JP4913190B2 - 不揮発性記憶装置 - Google Patents
不揮発性記憶装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4913190B2 JP4913190B2 JP2009219625A JP2009219625A JP4913190B2 JP 4913190 B2 JP4913190 B2 JP 4913190B2 JP 2009219625 A JP2009219625 A JP 2009219625A JP 2009219625 A JP2009219625 A JP 2009219625A JP 4913190 B2 JP4913190 B2 JP 4913190B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- memory cell
- layer
- resistance change
- cnt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims abstract description 116
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 96
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 105
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 92
- 230000008859 change Effects 0.000 description 84
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 80
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 80
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 20
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 10
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 2
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002531 CuTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003855 HfAlO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IVHJCRXBQPGLOV-UHFFFAOYSA-N azanylidynetungsten Chemical compound [W]#N IVHJCRXBQPGLOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0004—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising amorphous/crystalline phase transition cells
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0007—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising metal oxide memory material, e.g. perovskites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0688—Integrated circuits having a three-dimensional layout
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/20—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices comprising selection components having two electrodes, e.g. diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/80—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays
- H10B63/84—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays arranged in a direction perpendicular to the substrate, e.g. 3D cell arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
- H10N70/041—Modification of switching materials after formation, e.g. doping
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
- H10N70/061—Shaping switching materials
- H10N70/063—Shaping switching materials by etching of pre-deposited switching material layers, e.g. lithography
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/826—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/841—Electrodes
- H10N70/8418—Electrodes adapted for focusing electric field or current, e.g. tip-shaped
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
- H10N70/8828—Tellurides, e.g. GeSbTe
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/883—Oxides or nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/883—Oxides or nitrides
- H10N70/8833—Binary metal oxides, e.g. TaOx
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/883—Oxides or nitrides
- H10N70/8836—Complex metal oxides, e.g. perovskites, spinels
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/884—Switching materials based on at least one element of group IIIA, IVA or VA, e.g. elemental or compound semiconductors
- H10N70/8845—Carbon or carbides
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/30—Resistive cell, memory material aspects
- G11C2213/31—Material having complex metal oxide, e.g. perovskite structure
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/30—Resistive cell, memory material aspects
- G11C2213/32—Material having simple binary metal oxide structure
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/70—Resistive array aspects
- G11C2213/71—Three dimensional array
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/70—Resistive array aspects
- G11C2213/72—Array wherein the access device being a diode
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/70—Resistive array aspects
- G11C2213/81—Array wherein the array conductors, e.g. word lines, bit lines, are made of nanowires
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/762—Nanowire or quantum wire, i.e. axially elongated structure having two dimensions of 100 nm or less
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Description
さらに、上部配線11上には、層間絶縁膜30が設けられている。この層間絶縁膜30上には、上述した下部配線10、記憶セル80aおよび上部配線11が繰り返し積層している。
例えば、その材質として、ZnMnxOy、ZnFexOy、NbOx、CrドープSrTiO3−x、PrxCayMnOz、ZrOx、NiOx、TiドープNiOx膜、ZnOx、TiOx、TiOxNy、CuOx、GdOx、CuTex、HfOx、HfAlOx、CVD−C(炭素)、CN(窒化炭素)、両端に印加された電圧で発生するジュール熱により抵抗状態が変わるカルコゲナイド系のGST(GexSbyTez)、GSTにドーピングを施したNドープトGST、OドープトGST、GexSby、InxGeyTez等から選択された少なくとも1つを含む材料が適用される。
また、メタル膜20、22、25の材質は、例えば、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、白金(Pt)等が適用される。
ダイオード層21は、例えば、ポリシリコン(poly-Si)を主成分とした整流素子であり、PIN型ダイオード、PN接合ダイオード、ショットキーダイオード、ツェナーダイオード等が該当する。なお、ダイオード層21の材質としては、シリコンの他、ゲルマニウム(Ge)等の半導体材料、NiO、TiO、CuO、InZnO等の金属酸化物の半導体材料を組み合わせて用いてもよい。
また、リセット動作において抵抗変化膜24の加熱を効率よく行うために、抵抗変化膜24の近傍にヒートシンク層を設けてもよい(図示しない)。
このように、不揮発性記憶装置の記憶部80Mは、クロスポイント型のReRAM(Resistance Random Access Memory)セルアレイ構造を有している。
図2は、不揮発性記憶装置の記憶セル部の要部模式図である。
図2に示すReRAMメモリセルアレイにおいては、ワードラインである上部配線11を各段毎に設けるのではなく、上部配線11を共通化して、この上部配線11の上下に記憶セル80aを配置している。
例えば、図示する上部配線11を対称軸として、上部配線11の下方の記憶セル80aと、上部配線11の上方の記憶セル80aとが線対称に配置している。
このような構造によれば、記憶密度の向上のほか、上部配線11の共通化により、上部配線11への印加電圧遅延の抑制、書き込み動作および消去動作の迅速化、素子面積の低減等がなされる。
図3は、記憶セルの動作を説明する要部図である。
まず、図3(a)には、記憶セル80aの初期状態が示されている。例えば、上述した下部配線10と上部配線11との間に設けられた、メタル膜22/CNT含有層23/抵抗変化膜24/メタル膜25の順の積層膜が表示されている。従って、下部配線10と上部配線11との間に電圧を印加すると、下部配線10の電位は、メタル膜22を介してCNT含有層23に伝導し、上部配線11の電位は、メタル膜25を介して抵抗変化膜24に伝導する。また、CNT含有層23中のCNT23cの少なくとも1つは、抵抗変化膜24並びにメタル膜22と接触している。これにより、抵抗変化膜24とメタル膜22とが接触したCNT23cを通じて導通する。
図3では、一例として、CNT23cの端が抵抗変化膜24と接触している箇所を「部分A」とし、CNT23cの端がメタル膜22と接触している箇所を「部分B」としている。
この状態を、図3(b)に示す。
例えば、図3(b)では、部分Aが複数ある場合を例示し、それぞれの部分Aから抵抗変化膜24内の垂直方向にフィラメント24fが伸びた形態が表示されている。また、低抵抗状態のフィラメント24fが抵抗変化膜24内に形成したので、例えば、記憶セル80aに、情報「1」が書き込まれたことになる。
この状態を、図3(c)に示す。
ここで、セット動作前においては、部分Aにおけるフィラメント24fは、図3(c)に示すように、高抵抗状態「0」にある。
一方、セット動作前のフィラメント24fの抵抗が最初の高抵抗状態より高くなったとしても、それぞれの部分Aにおけるフィラメント24fに優先的に電流が流れる。その理由は、CNT23cとフィラメント24fとは直接接しているので、フィラメント24f部分における電界は、部分A以外の抵抗変化膜24の電界よりも強くなるからである。なお、セット動作後の状態は、図3(b)と同じである。
例えば、ユニポーラ動作での評価では、以下のような結果を得ている。
評価用試料として、本実施の形態に係わる評価用試料aと、比較例に係わる評価用試料bを作製した。
評価用試料aは、図3(a)に示すような構造をなし、メタル膜22/CNT含有層23/抵抗変化膜24/メタル膜25の順で積層膜が構成されている。これに対し、評価用試料bは、図3(d)に示すような構造をなし、CNT含有層23が介在せず、メタル膜22/抵抗変化膜24/メタル膜25の順で積層膜が構成されている。なお、メタル膜22、25の材質は、窒化チタン(TiN)である。メタル膜22、25の厚みは、50nmである。抵抗変化膜24の材質は、マンガン酸化物を主成分としている。記憶セル80aの径(幅)は、50μmφ程度である。
リセット電流が低下する理由は、CNT含有層23がメタル膜22と抵抗変化膜24との間に介在することで、抵抗変化膜24の実質的な面積がより小さくなったためと考察している。例えば、その実質的な面積は、1/3以下にまで低減する。
また、リセット電流が約1/10にまで低減するので、ダイオード層21に流れる順方向電流もより小さくなる。これにより、高性能のダイオード層を記憶セル80a内に組み込む必要がなくなる。その結果、不揮発性メモリのプロセスマージンが向上する。また、不揮発性メモリの低コスト化がなされる。
図4〜図8は、記憶セルの製造工程を説明する図である。
先ず、図4(a)に示すように、シリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)等を主成分とする半導体基板(図示しない)の上層に、平面状(べた状)の下部配線層10Aを形成する。続いて、下部配線層10A上に、メタル膜20/ダイオード層21/メタル膜22の順で積層膜を形成する。下部配線層10A/メタル膜20/ダイオード層21/メタル膜22は、例えば、スパッタリング法またはCVD法により形成する。
次に、図5(b)に示すように、絶縁膜23aの上面側に低温条件下で、希フッ酸溶液またはフッ酸蒸気を晒して、絶縁膜23aの上面側をエッチバックする。このエッチバックにより、絶縁膜23aの表面から少なくとも1つのCNT23cの他方の端が表出する。
ここまでの工程で形成した積層構造81を、立体模式図で表すと、図6(b)のようになる。
これに対し、本実施の形態では、簡便な方法で、メタル膜22/CNT含有層23/抵抗変化膜24/メタル膜25の積層構造を形成している。これにより、消費電力が低く、生産性が高い記憶セル80aが形成する。
しかし、このような場合であっても、部分Aというピンポイントで、CNT23cと抵抗変化膜24とが接触していることには変わりがない。これにより、消費電力が大きく減少する。これは、後述する実施例2でも同様である。
図10は、不揮発性記憶装置の記憶セル部の要部模式図である。図10では、記憶セル80bの要部構造のほか、記憶セル80bの動作を説明する図も表示されている。
図10(a)に示すように、記憶セル80bには、メタル膜22、CNT含有層23、抵抗変化膜24、メタル膜25を有している。CNT含有層23は、抵抗変化膜24とのあいだにギャップ(間隙)27を有している。メタル膜22/CNT層23/抵抗変化膜24/メタル膜25からなる積層構造は、上述した下部配線10と上部配線11とのクロスする位置に設けられている。
まず、メタル膜22とメタル膜25との間に、フォーミングを行うための電圧を印加する。このとき、静電力あるいはファンデルワールス力よりCNT23cの先端が抵抗変化膜24側に引き寄せられて、CNT23cの少なくともいずれか1つと抵抗変化膜24とが接触する。この接触した部分を部分Aとする。
この状態を、図10(b)に示す。
CNT23cと抵抗変化膜24が接触した瞬間には、下部配線10と上部配線11とが導通するので、抵抗変化膜24は、見かけ上、高抵抗状態から低抵抗状態へと変化する。また、CNT23cの先端が抵抗変化膜24に、一旦接触してしまうと、ファンデルワールス力より、この接触した状態を維持する。
図10(b)では、部分Aが1箇所ある場合を例示し、この部分Aから抵抗変化膜24内の垂直方向にフィラメント24fが伸びた形態が表示されている。また、低抵抗状態のフィラメント24fが抵抗変化膜24内に形成したので、例えば、記憶セル80bに、情報「1」が書き込まれたことになる。
この状態を、図10(c)に示す。
ここで、セット動作前においては、部分Aにおけるフィラメント24fは、図10(c)に示すように、高抵抗状態「0」にある。
一方、セット動作前のフィラメント24fの抵抗が最初の高抵抗状態より高くなったとしても、それぞれの部分Aにおけるフィラメント24fに優先的に電流が流れる。その理由は、CNT23cとフィラメント24fとは直接接しているので、フィラメント24f部分の電界は、部分A以外の抵抗変化膜24の電界よりも強くなるからである。なお、セット動作後の状態は、図10(b)と同じである。
このように、それぞれの部分Aにおけるフィラメント24fがセット動作によって優先的に高抵抗状態「0」から低抵抗状態「1」へ変化する。また、それぞれの部分Aにおけるフィラメント24fがリセット動作によって優先的に低抵抗状態「1」から高抵抗状態「0」へ変化する。記憶セル80bでは、部分Aにおけるフィラメント24fが記憶のスイッチング(情報の書き込み、消去)に優先的に寄与する。
なお、記憶セル80bのセット電流またはリセット電流を最も低くするには、部分Aを1箇所のみとし、1本のCNT23cのみが抵抗変化膜24に接する構造が好ましい。
図11〜図14は、記憶セルの製造工程を説明する図である。
実施例2の製造工程は、上述した図4、図5の製造工程までは同じとしている。従って、実施例2では、この次の製造工程から説明する。なお、実施例2では、図5(b)に示すエッチバック工程で、絶縁膜23aの上面側を実施例1の場合よりも深く除去する。例えば、エッチバックする深さを15nm以下とする。このようなエッチバックによって、絶縁膜23aの上面側からは、少なくとも1つのCNT23cの端が表出する。
続いて、有機被膜28上に、抵抗変化膜24をスパッタリング法またはCVD法で形成する。
ここまでの工程で形成した積層構造82を、立体模式図で表すと、図11(b)のようになる。
このマスク部材90の間には、X軸方向に延在する溝部90trが形成されている。また、溝部90trの底からは、上部配線層11Aが表出している。
これにより、上述した点線91で示す部分がエッチングされて、積層構造82内に、トレンチ40trが形成する。トレンチ40trは、X軸方向に延在している。すなわち、トレンチ40trが延在する方向と、下部配線10が延在する方向とは、略垂直の関係にある。
そして、この後においては、この除去した部分に、素子分離層40を埋設する。マスク部材90については、CMPで除去する。
このような製造工程により、図14に示す記憶部80Mが形成する。図示するように、下部配線10と上部配線11とがクロスする位置に、記憶セル80bが設けられている。
このように、実施例2のCNT含有層23は、CNT23cと、絶縁膜23aと、ギャップ27とを有する。そして、複数のCNT23cの中の少なくとも1つのCNT23cが絶縁膜23aからギャップ27内に延在し、ギャップ27内に延在したCNT23cの一方の端が記憶層に接触し、ギャップ27の他方の端が下部配線10に電気的に接続している。また、簡便な方法で、メタル膜22/CNT含有層23/抵抗変化膜24/メタル膜25の積層構造を形成している。これにより、消費電力が低く、生産性が高い記憶セル80bが形成する。
例えば、本実施形態の不揮発性記憶装置は、ふたつの配線の交差する箇所に記憶セルを接続した、いわゆるクロスポイント型には限定されない。この他にも、例えば、複数の記憶セルのそれぞれに対してプローブを接触させて書き込みや読み出しを実行する、いわゆるプローブメモリ型や、トランジスタなどのスイッチング素子により記憶セルを選択して書き込みや読み出しを実行する形式のメモリも、本発明の範囲に包含される。
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。
たとえば、本実施の形態のエッチバック工程においては、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)のクロスポイント形成にも転用できる。また、必要に応じて、ダイオード層21を記憶セル80a、80b、80cから取り除いた形態も本実施の形態に含まれる。また、必要に応じて、メタル膜20、22、25、ストッパ配線膜26を記憶セル80a、80b、80cから取り除いた形態も本実施の形態に含まれる。
10A 下部配線層
11 上部配線
11A 上部配線層
20、22、25 メタル膜
21 ダイオード層
22a メタル層
23 CNT含有層
23a 絶縁膜
23c CNT(カーボンナノチューブ)
23ca CNTが分散した層
23M 塗布膜
24 抵抗変化膜
24f フィラメント
26 ストッパ配線膜
27 ギャップ
28 有機被膜
30 層間絶縁膜
40 素子分離層
40tr トレンチ
80M 記憶部
80a、80b 記憶セル
81、82 積層構造
90 マスク部材
90tr 溝部
91 点線
100 比較例
A、B 部分
a、b 評価用試料
Claims (2)
- 第1の配線と第2の配線とに接続された記憶セルを備え、
前記記憶セルは、複数の層を有し、
前記複数の層は、
記憶層と、
前記記憶層に接し複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ含有層と、
を有し、
前記複数のカーボンナノチューブのうちの少なくとも1つのカーボンナノチューブの端は、前記記憶層に接触し、
前記カーボンナノチューブ含有層は、前記記憶層とのあいだに設けられた間隙を有する不揮発性記憶装置。 - 前記複数のカーボンナノチューブのうちの少なくとも1つのカーボンナノチューブは、前記間隙中に延在しその端が前記記憶層に接触していることを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009219625A JP4913190B2 (ja) | 2009-09-24 | 2009-09-24 | 不揮発性記憶装置 |
US12/881,658 US8264866B2 (en) | 2009-09-24 | 2010-09-14 | Nonvolatile memory device and method for manufacturing same |
KR1020100091874A KR101162447B1 (ko) | 2009-09-24 | 2010-09-17 | 불휘발성 기억 장치 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009219625A JP4913190B2 (ja) | 2009-09-24 | 2009-09-24 | 不揮発性記憶装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011071229A JP2011071229A (ja) | 2011-04-07 |
JP4913190B2 true JP4913190B2 (ja) | 2012-04-11 |
Family
ID=43756490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009219625A Expired - Fee Related JP4913190B2 (ja) | 2009-09-24 | 2009-09-24 | 不揮発性記憶装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8264866B2 (ja) |
JP (1) | JP4913190B2 (ja) |
KR (1) | KR101162447B1 (ja) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20100052080A (ko) * | 2008-11-10 | 2010-05-19 | 주식회사 하이닉스반도체 | 저항성 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
JP2012019191A (ja) * | 2010-06-10 | 2012-01-26 | Toshiba Corp | 不揮発性記憶装置の製造方法 |
JP5555136B2 (ja) * | 2010-11-02 | 2014-07-23 | 株式会社東芝 | 記憶装置及びその製造方法 |
JP5606478B2 (ja) | 2012-03-22 | 2014-10-15 | 株式会社東芝 | 半導体記憶装置 |
US8558209B1 (en) | 2012-05-04 | 2013-10-15 | Micron Technology, Inc. | Memory cells having-multi-portion data storage region |
KR20140068627A (ko) * | 2012-11-28 | 2014-06-09 | 삼성전자주식회사 | 가변저항막을 갖는 저항 메모리 소자 및 그 제조방법 |
US9001554B2 (en) * | 2013-01-10 | 2015-04-07 | Intermolecular, Inc. | Resistive random access memory cell having three or more resistive states |
US9111591B2 (en) | 2013-02-22 | 2015-08-18 | Micron Technology, Inc. | Interconnections for 3D memory |
FR3011067B1 (fr) * | 2013-09-23 | 2016-06-24 | Commissariat Energie Atomique | Appareil comportant un composant fonctionnel susceptible d'etre en surcharge thermique lors de son fonctionnement et un systeme de refroidissement du composant |
US20150171321A1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-18 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming metal on inhomogeneous surfaces and structures incorporating metal on inhomogeneous surfaces |
US10256271B1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-04-09 | International Business Machines Corporation | Phase change memory array with integrated polycrystalline diodes |
US20190326403A1 (en) * | 2018-04-18 | 2019-10-24 | Intel Corporation | Thin film diode based back-end temperature sensors |
CN112086556B (zh) * | 2019-06-13 | 2024-03-15 | 联华电子股份有限公司 | 存储器单元及其形成方法 |
KR20210111515A (ko) * | 2020-03-03 | 2021-09-13 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 전자 장치 및 그 제조 방법 |
KR102658214B1 (ko) * | 2022-03-03 | 2024-04-17 | 연세대학교 산학협력단 | 3D Xpoint에서 셀 간의 열적 간섭 해소가 가능한 비휘발성 메모리 장치 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3868934B2 (ja) | 2003-08-01 | 2007-01-17 | 株式会社東芝 | 電極製造方法 |
US6955937B1 (en) | 2004-08-12 | 2005-10-18 | Lsi Logic Corporation | Carbon nanotube memory cell for integrated circuit structure with removable side spacers to permit access to memory cell and process for forming such memory cell |
KR100657944B1 (ko) * | 2005-01-12 | 2006-12-14 | 삼성전자주식회사 | 상전이 램 동작 방법 |
KR100719346B1 (ko) | 2005-04-19 | 2007-05-17 | 삼성전자주식회사 | 저항 메모리 셀, 그 형성 방법 및 이를 이용한 저항 메모리배열 |
KR100645064B1 (ko) * | 2005-05-23 | 2006-11-10 | 삼성전자주식회사 | 금속 산화물 저항 기억소자 및 그 제조방법 |
KR101137865B1 (ko) * | 2005-06-21 | 2012-04-20 | 엘지디스플레이 주식회사 | 박막 트랜지스터 기판의 제조방법 및 이를 이용한 박막트랜지스터 기판 |
JP4475186B2 (ja) | 2005-06-30 | 2010-06-09 | 富士ゼロックス株式会社 | 情報記録媒体の製造方法 |
US7352607B2 (en) * | 2005-07-26 | 2008-04-01 | International Business Machines Corporation | Non-volatile switching and memory devices using vertical nanotubes |
KR100674144B1 (ko) * | 2006-01-05 | 2007-01-29 | 한국과학기술원 | 탄소 나노 튜브를 이용한 상변화 메모리 및 이의 제조 방법 |
WO2007083362A1 (ja) * | 2006-01-18 | 2007-07-26 | Fujitsu Limited | 抵抗記憶素子及びその製造方法 |
US7626190B2 (en) | 2006-06-02 | 2009-12-01 | Infineon Technologies Ag | Memory device, in particular phase change random access memory device with transistor, and method for fabricating a memory device |
US8030637B2 (en) | 2006-08-25 | 2011-10-04 | Qimonda Ag | Memory element using reversible switching between SP2 and SP3 hybridized carbon |
JP5056096B2 (ja) | 2007-03-22 | 2012-10-24 | パナソニック株式会社 | 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 |
US7859036B2 (en) * | 2007-04-05 | 2010-12-28 | Micron Technology, Inc. | Memory devices having electrodes comprising nanowires, systems including same and methods of forming same |
JP5159270B2 (ja) * | 2007-11-22 | 2013-03-06 | 株式会社東芝 | 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法 |
US8558220B2 (en) * | 2007-12-31 | 2013-10-15 | Sandisk 3D Llc | Memory cell that employs a selectively fabricated carbon nano-tube reversible resistance-switching element formed over a bottom conductor and methods of forming the same |
KR20090083094A (ko) | 2008-01-29 | 2009-08-03 | 삼성전자주식회사 | 나노입자를 이용한 저항성 메모리 및 그 제조 방법 |
-
2009
- 2009-09-24 JP JP2009219625A patent/JP4913190B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2010
- 2010-09-14 US US12/881,658 patent/US8264866B2/en active Active
- 2010-09-17 KR KR1020100091874A patent/KR101162447B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101162447B1 (ko) | 2012-07-04 |
KR20110033061A (ko) | 2011-03-30 |
JP2011071229A (ja) | 2011-04-07 |
US8264866B2 (en) | 2012-09-11 |
US20110069525A1 (en) | 2011-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4913190B2 (ja) | 不揮発性記憶装置 | |
US9437658B2 (en) | Fully isolated selector for memory device | |
JP6151650B2 (ja) | 記憶装置 | |
US8558212B2 (en) | Conductive path in switching material in a resistive random access memory device and control | |
US8947908B2 (en) | Hetero-switching layer in a RRAM device and method | |
JP6750507B2 (ja) | 選択素子およびメモリセルならびに記憶装置 | |
US9312479B2 (en) | Variable resistance memory device | |
JP5783961B2 (ja) | 不揮発性記憶装置 | |
JPWO2012114744A1 (ja) | 不揮発性記憶素子及びその製造方法 | |
JP2013534723A (ja) | 抵抗スイッチング層を備えるメモリセルの組成 | |
US9978941B2 (en) | Self-rectifying resistive random access memory cell structure | |
TW201314982A (zh) | 電阻變化型非揮發性記憶裝置、半導體裝置及電阻變化型非揮發性記憶裝置之動作方法 | |
US9865809B2 (en) | Nonvolatile resistance change element | |
JP2012018964A (ja) | 記憶素子およびその駆動方法、並びに記憶装置 | |
JP2012019191A (ja) | 不揮発性記憶装置の製造方法 | |
JP2012004242A (ja) | 不揮発性記憶装置 | |
JPWO2010140296A1 (ja) | 不揮発性記憶素子およびこれを備えた半導体記憶装置 | |
JP2011171322A (ja) | 不揮発性半導体記憶装置、及びその製造方法 | |
US8765565B2 (en) | Nonvolatile memory device and method for manufacturing same | |
KR20120007438A (ko) | 불휘발성 기억 장치 및 그 제조 방법 | |
US8895952B2 (en) | Nonvolatile storage device | |
JP5374865B2 (ja) | 抵抗変化素子、これを用いた記憶装置、及びそれらの作製方法 | |
JP4746683B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP2013120845A (ja) | メタルブリッジ型記憶装置 | |
TW201013919A (en) | High density resistance based semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110915 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111007 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111206 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111227 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120118 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150127 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |