面
SLb 超格子積層体の他方の面
Claims (24)
- 互いに対向する第1及び第2の電極と、
前記第1及び第2の電極に挟まれ、互いに組成の異なる第1及び第2の結晶層を含む複数の結晶層が積層されてなる超格子積層体と、を備え
前記超格子積層体の少なくとも一部は、前記第1及び第2の結晶層の積層面が前記第1及び第2の電極の対向方向と交差しており、
前記超格子積層体に含まれる前記第1の結晶層は、相変化化合物からなることを特徴とする固体メモリ。 - 前記第1の電極が埋め込まれた第1の層間絶縁膜をさらに備え、
前記超格子積層体は、前記第1の層間絶縁膜上に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の固体メモリ。 - 前記第1の層間絶縁膜に形成された第1のスルーホールの内壁を覆うサイドウォール絶縁膜をさらに備え、
前記第1の電極は、前記サイドウォール絶縁膜に囲まれた領域内に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の固体メモリ。 - 前記超格子積層体の積層面が平坦面であることを特徴とする請求項2又は3に記載の固体メモリ。
- 前記第1の層間絶縁膜上に設けられ、第2のスルーホールが形成された第2の層間絶縁膜をさらに備え、
前記超格子積層体の積層面は、前記第2のスルーホールの底面及び内壁に沿って設けられていることを特徴とする請求項2又は3に記載の固体メモリ。 - 前記第2の電極の少なくとも一部は、前記超格子積層体によって囲まれた領域内に設けられていることを特徴とする請求項5に記載の固体メモリ。
- 前記第2のスルーホールは、前記超格子積層体によって埋め込まれていることを特徴とする請求項5に記載の固体メモリ。
- 前記第2のスルーホールは、前記第1の電極に近いほど内径が小さくなるテーパー形状を有していることを特徴とする5乃至7のいずれか一項に記載の固体メモリ。
- 第1のスルーホールが形成された第1の層間絶縁膜と、
前記第1のスルーホールの内壁を覆うサイドウォール絶縁膜と、をさらに備え、
前記第1の電極及び超格子積層体は、前記サイドウォール絶縁膜に囲まれた領域内に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の固体メモリ。 - 前記第2の電極の少なくとも一部は、前記第1の電極に最も近い部分において径が最小となる凸型形状を有していることを特徴とする1乃至9のいずれか一項に記載の固体メモリ。
- 前記超格子積層体の積層面に沿った方向における端面を覆う保護絶縁膜をさらに備えることを特徴とする1乃至10のいずれか一項に記載の固体メモリ。
- 前記超格子積層体に含まれる前記第1の結晶層は、前記第1及び第2の電極によって与えられる電気的エネルギーによって、結晶状態が可逆的に遷移することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の固体メモリ。
- 前記超格子積層体に含まれる前記第1の結晶層は、前記第1及び第2の電極によって与えられる電気的エネルギーによって、構成原子の位置が可逆的に入れ替わることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の固体メモリ。
- 前記第1の結晶層は、ゲルマニウム(Ge)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物であることを特徴とする請求項13に記載の固体メモリ。
- 前記第1の結晶層は、ゲルマニウム(Ge)とテルル(Te)が1:1の割合であるカルコゲン化合物であり、エネルギーの印加によるゲルマニウム原子の移動により、1個のゲルマニウム原子が4個のテルル原子に配位する第1の結晶構造と、1個のゲルマニウム原子が6個のテルル原子に配位する第2の結晶構造との間で可逆的に遷移することを特徴とする請求項14に記載の固体メモリ。
- 前記第2の結晶層は、アンチモン(Sb)及びテルル(Te)を主成分とするカルコゲン化合物であることを特徴とする請求項13乃至15のいずれか一項に記載の固体メモリ。
- 前記超格子積層体は、前記第1の結晶層と前記第2の結晶層が交互に複数繰り返して積層された構造を有しており、
前記第2の結晶層のうち、前記第1の電極に最も近い第2の結晶層は、他の第2の結晶層よりも膜厚が厚いことを特徴とする請求項16に記載の固体メモリ。 - 前記第1及び第2の電極を介して前記超格子積層体にライト電流を流すことにより、前記第1の結晶層の構成原子の位置を移動させるライト回路と、
前記第1の結晶層の構成原子の位置を移動させることなく、前記第1及び第2の電極を介して前記超格子積層体にリード電流を流すリード回路と、をさらに備えることを特徴とする請求項13乃至17のいずれか一項に記載の固体メモリ。 - 前記ライト回路は、前記第1の結晶層を第1の結晶構造から第2の結晶構造に遷移させるセット回路と、前記第1の結晶層を前記第2の結晶構造から前記第1の結晶構造に遷移させるリセット回路とを含んでいることを特徴とする請求項18に記載の固体メモリ。
- 前記第1の電極に電気的に接続されたスイッチングデバイスをさらに備え、
前記スイッチングデバイスは、半導体基板の主面に対して垂直方向に突出するシリコンピラーをチャネルとする縦型のMOSトランジスタであることを特徴とする請求項1乃至19のいずれか一項に記載の固体メモリ。 - 前記第1の電極に電気的に接続されたスイッチングデバイスをさらに備え、
前記スイッチングデバイスは、アノード及びカソードの少なくとも一方が半導体基板の主面に対して垂直方向に突出するシリコンピラーに形成されたダイオードであることを特徴とする請求項1乃至19のいずれか一項に記載の固体メモリ。 - 固体メモリと、
データプロセッサと、
前記固体メモリと前記データプロセッサとを接続するシステムバスと、を備えるデータ処理システムであって、
前記固体メモリに含まれるメモリセルは、
互いに対向する第1及び第2の電極と、
前記第1及び第2の電極に挟まれ、互いに組成の異なる第1及び第2の結晶層を含む複数の結晶層が積層されてなる超格子積層体と、を備え
前記超格子積層体の少なくとも一部は、前記第1及び第2の結晶層の積層面が前記第1及び第2の電極の対向方向と交差しており、
前記超格子積層体に含まれる前記第1の結晶層は、相変化化合物からなることを特徴とするデータ処理システム。 - データの書き替えが可能なユーザエリアと、
前記ユーザエリアに含まれる不良アドレスを記憶する不良アドレス記憶回路と、を備える固体メモリであって、
前記不良アドレス記憶回路に含まれるメモリセルは、
互いに対向する第1及び第2の電極と、
前記第1及び第2の電極に挟まれ、互いに組成の異なる第1及び第2の結晶層を含む複数の結晶層が積層されてなる超格子積層体と、を備え
前記超格子積層体の少なくとも一部は、前記第1及び第2の結晶層の積層面が前記第1及び第2の電極の対向方向と交差しており、
前記超格子積層体に含まれる前記第1の結晶層は、相変化化合物からなることを特徴とする固体メモリ。 - プログラムエリアと、
前記プログラムエリアに保持されたプログラムに基づいて所定の動作を行うデータ処理回路と、を備えるデータ処理装置であって、
前記プログラムエリアに含まれるメモリセルは、
互いに対向する第1及び第2の電極と、
前記第1及び第2の電極に挟まれ、互いに組成の異なる第1及び第2の結晶層を含む複数の結晶層が積層されてなる超格子積層体と、を備え
前記超格子積層体の少なくとも一部は、前記第1及び第2の結晶層の積層面が前記第1及び第2の電極の対向方向と交差しており、
前記超格子積層体に含まれる前記第1の結晶層は、相変化化合物からなることを特徴とするデータ処理装置。
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