JP2008153375A - Storage element and device - Google Patents

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Tetsuya Mizuguchi
徹也 水口
Kazuhiro Oba
和博 大場
Shuichiro Yasuda
周一郎 保田
Akira Kochiyama
彰 河内山
Katsuhisa Araya
勝久 荒谷
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a storage element having a structure that film in the element structure is not peeled off and the storage element can be manufactured easily and at a high density. <P>SOLUTION: Respective memory cells are configured by a resistance change element which is configured to have a storage layer between two electrodes, and in which a resistance value of the storage layer changes reversibly by applying a potential of a different pole to the two electrodes. In a plurality of adjacent memory cells, at least a partial layer containing the storage layer of the resistance change element is formed commonly with the identical layer, and an ion source layer containing: a metal element of one kind or more selected from Cu, Ag and Zn; a chalcogen element of one kind or more selected from Te, S and Se; and Si or Ge is laminated on the storage layer. The storage element is configured to have an atomic composition ratio of the metal element to the chalcogen element which is 0.5 to 5. <P>COPYRIGHT: (C)2008,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, FeRAM (ferroelectric memory), MRAM (magnetic memory element), 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り、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ため、これによりイオン導電体の抵抗値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. Due to the diffusion, this changes the electrical properties such as resistance or capacitance of the ionic conductor.
A memory device can be configured using this characteristic (see, for example, 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 one of the two electrodes. One electrode contains Cu, Ag, and Zn (see Patent Document 1).

また、上記のメモリデバイスの熱付加等による記憶素子の抵抗値や、記録・消去動作電圧等、電気的特性を安定させ、情報の記録及び読み出しを容易に安定して行うことができる記憶素子が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
この記憶素子は、2つの電極の間に、記憶層が挟まれて構成されている記憶素子であり、記憶層に希土類元素が含まれ、記憶層内もしくは記憶層と接している層に、Cu,Ag,Znのいずれかの元素が含まれ、記憶層内もしくは記憶層と接している層に、Te,S,Seから選ばれるいずれかの元素が含まれている。
In addition, there is a memory element that can easily and stably record and read information by stabilizing the electrical characteristics such as the resistance value of the memory element due to heat addition of the memory device and the recording / erasing operation voltage. It has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
This memory element is a memory element configured by sandwiching a memory layer between two electrodes. The memory layer contains a rare earth element, and a Cu layer is formed in the memory layer or in contact with the memory layer. , Ag, and Zn, and any element selected from Te, S, and Se is contained in the memory layer or in a layer in contact with the memory layer.

この記憶素子は、一般的な各種のメモリと同様に、各メモリセルを孤立させて、周囲のメモリセルとの電気的分離を行った構造を採用することができる。
例えば、動作電圧を印加する下部電極と、Cu,Ag,Znのいずれかの元素を含むイオン源層と、希土類元素を含む高抵抗の記憶層と、上部電極とを、それぞれメモリセル毎に分離する。
This memory element can employ a structure in which each memory cell is isolated and electrically separated from surrounding memory cells, as in various general memories.
For example, a lower electrode for applying an operating voltage, an ion source layer containing any element of Cu, Ag, and Zn, a high-resistance memory layer containing a rare earth element, and an upper electrode are separated for each memory cell. To do.

ところで、メモリの記憶容量の増大に伴い、メモリセルの寸法の微細化が必要となる。
そこで、上述の記憶素子において、隣接する複数のメモリセルの記憶層や電極を一部共通化することにより、その作製プロセスの簡易化を図ることが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
例えば、動作電圧を印加する下部電極に、高抵抗の記憶層、Cu,Ag,Znのいずれかの元素を含むイオン源層の順に積層した構造において、高抵抗の記憶層によって隣接するメモリセルを電気的に分離することができる。そのため、下部電極を各メモリセルで分離して、この下部電極上に、記憶層、イオン源層、上部電極の各層を隣接するメモリセルで共通に形成することが可能になる。
このような構成を採用することにより、メモリセルの寸法の微細化に関する制限を緩和することができ、メモリセルの密度を向上することができる。
By the way, as the storage capacity of the memory increases, it is necessary to reduce the size of the memory cell.
In view of the above, it has been proposed to simplify the manufacturing process by partially sharing the memory layers and electrodes of a plurality of adjacent memory cells in the memory element described above (see, for example, Patent Document 3). .
For example, in a structure in which a high-resistance storage layer and an ion source layer containing any one element of Cu, Ag, and Zn are stacked in this order on a lower electrode to which an operating voltage is applied, memory cells adjacent to each other by the high-resistance storage layer It can be electrically separated. Therefore, the lower electrode can be separated by each memory cell, and the memory layer, the ion source layer, and the upper electrode can be formed on the lower electrode in common by adjacent memory cells.
By adopting such a configuration, it is possible to relax restrictions on miniaturization of the size of the memory cell and to improve the density of the memory cell.

特表2002−536840号公報Special Table 2002-536840 Publication 特開2005−197634号公報JP 2005-197634 A 特開2006−40946号公報JP 2006-40946 A

下部電極は、その平面内では、絶縁層等が大部分を占める中の小さな面積を占めるに過ぎない。
各メモリセルを孤立させる場合には、下部電極上に形成する記憶層等の各層も、下部電極と同様に、各メモリセルで分離されているため、下部電極に接続される部分の割合が大きく、下部電極との密着強度が問題とならない。
しかし、記憶層、イオン源層、上部電極が、隣接するメモリセルと共通に形成されたメモリ構造の場合には、絶縁層等が大部分を占める平面上に、共通に形成された層が配置される。このため、全体としての密着強度が弱くなると膜剥がれが起きる。
The lower electrode occupies only a small area in the plane of which the insulating layer occupies most.
When each memory cell is isolated, each layer such as a memory layer formed on the lower electrode is separated by each memory cell similarly to the lower electrode, so that the proportion of the portion connected to the lower electrode is large. The adhesion strength with the lower electrode is not a problem.
However, in the case of the memory structure in which the memory layer, the ion source layer, and the upper electrode are formed in common with the adjacent memory cell, the layer formed in common is disposed on the plane that occupies most of the insulating layer. Is done. For this reason, when the adhesion strength as a whole becomes weak, film peeling occurs.

特に、イオン源層は、Cuなど、酸化物などに積層された場合に付着強度が弱い元素が多量に含まれており、その下に配置されている記憶層も高抵抗層である酸化物を用いると膜剥がれを起しやすくなる。それが局所的であればメモリとしての動作不安定を引き起こし、素子の破壊にまでつながる可能性がある。   In particular, the ion source layer contains a large amount of an element having a low adhesion strength when laminated on an oxide such as Cu, and the memory layer disposed below the oxide layer is also an oxide having a high resistance. If used, film peeling is likely to occur. If it is local, it may cause unstable operation as a memory and lead to destruction of the element.

上述した問題の解決のために、本発明においては、素子構造の膜剥がれがなく、容易にかつ高密度に製造することが可能となる構成の記憶素子及び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 memory element and a memory device having a structure in which the element structure does not peel off and can be manufactured easily and at a high density.

本発明の記憶素子は、2つの電極の間に、記憶層を有して構成され、2つの電極に極性の異なる電位を印加することにより、可逆的に記憶層の抵抗値が変化する抵抗変化素子により、それぞれのメモリセルが構成され、隣接する複数のメモリセルにおいて、抵抗変化素子の記憶層を含む少なくとも一部の層が同一層により共通に形成され、記憶層の上に、Cu,Ag,Znから選ばれる1種以上の金属元素と、Te,S,Seから選ばれる1種以上のカルコゲン元素と、Si又はGeとを含有するイオン源層を積層してなり、カルコゲン元素に対する金属元素の原子組成比が5ないし0.5であることを特徴とする。   The memory element of the present invention is configured to have a memory layer between two electrodes, and a resistance change in which the resistance value of the memory layer changes reversibly by applying potentials having different polarities to the two electrodes. Each memory cell is constituted by an element, and in a plurality of adjacent memory cells, at least a part of the layer including the memory layer of the resistance change element is formed in common by the same layer, and Cu, Ag is formed on the memory layer. 1 or more metal elements selected from Zn, one or more chalcogen elements selected from Te, S and Se, and an ion source layer containing Si or Ge, and a metal element for the chalcogen elements The atomic composition ratio is 5 to 0.5.

また、本発明の記憶装置は、2つの電極の間に、記憶層を有して構成され、2つの電極に極性の異なる電位を印加することにより、可逆的に記録層の抵抗値が変化する抵抗変化素子により、それぞれのメモリセルが構成され、隣接する複数のメモリセルにおいて、抵抗変化素子記憶層を含む少なくとも一部の層が同一層により共通に形成され、記憶層の上に、Cu,Ag,Znから選ばれる1種以上の金属元素と、Te,S,Seから選ばれる1種以上のカルコゲン元素と、Si又はGeとを含有するイオン源層を積層してなり、カルコゲン元素に対する金属元素の原子組成比が5ないし0.5であることを特徴とする記憶素子と、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ことを特徴とする。   Further, the memory device of the present invention has a memory layer between two electrodes, and the resistance value of the recording layer reversibly changes by applying potentials having different polarities to the two electrodes. Each memory cell is constituted by a resistance change element, and in a plurality of adjacent memory cells, at least a part of the layer including the resistance change element storage layer is formed in common by the same layer, and Cu, A metal with respect to a chalcogen element formed by laminating an ion source layer containing one or more metal elements selected from Ag, Zn, one or more chalcogen elements selected from Te, S, Se, and Si or Ge. A memory element having an atomic composition ratio of 5 to 0.5; a wiring connected to the first electrode side; and a wiring connected to the second electrode side; Many elements are arranged And wherein the door.

上述の本発明の記憶素子及び記憶装置の構成によれば、2つの電極の間に記録層を有して成り、これら2つの電極に極性の異なる電位を印加することにより、可逆的に記録層の抵抗値が変化する抵抗変化素子により、それぞれのメモリセルが構成されているので、この抵抗変化素子の抵抗値を、高抵抗と低抵抗の間で可逆的に変化させることができ、抵抗変化素子の抵抗状態を、情報としてメモリセルに記憶させることができる。   According to the configuration of the memory element and the memory device of the present invention described above, the recording layer is provided between the two electrodes, and the recording layer is reversibly applied by applying potentials having different polarities to the two electrodes. Since each memory cell is configured by a resistance change element that changes the resistance value of the resistance, the resistance value of the resistance change element can be reversibly changed between a high resistance and a low resistance. The resistance state of the element can be stored in the memory cell as information.

また、隣接する複数のメモリセルにおいて、抵抗変化素子の記録層を構成する少なくとも一部の層が同一層により共通に形成されていることにより、記憶素子を製造する際に、共通に形成されている層については、メモリセル毎の局所的な記録膜の堆積或いはパターニング加工が不要となるため、パターニングの精度が緩和され、容易にパターニングを行うことが可能になる。   In addition, in a plurality of adjacent memory cells, at least a part of the layers constituting the recording layer of the resistance change element is formed in common by the same layer, so that it is formed in common when manufacturing the memory element. For the existing layers, local recording film deposition or patterning for each memory cell is not required, so that the patterning accuracy is reduced and patterning can be easily performed.

さらに、記憶層の上に形成されるイオン源層において、カルコゲン元素に対する金属元素の原子組成比が5ないし0.5であることにより、素子構造において膜剥がれを起こすことなく、安定した歩留まりで製造することができる。   Further, in the ion source layer formed on the memory layer, the atomic composition ratio of the metal element to the chalcogen element is 5 to 0.5, so that the device structure is manufactured with a stable yield without causing film peeling. can do.

上述の本発明によれば、記憶素子を製造する際に、共通に形成されている層については、パターニングの精度が緩和され、容易にパターニングを行うことが可能になるため、また、膜剥がれの発生を抑制することができるため、製造歩留まりを大幅に向上することができる。
従って、メモリセルのサイズを微細化しても、記憶素子を容易に歩留まり良く製造することができるため、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、記憶素子の記憶容量の増大や、メモリの小型化を図ることが可能になる。
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)や小型化を図ることができる。
According to the above-described present invention, when the memory element is manufactured, the layer formed in common has a reduced patterning accuracy and can be easily patterned. Since generation | occurrence | production can be suppressed, a manufacturing yield can be improved significantly.
Therefore, even when the size of the memory cell is reduced, the memory element 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 element can be increased and the memory can be downsized.
Therefore, according to the present invention, a highly reliable storage device can be configured.
In addition, the storage device can be highly integrated (densified) and downsized.

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。また、本実施の形態の記憶素子の模式的平面図を図2に示す。
この記憶素子は、メモリセルを構成する抵抗変化素子10が多数アレイ状に配置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. FIG. 2 shows a schematic plan view of the memory element of this embodiment.
This memory element is configured by arranging a large number of variable resistance elements 10 constituting a memory cell in an array.

図1に示すように、このメモリセルアレイでは、メモリセル全体にわたって、各メモリセルを構成する抵抗変化素子10が、記憶層2・イオン源層3・上部電極4の各層を共有している。言い換えれば、各抵抗変化素子10が、それぞれ同一層の記憶層2・イオン源層3・上部電極4により構成されている。   As shown in FIG. 1, in this memory cell array, the resistance change element 10 constituting each memory cell shares the memory layer 2, the ion source layer 3, and the upper electrode 4 over the entire memory cell. In other words, each resistance change element 10 is composed of the same memory layer 2, ion source layer 3, and upper electrode 4.

下部電極1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,Cu,Al,Mo,Ta、シリサイド等を用いることができる。   For the lower electrode 1, a wiring material used in a semiconductor process, for example, TiW, Ti, W, Cu, Al, Mo, Ta, silicide, or the like can be used.

記憶層2は、金属元素、希土類元素、これらの混合物の酸化物、窒化物、若しくは半導体を用いることが可能であり、それらにCuや貴金属類などを添加して構成することが可能である。   The memory layer 2 can use metal elements, rare earth elements, oxides of these mixtures, nitrides, or semiconductors, and can be configured by adding Cu, noble metals, or the like to them.

上部電極4は、下部電極1と同様に、通常の半導体配線材料を用いることができる。   For the upper electrode 4, a normal semiconductor wiring material can be used in the same manner as the lower electrode 1.

イオン源層3は、Cu,Ag,Znの少なくともいずれかの金属元素を含有する。さらに、イオン源層3は、Te,Se,Sのカルコゲン元素の少なくともいずれかと、Si又はGeを含有する。
このイオン源層3としては、例えば、CuTeSi,GeSbTeSi,CuGeTeSi,AgGeTeSi,AgTeSi,ZnTeSi,ZnGeTeSi,CuSSi,CuGeSSi,CuSeSi,CuGeSeSi等を用いることができる。
また、イオン源層3には、さらに、ボロン、或いは希土類元素を含有させてもよい。
The ion source layer 3 contains at least one metal element of Cu, Ag, and Zn. Further, the ion source layer 3 contains at least one of Te, Se, and S chalcogen elements, and Si or Ge.
As this ion source layer 3, for example, CuTeSi, GeSbTeSi, CuGeTeSi, AgGeTeSi, AgTeSi, ZnTeSi, ZnGeTeSi, CuSSi, CuGeSSi, CuSeSi, CuGeSeSi or the like can be used.
Further, the ion source layer 3 may further contain boron or a rare earth element.

特に、抵抗値が変化する部分を、比較的高い抵抗値を有する記憶層2に限定するために、イオン源層3に、この高抵抗の記憶層2に比して、充分抵抗が低い材料(例えば、記憶層2のオン時の抵抗値よりも低い材料)を用いることが好ましい。
このため、イオン源層3のカルコゲナイド元素としてはTeを用いることが望ましい。そして、陽イオンとして移動が容易な、Cu,Ag,Znの金属元素を含むことが望ましい。従って、イオン源層3は、例えば、CuTe,AgTe,ZnTeを主成分とする材料により形成することが望ましい。
さらに、イオン源層3の陽イオンとなる元素にCuを用い、CuTeを含む構成とすることが好ましい。これにより、イオン源層3の抵抗を低くし、イオン源層3の抵抗変化を記憶層2の抵抗変化と比較して充分に小さくすることができ、メモリ動作の安定性を向上させることができる。
In particular, in order to limit the portion where the resistance value changes to the memory layer 2 having a relatively high resistance value, the ion source layer 3 is made of a material having a sufficiently low resistance compared to the high resistance memory layer 2 ( For example, it is preferable to use a material that is lower than the resistance value when the memory layer 2 is on.
Therefore, it is desirable to use Te as the chalcogenide element of the ion source layer 3. And it is desirable to contain the metal element of Cu, Ag, Zn which can move easily as a cation. Therefore, the ion source layer 3 is desirably formed of a material mainly composed of CuTe, AgTe, or ZnTe, for example.
Furthermore, it is preferable to use Cu as an element that becomes a cation of the ion source layer 3 and to contain CuTe. Thereby, the resistance of the ion source layer 3 can be lowered, the resistance change of the ion source layer 3 can be made sufficiently smaller than the resistance change of the memory layer 2, and the stability of the memory operation can be improved. .

上述のように、本実施の形態のイオン源層3は、Cu,Ag,Znから選ばれるいずれかの金属元素と、Te,S,Seから選ばれるいずれかのカルコゲン元素とを含有する。
上記イオン源層3において、カルコゲン元素に対する前記金属元素の原子組成比、例えばCu:Teの原子組成比率(Cu/Te比)は、0.5:1(0.5)ないし5:1(5)であることが好ましい。
なお、イオン源層3のカルコゲン元素に対する前記金属元素の原子組成比については、以下、Cu,Ag,Zn及びTe,S,Seを代表して、Cu/Te比と記載する。しかし、これらの元素の選択は、上述の通りCu及びTeに限定されるものではない。
As described above, the ion source layer 3 of the present embodiment contains any metal element selected from Cu, Ag, and Zn and any chalcogen element selected from Te, S, and Se.
In the ion source layer 3, the atomic composition ratio of the metal element to the chalcogen element, for example, the atomic composition ratio of Cu: Te (Cu / Te ratio) is 0.5: 1 (0.5) to 5: 1 (5 ) Is preferable.
The atomic composition ratio of the metal element to the chalcogen element in the ion source layer 3 is hereinafter referred to as a Cu / Te ratio, representative of Cu, Ag, Zn, and Te, S, Se. However, the selection of these elements is not limited to Cu and Te as described above.

Cu/Te比を5以下に設定することにより、Cu,Ag,Znを含有するイオン源層3が膜剥がれを起すことなく、安定な歩留まりで製造可能となる。   By setting the Cu / Te ratio to 5 or less, the ion source layer 3 containing Cu, Ag, and Zn can be manufactured with a stable yield without causing film peeling.

また、トランジスタを用いて素子を駆動している為、電圧、電流などに制限がある。
イオン源層のCu,Ag,Znが少なすぎると、イオンの数自体が少なくなる。このため、動作はするものの、速度が低下し、駆動に要する電圧、電流の閾値が増大するため、メモリとして記録消去動作を行うことができなくなる。
従って、メモリとしての動作可能な範囲として、Cu/Te比を0.5以上とする必要がある。
In addition, since elements are driven using transistors, there are limitations on voltage, current, and the like.
If the amount of Cu, Ag, and Zn in the ion source layer is too small, the number of ions itself decreases. For this reason, although the operation is performed, the speed is decreased and the threshold values of the voltage and current required for driving are increased, so that the recording / erasing operation cannot be performed as a memory.
Therefore, the Cu / Te ratio needs to be 0.5 or more as an operable range as a memory.

さらに好ましくは、上述のCu/Te比を1〜2に設定することにより、メモリとして動作可能なことはもちろん、記録、消去後のデータ保持特性の優れたメモリが実現可能である。   More preferably, by setting the above-described Cu / Te ratio to 1 to 2, it is possible to realize a memory having excellent data retention characteristics after recording and erasing as well as being operable as a memory.

また、本実施の形態のイオン源層3は、Si又はGeを含有する。
イオン源層3にSi,Geが適当量含有されることにより、イオン源層3の非晶質構造をより安定化させることができ、プロセス時に受ける熱などによる結晶化等の状態変化が抑制さるため、熱的に安定になることが期待でき、熱に関与するメモリ動作の安定性が向上する。
Further, the ion source layer 3 of the present embodiment contains Si or Ge.
When an appropriate amount of Si and Ge is contained in the ion source layer 3, the amorphous structure of the ion source layer 3 can be further stabilized, and state changes such as crystallization due to heat received during the process are suppressed. Therefore, it can be expected to be thermally stable, and the stability of the memory operation related to heat is improved.

さらに、イオン源層3にSi,Geを添加することにより、イオン移動度が比較的小さくなるため、低抵抗状態、若しくは、高抵抗状態でCuが局在した状態を保持しやすい。
また、イオン源層3にSi又はGeを添加した場合には、Si,Geを添加していない場合に比べ、温度に対する特性変化を抑制することできる。
Furthermore, by adding Si and Ge to the ion source layer 3, the ion mobility becomes relatively small, so that it is easy to maintain a state where Cu is localized in a low resistance state or a high resistance state.
In addition, when Si or Ge is added to the ion source layer 3, a change in characteristics with respect to temperature can be suppressed as compared with a case where Si or Ge is not added.

しかしながら、Si,Geが過剰に添加された場合、イオンの移動を妨げるなど、逆に悪影響を及ぼすこととなる。この現象はSiだけでなく、Geについても少なからず同様の影響を及ぼしていると考えられ、Si又はGe元素の組成比、若しくはSiとGeとの合計の組成比が、イオン源層3全体に対して0.45を超えた場合、悪影響を及ぼすことが実験的に確認された。   However, if Si and Ge are added excessively, adverse effects such as hindering the movement of ions will be adversely affected. This phenomenon is considered to have a similar effect not only on Si but also on Ge, and the composition ratio of Si or Ge element or the total composition ratio of Si and Ge is applied to the entire ion source layer 3. On the other hand, when it exceeded 0.45, it was experimentally confirmed to have an adverse effect.

そして、図1及び図2に示した記憶素子において、共通に形成された上部電極4は、プレート電極PLとなるものである。
一方、下部電極1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1によって、各下部電極1に対応した位置に、各メモリセルの抵抗変化素子10が規定される。
図面には示していないが、これら下部電極1等の構造物間はSiOやSiなどの絶縁層で埋められている。この平面上に高抵抗膜である記憶層2、イオン源層3、上部電極4という順序に積層されて構成されている。
また、下部電極1は、各々対応する選択用のMOSトランジスタTrに接続されている。
In the memory elements shown in FIGS. 1 and 2, the upper electrode 4 formed in common is the plate electrode PL.
On the other hand, the lower electrode 1 is individually formed for each memory cell, and each memory cell is electrically isolated. The resistance change element 10 of each memory cell is defined at a position corresponding to each lower electrode 1 by the lower electrode 1 formed individually for each memory cell.
Although not shown in the drawings, the structure such as the lower electrode 1 is filled with an insulating layer such as SiO 2 or Si 3 N 4 . On this plane, the memory layer 2, which is a high resistance film, the ion source layer 3, and the upper electrode 4 are laminated in this order.
The lower electrode 1 is connected to a corresponding selection MOS transistor Tr.

図1に示すように、メモリセルアレイの各メモリセルを構成するそれぞれの抵抗変化素子10は、半導体基板11に形成されたMOSトランジスタTrの上方に形成されている。
このMOSトランジスタTrは、半導体基板11内の素子分離層12により分離された領域に形成されたソース/ドレイン領域13と、ゲート電極14とから成る。ゲート電極14の壁面には、サイドウォール絶縁層が形成されている。
また、ゲート電極14は、記憶素子の一方のアドレス配線であるワード線WLを兼ねている。
そして、MOSトランジスタTrのソース/ドレイン領域13の一方と、抵抗変化素子10の下部電極1とが、プラグ層15・金属配線層16・プラグ層17を介して、電気的に接続されている。
MOSトランジスタTrのソース/ドレイン領域13の他方は、プラグ層15を介して金属配線層16に接続されている。この金属配線層16は、記憶素子の他方のアドレス配線であるビット線BL(図2参照)に接続される。
As shown in FIG. 1, each resistance change element 10 constituting each memory cell of the memory cell array is formed above a MOS transistor Tr formed on a semiconductor substrate 11.
The MOS transistor Tr includes a source / drain region 13 formed in a region separated by the element isolation layer 12 in the semiconductor substrate 11 and a gate electrode 14. A sidewall insulating layer is formed on the wall surface of the gate electrode 14.
The gate electrode 14 also serves as a word line WL which is one address wiring of the memory element.
One of the source / drain regions 13 of the MOS transistor Tr and the lower electrode 1 of the resistance change element 10 are electrically connected via the plug layer 15, the metal wiring layer 16, and the plug layer 17.
The other of the source / drain regions 13 of the MOS transistor Tr is connected to the metal wiring layer 16 through the plug layer 15. The metal wiring layer 16 is connected to a bit line BL (see FIG. 2) which is the other address wiring of the memory element.

また、図2においては、MOSトランジスタTrのアクティブ領域18を鎖線で示している。また、図2中21は、抵抗変化素子10の下部電極1に通じるコンタクト部を示し、22は、ビット線BLに通じるコンタクト部を示している。   In FIG. 2, the active region 18 of the MOS transistor Tr is indicated by a chain line. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a contact portion that communicates with the lower electrode 1 of the resistance change element 10, and 22 denotes a contact portion that communicates with the bit line BL.

上述した構成の記憶層2は、電圧パルス或いは電流パルスが印加されることによりインピーダンスが変化する特性を有する。   The memory layer 2 having the above-described configuration has a characteristic that impedance changes when a voltage pulse or a current pulse is applied.

本実施の形態の抵抗変化素子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。
まず、上部電極4に、例えば正電位(+電位)を印加して、下部電極1側が負になるように、抵抗変化素子10に対して正電圧を印加する。これにより、イオン源層3からCu,Ag,Znイオンが、記憶層2内をイオン伝導し、下部電極1側で電子と結合して析出する、或いは、記憶層2内部に拡散した状態で留まる。
すると、記憶層2の内部にCu,Ag,Znを多量に含む電流パスが形成される、或いは、記憶層2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、記憶層2の抵抗値が低くなる。記憶層2以外の各層は、記憶層2の記録前の抵抗値に比べて、元々抵抗値が低いので、記憶層2の抵抗値を低くすることにより、抵抗変化素子10全体の抵抗値も低くすることができる。
The resistance change element 10 of the present embodiment can be operated as follows to store information.
First, for example, a positive potential (+ potential) is applied to the upper electrode 4, and a positive voltage is applied to the resistance change element 10 so that the lower electrode 1 side becomes negative. As a result, Cu, Ag, and Zn ions are ion-conducted from the ion source layer 3 in the memory layer 2 and are combined with electrons on the lower electrode 1 side to be deposited or remain diffused in the memory layer 2. .
Then, a current path containing a large amount of Cu, Ag, Zn is formed inside the memory layer 2, or a large number of defects due to Cu, Ag, Zn are formed inside the memory layer 2. Resistance value becomes low. Each layer other than the memory layer 2 originally has a lower resistance value than the resistance value of the memory layer 2 before recording. Therefore, by lowering the resistance value of the memory layer 2, the resistance value of the entire resistance change element 10 is also lowered. can do.

その後、正電圧を除去して、抵抗変化素子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、情報を記録することが可能になる。一度だけ記録が可能な記憶装置、いわゆる、PROMに用いる場合には、前記の記録過程のみで記録は完結する。   Thereafter, when the positive voltage is removed and the voltage applied to the resistance change element 10 is eliminated, the resistance value is kept low. This makes it possible to record information. When used in a storage device that can be recorded only once, so-called PROM, the recording is completed only by the recording process.

一方、消去が可能な記憶装置、いわゆる、RAM或いはEEPROM等への応用には消去過程が必要であるが、消去過程においては、上部電極4に、例えば負電位(−電位)を印加して、下部電極1側が正になるように、抵抗変化素子10に対して負電圧を印加する。これにより、記憶層2内に形成されていた電流パス、或いは不純物準位を形成するCu,Ag,Znがイオン化して、記憶層2内をイオン伝導してイオン源層3に溶解もしくはTe,Se,Sと結合して、例えばCuTe等の化合物を形成する。 On the other hand, an erasing process is necessary for application to a erasable storage device, so-called RAM or EEPROM, etc. In the erasing process, for example, a negative potential (−potential) is applied to the upper electrode 4, A negative voltage is applied to the resistance change element 10 so that the lower electrode 1 side is positive. As a result, the current path formed in the memory layer 2 or the Cu, Ag, Zn forming the impurity level is ionized, and the ion conduction in the memory layer 2 is dissolved in the ion source layer 3 or Te, It combines with Se and S to form a compound such as Cu 2 Te.

すると、記憶層2内からCu,Ag,Znによる電流パス、或いは不純物準位が消滅、または減少して記憶層2の抵抗値が高くなる。記憶層2以外の各層は元々抵抗値が比較的低いので、記憶層2の抵抗値を高くすることにより、抵抗変化素子10全体の抵抗値も高くすることができる。   As a result, the current path or impurity level due to Cu, Ag, or Zn disappears or decreases from within the memory layer 2, and the resistance value of the memory layer 2 increases. Since each layer other than the memory layer 2 originally has a relatively low resistance value, the resistance value of the entire resistance change element 10 can be increased by increasing the resistance value of the memory layer 2.

その後、負電圧を除去して、抵抗変化素子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が可能になる。   Thereafter, when the negative voltage is removed and the voltage applied to the resistance change element 10 is eliminated, the resistance value is kept high. As a result, the recorded information can be erased.

また、特に、イオン源層3が、上述の金属元素(Cu,Ag,Zn)に加えて、Te,S,Seから選ばれる元素、即ちカルコゲン元素を含むことにより、イオン源層3内の金属元素とカルコゲン元素とが結合し、金属カルコゲナイド層を形成する。   In particular, the ion source layer 3 contains an element selected from Te, S, and Se, that is, a chalcogen element, in addition to the above metal elements (Cu, Ag, Zn), so that the metal in the ion source layer 3 The element and the chalcogen element are combined to form a metal chalcogenide layer.

この金属カルコゲナイド層は、主に非晶質構造を有している。例えば、金属カルコゲナイド層から成るイオン源層3に接する上部電極4側に正電位を印加すると、金属カルコゲナイド層に含まれる金属元素(Cu,Ag,Zn)がイオン化して、高抵抗を呈する記憶層2中に拡散し、下部電極3側の一部で電子と結合して析出する。あるいは、記憶層2中に留まり絶縁膜の不純物準位を形成することによって、記憶層4の抵抗が低くなる。これにより情報の記録を行うことが可能になる。   This metal chalcogenide layer mainly has an amorphous structure. For example, when a positive potential is applied to the upper electrode 4 side that is in contact with the ion source layer 3 made of a metal chalcogenide layer, the metal element (Cu, Ag, Zn) contained in the metal chalcogenide layer is ionized to exhibit a high resistance. 2 and diffuses into a portion of the lower electrode 3 and combines with electrons to be deposited. Alternatively, the resistance of the memory layer 4 is reduced by remaining in the memory layer 2 and forming an impurity level of the insulating film. This makes it possible to record information.

この状態から、金属カルコゲナイド層から成るイオン源層2に接する上部電極4側に負電位を印加すると、下部電極1側に析出していた金属元素(Cu,Ag,Zn)が再びイオン化して、金属カルコゲナイド層に戻る。これにより、記憶層2の抵抗が元の高い状態に戻り、抵抗変化素子10の抵抗も高くなるので、記録した情報の消去を行うことが可能になる。   From this state, when a negative potential is applied to the upper electrode 4 side in contact with the ion source layer 2 made of a metal chalcogenide layer, the metal elements (Cu, Ag, Zn) deposited on the lower electrode 1 side are ionized again, Return to the metal chalcogenide layer. Thereby, the resistance of the memory layer 2 returns to the original high state, and the resistance of the resistance change element 10 is also increased, so that the recorded information can be erased.

このような過程を繰り返すことにより、抵抗変化素子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 variable resistance 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、記憶層2の材料は、記録前の初期状態及び消去後の状態において、高い抵抗値を示す材料がよい。   The material of the memory layer 2 is preferably a material that exhibits a high resistance value in the initial state before recording and in the state after erasing.

記録後の抵抗値は、抵抗変化素子10のセルサイズ及び記憶層2の材料組成よりも、記録時に印加される電圧パルス或いは電流パルスの幅や電流量等の記録条件に依存する。また、記憶層2の抵抗値は、例えば、酸素濃度、膜厚、面積、さらには、不純物材料の添加によって調整することが可能である。初期抵抗値が100kΩ以上の場合には、およそ50Ω〜50kΩの範囲となる。
記録データを復調するためには、初期の抵抗値と記録後の抵抗値との比が、およそ、2倍以上であれば充分であるので、記録前の抵抗値が100Ωで、記録後の抵抗値が50Ω、或いは、記録前の抵抗値が100kΩ、記録後の抵抗値が50kΩといった状況であれば充分であり、記憶層2の初期の抵抗値はそのような条件を満たすように設定される。
記憶層2の抵抗値は、例えば、熱処理前の記憶層2のCu酸化物に含まれる酸素の量や、イオン源層3に含まれる希土類元素の量や、熱処理温度によって、制御することが可能である。
The resistance value after recording depends on the recording conditions such as the voltage pulse or current pulse width and current amount applied during recording rather than the cell size of the resistance change element 10 and the material composition of the memory layer 2. The resistance value of the memory layer 2 can be adjusted by, for example, oxygen concentration, film thickness, area, and addition of impurity materials. When the initial resistance value is 100 kΩ or more, the range is approximately 50Ω to 50 kΩ.
In order to demodulate the recording data, it is sufficient that the ratio of the initial resistance value to the resistance value after recording is approximately twice or more. Therefore, the resistance value before recording is 100Ω, and the resistance after recording is It is sufficient if the value is 50Ω, or the resistance value before recording is 100 kΩ, and the resistance value after recording is 50 kΩ, and the initial resistance value of the memory layer 2 is set to satisfy such a condition. .
The resistance value of the memory layer 2 can be controlled by, for example, the amount of oxygen contained in the Cu oxide of the memory layer 2 before the heat treatment, the amount of rare earth elements contained in the ion source layer 3, and the heat treatment temperature. It is.

上述した抵抗変化素子10の構成によれば、下部電極1と上部電極4との間に、記憶層2と、Cu,Ag,Znを含有するイオン源層3が挟まれた構成とすることにより、例えば、上部電極4に正電圧(+電位)を印加して、下部電極1側が負になるようにした場合に、記憶層2内に、Cu,Ag,Znを多量に含む電流パスが形成されて、或いは記憶層2内にCu,Ag,Znによる欠陥が多数形成されることによって、記憶層2の抵抗値が低くなり、抵抗変化素子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、抵抗変化素子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。このような構成は、例えばPROM等の一度だけ記録が可能な記憶装置に用いることができる。   According to the configuration of the resistance change element 10 described above, the memory layer 2 and the ion source layer 3 containing Cu, Ag, and Zn are sandwiched between the lower electrode 1 and the upper electrode 4. For example, when a positive voltage (+ potential) is applied to the upper electrode 4 so that the lower electrode 1 side becomes negative, a current path containing a large amount of Cu, Ag, and Zn is formed in the memory layer 2. In addition, by forming a large number of defects due to Cu, Ag, and Zn in the memory layer 2, the resistance value of the memory layer 2 is lowered, and the resistance value of the entire resistance change element 10 is lowered. Then, by stopping the application of the positive voltage so that no voltage is applied to the resistance change element 10, the state in which the resistance value is low is maintained, and information can be recorded. Such a configuration can be used for a storage device capable of recording only once, such as a PROM.

そして、抵抗変化素子10の抵抗値の変化、特に記憶層2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、抵抗変化素子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 using a change in resistance value of the resistance change element 10, particularly a change in resistance value of the memory layer 2, even when the resistance change element 10 is miniaturized, information is stored. Recording and storing of recorded information becomes easy.

また、例えば、RAMやEEPROM等の記録に加えて消去が可能な記憶装置に用いるような場合は、上述した記録後の状態の抵抗変化素子10に対して、上部電極4に負電圧(−電位)を印加して、下部電極1側が正になるようにする。
これにより、記憶層2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、記憶層2の抵抗値が高くなり、抵抗変化素子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、抵抗変化素子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, when used in a storage device that can be erased in addition to recording such as RAM and EEPROM, a negative voltage (−potential) is applied to the upper electrode 4 with respect to the resistance change element 10 in the state after recording described above. ) To make the lower electrode 1 side positive.
As a result, current paths or defects due to Cu, Ag, and Zn formed in the memory layer 2 disappear, the resistance value of the memory layer 2 increases, and the resistance value of the entire resistance change element 10 increases. . Then, by stopping the application of the negative voltage so that no voltage is applied to the resistance change element 10, the state in which the resistance value is increased is maintained, and the recorded information can be erased. .

さらに、上述した抵抗変化素子10の構成によれば、イオン源層3が、Cu,Ag,Znの金属元素の他に、Te,S,Seのカルコゲナイド元素を含有していることにより、金属元素のイオン化が促進される。   Furthermore, according to the structure of the resistance change element 10 described above, the ion source layer 3 contains a chalcogenide element of Te, S, or Se in addition to the metal element of Cu, Ag, or Zn. Ionization is promoted.

上述した構成の抵抗変化素子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。
各抵抗変化素子10に対して、その下部電極1側に接続された配線と、その上部電極4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抵抗変化素子10が配置されるようにすればよい。
By arranging a large number of variable resistance elements 10 having the above-described configuration in a matrix, a storage device (memory device) can be configured.
For each resistance change element 10, a wiring connected to the lower electrode 1 side and a wiring connected to the upper electrode 4 side are provided. For example, each resistance change element 10 is arranged near the intersection of these wirings. What should I do?

図1及び図2に示すメモリセルアレイは、例えば次のように動作させることができる。
ワード線WLにより選択用のMOSトランジスタTrのゲートをオン状態として、ビット線BLに電圧を印加すると、MOSトランジスタTrのソース/ドレインを介して、選択されたメモリセルの下部電極1に電圧が印加される。
The memory cell array shown in FIGS. 1 and 2 can be operated as follows, for example.
When the gate of the selection MOS transistor Tr is turned on by the word line WL and a voltage is applied to the bit line BL, the voltage is applied to the lower electrode 1 of the selected memory cell via the source / drain of the MOS transistor Tr. Is done.

ここで、下部電極1に印加された電圧の極性が、上部電極4(プレート電極PL)の電位に比して負電位である場合には、抵抗変化素子10の抵抗値が低抵抗状態へと遷移する。これにより、選択されたメモリセルの抵抗変化素子10に情報を記録することができる。
また、下部電極1に、上部電極4(プレート電極PL)の電位に比して正電位である電圧を印加することにより、抵抗変化素子10の抵抗値が再び高抵抗状態へと遷移する。これにより、選択されたメモリセルの抵抗変化素子10に対して、記録された情報を消去することができる。
Here, when the polarity of the voltage applied to the lower electrode 1 is a negative potential compared to the potential of the upper electrode 4 (plate electrode PL), the resistance value of the resistance change element 10 goes to a low resistance state. Transition. Thereby, information can be recorded in the resistance change element 10 of the selected memory cell.
Further, when a voltage having a positive potential is applied to the lower electrode 1 as compared with the potential of the upper electrode 4 (plate electrode PL), the resistance value of the resistance change element 10 transitions to the high resistance state again. Thereby, the recorded information can be erased from the variable resistance element 10 of the selected memory cell.

また、記録された情報の読み出しを行うには、例えば、MOSトランジスタTrによりメモリセルを選択して、選択したメモリセルに対して、所定の電圧或いは電流を印加し、抵抗変化素子10の抵抗状態により異なる電流或いは電圧を、ビット線BL或いはプレート電極PLの先に接続されたセンスアンプ等を介して検出する。
このとき、選択したメモリセルに対して印加する電圧或いは電流は、抵抗変化素子10の抵抗値の状態が遷移する電圧或いは電流の閾値よりも小さくする。
In order to read the recorded information, for example, a memory cell is selected by the MOS transistor Tr, a predetermined voltage or current is applied to the selected memory cell, and the resistance state of the resistance change element 10 is determined. Thus, a different current or voltage is detected via a sense amplifier or the like connected to the tip of the bit line BL or the plate electrode PL.
At this time, the voltage or current applied to the selected memory cell is set to be smaller than the threshold voltage or current at which the resistance value of the resistance change element 10 changes.

ところで、上述した抵抗変化素子10に電圧を印加することによって励起されるイオン化挙動、もしくはイオンの動作による抵抗値の変化において、抵抗値が変化する際の閾値電圧や書き込み及び消去の速度は、記憶層2の状態に大きく依存する。
一般的に、書き込み電圧が印加される時間が短くなるほど、高い書き込み電圧が必要であり、消去動作もまた同様に、消去電圧が印加される時間が短くなるほど、消去に必要な電圧が大きくなる。
このため、より高速で動作可能な抵抗変化素子10を形成するためには、動作閾値電圧を低く抑えると共に、記録と消去共にバランスの取れた動作をさせるために、適切な方法や条件で記憶層2を形成する必要がある。
By the way, in the ionization behavior excited by applying a voltage to the resistance change element 10 described above, or the change in the resistance value due to the operation of the ions, the threshold voltage and the writing and erasing speed when the resistance value changes are stored. It depends greatly on the state of layer 2.
Generally, the shorter the time during which the write voltage is applied, the higher the write voltage is required. Similarly, in the erase operation, the shorter the time during which the erase voltage is applied, the greater the voltage required for erasure.
For this reason, in order to form the variable resistance element 10 that can operate at a higher speed, the storage threshold voltage is kept low, and in order to perform a balanced operation for both recording and erasing, a storage layer is used with an appropriate method and conditions. 2 must be formed.

なお、例えば、記憶層2として希土類元素酸化物を形成し、その上に希土類元素を含んだイオン源層3を形成した場合には、その後の熱処理や半導体を形成する製造工程でかかる熱によって、イオン源層3中の希土類元素が記憶層2に拡散することにより、記憶層2の厚さが増大することがある。
このように記憶層2の厚さが増大した結果、動作閾値電圧が増大して書き込み・消去の速度が低下することになる。
従って、適切な方法や条件で希土類酸化物から成る記憶層2を形成することが望ましいことがわかる。
For example, when the rare earth element oxide is formed as the memory layer 2 and the ion source layer 3 containing the rare earth element is formed thereon, the heat applied in the manufacturing process for forming the semiconductor and the subsequent heat treatment, When the rare earth element in the ion source layer 3 diffuses into the memory layer 2, the thickness of the memory layer 2 may increase.
As a result of the increase in the thickness of the storage layer 2 as described above, the operation threshold voltage increases, and the writing / erasing speed decreases.
Therefore, it can be seen that it is desirable to form the memory layer 2 made of a rare earth oxide by an appropriate method and conditions.

本実施の形態の記憶素子によれば、記憶層2、イオン源層3、上部電極4の抵抗変化素子の層を、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。
According to the memory element of the present embodiment, the memory layer 2, the ion source layer 3, and the variable resistance element layers of the upper electrode 4 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.

なお、上述した実施の形態の抵抗変化素子10において、イオン源層3の組成は、決定した組成で製造されたターゲットを用いて成膜する方法を用いることができる。さらに、複数の材料を同時に成膜することが可能である装置を使用して、各種元素を同時に堆積して形成する方法や、それぞれの材料が層を成さない程度の成膜時間を設定して繰り返し積層形成する方法を用いることにより、調整することも可能である。
上述の繰り返し積層形成する方法では、各材料の成膜レートを調整することにより、イオン源層3の組成を変化させることができる。
In the resistance change element 10 of the above-described embodiment, the ion source layer 3 can be formed by a method of forming a film using a target manufactured with the determined composition. In addition, using a device that can form multiple materials at the same time, a method for depositing various elements at the same time and forming a film formation time so that each material does not form a layer is set. It is also possible to make adjustments by using a method of repeatedly forming layers.
In the above-described method of repeatedly forming layers, the composition of the ion source layer 3 can be changed by adjusting the film formation rate of each material.

なお、上述の実施の形態の抵抗変化素子10では、イオン源層3と上部電極4とがそれぞれ異なる材料により別々に形成されているが、電極にイオン源となる元素(Cu,Ag,Zn)を含有させて、電極層とイオン源層を兼用させる構造とすることもできる。   In the resistance change element 10 of the above-described embodiment, the ion source layer 3 and the upper electrode 4 are separately formed of different materials, but elements (Cu, Ag, Zn) that serve as ion sources in the electrodes. The electrode layer and the ion source layer can also be used as a structure.

次に、実際に記憶素子を作製して、特性を調べた。
選択トランジスタ等のCMOS回路が形成された基板上に、Wからなる0.3μmφの円形の下部電極1を形成した。
次に、下部電極1が表面に露出している基板上に、記憶層2としてガドリニウム(Gd)酸化物層3nmを形成した。
次に、イオン源層3を、CuTeSiGe膜をDCマグネトロンスパッタリングにより、20nmの膜厚で形成する。
次に、上部電極4としてW膜を200nmの膜厚で形成する。
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、ウエハ上に堆積した、記憶層2、イオン源層3、上部電極4を複数の素子を含むエリアをパターニングした。
このようにして、図1に示した構造の抵抗変化素子10を作製して試料とした。
Next, a memory element was actually manufactured and its characteristics were examined.
A circular lower electrode 1 made of W and having a diameter of 0.3 μmφ was formed on a substrate on which a CMOS circuit such as a selection transistor was formed.
Next, a gadolinium (Gd) oxide layer 3 nm was formed as the memory layer 2 on the substrate where the lower electrode 1 was exposed on the surface.
Next, the ion source layer 3 is formed with a CuTeSiGe film having a thickness of 20 nm by DC magnetron sputtering.
Next, a W film having a thickness of 200 nm is formed as the upper electrode 4.
Thereafter, an area including a plurality of elements of the memory layer 2, the ion source layer 3, and the upper electrode 4 deposited on the wafer was patterned by a photolithography technique using a plasma etching apparatus.
In this way, the variable resistance element 10 having the structure shown in FIG. 1 was fabricated and used as a sample.

(実験1)
まず、上述した抵抗変化素子において、イオン源層3のCuTeSiGe膜のTe元素に対するCu元素の原子組成比(Cu/Te比)を変えて、それぞれの抵抗変化素子10の試料を作製した。
具体的には、CuTeSiGeのイオン源層において、SiとGeの組成をSi25%−Ge10%(原子%)で一定とし、Cu/Te組成比が、1.5、1.87、2.5、2.8、3.75、5、5.6、7.5となるようにCuとTeの組成を変化させてイオン源層3を作製した。次に、作製した記憶素子に対し、200℃1時間の熱処理を行った。
熱処理後の記憶素子において、イオン源層3の膜剥がれの状況を調べた結果を、表1に示す。
(Experiment 1)
First, in the variable resistance element described above, the atomic composition ratio (Cu / Te ratio) of the Cu element to the Te element of the CuTeSiGe film of the ion source layer 3 was changed, and samples of the variable resistance elements 10 were produced.
Specifically, in the CuTeSiGe ion source layer, the composition of Si and Ge is constant at Si 25% -Ge 10% (atomic%), and the Cu / Te composition ratio is 1.5, 1.87, 2.5, The ion source layer 3 was produced by changing the composition of Cu and Te so as to be 2.8, 3.75, 5, 5.6, and 7.5. Next, heat treatment was performed on the manufactured memory element at 200 ° C. for 1 hour.
Table 1 shows the results of examining the state of film peeling of the ion source layer 3 in the memory element after the heat treatment.

Figure 2008153375
Figure 2008153375

表1より、Te元素に対するCu元素の原子組成比(Cu/Te比)が5以下であれば膜剥がれを生じないことが分かる。これに対して、Cu/Te比が5より大きくなると膜剥がれが生じていることが観察される。   From Table 1, it can be seen that if the atomic composition ratio of Cu element to Cu element (Cu / Te ratio) is 5 or less, film peeling does not occur. In contrast, when the Cu / Te ratio is greater than 5, it is observed that film peeling occurs.

これは、通常、イオン源層3内ではCuとTeが結合していると考えられるが、Cu−Teの2元系合金を考えた場合に、Cu/Te比が5を超える組成ではCu相とCuTe相が平衡状態として存在し、各々は液相でも混ざり合わずに相分離する。このことから、おそらくCuが過剰に入ると、Cu−TeとCuが分離して存在し、イオン源層3内において非晶質構造が安定ではなく、相の不均一が生じているために膜剥がれが発生するものと考えられる。
これより、イオン源層3のCu/Te比の上限を5以下、とする必要があることがわかる。
In general, it is considered that Cu and Te are bonded in the ion source layer 3. However, when a Cu-Te binary alloy is considered, a Cu phase of a Cu / Te ratio exceeding 5 has a Cu phase. And Cu 2 Te phase exist in an equilibrium state, and each phase separates without being mixed even in the liquid phase. From this, if Cu enters excessively, Cu—Te and Cu exist separately, and the amorphous structure is not stable in the ion source layer 3, and phase non-uniformity occurs. It is considered that peeling occurs.
This shows that the upper limit of the Cu / Te ratio of the ion source layer 3 needs to be 5 or less.

(実験2)
次に、実験1と同様の記憶素子において、イオン源層3の構成を、Cu/Te比が0.4及び0.5となるように作製した。
作製した記憶素子に対し、1000回の繰り返し記録消去動作を行い、得られた抵抗値の累積発生確率を図3に示す。
このときの条件は記録消去パルス幅が10μsecであり、記録消去の電圧2.5V、と本実験に使用したトランジスタの最大の条件を用いた。
(Experiment 2)
Next, in the same memory element as in Experiment 1, the ion source layer 3 was fabricated such that the Cu / Te ratio was 0.4 and 0.5.
FIG. 3 shows the cumulative occurrence probability of the resistance value obtained by repeatedly performing the recording / erasing operation 1000 times on the manufactured memory element.
The conditions at this time were a recording / erasing pulse width of 10 μsec, a recording / erasing voltage of 2.5 V, and the maximum conditions of the transistors used in this experiment.

図3(a)はCu/Te比が0.4の場合の記憶素子の累積発生確率であり、図3(b)は、Cu/Te比が0.5の場合の記憶素子の累積発生確率である。
また、図3(a),(b)において、縦軸は累積音度数分布(%)を、横軸は素子抵抗(Ω)を示す。そして、破線は、記録抵抗の分布を示し、実線は消去抵抗の分布を示す。
FIG. 3A shows the cumulative occurrence probability of the storage element when the Cu / Te ratio is 0.4, and FIG. 3B shows the cumulative occurrence probability of the storage element when the Cu / Te ratio is 0.5. It is.
3A and 3B, the vertical axis represents the cumulative sound frequency distribution (%), and the horizontal axis represents the element resistance (Ω). The broken line indicates the distribution of the recording resistance, and the solid line indicates the distribution of the erasing resistance.

図3(b)に示した、イオン源層3のCu/Te比が0.5の記憶素子では、高抵抗側は記録抵抗−消去抵抗の分離は不完全であるものの、高低の差は得られており、記録消去動作が行われていることがわかる。
これに対して、図3(a)に示した、イオン源層3のCu/Te比が0.4の記憶素子では、記録抵抗と消去抵抗の分布が重なっており、記録消去動作が行われていないことがわかる。
In the memory element shown in FIG. 3B in which the Cu / Te ratio of the ion source layer 3 is 0.5, although the separation between the recording resistance and the erasing resistance is incomplete on the high resistance side, there is no difference in height. It can be seen that the recording / erasing operation is being performed.
On the other hand, in the memory element shown in FIG. 3A in which the Cu / Te ratio of the ion source layer 3 is 0.4, the recording resistance and the erasing resistance distribution overlap, and the recording / erasing operation is performed. You can see that it is not.

イオン源層3のCu/Te比が0.4のときに、記憶素子の記録消去動作が行われない原因としては、動作の担い手であるCuイオンの比率が、イオン化を促進するTeに対して少なすぎるためであると思われる。
なお、Cu/Te比が0.4の場合においても、記録消去パルス幅を大幅に長くする、あるいは、トランジスタを使用せずに必要な電圧電流を外部より供給すれば、記録消去動作は可能であるが、このような方法は現実的ではない。
When the Cu / Te ratio of the ion source layer 3 is 0.4, the reason why the recording / erasing operation of the storage element is not performed is that the ratio of Cu ions, which are the players of the operation, is higher than Te that promotes ionization. This seems to be because there is too little.
Even when the Cu / Te ratio is 0.4, the recording / erasing operation can be performed by greatly increasing the recording / erasing pulse width or by supplying the necessary voltage / current from the outside without using a transistor. Although there is such a method, it is not practical.

以上、実験1及び実験2より、本構成の記憶素子において、イオン源層3の膜剥がれが起きずに歩留まりよく製造でき、かつ記憶素子として動作を行う為には、イオン源層3中のCu/Te比が0.5以上5以下であることが必要であることがわかる。   As described above, according to Experiment 1 and Experiment 2, in the memory element of this configuration, the ion source layer 3 can be manufactured with high yield without causing film peeling, and in order to operate as the memory element, Cu in the ion source layer 3 It can be seen that the / Te ratio needs to be 0.5 or more and 5 or less.

(実験3)
次に、実験例1と同様の記憶素子において、イオン源層3の構成を、Cu/Te比が2(Cu:Te=66:34)、1.5(Cu:Te=60:40)、1.27(Cu:Te=56:44)、1(Cu:Te=50:50)と変化させて作製した。
作製した記憶素子に対して、1000回の記録消去を行った後、130℃1時間の熱処理を行った。この後、室温にて抵抗値測定を行うことにより、得られたデータ保持の加速試験を行った。その結果を図4〜図7に示す。
なお、図4〜図7は、作製した記憶素子について加速試験前後の、消去時に用いた電圧と消去抵抗(高抵抗側)、記録抵抗(低抵抗側)との関係を示す結果であるが、全体として消去時の電圧が小さければ、消去が不十分である為、高抵抗と低抵抗の中間値をとる。
(Experiment 3)
Next, in the same memory element as in Experimental Example 1, the configuration of the ion source layer 3 has a Cu / Te ratio of 2 (Cu: Te = 66: 34), 1.5 (Cu: Te = 60: 40), 1.27 (Cu: Te = 56: 44) and 1 (Cu: Te = 50: 50).
The prepared memory element was erased 1000 times and then heat treated at 130 ° C. for 1 hour. Then, the resistance test was performed at room temperature, and the obtained data retention acceleration test was performed. The results are shown in FIGS.
4 to 7 are results showing the relationship between the voltage used for erasing, the erasing resistance (high resistance side), and the recording resistance (low resistance side) before and after the acceleration test for the manufactured memory element. If the voltage at the time of erasing is low as a whole, the erasing is insufficient, and therefore takes an intermediate value between high resistance and low resistance.

図4(a)において縦軸は、Cu/Te比が2の場合の保持加速試験前の抵抗値(Ω)の対数表示を示し、図4(b)の縦軸は、保持加速試験後の抵抗値(Ω)の対数表示を示し、それぞれの横軸は消去電圧(V)を示す。
また、同様に図5〜7において、(a)の縦軸は、Cu/Te比が1.5、1.27、1の場合の保持加速試験前の抵抗値(Ω)の対数表示を示し、(b)の縦軸は、保持加速試験後の抵抗値(Ω)の対数表示を示し、それぞれの横軸は消去電圧(V)を示す。
なお、図4〜7において、破線は消去抵抗(高抵抗側)を示し、実線は記録抵抗(低抵抗側)を示す。
In FIG. 4A, the vertical axis represents the logarithmic display of the resistance value (Ω) before the holding acceleration test when the Cu / Te ratio is 2, and the vertical axis in FIG. The logarithmic display of the resistance value (Ω) is shown, and the horizontal axis indicates the erase voltage (V).
Similarly, in FIGS. 5 to 7, the vertical axis of (a) indicates the logarithmic display of the resistance value (Ω) before the holding acceleration test when the Cu / Te ratio is 1.5, 1.27, or 1. The vertical axis of (b) shows the logarithmic display of the resistance value (Ω) after the holding acceleration test, and each horizontal axis shows the erase voltage (V).
4 to 7, the broken line indicates the erasing resistance (high resistance side), and the solid line indicates the recording resistance (low resistance side).

図4〜図7より、いずれの組成の記憶素子においても加速試験前、つまりデータをセットした段階では、記録、消去の動作として問題がないことがわかる。   4 to 7, it can be seen that there is no problem in the recording and erasing operations in the memory elements of any composition before the acceleration test, that is, at the stage where data is set.

また、加速試験前後を見比べると、図4に示した、Cu/Te比が2の記憶素子では、加速試験後に記録抵抗が高抵抗側にシフトする現象がおき、記録保持エラーが発生していることがわかる。
一方、図7に示した、Cu/Te比が1の記憶素子では逆に消去抵抗が低抵抗側にシフトする現象がおき、消去保持エラーが発生していることがわかる。
Further, when comparing before and after the acceleration test, in the memory element having a Cu / Te ratio of 2 shown in FIG. 4, a phenomenon occurs in which the recording resistance shifts to the high resistance side after the acceleration test, and a recording holding error occurs. I understand that.
On the other hand, in the memory element having a Cu / Te ratio of 1 shown in FIG. 7, the phenomenon that the erase resistance shifts to the low resistance side occurs conversely, and it can be seen that an erase retention error has occurred.

つまり、イオン源のCu/Te比で記録消去の保持特性のバランスが決定する。従って、記録消去動作として問題ないことはもちろん、さらにすぐれた保持特性を得る為には好ましくはCu/Te比を1以上2以下の組成比とし、さらにCu/Te比を1以上1.5以下の組成比とすればよいことがわかる。   That is, the balance of the recording / erasing retention characteristics is determined by the Cu / Te ratio of the ion source. Accordingly, there is no problem as a recording / erasing operation, and in order to obtain better holding characteristics, the Cu / Te ratio is preferably set to a composition ratio of 1 to 2 and the Cu / Te ratio is set to 1 to 1.5. It can be seen that the composition ratio of

(実験4)
次に、実験例1と同様の記憶素子において、イオン源層3のCuTeSiGe膜の、Ge及びSi比率を表2のように変化させ、残部をCu/Te比が1.5(Cu:Te=3:2)で一定の比率となるように作製した。
次に、作製した記憶素子に対して、実験例3と同様の方法で記録保持の加速試験を行った。
そして、加速試験後の素子に対して、記録電圧を制御するトランジスタのゲート電圧を変化させて、記録保持可能となる最小書き込みトランジスタゲート電圧を測定した。
ここでは、加速試験後に記録後の素子抵抗が50%未満の変化の場合を保持可能と判断し、保持可能であった最低のゲート電圧を指標とした。そして、この最低のゲート電圧がGe及びSi比率でどのように変化するかを調べた。
(Experiment 4)
Next, in the same memory element as in Experimental Example 1, the Ge and Si ratios of the CuTeSiGe film of the ion source layer 3 are changed as shown in Table 2, and the remainder has a Cu / Te ratio of 1.5 (Cu: Te = 3: 2) so as to be a constant ratio.
Next, an acceleration test for recording and holding was performed on the manufactured memory element by the same method as in Experimental Example 3.
Then, with respect to the element after the acceleration test, the gate voltage of the transistor for controlling the recording voltage was changed, and the minimum writing transistor gate voltage at which recording could be held was measured.
Here, it was determined that the change in the element resistance after recording after the acceleration test was less than 50% could be held, and the lowest gate voltage that could be held was used as an index. Then, it was examined how the lowest gate voltage changes depending on the Ge and Si ratio.

加速試験後に記録保持可能となる最小書き込みトランジスタゲート電圧を測定した結果を、図8、及び、図9に示す。
図8は、縦軸に、加速試験後に記録保持可能となる最小書き込みトランジスタゲート電圧(V)を示し、横軸に、表2に示すイオン源層3中のSi元素とGe元素の合計比率(原子%)を示す。
また、図9(a)は、縦軸に、加速試験後に記録保持可能となる最小書き込みトランジスタゲート電圧(V)を示し、横軸に、表2に示すイオン源層中のSi元素のみの比率(原子%)を示す。図9(b)は、縦軸に、加速試験後に記録保持可能となる最小書き込みトランジスタゲート電圧を示し、横軸に、表2に示すイオン源層中のGe元素のみの比率を示す。
FIG. 8 and FIG. 9 show the results of measuring the minimum writing transistor gate voltage at which recording can be held after the acceleration test.
In FIG. 8, the vertical axis represents the minimum write transistor gate voltage (V) at which recording can be held after the acceleration test, and the horizontal axis represents the total ratio of Si element and Ge element in the ion source layer 3 shown in Table 2 ( Atomic%).
In FIG. 9A, the vertical axis represents the minimum writing transistor gate voltage (V) at which recording can be held after the acceleration test, and the horizontal axis represents the ratio of only the Si element in the ion source layer shown in Table 2. (Atom%) is shown. In FIG. 9B, the vertical axis represents the minimum write transistor gate voltage at which recording can be held after the acceleration test, and the horizontal axis represents the ratio of only the Ge element in the ion source layer shown in Table 2.

Figure 2008153375
Figure 2008153375

最小書き込みトランジスタゲート電圧は、低消費電力や、発熱、イオン移動等にかかわる。
また、記録時に素子に流れる電流は、トランジスタゲート電圧の大きさに依存するため、このトランジスタゲート電圧が大きくなると、記録時に素子に流れる電流が大きくなる。低消費電力の観点から、記録時に素子に流れる電流は低いことが好ましい。このため、最小書き込みトランジスタゲート電圧についても低いことが望ましい。
The minimum writing transistor gate voltage is related to low power consumption, heat generation, ion movement, and the like.
Further, since the current flowing through the element during recording depends on the magnitude of the transistor gate voltage, the current flowing through the element during recording increases as the transistor gate voltage increases. From the viewpoint of low power consumption, it is preferable that the current flowing through the element during recording is low. For this reason, it is desirable that the minimum write transistor gate voltage is also low.

図8より、イオン源層中のGeとSiの総量が多くなると、最小書き込みトランジスタゲート電圧が大きくなることが分かる。
Si,Geのみの量よりも、GeとSiの総量を見た方が最小書き込みトランジスタゲート電圧に対する傾向がよく出ていることがわかる。
FIG. 8 shows that the minimum write transistor gate voltage increases as the total amount of Ge and Si in the ion source layer increases.
It can be seen that the tendency toward the minimum write transistor gate voltage is better when the total amount of Ge and Si is seen than the amount of only Si and Ge.

そして、図8より、イオン源層3全体に対するGeとSiの合計の原子比率が45原子%を超えたところで、最小書き込みトランジスタゲート電圧が急激に大きくなっていることがわかる。従って、イオン源層3全体に対するGeとSiの合計の原子比率は、0.45以下にすることが望ましい。   From FIG. 8, it can be seen that the minimum write transistor gate voltage rapidly increases when the total atomic ratio of Ge and Si with respect to the entire ion source layer 3 exceeds 45 atomic%. Therefore, the total atomic ratio of Ge and Si with respect to the entire ion source layer 3 is desirably 0.45 or less.

本発明は、上述の構成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 configuration, and various other configurations can be employed 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. 図1の記憶素子の概略構成図(平面図)である。It is a schematic block diagram (plan view) of the memory element of FIG. a,b 実験2の抵抗変化素子の累積度数分布の測定結果である。a, b is a measurement result of cumulative frequency distribution of the variable resistance element of Experiment 2. a,b 実験3の抵抗変化素子の保持加速試験前後の抵抗値の測定結果である。a, b It is the measurement result of the resistance value before and after the holding acceleration test of the resistance change element of Experiment 3. a,b 実験3の抵抗変化素子の保持加速試験前後の抵抗値の測定結果である。a, b It is the measurement result of the resistance value before and after the holding acceleration test of the resistance change element of Experiment 3. a,b 実験3の抵抗変化素子の保持加速試験前後の抵抗値の測定結果である。a, b It is the measurement result of the resistance value before and after the holding acceleration test of the resistance change element of Experiment 3. a,b 実験3の抵抗変化素子の保持加速試験前後の抵抗値の測定結果である。a, b It is the measurement result of the resistance value before and after the holding acceleration test of the resistance change element of Experiment 3. 実験4の抵抗変化素子の最小書き込みトランジスタゲート電圧の測定結果である。10 is a measurement result of a minimum write transistor gate voltage of the resistance change element in Experiment 4. FIG. a,b 実験4の抵抗変化素子の最小書き込みトランジスタゲート電圧の測定結果である。a, b Measurement results of the minimum write transistor gate voltage of the resistance change element in Experiment 4.

符号の説明Explanation of symbols

1 下部電極、2 記憶層、3 イオン源層、4 上部電極、10 抵抗変化素子、11 半導体基板、12 素子分離層、13 ソース/ドレイン領域、14 ゲート電極、15 プラグ層、16 金属配線層、17 プラグ層、18 アクティブ領域、Tr MOSトランジスタ、BL ビット線、WL ワード線、PL プレート電極   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower electrode, 2 Memory layer, 3 Ion source layer, 4 Upper electrode, 10 Resistance change element, 11 Semiconductor substrate, 12 Element isolation layer, 13 Source / drain region, 14 Gate electrode, 15 Plug layer, 16 Metal wiring layer, 17 plug layer, 18 active region, Tr MOS transistor, BL bit line, WL word line, PL plate electrode

Claims (4)

2つの電極の間に、記憶層を有して構成され、前記2つの電極に極性の異なる電位を印加することにより、可逆的に前記記憶層の抵抗値が変化する抵抗変化素子により、それぞれのメモリセルが構成され、
隣接する複数の前記メモリセルにおいて、前記抵抗変化素子の前記記憶層を含む少なくとも一部の層が同一層により共通に形成され、
前記記憶層の上に、Cu,Ag,Znから選ばれる1種以上の金属元素と、Te,S,Seから選ばれる1種以上のカルコゲン元素と、Si又はGeとを含有するイオン源層を積層してなり、
前記カルコゲン元素に対する前記金属元素の原子組成比が5ないし0.5である
ことを特徴とする記憶素子。
Each of the resistance change elements that reversibly change the resistance value of the memory layer by applying potentials having different polarities to the two electrodes by applying a memory layer between the two electrodes. A memory cell is constructed,
In the plurality of adjacent memory cells, at least a part of the layers including the storage layer of the resistance change element is formed in common by the same layer,
An ion source layer containing one or more metal elements selected from Cu, Ag, and Zn, one or more chalcogen elements selected from Te, S, and Se and Si or Ge on the memory layer. Layered,
The memory element, wherein an atomic composition ratio of the metal element to the chalcogen element is 5 to 0.5.
前記イオン源層が、SiとGeとを共に含有す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 ion source layer contains both Si and Ge. 前記イオン源層に含まれるSiとGeとの合計含有量のイオン源層全体に対する原子組成比が0.45以下であ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 an atomic composition ratio of the total content of Si and Ge contained in the ion source layer to the entire ion source layer is 0.45 or less. 2つの電極の間に、記憶層を有して構成され、前記2つの電極に極性の異なる電位を印加することにより、可逆的に前記記録層の抵抗値が変化する抵抗変化素子により、それぞれのメモリセルが構成され、
隣接する複数の前記メモリセルにおいて、前記抵抗変化素子前記記憶層を含む少なくとも一部の層が同一層により共通に形成され、
前記記憶層の上に、Cu,Ag,Znから選ばれる1種以上の金属元素と、Te,S,Seから選ばれる1種以上のカルコゲン元素と、Si又はGeとを含有するイオン源層を積層してなり、
前記カルコゲン元素に対する前記金属元素の原子組成比が5ないし0.5であることを特徴とする記憶素子と、
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。
Each of the resistance change elements is configured to have a storage layer between two electrodes, and the resistance value of the recording layer reversibly changes by applying potentials having different polarities to the two electrodes. A memory cell is constructed,
In a plurality of adjacent memory cells, at least a part of the layers including the resistance change element and the storage layer are formed in common by the same layer,
An ion source layer containing one or more metal elements selected from Cu, Ag, and Zn, one or more chalcogen elements selected from Te, S, and Se and Si or Ge on the memory layer. Layered,
A memory element, wherein an atomic composition ratio of the metal element to the chalcogen element is 5 to 0.5;
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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