JP2009021431A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体素子として、縦方向(Z軸方向)に離れて配置された電極101,103間に成分の異なる層108,109を2層以上形成し、電極101,103間にパルス電圧を印加して導電パスを形成し、抵抗値を情報信号に対応して変化させる素子とする。さらに、上記導電パスの途中に導電率を上げる成分が蓄積した領域104を形成し、それによって抵抗率を情報信号に正確に対応させる。X軸方向、Y軸方向の少なくとも一方向にも電極を形成し、制御電圧を印加するとさらに好ましい。
【選択図】図1
Description
技術に関する。
金属を電極とし、カルコゲナイドまたは酸化物を固体電解質として電極間に固体電解質を配置した金属−カルコゲナイドあるいは金属−酸化物固体電解質メモリは、イオン移動がメモリメカニズムであって、Ag、Cuなどのプラスイオンの濃度が高い低抵抗の導電パスがカルコゲナイド層あるいは酸化物層中に形成され、不揮発メモリ性がある。逆電圧によってイオンを元の電極方向に戻すことにより高抵抗の状態に戻し、書換えを行うことができる。
固体電解質層の一方が高い導電率を持つ場合は、その面積を小さめにして一方の電極を兼ねても良い。残る1層の固体電解質層は、導電パスが細い電線状あるいはフィラメント状になるイオンのモビリティーが低いものである。
その構成は下記のとおりである。
(1) 上記電極間を結ぶ導電率が高い経路の方向をZ軸方向とすると、それに概ね直交するY軸方向電極を設け、さらにそれらに概ね直交するX軸方向に上記の導電率が高い経路(導電パス)の両側を通過する電極を形成する。
図1に示した。電極の幅や高さ、形状、間隔、電極に形成された穴の大きさなどは、図としてわかりやすいように描いてあるので、図1のとおりの形状や値が最適というわけではない。例えばフラッシュメモリでは、読出し電極の幅や高さは、プラグ電極の最小太さと同程度であるから,現在のデザインルールで90nm程度である。例えばY軸方向電極を追加した場合、セルサイズは、2×4F2で8F2程度になる。X軸方向電極の追加では、導電パスが電極の穴を通るようにすれば、ほとんどセルサイズは拡大しない。従って、多ビット化、あるいは多値化すれば非常に高集積にできる。図1(b)のようにY軸方向電極を導電パスが電極の穴を通るタイプにすれば、8F2より面積を小さくできる可能性も有る。図1(b)では両方の電極を、導電パス近傍でだけ2つに分かれて穴が開いた形状のものとした。このような場合、電極の断面積は、2つに分かれた部分のそれぞれの和を含めてほぼ同じ(±30%以内、よりこのましくは±20%以内)とするのが好ましい。ただし、電極の機能によっては事情が異なり、例えば発熱を利用する場合は、導電パス近傍で2つに分かれた部分の2つの断面積の和を分かれていない部分の断面積より小さくして、発熱しやすくするのが好ましい。完全に2本に分かれた電極とする場合も、2本の断面積の和について上記と同様である。
(2) 上記X軸方向電極とY軸方向電極の少なくとも一方に電圧を印加して上記導電率が高い経路の各部分の抵抗を制御する手段、すなわち電源回路や、パルス生成回路や、パルス波形や電圧を決める論理回路や、X軸方向およびY軸方向電極選択回路を有する。
図1の導電パスの途中の、上記の2層の界面付近にコマのような膨れた部分が形成される。コマのようなふくれた部分(導電率を上げる成分が堆積した部分)4は、形成されない場合もある。形成されるか形成されないかを情報信号に対応させることもできる。
コマ回しのコマのような形状の部分の大きさは、すべて同じにしても、変えても良い。Z軸方向の斑点模様で示す導電領域と、X方向、Y方向の電極群は、基本的には互いに電気的につながっていない。すなわちそれらの間の抵抗が低い状態ではない。ただし、コマのような堆積部分がY軸方向電極に接触することを利用して読出しを行う場合は、その部分でZ軸方向の導電領域とY軸方向電極との間が低抵抗状態になる。Y軸方向の電極はイオンのX軸方向への広がりを抑制する働きをさせることもできる。概念図であるから、必ずしもX、Y、Z軸は実寸法に比例してはいない。
(3)Z軸方向の上下電極には、通常のマトリックス駆動メモリと同様、上部電極より上と下部電極より下に配線と、回路図のX−Yの交点にトランジスタまたはダイオードを設けた配置が行われるが、トランジスタよりも形成が簡便で占有面積も小さいダイオードを配置したマトリックス駆動も可能にするために、低抵抗化と高抵抗化(ONとOFF)を同方向電圧で行っても多数回の記憶書換えを安定に行うことができるようにするのが望ましい。そのためのデバイス構造と駆動手段は下記のとおりである。なお、同方向電圧でOFFにする時、またはその前後にX軸方向電極またはY軸方向電極に電圧を印加して導電パスが切れるのを補助するのも好ましい。
なお、この同方向電圧駆動安定化の目的だけのためにはY軸方向電極を省略し、X軸方向電極だけでも良い。
(1) 上記電極間に導電率が高い経路が途中の抵抗率を情報信号に対応させて変化させて形成されるようにする。
(2) 上記導電率が高い経路の途中に導電率を上げる成分が堆積した領域54が形成され、それによっていずれかの電極間の抵抗率を情報信号に対応させられるようにする。
3次元構造の多ビットメモリの構造の例を図19に示した。この図は広範囲に繰り返す3次元構造の1部分である。斑点模様で示す個所が、導電性を向上させる成分(イオンまたは原子)が高濃度に存在する領域である。コマ回しのコマのような形状の部分が、データに対応する導電率を向上させる成分の堆積部分である。コマの大きさは、すべて同じにしても、変えても良い。Z軸方向の斑点模様で示す導電領域群と、X方向、Y方向の電極群は、基本的には互いに電気的につながっていない。すなわちそれらの間の抵抗が低い状態ではない。
(4) 導電率を上げる成分が堆積した領域または上記電極間を結ぶ方向と角度を持って形成される部分が電極間に複数存在するようにする。
(5) 上記の、電極間を結ぶ方向と角度をなす方向に電圧を印加することができる、導電率が高い経路に並行に各層を貫通する平行な電極2本を上記経路1本ごとに有するようにする。
(6) 導電率の高い経路の、導電率を上げる成分が堆積した領域または、電極間を結ぶ方向とそれに角度を持った部分との境界が記憶情報に対応するようにする。
半導体素子として、縦方向(Z軸方向)に離れて配置された電極間に成分の異なる層を2層以上形成し、上記電極間にパルス電圧を印加して導電パスを形成し、抵抗値を記憶すべき情報に対応して変化させる素子とする。さらに、上記導電パスの途中に導電率を上げる成分が蓄積した領域を形成し、それによって抵抗率を情報信号に正確に対応させる。X軸方向、Y軸方向の少なくとも一方向にも電極を形成し、制御電圧を印加するとさらに好ましい。これによって上部電極から拡散したイオンを適度に戻し、Z軸方向の電圧を逆転せず同方向電圧でON・OFF多数回繰り返しを安定に動作させることも可能である。これによって、メモリアレイの交点にトランジスタでなくダイオードを形成して低コストで駆動することができる。多値記憶も正確に行える。読出しにZ軸上部の電極とX軸方向電極との間の抵抗や電磁誘導による起電力を利用しても良い。3次元マトリックス構造にすれば多ビット記憶も可能である。上記導電パスが、その少なくとも一部が情報信号に対応して電極間を結ぶ方向と角度を持って形成されるようにする、さらには導電パスがスイッチや分岐や合流をするようにしてもよい。
<実施例1>
本実施例1の半導体装置は、メモリ素子を備え、そのメモリ素子に用いる材料および構造が主要な特徴となっている。
(メモリ素子の基本構造)
図1には、本実施例のメモリ素子の基本構造の断面図を示す。ここでは、半導体基板に形成された下部電極103と、半導体基板表面上に形成された上部電極101と、上部および下部電極の間の半導体基板内に固体電解質層108および109の2層からなる構造が図示されている。さらに、上部および下部電極を結ぶ経路上の固体電荷質層内に導電パスが形成され、また2つの固体電解質層の界面付近には、導電物質蓄積領域104が形成されている。
(同方向電圧でセット・リセット)
上記X軸方向電極に電圧を印加して上記導電率が高い経路による抵抗の上げ下げ、すなわちメモリのセット・リセットを同方向の電圧で繰り返し行った時の多数回書換えの平均の導電性向上物質の動きを打ち消して導電性向上物質の分布を定常状態に保つようにすれば、Z軸方向の上端の上部電極と下端の下部電極をマトリックス上のアレイとする時、交点にはトランジスタでなくダイオードが有ればよく、低価格化や、多層化に有利である。
この目的だけのためにはY軸方向電極を省略し、X軸方向電極だけでも良い。
ただし、X−Y面内でマトリックスになったメモリ素子に書き込むデータの値が、長い期間の平均で偏った場合、例えば2値データの場合で特定の素子では「1」が多く、他の特定の素子では「0」が多いとすると、その周辺の導電性イオン(Cuイオン)の量に差が生じる。従ってそのような場合、平均値が偏らないように元データをDC成分フリーのデータ列に変換して書き込むか、書き込みのアドレス指定に配慮を加えるのが好ましい。
X軸方向電極の横幅を広げ、イオン導電パスが通過する部分以外のほとんどの領域を覆うようにしても、Cuイオンの量を制御する効果が高まる。X軸方向電極の複数または全部を1枚の電極にまとめるか、あるいはY軸方向電極の複数または全部を1枚の電極にまとめるか、してもよい。Y軸方向電極に個々のCu電極を取り囲むような立体的な上方への立ち上がり部分を設けても良い。
また、対電極については、Cu、Agは避けるべきであって、Auもなるべく避けるのが望ましく、使用が好ましいのは、W、Ta、Mo、Nb、Cr、Ni、Co、Ti及びPt族元素のようなカルコゲナイド材料中を極力拡散しにくい金属、あるいは窒化Tiのような導電性が高く、拡散しにくい化合物を用いることができる。
(X−Yマトリックス駆動)
このような電圧印加の場合、全部のX軸方向電極、あるいは全部のY軸方向電極に同時に行っても良いが、書き込みを行っているメモリセルの近傍を通るX軸方向電極、Y軸方向電極だけに行う方が、より効果的である。その場合のアドレス指定は、メモリセルのアドレス指定と同じアドレスデータを用い、同時に行うのが好ましい。
OFF方向パルス、続いてON方向パルスの組み合わせで抵抗を制御するのも好ましい。
逆方向電圧で書き換える場合と、順方向電圧で書き換える場合に用いる選択トランジスタを用いた回路の例をまとめて下記に述べる。
(逆方向電圧)
本実施例で用いる図4から図6の回路構成とその動作の一例について説明する。本実施例による半導体装置において、図1の導電パスの上方にある電極と下方にある電極の間に電圧を印加する回路の構成例を示す回路図である。n×mビットのメモリセルを有するメモリアレイ構成が示されている。メモリセルを構成する素子も同じように、メモリセルトランジスタQMとメモリ素子RMである。本実施例の特徴は、ビット線を2本にして、ビット線対とワード線との各交点にメモリセルを配置し、メモリ素子に対して逆方向の電圧を印加可能にした点にある。以下では、図4に示した半導体装置の構成について説明する。
この書換え起動信号WTBは、待機状態において電源電圧VDDに保持されるので、トランジスタMN142が導通することにより、ノードN2に接地電圧VSSが印加される。
図4、図5のような半導体装置を構成することで、高集積度で安定したデータ記録特性を備えた半導体装置を実現できる。
同様な選択回路がY軸電極用、X軸電極用にも用意され、Y軸電極用はX、Z軸方向に2電極以上をまとめて選択し、X軸電極用はY,Z軸方向に2電極以上を選択できる。
(同方向電圧)
図7は、本発明の他の実施例による半導体装置において、その構成例を示す回路図である。本実施例の回路構成は、既に述べた固体電解質材料からなる記憶層やその製造プロセスを用いたメモリアレイ構成の一例であり、下部電極に対して上部電極側に高い電圧を印加して動作させることが特徴となっている。図6の半導体装置は、メモリアレイ、マルチプレクサMUX、ロウ(行)デコーダXDEC、カラム(列)デコーダYDEC、プリチャージ回路PC、センスアンプSA、書換え回路PRGMで構成される。
(下部構造形成プロセス)
つぎに、本実施例の半導体装置の製造工程の固体電解質層形成の前までについて、図面を参照して説明する。図13〜図17は、本実施例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。まず、公知の製造方法を用いて、図13に示すようなMISトランジスタを形成する。図13においては、例えばp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)11の主面に、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon)法などにより、絶縁体からなる素子分離領域12aを形成される。素子分離領域12aを形成することにより、半導体基板11の主面には、素子分離領域12aによって周囲を規定された活性領域が形成される。
(書き込み方法)
書き込みは、選択した上下の電極対の間、あるいはそれに加えて上記電極間の導電パスの近傍を通るX軸方向、あるいはさらにY軸方向の電極に、低抵抗領域を形成する成分であるCuのプラスイオンを下方に動かす電圧、あるいは下方への動きを遅らせて積層膜の面に平行な方向に広げる電圧を印加することによって行う。面に平行な方向に広げるには、固体電解質層の界面、あるいは界面に形成した薄い隙間の少ない界面層を利用するのが良い。
(多値多ビット記録)
これら電極に印加する電圧および/またはパルス幅を微細に調節して、導電率を高める成分が蓄積した部分の大きさを多値に制御しても良い。この場合は、例えば1バイト分の多値で、かつ多バイトの記憶が可能になる。
ただし、Y方向電極への電圧印加は必須ではなく、電圧を印加しなかったり、Y方向電極自体を省略したりしても良い。
書き込みを行う際、ON方向パルス(上部のCu電極が陽極)で上下の電極間の抵抗を制御することを特徴とする半導体装置。
OFF方向パルス、続いてON方向パルスの組み合わせで抵抗を制御することを特長とする半導体装置。
(読み出し方法)
X、Y、Zの3軸方向に電圧印加が可能であるから、読み出し方法はいくつか考えられる。
(抵抗値検出)
まず、最も従来方法に近い方法としては、イオン供給電極と対電極との間に電圧を印加して抵抗値を検出する方法である。
(X軸方向電極との抵抗値検出)
読み出し時に、対応する導電率の高い経路のどちらか一端の電極と、Y軸方向電極のうち、少なくとも対応する導電率の高い経路近傍を通過する電極の間に電圧を印加し、その抵抗から記憶された情報を検知する方法である。抵抗率を低下させる成分の蓄積部分がY軸方向電極に接触しているか、近接していれば、抵抗値の変化として検出できる。隣接する2つのZ軸方向導電パスの間に1本のY軸方向電極を設けた場合と、2本のY軸方向電極を設けた場合が可能である。1本の場合は集積度を上げやすいが、導電パスの途中のコマ状の蓄積部分が両方のX軸電極に達する可能性が有るので、読み出し時にX軸方向電極のY軸方向座標も個々に指定して選択するか、1つおきに2つのグループに分けてどちらかのグループを選択して読み出す必要がある。
(電磁誘導電圧検出)
他の1例としては、読み出すべきZ軸方向の導電パスを挟んで両側を通る2本のX軸方向電極に互いに逆方向のパルス電流を流し、X軸方向電極に誘起される起電力を読む。Y軸方向電極に読出し電流を流すと、Ampere(アンペール)の右ねじの法則により、右回りネジを電流の方向にねじ込む時、ネジの回転する向きに磁場が生じる。磁場の強さは、Biot−Sabart(ビオ サバール)の法則により、
dH=(J sinθ ds)/4πr2
である。
<実施例2>
(3次元マトリックス構造)
本実施例では、電極間に成分の異なる層を多層に形成し、電極間に電圧により導電率が高い経路が形成される。上記電極間、あるいはそれに直交する電極間の抵抗値を変化させて記憶する。
本実施例では、上記導電率が高い経路の途中に導電率を上げる成分が堆積した領域が形成される。
導電率の高い経路の、導電率を上げる成分が堆積した領域が記憶情報に対応する。
上記の境界部分に、記憶情報に対応して導電率の高い経路を形成する元素の小塊が形成されている。
上記の対応関係を利用して、読み出し時にエラーコレクションを行うことができる。
この図は広範囲に繰り返す3次元構造の1部分である。斑点模様で示す個所が、導電性イオンが高濃度に存在する領域である。コマ回しのコマのような形状の部分が、データに対応するイオンの堆積部分である。コマの大きさは、すべて同じにしても、変えても良い。
図20に示したように、読み出し時に、対応する導電率の高い経路のどちらか一端の電極と、Y軸方向電極のうち、少なくとも対応する導電率の高い経路近傍を通過する電極の間に電圧を印加し、その抵抗から記憶された情報を検知する方法である。抵抗率を低下させる成分の蓄積部分がY軸方向電極に接触しているか、近接していれば、抵抗値の変化として検出できる。隣接する2つのZ軸方向導電パスの間に1本のY軸方向電極を設けた場合(図20(a)と、2本のY軸方向電極を設けた場合図20(b)が可能である。1本の場合は集積度を上げやすいが、導電パスの途中のコマ状の蓄積部分が両方のX軸電極に達する可能性が有るので、読み出し時にX軸方向電極のY軸方向座標も個々に指定して選択するか、1つおきに2つのグループに分けてどちらかのグループを選択して読み出す必要がある。導電パス1本に対して1本のY軸方向電極がある場合も、導電パス1本に対して2本のY軸方向電極がある場合も、導電パスの両側を通るY軸方向が、導電パスの近傍以外では図1(b)ように1本に合流していても良いし、図1(a)のように独立であってもよい。1本に合流させる方がセル面積を小さくして集積度を上げやすい。図20(a)では、X軸方向電極は導電パス1本に対して1本で、導電パスを通す穴があるタイプである。その長手方向に引いた中心線を含む垂直面で切った断面が見えている。図20(b)ではX軸方向電極は導電パス1本に対して2本であり、図の断面より手前と奥を左右に通っている。導電パス1本に対するX軸方向電極、Y軸方向電極の本数は、用途に応じてそれぞれ最適に選択するのが良い。
上記各層の非金属元素成分は、周期律表の上下方向に順に並んだ元素の順になっているようにするのが好ましい。ただし、同じ元素が主成分の層が複数層有っても良い。
金属のカルコゲナイドより成る層と、それより原子番号が相対的に同じか小さいカルコゲナイドまたはオキサイドより成る層を電極で挟んだ構造を有するのが好ましい。
各層に含まれる金属元素は、隣接する少なくとも2層で共通であるのが好ましい。
駆動回路や、駆動方法、デバイスの下部の形成プロセスなどは実施例1と同様である。
<実施例3>
本実施例では、上記導電率の高い経路が、その少なくとも一部で電極間を結ぶ方向と角度を持って形成される。
本実施例の代表的な構造では、図21に示したように、上記の電極間を結ぶ方向と角度をなす方向に電圧を印加することができる電極50、50‘ を有する。すなわち、導電率が高い経路に並行に各層を貫通する平行な電極2本を上記経路1本ごとに有する。
本実施例では、導電率の高い経路の、電極間を結ぶ方向と、それに角度を持った部分との境界が記憶情報に対応する。
上記の境界部分に、記憶情報に対応して導電率の高い経路を形成する元素の小塊が形成されているようにすると動作が安定する。
本実施例の半導体装置は、配線が3次元的に伸びていく状況と、配線の各部の接続の強さが情報の記憶になっている点で大脳新皮質の記憶と類似しており、1種の脳型コンピュータの記憶部分に対応している。接続方向の選択・切り換えで簡単な論理処理を行うこともできる。脳型コンピュータでは神経細胞に対応する回路でスイッチを駆動する。実際の神経細胞のように、横にあるグリア細胞からの神経伝達物質に対応する信号や上位階層からのフィードバック信号である例えばDCバイアス、場合によっては神経細胞回路外から供給されるパルス波形を入力する部分を神経細胞対応回路の入力、出力の中間に設けるのが好ましい。この入力部分を複数とし、1つを神経細胞の閾値を与えるコンパレータへの入力とするのがさらに好ましい。文字に対応する神経細胞回路を並列に並べ、それらを文に対応して直列に並べることによってフローチャートの図記号(四角や菱形など)内の文に対応させる。それらの神経細胞回路群への入力と出力の関係が図記号での処理を表すようにするため、本発明のスイッチ群により接続、非接続で処理内容を記憶したものを読み出して電気信号として転送して各神経細胞対応回路の上記の中間に設ける入力に入れるのが好ましい。
スイッチの例を図22(a)に、分岐の例を図22(b)に示した。スイッチの例でスイッチの働きをする導電パスが到達した先の経路に上部電極からの導電パスが有れば合流になる。これらの場合は、曲げられた導電パスが通過しやすいように、X軸方向電極も穴が有って穴に導電パスを通すタイプでなく、導電パスの左右に2本に分かれたものとした例を示した。論理処理は、電極の電圧のフィードバックあるいはフィードフォワードにより行う。導電パスの途中にディジタルロジック回路やアナログ回路を設けてより高度な処理を行わせてもよい。このデバイスでは電磁石と接点などを用いた機械スイッチのように、スイッチされる回路(Z軸方向の回路)とスイッチを切り替えるための駆動回路(Y軸方向、またはX軸方向電極への電圧印加回路)を別系統とすることができるというメリットがある。
<実施例4>
本実施例では、図23に示したように固体電解質層の抵抗値を、層ごとに変える。例えば、その抵抗が互いに2倍以上異なるように、2kΩ、5kΩ、25kΩのように変化させる。他の部分は実施例1または実施例2と同様である。この場合、導電率を高める成分により層を順次短絡して行くことにより抵抗を多値に制御して記憶を行うので、導電率を高める成分が堆積した場所を形成するのは必ずしも必要でない。
<実施例5>
本実施例では、図23に示した構造で、層の境界付近にイオン溜まりを形成し、かつ層の抵抗を層ごとに変える。層の両界面にイオン溜まりを形成し、両界面のイオン溜まりをイオン導電パスでショートすることにより、小さいバラツキで層をショートすることができるため、各層の抵抗が同じであっても、また、抵抗を変えるとしても大幅に変えなくても記憶情報を正確に読み出すことが可能である。例えば、その抵抗が互いに2倍以上異なるように、2kΩ、5kΩ、10kΩのように変化させる。他の部分は実施例1または実施例4と同様である。図のように1つまたは複数の界面にY軸方向電極、さらに必要に応じてX軸方向電極を形成すれば、より正確な制御が行えるが、これら電極の形成は必須ではない。
2:導電パス、
3:下部電極、
4:導電物質蓄積領域、
5:Y軸方向電極、
6:X軸方向電極、
7:固体電解質層、
8:界面層、
9:固体電解質層、
12:導電パス、
13:下部電極、
14:導電物質蓄積領域、
15:Y軸方向電極、
16:X軸方向電極、
22:導電パス、
23:下部電極、
24:導電物質蓄積領域、
25:Y軸方向電極、
26:X軸方向電極、
32:導電パス、
33:下部電極、
34:導電物質蓄積領域、
35:Y軸方向電極、
36:X軸方向電極、
40:X軸方向電極への給電部、
42:導電パス、
43:下部電極、
44:導電物質蓄積領域、
45:Y軸方向電極、
46:X軸方向電極、
50:横方向電圧用電極、
51:横方向電圧用電極、
52:導電パス、
53:下部電極、
54:導電物質蓄積領域、
55:Y軸方向電極、
56:X軸方向電極、
57:固体電解質層、
58:界面層、
59:固体電解質層、
62:導電パス、
63:下部電極、
64〜71:固体電解質層、
65:Y軸方向電極、
66:X軸方向電極、
72:下部電極、
74:SiO2層、
75:Y軸方向電極。
Claims (25)
- 半導体基板上に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極に対向して前記半導体基板上に設けられた第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられ、成分が互いに異なる固体電解質層が少なくとも2層積層されてなる積層膜とを有し、
前記第1の電極は、前記固体電解質層内に拡散されることにより低抵抗からなる導電パスを前記固体電解質層内に形成する金属を含み、
前記積層膜は、前記第1の電極に近い側に設けられた固体電解質層の前記金属に対する移動度(モビリティー)が、前記第2の電極に近い側に設けられた固体電解質層の前記金属に対する移動度より高くなるように積層されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1および第2の電極間を結ぶ前記固体電解質層に形成された導電率が高い導電パスの方向をZ軸方向とすると、
前記Z軸方向に概ね直交するX軸方向に前記導電パスを挟みこむように該導電パスの一方または両方の側にX軸方向電極が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記X軸方向電極に電圧を印加して、前記導電パスの抵抗値を制御する手段を有することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記X軸方向および前記Z軸方向のそれぞれに概ね直交するY軸方向に、前記導電パスの両側を挟みこむように該経路の両側にY軸方向電極が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記X軸方向電極または前記Y軸方向電極の少なくとも一方に電圧を印加して、前記導電パスの抵抗値の増減を繰り返し行う時、前記導電パス内に蓄積される導電性向上物質の分布を定常状態に保つ手段を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記定常状態に保つ手段が、
前記第1の電極または前記第2の電極のいずれか一方の近傍で、前記導電パスの端部の近傍に配設された前記X軸方向電極であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 - 前記導電パスの途中に、導電性向上物質が蓄積した導電物質蓄積領域を有し、
前記導電物質蓄積領域における抵抗値と情報信号とを対応させることにより、前記抵抗値から前記情報信号を識別する手段を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記導電パスに記憶された情報の書換えを多数回行うことにより、前記導電性向上物質の蓄積の偏りを各メモリセルで同様な偏りとするため、前記書換え回数を平均すると記憶情報の数値の平均値が各メモリセルで、ほぼ一定になるような符号変換を行ってから記録することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 対をなす前記第1および第2の電極を複数有し、
前記導電パスが、その少なくとも一部で、前記対となる第1および第2の電極間を結ぶ方向と異なる角度を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記導電パスを複数有し、
前記導電パスの一つを異なる角度の経路に切り替えるまたは分岐させる手段を有することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。 - 前記切り替え手段が、前記固体電解質層の各層に設けられ前記導電パスを挟み込むように配置された一対の電極を有することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
- 前記導電パスと、前記導電パスに角度を持った部分との境界部分が情報記憶手段であることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
- 前記導電パスに記憶された情報の読み出し時には、対応する導電パスのどちらか一端の電極と、前記導電パス近傍に設けられたY軸方向電極との間に電圧を印加し、前記電極間の抵抗から記憶された情報を検知することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記導電パスに記憶された情報の読み出し時には、対応する導電パス近傍に設けられたY軸方向電極に電圧を印加し、X軸方向電極に発生する起電力から前記導電パスに記憶された情報を検知することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記導電パスに記憶された情報の読み出し時には、対応する導電パスに電圧を印加し、前記導電パス近傍に設けられたX軸方向電極またはY軸方向電極に発生する起電力から前記導電パスに記憶された情報を検知することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 書き込みパルスの数または幅によって、対になる前記電極間またはそれらに近接して形成された電極間の抵抗を多値に制御する手段を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 半導体基板上に設けられた第1の導電率を有する第1の電極と、
前記第1の電極に対向して前記半導体基板上に設けられた第2の導電率を有する第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられ、少なくとも2層の固体電解質層が積層されてなる積層膜とを有し、
前記第1の電極は、前記固体電解質層内に拡散されることにより低抵抗からなる経路を前記固体電解質層内に形成する金属を含み、
前記固体電解質層の各々の間に設けられ、前記第1および第2の固体電解質層の移動度より低い移動度を有する界面層を具備することを特徴とする半導体装置。 - 前記界面層の膜厚が、1nm以上10nm以下であることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
- 前記固体電解質層の各層界面の少なくとも1層に、酸素または窒素濃度の高い界面層を有することを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
- 前記固体電解質層の各層に含有される非金属元素成分は、前記第1の電極側から順に周期律表の上から下に並んだ元素であることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
- 半導体基板上に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極に対向して前記半導体基板上に設けられた第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられ、成分が互いに異なる固体電解質層が少なくとも2層積層されてなる積層膜とを有し、
前記第1の電極は、前記固体電解質層内に拡散されることにより低抵抗からなる経路を前記固体電解質層内に形成する金属を含み、
前記第1の電極は、Cu、Ag、Zn、Cd及びAlからなるグループより選ばれた少なくとも1元素からなり、前記第2の電極は、W、Ta、Mo、Nb、Cr、Ni、Co、Ti及びPt族元素、並びに窒化Tiよりなるグループより選ばれた少なくとも一つからなり、
前記固体電解質層は、Cu、Ag、Zn、Cd及びAlよりなるグループより選ばれた少なくとも1元素、およびTa、Mo、Nb、Cr、Ni、Co、Ti及びPt族元素よりなるグループより選ばれた少なくとも1元素、およびOを具備してなる酸化物層、およびCu、Ag、Zn、Cd及びAlよりなるグループより選ばれた少なくとも1元素、およびTa、Mo、Nb、Cr、Ni、Co、Ti及びPt族元素よりなるグループより選ばれた少なくとも1元素、およびO、S、Se、Teよりなるグループより選ばれた少なくとも1元素を具備してなる層を含む互いに異なる組成の2層以上の積層膜であることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の電極は、Cuを組成に含む酸化物あるいはカルコゲナイドからなり、
前記第2の電極は、W、Ta、Mo、Nb、Cr、Ni、Co、Ti及びPt族元素、並びに窒化Tiよりなるグループより選ばれた少なくとも一つからなることを特徴とする請求項21記載の半導体装置。 - 半導体基板上に設けられた第1の移動度を有する第1の電極と、
前記第1の電極に対向して前記半導体基板上に設けられた第2の移動度を有する第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられ、少なくとも2層の固体電解質層が積層されてなる積層膜とを有し、
前記第1の電極は、前記固体電解質層内に拡散されることにより低抵抗からなる経路を前記固体電解質層内に形成する金属を含み、
前記第1の電極はCuからなり、前記第2の電極はWまたはPtからなり、
前記界面層は、Al2O3であり、
前記固体電解質層は、Cu−Ta−Oを具備してなるカルコゲナイド層およびCu−Ta−Sを具備してなるカリコゲナイド層からなる積層膜であることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の電極は、Cuを組成に含む酸化物あるいはカルコゲナイドからなり、
前記第2の電極は、W、Ta、Mo、Nb、Cr、Ni、Co、Ti及びPt族元素、並びに窒化Tiよりなるグループより選ばれた少なくとも一つからなることを特徴とする請求項23記載の半導体装置。 - 半導体基板上に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極に対向して前記半導体基板上に設けられた第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられ、成分が互いに異なる固体電解質層が少なくとも2層積層されてなる積層膜とを有し、
前記第1の電極は、前記固体電解質層内に拡散されることにより低抵抗からなる経路を前記固体電解質層内に形成する金属を含み、
前記第1の電極は、Cu、Ag、Zn、Cd及びAlからなるグループより選ばれた少なくとも1元素からなり、前記第2の電極は、W、Ta、Mo、Nb、Cr、Ni、Co、Ti及びPt族元素、並びに窒化Tiよりなるグループより選ばれた少なくとも一つからなり、
前記固体電解質層は、Cu、Ag、Zn、Cd及びAlよりなるグループより選ばれた少なくとも1元素またはTa、Mo、Nb、Cr、Ni、Co、Ti及びPt族元素よりなるグループより選ばれた少なくとも1元素、およびOを具備してなる酸化物層、およびCu、Ag、Zn、Cd及びAlよりなるグループより選ばれた少なくとも1元素またはTa、Mo、Nb,Cr,Ni,Co、Ti及びPt族元素よりなるグループより選ばれた少なくとも1元素、およびO、S、Se、Teよりなるグループより選ばれた少なくとも1元素を具備してなる層を含む互いに異なる組成の2層以上の積層膜であることを特徴とする半導体装置。
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010079829A1 (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-15 | 日本電気株式会社 | スイッチング素子及びその製造方法 |
WO2011071009A1 (ja) * | 2009-12-08 | 2011-06-16 | 日本電気株式会社 | 電気化学反応を利用した抵抗変化素子及びその製造方法 |
JP2013543258A (ja) * | 2010-09-27 | 2013-11-28 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. | 長期耐久性メモリスタ用のデバイス構造 |
JP2014195111A (ja) * | 2014-05-26 | 2014-10-09 | Toshiba Corp | 不揮発性抵抗変化素子 |
US8860182B1 (en) | 2013-03-22 | 2014-10-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Resistance random access memory device |
JP2015176895A (ja) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | 株式会社東芝 | 不揮発性メモリ |
WO2016084349A1 (ja) * | 2014-11-25 | 2016-06-02 | 日本電気株式会社 | 抵抗変化素子とその製造方法および半導体装置 |
JP2017516293A (ja) * | 2014-03-11 | 2017-06-15 | クロスバー, インコーポレイテッドCrossbar, Inc. | 2ターミナルメモリーのためのセレクター素子 |
WO2019187032A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 富士通株式会社 | 抵抗変化素子及びその製造方法、記憶装置 |
US10541025B2 (en) | 2017-03-24 | 2020-01-21 | Crossbar, Inc. | Switching block configuration bit comprising a non-volatile memory cell |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AR064248A1 (es) * | 2006-11-17 | 2009-03-25 | Basf Ag | Metodo para aumentar la biomasa seca de plantas |
JP2009246085A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Hitachi Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2010199235A (ja) * | 2009-02-24 | 2010-09-09 | Toshiba Corp | 不揮発性半導体記憶装置 |
US8766233B2 (en) * | 2009-10-09 | 2014-07-01 | Nec Corporation | Semiconductor device with variable resistance element and method for manufacturing the same |
US8624217B2 (en) | 2010-06-25 | 2014-01-07 | International Business Machines Corporation | Planar phase-change memory cell with parallel electrical paths |
CN101916590B (zh) * | 2010-08-19 | 2013-01-09 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 相变存储器的数据读出方法及读出电路 |
US8575008B2 (en) * | 2010-08-31 | 2013-11-05 | International Business Machines Corporation | Post-fabrication self-aligned initialization of integrated devices |
JP5480233B2 (ja) * | 2011-12-20 | 2014-04-23 | 株式会社東芝 | 不揮発性記憶装置、及びその製造方法 |
JP2013201271A (ja) | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Toshiba Corp | 不揮発性半導体記憶装置 |
US9196828B2 (en) * | 2012-06-25 | 2015-11-24 | Macronix International Co., Ltd. | Resistive memory and fabricating method thereof |
US9070860B2 (en) * | 2012-06-25 | 2015-06-30 | Macronix International Co. Ltd. | Resistance memory cell and operation method thereof |
FR2993388B1 (fr) * | 2012-07-11 | 2015-04-03 | Altis Semiconductor Snc | Dispositif microelectronique a memoire programmable |
US9548449B2 (en) * | 2013-06-25 | 2017-01-17 | Intel Corporation | Conductive oxide random access memory (CORAM) cell and method of fabricating same |
JP2016181312A (ja) * | 2015-03-23 | 2016-10-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその動作方法 |
CN109256157B (zh) * | 2017-07-12 | 2022-04-01 | 格科微电子(上海)有限公司 | 多值存储器的实现方法 |
CN115581112A (zh) | 2018-01-26 | 2023-01-06 | 联华电子股份有限公司 | 磁阻式随机存取存储器及其制作方法 |
CN112002801B (zh) * | 2020-07-20 | 2021-09-07 | 厦门半导体工业技术研发有限公司 | 半导体器件和半导体器件的制造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005500682A (ja) * | 2001-08-13 | 2005-01-06 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | メモリセル |
WO2006070773A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Nec Corporation | スイッチング素子、書き換え可能な論理集積回路、およびメモリ素子 |
JP2009500867A (ja) * | 2005-07-11 | 2009-01-08 | サンディスク スリーディー,エルエルシー | 切り換え可能な抵抗器とトランジスタとを備えた不揮発性メモリセル |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5789758A (en) * | 1995-06-07 | 1998-08-04 | Micron Technology, Inc. | Chalcogenide memory cell with a plurality of chalcogenide electrodes |
US5825046A (en) * | 1996-10-28 | 1998-10-20 | Energy Conversion Devices, Inc. | Composite memory material comprising a mixture of phase-change memory material and dielectric material |
JP4079068B2 (ja) | 2003-10-17 | 2008-04-23 | 株式会社日立製作所 | 情報記録媒体および情報記録方法 |
JP2005326311A (ja) | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Espec Corp | イオン伝導度測定方法 |
JP4848633B2 (ja) | 2004-12-14 | 2011-12-28 | ソニー株式会社 | 記憶素子及び記憶装置 |
DE102005012047A1 (de) | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Infineon Technologies Ag | Festkörperelektrolyt-Speicherelement und Verfahren zur Herstellung eines solchen Speicherlements |
JP2006286397A (ja) | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Espec Corp | 固体電解質膜構造体とその製造方法、イオン伝導度測定装置 |
-
2007
- 2007-07-12 JP JP2007183409A patent/JP5227544B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-05-05 TW TW097116514A patent/TW200910586A/zh unknown
- 2008-07-02 KR KR1020080063753A patent/KR101036034B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2008-07-04 CN CN2008101303063A patent/CN101345289B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2008-07-09 US US12/169,789 patent/US7829930B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005500682A (ja) * | 2001-08-13 | 2005-01-06 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | メモリセル |
WO2006070773A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Nec Corporation | スイッチング素子、書き換え可能な論理集積回路、およびメモリ素子 |
JP2009500867A (ja) * | 2005-07-11 | 2009-01-08 | サンディスク スリーディー,エルエルシー | 切り換え可能な抵抗器とトランジスタとを備えた不揮発性メモリセル |
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8586958B2 (en) | 2009-01-09 | 2013-11-19 | Nec Corporation | Switching element and manufacturing method thereof |
JP5454478B2 (ja) * | 2009-01-09 | 2014-03-26 | 日本電気株式会社 | スイッチング素子及びその製造方法 |
WO2010079829A1 (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-15 | 日本電気株式会社 | スイッチング素子及びその製造方法 |
JP2014199959A (ja) * | 2009-12-08 | 2014-10-23 | 日本電気株式会社 | 電気化学反応を利用した抵抗変化素子、並びにその製造方法及び動作方法 |
WO2011071009A1 (ja) * | 2009-12-08 | 2011-06-16 | 日本電気株式会社 | 電気化学反応を利用した抵抗変化素子及びその製造方法 |
JP5621784B2 (ja) * | 2009-12-08 | 2014-11-12 | 日本電気株式会社 | 電気化学反応を利用した抵抗変化素子の製造方法 |
US8878153B2 (en) | 2009-12-08 | 2014-11-04 | Nec Corporation | Variable resistance element having gradient of diffusion coefficient of ion conducting layer |
JP2013543258A (ja) * | 2010-09-27 | 2013-11-28 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. | 長期耐久性メモリスタ用のデバイス構造 |
US8872153B2 (en) | 2010-09-27 | 2014-10-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Device structure for long endurance memristors |
US8860182B1 (en) | 2013-03-22 | 2014-10-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Resistance random access memory device |
US9190615B2 (en) | 2013-03-22 | 2015-11-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Resistance random access memory device |
US10964388B2 (en) | 2014-03-11 | 2021-03-30 | Crossbar, Inc. | Selector device for two-terminal memory |
US11776626B2 (en) | 2014-03-11 | 2023-10-03 | Crossbar, Inc. | Selector device for two-terminal memory |
JP2017516293A (ja) * | 2014-03-11 | 2017-06-15 | クロスバー, インコーポレイテッドCrossbar, Inc. | 2ターミナルメモリーのためのセレクター素子 |
JP2015176895A (ja) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | 株式会社東芝 | 不揮発性メモリ |
JP2014195111A (ja) * | 2014-05-26 | 2014-10-09 | Toshiba Corp | 不揮発性抵抗変化素子 |
US20170309817A1 (en) * | 2014-11-25 | 2017-10-26 | Nec Corporation | Variable-resistance element and method of manufacturing variable-resistance element and semiconductor device |
JPWO2016084349A1 (ja) * | 2014-11-25 | 2017-09-07 | 日本電気株式会社 | 抵抗変化素子とその製造方法および半導体装置 |
WO2016084349A1 (ja) * | 2014-11-25 | 2016-06-02 | 日本電気株式会社 | 抵抗変化素子とその製造方法および半導体装置 |
US10541025B2 (en) | 2017-03-24 | 2020-01-21 | Crossbar, Inc. | Switching block configuration bit comprising a non-volatile memory cell |
WO2019187032A1 (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | 富士通株式会社 | 抵抗変化素子及びその製造方法、記憶装置 |
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