JP2009295941A - Storage element and method of manufacturing the same - Google Patents

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Isao Okubo
勇男 大久保
Takehisa Yamamoto
剛久 山本
Masaharu Oshima
正治 尾嶋
Hiroshi Kumigashira
広志 組頭
Naoyuki Harada
尚之 原田
Genya Sugano
弦哉 菅野
Lippmaa Mikk
ミック リップマー
Takeshi Onishi
剛 大西
Masashi Katayama
正士 片山
Hideomi Koinuma
秀臣 鯉沼
Yuji Matsumoto
祐司 松本
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University of Tokyo NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve user-friendliness of a memory element regarding a storage element and a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: In the memory element with a first electrode 22, a second electrode, and an oxide semiconductor layer 24 formed by calcium praseodymium manganate on the first electrode, a metal oxide layer 26 is provided between the second electrode 28 and the oxide semiconductor layer 24. Thus, information is stored without foaming and the user-friendliness when the memory element 20 is used is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、記憶素子およびその製造方法に関し、詳しくは、第1電極と、第2電極と、第1電極と第2電極との間に介在し酸化物半導体により形成された酸化物半導体層と、を備え、第1電極を基準電圧として第2電極に正の第1電圧を印加することにより第1電極と第2電極との間に生じる電気的な抵抗状態としての第1抵抗状態と、第1電極を基準電圧として第2電極に負の第2電圧を印加することにより第1電極と第2電極との間に生じる電気的な抵抗の状態であって第1抵抗状態と異なる第2抵抗状態と、を用いて情報を記憶する記憶素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a memory element and a method for manufacturing the same, and more particularly, a first electrode, a second electrode, and an oxide semiconductor layer formed of an oxide semiconductor interposed between the first electrode and the second electrode. And a first resistance state as an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a positive first voltage to the second electrode using the first electrode as a reference voltage, A state of electrical resistance generated between the first electrode and the second electrode by applying a negative second voltage to the second electrode using the first electrode as a reference voltage, and is different from the first resistance state. The present invention relates to a memory element that stores information using a resistance state and a manufacturing method thereof.

従来、この種の記憶素子としては、アルミウムにより形成された上部電極と、金により形成された下部電極と、上部電極と下部電極との間に介在しマンガン酸カルシウムプラセオジウム(Pr0.7Ca0.3MnO3)により形成された酸化物層とを備えるものが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この記憶素子では、下部電極を0Vとして、上部電極に+5Vを印加すると下部電極と上部電極との間の電気的な抵抗状態が抵抗値の高い高抵抗状態となり、上部電極に−5Vを印加すると下部電極と上部電極との間の電気的抵抗状態が抵抗値の低い低抵抗状態となり、こうし抵抗状態の変化を用いて情報を記憶することができる。
ケンタ ツボウチ(Kenta Tsubouti)他,「High-Thoroughput Characterization of Metal Electrode Performance for Electric-Field-Induced Resistance Switching in Metal/Pr0.7Ca0.3MnO3/Metal Structures」,WILEY-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA,アドバンスド・マテリアルズ(Advansed Materiarls),2007年5月30日,19号,p.1711−1713
Conventionally, as this type of memory element, an upper electrode made of aluminum, a lower electrode made of gold, and a calcium praseodymium manganate (Pr 0.7 Ca 0.3 MnO 3) interposed between the upper electrode and the lower electrode. ) Has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). In this memory element, when the lower electrode is set to 0V and + 5V is applied to the upper electrode, the electrical resistance state between the lower electrode and the upper electrode becomes a high resistance state having a high resistance value, and when −5V is applied to the upper electrode. The electrical resistance state between the lower electrode and the upper electrode becomes a low resistance state with a low resistance value, and information can be stored using the change in the resistance state.
Kenta Tsubouti et al., “High-Thoroughput Characterization of Metal Electrode Performance for Electric-Field-Induced Resistance Switching in Metal / Pr0.7Ca0.3MnO3 / Metal Structures”, WILEY-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA, Advanced Materials (Advansed Materiarls), May 30, 2007, No. 19, p. 1711-1713

上述の記憶素子では、上部電極に0Vから増加する電圧を印加すると、上部電極の電圧が+4Vのときに下部電極と上部電極との間の電流が急激に減少する「フォーミング」と呼ばれる現象が起こり、こうしたフォーミングを起こした後に初めて上述した抵抗状態の変化が生じることが知られている。つまり、上述の記憶素子では、工場などで製造された後、使用前に上部電極に+4V以上の電圧を印加してフォーミングを起こさないと情報が記憶できず、使い勝手の面で必ずしも満足がいくものとなっていない。したがって、こうしたフォーミングを行なうこと無く抵抗状態が変化する記憶素子が望ましい。   In the memory element described above, when a voltage increasing from 0 V is applied to the upper electrode, a phenomenon called “forming” occurs in which the current between the lower electrode and the upper electrode rapidly decreases when the voltage of the upper electrode is +4 V. It is known that the change in the resistance state described above occurs only after such forming. In other words, in the above-mentioned memory element, after being manufactured in a factory or the like, information cannot be stored unless a forming is caused by applying a voltage of +4 V or higher to the upper electrode before use, and the usability is always satisfactory. It is not. Therefore, a memory element in which the resistance state changes without performing such forming is desirable.

本発明の記憶素子およびその製造方法は、第1電極と第2電極との間に介在し酸化物半導体により形成された酸化物半導体層を備え、第1電極を基準電圧として第2電極に正の第1電圧を印加することにより第1電極と第2電極との間に生じる電気的な抵抗状態としての第1抵抗状態と、第1電極を基準電圧として第2電極に負の第2電圧を印加することにより第1電極と第2電極との間に生じる電気的な抵抗の状態であって第1抵抗状態と異なる第2抵抗状態と、を用いて情報を記憶する記憶素子において、使用する際の使い勝手を向上させることを主目的とする。   A memory element and a manufacturing method thereof according to the present invention include an oxide semiconductor layer formed of an oxide semiconductor interposed between a first electrode and a second electrode, and the first electrode serves as a reference voltage and is positively connected to the second electrode. A first resistance state as an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying the first voltage, and a negative second voltage applied to the second electrode using the first electrode as a reference voltage. Used in a memory element that stores information using a second resistance state different from the first resistance state, which is an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying The main purpose is to improve usability.

本発明の記憶素子およびその製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。   The memory element and the manufacturing method thereof according to the present invention adopt the following means in order to achieve the main object described above.

本発明の記憶素子は、
第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に介在し酸化物半導体により形成された酸化物半導体層と、を備え、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に正の第1電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗状態としての第1抵抗状態と、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に負の第2電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗の状態であって前記第1抵抗状態と異なる第2抵抗状態と、を用いて情報を記憶する記憶素子であって、
前記第1電極及び前記第2電極のいずれか一方と前記酸化物半導体層との間に介在し、所定の絶縁性能を有する金属酸化物により前記酸化物半導体層より薄く形成された金属酸化物層を備える
ことを特徴とする。
The memory element of the present invention is
A first electrode; a second electrode; and an oxide semiconductor layer formed of an oxide semiconductor interposed between the first electrode and the second electrode, wherein the first electrode is used as a reference voltage. A first resistance state as an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a positive first voltage to the second electrode, and the first electrode as a reference voltage A second resistance state different from the first resistance state in an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a negative second voltage to the second electrode; A storage element for storing information using
A metal oxide layer interposed between one of the first electrode and the second electrode and the oxide semiconductor layer and formed thinner than the oxide semiconductor layer by a metal oxide having a predetermined insulation performance It is characterized by providing.

この本発明の記憶素子では、第1電極及び第2電極のいずれか一方と酸化物半導体層との間に所定の絶縁性能を有する金属酸化物により酸化物半導体層より薄く形成された金属酸化物層を介在させることにより、フォーミング無しに第2電極に印加する電圧を調整することにより第1抵抗状態または第2抵抗状態が生じて情報を記憶できる。これにより、使用する際の使い勝手を向上させることができる。ここで、「所定の絶縁性能を有する金属酸化物」は、電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物とすることもできる。 In this memory element of the present invention, a metal oxide formed thinner than an oxide semiconductor layer by a metal oxide having a predetermined insulating performance between one of the first electrode and the second electrode and the oxide semiconductor layer By interposing the layer, the first resistance state or the second resistance state is generated by adjusting the voltage applied to the second electrode without forming, and information can be stored. Thereby, the usability at the time of using can be improved. Here, the “metal oxide having a predetermined insulation performance” may be a metal oxide having an electrical resistivity of 1 × 10 10 Ω · m or more.

金属酸化物層が電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物により形成されてなる態様の本発明の記憶素子において、前記第2電極は、前記酸化物半導体と接触させるとショットキー接触を形成するショットキー金属により形成されてなり、前記金属酸化物層は、前記第2電極と前記酸化物半導体層との間に介在するよう形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、より適正に情報を記憶することができる。この場合において、前記酸化物半導体層は、導電型がp型の酸化物半導体により形成されてなるものとすることもできる。こうした酸化物半導体層が導電型がp型の酸化物半導体により形成されてなる態様の本発明の記憶素子において、前記酸化物半導体層は、マンガン酸カルシウムプラセオジウムにより形成されてなり、前記第2電極は、アルミウム,錫,鉄,マンガンのいずれかにより形成されてなり、前記金属酸化物層は、前記第2電極の酸化物により形成されてなるものとしたり、前記酸化物半導体層は、酸化ニッケルにより形成されてなり、前記第2電極は、アルミウム,チタン,錫のいずれかにより形成されてなり、前記金属酸化物層は、前記第2電極の酸化物により形成されてなるものとすることもできる。また、第2電極が前記酸化物半導体と接触させるとショットキー接触を形成するショットキー金属により形成されてなり、金属酸化物層が第2電極と酸化物半導体層との間に介在するよう形成されてなる態様の本発明の記憶素子において、前記酸化物半導体層は、導電型がn型の酸化物半導体により形成されてなるものとすることもできる。こうした酸化物半導体層が導電型がn型の酸化物半導体により形成されてなる態様の本発明の記憶素子において、前記酸化物半導体層は、酸化チタンまたはチタン酸ストロンチウムにより形成されてなり、前記第2電極は、アルミニウムまたはチタンにより形成されてなり、前記金属酸化物層は、酸化アルミニウム,酸化チタン,チタン酸ストロンチウム,酸化マンガン,酸化鉄,酸化コバルト,酸化錫のいずれかにより形成されてなるものとしたり、前記酸化物半導体層は、酸化チタンまたはチタン酸ストロンチウムにより形成されてなり、前記第2電極は、ニッケル,錫,マンガン,鉄,コバルトのいずれかにより形成されてなり、前記金属酸化物層は、前記第2電極の酸化物により形成されてなるものとすることもできる。 In the memory element of the present invention in which the metal oxide layer is formed of a metal oxide having an electrical resistivity of 1 × 10 10 Ω · m or more, the second electrode is shot when brought into contact with the oxide semiconductor. It may be formed of a Schottky metal that forms a key contact, and the metal oxide layer may be formed so as to be interposed between the second electrode and the oxide semiconductor layer. In this way, information can be stored more appropriately. In this case, the oxide semiconductor layer may be formed of an oxide semiconductor having a p-type conductivity. In the memory element of the present invention in which the oxide semiconductor layer is formed of an oxide semiconductor having a p-type conductivity, the oxide semiconductor layer is formed of calcium praseodymium manganate, and the second electrode Is formed of any one of aluminum, tin, iron, and manganese, and the metal oxide layer is formed of an oxide of the second electrode, or the oxide semiconductor layer is formed of nickel oxide. The second electrode may be formed of aluminum, titanium, or tin, and the metal oxide layer may be formed of an oxide of the second electrode. it can. Further, the second electrode is formed of a Schottky metal that forms a Schottky contact with the oxide semiconductor, and the metal oxide layer is interposed between the second electrode and the oxide semiconductor layer. In the memory element of the present invention, the oxide semiconductor layer may be formed of an oxide semiconductor having an n-type conductivity. In the memory element of the present invention in which the oxide semiconductor layer is formed of an n-type oxide semiconductor, the oxide semiconductor layer is formed of titanium oxide or strontium titanate. The two electrodes are formed of aluminum or titanium, and the metal oxide layer is formed of any of aluminum oxide, titanium oxide, strontium titanate, manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, and tin oxide. The oxide semiconductor layer is formed of titanium oxide or strontium titanate, and the second electrode is formed of any of nickel, tin, manganese, iron, and cobalt, and the metal oxide The layer may be formed of an oxide of the second electrode.

金属酸化物層が電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物により形成されてなる態様の本発明の記憶素子において、前記第2電極は、前記酸化物半導体と接触させるとオーミック接触を形成する金属により形成されてなり、前記金属酸化物層は、前記第2電極と前記酸化物半導体層との間に介在するよう形成されてなるものとすることもできる。この場合において、前記酸化物半導体層は、マンガン酸カルシウムプラセオジウムにより形成されてなり、前記第2電極は、金により形成されてなり、前記金属酸化物層は、酸化アルミウムにより形成されてなるものとすることもできる。 In the memory element of the present invention in which the metal oxide layer is formed of a metal oxide having an electrical resistivity of 1 × 10 10 Ω · m or more, the second electrode is ohmic when brought into contact with the oxide semiconductor. The metal oxide layer may be formed so as to be interposed between the second electrode and the oxide semiconductor layer. In this case, the oxide semiconductor layer is made of calcium praseodymium manganate, the second electrode is made of gold, and the metal oxide layer is made of aluminum oxide. You can also

本発明の第1の記憶素子の製造方法は、
第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に介在し酸化物半導体により形成された酸化物半導体層と、を備え、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に正の第1電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗状態としての第1抵抗状態と、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に負の第2電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗の状態であって前記第1抵抗状態と異なる第2抵抗状態と、を用いて情報を記憶する記憶素子の製造方法であって、
基板上に第1の金属を堆積させて前記第1電極を形成する第1電極形成工程と、
前記形成された第1電極上に前記酸化物半導体を堆積させると共に電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物を前記酸化物半導体より薄く堆積させることにより前記酸化物半導体層と前記金属酸化物により形成された金属酸化物層とを形成する酸化物半導体層金属酸化物層形成工程と、
前記形成された金属酸化物層上に前記第1の金属と異なる第2の金属を蒸着させることにより前記第2電極を形成する第2電極形成工程と、
を備えることを要旨とする。
The first method for manufacturing a memory element of the present invention is as follows.
A first electrode; a second electrode; and an oxide semiconductor layer formed of an oxide semiconductor interposed between the first electrode and the second electrode, wherein the first electrode is used as a reference voltage. A first resistance state as an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a positive first voltage to the second electrode, and the first electrode as a reference voltage A second resistance state different from the first resistance state in an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a negative second voltage to the second electrode; A method of manufacturing a storage element that stores information using
Forming a first electrode by depositing a first metal on a substrate; and
The oxide semiconductor layer is deposited on the formed first electrode and a metal oxide having an electric resistivity of 1 × 10 10 Ω · m or more is deposited thinner than the oxide semiconductor, An oxide semiconductor layer forming a metal oxide layer formed of the metal oxide, and a metal oxide layer forming step;
A second electrode forming step of forming the second electrode by evaporating a second metal different from the first metal on the formed metal oxide layer;
It is a summary to provide.

この本発明の第1の記憶素子の製造方法では、基板上に第1の金属を堆積させて第1電極を形成し、形成された第1電極上に酸化物半導体を堆積させると共に電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物を酸化物半導体より薄く堆積させることにより酸化物半導体層と金属酸化物により形成された金属酸化物層とを形成し、形成された金属酸化物層上に第1の金属と異なる第2の金属を蒸着させることにより第2電極を形成する。これにより、酸化物半導体層と第2電極との間に介在する金属酸化物層を備える記憶素子を形成することができる。 In the first method for manufacturing a memory element according to the present invention, a first metal is deposited on a substrate to form a first electrode, an oxide semiconductor is deposited on the formed first electrode, and an electrical resistivity is obtained. Is formed by depositing a metal oxide having a thickness of 1 × 10 10 Ω · m or more thinner than an oxide semiconductor to form an oxide semiconductor layer and a metal oxide layer formed of the metal oxide. A second electrode is formed by evaporating a second metal different from the first metal on the layer. Thus, a memory element including a metal oxide layer interposed between the oxide semiconductor layer and the second electrode can be formed.

本発明の第2の記憶素子の製造方法は、
第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に介在し酸化物半導体により形成された酸化物半導体層と、を備え、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に正の第1電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗状態としての第1抵抗状態と、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に負の第2電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗の状態であって前記第1抵抗状態と異なる第2抵抗状態と、を用いて情報を記憶する記憶素子の製造方法であって、
基板上に第1の金属を堆積させて前記第1電極を形成する第1電極形成工程と、
前記形成された第1電極上に前記酸化物半導体を堆積させて酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
前記形成された酸化物半導体層上に前記第1の金属と異なる金属であって該金属の酸化物内での酸素の拡散係数が1×10-15cm2/sec以上である第2の金属を蒸着させることにより前記第2の金属により形成された前記第2電極と共に前記酸化物半導体層と前記第2電極との間に電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物より形成された金属酸化物層を形成する第2電極金属酸化物層形成工程と、
を備えることを要旨とする。
The second method for manufacturing a memory element of the present invention is as follows.
A first electrode; a second electrode; and an oxide semiconductor layer formed of an oxide semiconductor interposed between the first electrode and the second electrode, wherein the first electrode is used as a reference voltage. A first resistance state as an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a positive first voltage to the second electrode, and the first electrode as a reference voltage A second resistance state different from the first resistance state in an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a negative second voltage to the second electrode; A method of manufacturing a storage element that stores information using
Forming a first electrode by depositing a first metal on a substrate; and
An oxide semiconductor layer forming step of forming the oxide semiconductor layer by depositing the oxide semiconductor on the formed first electrode;
A second metal that is different from the first metal on the formed oxide semiconductor layer and has an oxygen diffusion coefficient of 1 × 10 −15 cm 2 / sec or more in the oxide of the metal From a metal oxide having an electrical resistivity of 1 × 10 10 Ω · m or more between the oxide semiconductor layer and the second electrode together with the second electrode formed of the second metal by vapor deposition A second electrode metal oxide layer forming step for forming the formed metal oxide layer;
It is a summary to provide.

この本発明の第2の記憶素子の製造方法では、基板上に第1の金属を堆積させて前記第1電極を形成し、前記形成された第1電極上に前記酸化物半導体を堆積させて酸化物半導体層を形成し、形成された酸化物半導体層上に第1の金属と異なる金属であってこの金属の酸化物内での酸素の拡散係数が1×10-15cm2/sec以上である第2の金属を蒸着させることにより第2の金属により形成された第2電極と共に酸化物半導体層と第2電極との間に電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物より形成された金属酸化物層を形成する。第2電極と共に酸化物半導体層と第2電極との間に金属酸化物を形成するから、より少ない工程で酸化物半導体層と第2電極との間に介在する金属酸化物層を備える記憶素子を形成することができる。 In the second method for manufacturing a memory element of the present invention, a first metal is deposited on a substrate to form the first electrode, and the oxide semiconductor is deposited on the formed first electrode. An oxide semiconductor layer is formed, and a diffusion coefficient of oxygen in the metal oxide which is different from the first metal on the formed oxide semiconductor layer is 1 × 10 −15 cm 2 / sec or more. Metal oxide having an electrical resistivity of 1 × 10 10 Ω · m or more between the oxide semiconductor layer and the second electrode together with the second electrode formed by vapor deposition of the second metal A metal oxide layer formed from a material is formed. Since the metal oxide is formed between the oxide semiconductor layer and the second electrode together with the second electrode, the memory element includes the metal oxide layer interposed between the oxide semiconductor layer and the second electrode in fewer steps Can be formed.

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.

図1は、本発明の第1実施例としてメモリ素子20の構成の概略を示す構成図である。メモリ素子20は、アルミ酸ランタン(LaAlO3)からなる基板10上に形成された第1電極22と、第1電極22上に形成された酸化物半導体層24と、酸化物半導体層24上に高い金属酸化物により形成された金属酸化物層26と、金属酸化物層26上に形成された第2電極28と、を備える。なお、基板10は、アルミ酸ランタンにより形成されているものとしたが、基板10内を流れる電流が無視できる程度に電気抵抗率が高い材料により形成されていればよく、電気抵抗率が1010Ω・mより大きい材料により形成されるのが望ましい。 FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of a memory element 20 as a first embodiment of the present invention. The memory element 20 includes a first electrode 22 formed on a substrate 10 made of lanthanum aluminate (LaAlO 3 ), an oxide semiconductor layer 24 formed on the first electrode 22, and an oxide semiconductor layer 24. A metal oxide layer 26 formed of a high metal oxide and a second electrode 28 formed on the metal oxide layer 26 are provided. The substrate 10 is made of lanthanum aluminate. However, the substrate 10 only needs to be made of a material having a high electrical resistivity such that the current flowing through the substrate 10 can be ignored, and the electrical resistivity is 10 10. It is desirable to be formed of a material larger than Ω · m.

酸化物半導体層24は、p型の酸化物半導体であるマンガン酸カルシウムプラセオジウム(Pr1-xCaxMnO3、xは0.3〜0.5、実施例ではxは0.3。以下、PCMOという)により80nmの厚さに形成されている。 The oxide semiconductor layer 24 is a p-type oxide semiconductor calcium praseodymium manganate (Pr 1−x Ca x MnO 3 , x is 0.3 to 0.5, and in the embodiment, x is 0.3. PCMO) to a thickness of 80 nm.

第1電極22は、酸化物半導体層24を形成するPCMOと格子定数の整合性が良く、且つ、電気的伝導性の良いニッケル酸ランタン(LaNiO,以下、LNOという)により20nmの厚さに形成されている。なお、第1電極22は、電気抵抗率が低い材料で形成されていればよく、電気抵抗率が10ー4Ω・mより小さい材料により形成されるのが望ましい。なお、第1電極22は、銀(Ag)により形成され第1電極22と電気的に接続された接続用電極30を備えており、接続用電極30を介して電圧が印加される。   The first electrode 22 is formed to a thickness of 20 nm with lanthanum nickelate (LaNiO, hereinafter referred to as LNO) having good lattice constant matching with PCMO for forming the oxide semiconductor layer 24 and having good electrical conductivity. Has been. The first electrode 22 only needs to be formed of a material having a low electrical resistivity, and is preferably formed of a material having an electrical resistivity of less than 10 −4 Ω · m. The first electrode 22 includes a connection electrode 30 formed of silver (Ag) and electrically connected to the first electrode 22, and a voltage is applied through the connection electrode 30.

第2電極28は、酸化物半導体層24を形成するPCMOと接触させたときに生じる次式(1)により計算されるショットキー障壁の高さφBPが値0より大きくなるショットキー接触を生じる金属により形成されており、実施例では、アルミニウム(Al)により形成されているものとした。式(1)中、EgはPCMOのバンドギャップ、qは電気素量、χはPCMOの電子親和力,φmはアルミニウムの仕事関数をそれぞれ示している。   The second electrode 28 is a metal that generates a Schottky contact in which the height φBP of the Schottky barrier calculated by the following equation (1) generated when contacting the PCMO that forms the oxide semiconductor layer 24 is greater than 0. In the embodiment, it is formed of aluminum (Al). In equation (1), Eg represents the band gap of PCMO, q represents the elementary charge, χ represents the electron affinity of PCMO, and φm represents the work function of aluminum.

φBP=Eg/q+χ-φm (1)   φBP = Eg / q + χ-φm (1)

金属酸化物層26は、第2電極28の材料のアルミニウムの酸化物である酸化アルミニウム(AlOx,xは0より大きい実数)により3nmの厚さに形成されている。金属酸化物層26は、絶縁性能が高い材料、つまり、電気抵抗率が高い材料で形成されていればよく、電気抵抗率が1010Ω・mより大きい材料により形成されるのが望ましい。 The metal oxide layer 26 is formed to a thickness of 3 nm from aluminum oxide (AlO x , x is a real number greater than 0), which is an oxide of aluminum as the material of the second electrode 28. The metal oxide layer 26 only needs to be formed of a material having high insulating performance, that is, a material having high electric resistivity, and is preferably formed of a material having an electric resistivity of greater than 10 10 Ω · m.

次に、こうして構成されたメモリ素子20の製造方法について説明する。図2は、メモリ素子20の製造工程の概略を示すフローチャートである。最初に、強度0.7mJ/cm2,周波数1HzのKrFエキシマレーザを用いたパルスレーザデポジッション法(以下、PLD法という)により成長温度(基板10の温度)700℃、酸素分圧3.99Paで20nmの厚さのLNOを堆積させて第1電極22を形成する(ステップS100)。 Next, a method for manufacturing the memory element 20 configured as described above will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an outline of the manufacturing process of the memory element 20. First, the growth temperature (the temperature of the substrate 10) is 700 ° C. and the oxygen partial pressure is 3.99 Pa by a pulse laser deposition method (hereinafter referred to as PLD method) using a KrF excimer laser with an intensity of 0.7 mJ / cm 2 and a frequency of 1 Hz. The first electrode 22 is formed by depositing LNO with a thickness of 20 nm (step S100).

第1電極22を形成したら、形成した第1電極22上に、強度0.7mJ/cm2,周波数5HzのKrFエキシマレーザを用いたPLD法により成長温度(基板10の温度)を700℃、酸素分圧3.99Paで80nmの厚さのPCMOを堆積させてPCMO層を形成するとともに(ステップS110)、こうして形成したPCMO層上に、強度1.5mJ/cm2、周波数1HzのKrFエキシマレーザを用いたPLD法により成長温度(基板10の温度)を室温(約20°C)、酸素分圧を1.33×10Paで3nmの厚さのAlOx(xはAl:O=3:1〜1:0.7を満たす実数)を堆積させて酸化アルミニウム層を形成し(ステップS120)、イオンミリングにより酸化アルミニウム層,PCMO層の一部を順にエッチングして第1電極22の一部を露出させると共に酸化アルミニウムからなる金属酸化物層26とPCMOからなる酸化物半導体層24とを形成する(ステップS130)。なお、実施例では、第1電極22を形成した後に第1電極22上にPCMOと酸化アルミニウムとを順に堆積させてPCMO層と酸化アルミニウム層とを形成した後、イオンミリングによりPCMO層および酸化アルミニウム層の一部を順にエッチングして金属酸化物層26と酸化物半導体層24とを形成するものとしたが、第1電極22を形成した後に第1電極の一部を金属でマスクしてPCMOと酸化アルミニウムとを順に堆積させた後、マスクに用いた金属を除去することにより金属酸化物層26と酸化物半導体層24とを形成するものとしてもよい。 After the first electrode 22 is formed, the growth temperature (the temperature of the substrate 10) is set to 700 ° C. on the formed first electrode 22 by a PLD method using a KrF excimer laser with an intensity of 0.7 mJ / cm 2 and a frequency of 5 Hz. A PCMO layer with a partial pressure of 3.99 Pa is deposited to form a PCMO layer (step S110), and a KrF excimer laser with an intensity of 1.5 mJ / cm 2 and a frequency of 1 Hz is formed on the PCMO layer thus formed. The growth temperature (the temperature of the substrate 10) is room temperature (about 20 ° C.), the oxygen partial pressure is 1.33 × 10 Pa, and the thickness is 3 nm with AlO x (x is Al: O = 3: 1 to 1). (A real number satisfying 1: 0.7) is deposited to form an aluminum oxide layer (step S120), and the aluminum oxide layer and a part of the PCMO layer are sequentially etched by ion milling. The first electrode 22 is partially exposed to form a metal oxide layer 26 made of aluminum oxide and an oxide semiconductor layer 24 made of PCMO (step S130). In the embodiment, after the first electrode 22 is formed, PCMO and aluminum oxide are sequentially deposited on the first electrode 22 to form a PCMO layer and an aluminum oxide layer, and then the PCMO layer and the aluminum oxide are formed by ion milling. The metal oxide layer 26 and the oxide semiconductor layer 24 are formed by sequentially etching a part of the layer. After the first electrode 22 is formed, a part of the first electrode is masked with a metal to form PCMO. After the metal and aluminum oxide are sequentially deposited, the metal oxide layer 26 and the oxide semiconductor layer 24 may be formed by removing the metal used for the mask.

続いて、形成した金属酸化物層26上に真空蒸着法によりAlを堆積させた後に堆積させたAl層をパターニングして第2電極28を形成し(ステップS140)、続いて、第1電極22の露出している部位に真空蒸着法によりAgを堆積させた後に堆積させたAg層をパターニングして接続用電極30を形成する(ステップS150)。こうして、第1電極22や酸化物半導体層24,金属酸化物層26をPLD法を用いて形成することにより、第1電極22や酸化物半導体層24,金属酸化物層26の表面を分子層レベルで平坦に形成することができる。なお、実施例では、PLD法により第1電極22,酸化物半導体層24,金属酸化物層26を形成するものとしたが、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法など他の薄膜を形成する方法であれば如何なる方法を用いて形成するものとしてもよい。   Subsequently, Al is deposited on the formed metal oxide layer 26 by vacuum deposition, and then the deposited Al layer is patterned to form the second electrode 28 (step S140), and then the first electrode 22 is formed. After depositing Ag by a vacuum evaporation method on the exposed part of the film, the deposited Ag layer is patterned to form the connection electrode 30 (step S150). Thus, by forming the first electrode 22, the oxide semiconductor layer 24, and the metal oxide layer 26 using the PLD method, the surface of the first electrode 22, the oxide semiconductor layer 24, and the metal oxide layer 26 is a molecular layer. It can be formed flat at the level. In the embodiment, the first electrode 22, the oxide semiconductor layer 24, and the metal oxide layer 26 are formed by the PLD method. However, for example, a method of forming another thin film such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Any method may be used as long as it is formed.

こうして構成されたメモリ素子20の動作について説明する。図3は、メモリ素子の製造後、最初に、接続用電極30を介して第1電極22を接地(0V)して、第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icの絶対値|Ic|を測定した測定結果の一例を示す説明図である。図示するように、電圧Vcを+6Vにすると第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcが高くなる高抵抗状態となり、こうして高抵抗状態となると電圧Vcを下げても高抵抗状態が保持され、電圧Vcが−6Vになると抵抗Rcが低くなる低抵抗状態となり、こうして低抵抗状態となると電圧Vcが0Vになるまで低抵抗状態が保持される。したがって、メモリ素子20では、電圧Vcを+6Vまたは−6Vとしてメモリ素子20を高抵抗状態または低抵抗状態にすることにより情報を記憶することができ、電圧Vcを−6Vから0Vの間の電圧(例えば、−4V)として電極間電流Icを検出することにより記憶された情報を読み出すことができる。すなわち、メモリ素子20は、不揮発性のメモリとして機能するのである。図4は、電圧Vcに+6Vの振幅のパルス(パルスの電圧が0V〜+6V)を5回印加した後に−6Vの振幅のパルス(パルスの電圧が−6V〜0V)を5回印加することを繰り返したときの抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図である。実施例のメモリ素子20では、図示するように、パルス印加回数に対して抵抗Rcが比較的安定しており、抵抗状態の変化が比較的安定して起きていることがわかる。このように、メモリ素子20は、抵抗状態の変化を用いて適正に情報を記憶することができる。   The operation of the memory element 20 configured in this way will be described. In FIG. 3, after manufacturing the memory element, first, the first electrode 22 is grounded (0 V) via the connection electrode 30 and the voltage Vc of the second electrode 28 is changed to change the first electrode 22 and the second electrode. It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result which measured absolute value | Ic | of the electrode current Ic which flows between electrodes. As shown in the figure, when the voltage Vc is set to +6 V, the resistance Rc between the first electrode 22 and the second electrode 28 is increased, and when the voltage Vc is lowered, the high resistance state is obtained. When the voltage Vc becomes −6V, the resistance Rc becomes low, and the low resistance state is maintained. When the voltage Vc becomes 0V, the low resistance state is maintained until the voltage Vc becomes 0V. Therefore, in the memory element 20, information can be stored by setting the voltage Vc to + 6V or −6V and setting the memory element 20 to a high resistance state or a low resistance state, and the voltage Vc is a voltage between −6V and 0V ( For example, the stored information can be read by detecting the interelectrode current Ic as −4V). That is, the memory element 20 functions as a nonvolatile memory. FIG. 4 shows that after applying a pulse having an amplitude of + 6V (pulse voltage is 0V to + 6V) to the voltage Vc five times, a pulse having an amplitude of -6V (pulse voltage is -6V to 0V) is applied five times. It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of resistance Rc when it repeats. In the memory element 20 of the example, as shown in the figure, it can be seen that the resistance Rc is relatively stable with respect to the number of pulse applications, and the change in the resistance state occurs relatively stably. As described above, the memory element 20 can appropriately store information using the change in the resistance state.

図5は、金属酸化物層26を備えていない点を除いてメモリ素子20と同様の構成の従来のメモリ素子において電圧Vcを変化させたときの電極間電流Icの測定結果の一例を示す説明図である。従来のメモリ素子では、図示するように、最初に電極間電圧Vcを0Vから徐々に増加させて+3V付近で電流Icが急減する「フォーミング」を起こした後に、電圧Vcを+5Vにすると低抵抗状態となり、電圧Vcを−5Vにすると高抵抗状態となる。実施例のメモリ素子20では、図3に例示するように、最初にフォーミングを起こさせることなく抵抗状態の変化が生じている。これは、第2電極28と酸化物半導体層24との間に金属酸化物層26が介在するためだと考えられる。このように、メモリ素子20は、工場などで製造された後,使用前にフォーミングが起きるよう第2電極28に正の電圧を印加する必要がなく、従来のものに比して使い勝手がより向上したものとなっている。   FIG. 5 illustrates an example of a measurement result of the interelectrode current Ic when the voltage Vc is changed in a conventional memory element having the same configuration as the memory element 20 except that the metal oxide layer 26 is not provided. FIG. In the conventional memory device, as shown in the figure, after the interelectrode voltage Vc is gradually increased from 0V to cause “forming” in which the current Ic rapidly decreases in the vicinity of + 3V, when the voltage Vc is increased to + 5V, the low resistance state is reached. Thus, when the voltage Vc is set to -5V, a high resistance state is obtained. In the memory element 20 of the embodiment, as illustrated in FIG. 3, the resistance state changes without causing the forming first. This is considered because the metal oxide layer 26 is interposed between the second electrode 28 and the oxide semiconductor layer 24. As described above, after the memory device 20 is manufactured in a factory or the like, it is not necessary to apply a positive voltage to the second electrode 28 so that forming occurs before use, and the usability is improved as compared with the conventional device. It has become.

以上説明した第1実施例のメモリ素子20では、第1電極22と、第2電極と、第1電極22上にマンガン酸カルシウムプラセオジウムにより形成された酸化物半導体層24とを備えるメモリ素子20において、第2電極28と酸化物半導体層24との間に金属酸化物層26を設けたから、フォーミング無しで情報を記憶することができる。これにより、メモリ素子20を使用する際の使い勝手の向上を図ることができる。   In the memory element 20 of the first embodiment described above, in the memory element 20 including the first electrode 22, the second electrode, and the oxide semiconductor layer 24 formed of calcium praseodymium manganate on the first electrode 22. Since the metal oxide layer 26 is provided between the second electrode 28 and the oxide semiconductor layer 24, information can be stored without forming. Thereby, the usability when using the memory element 20 can be improved.

第1実施例のメモリ素子20では、金属酸化物層26を3nmの厚さに形成するものとしたが、金属酸化物層26の厚さは1nmから5nm程度の厚さにすることが望ましい。図6は金属酸化物層26の厚さを1nmとした点を除いてメモリ素子20と同様の構成のメモリ素子において第2電極28の電圧Vcを変化させたときの電極間電流Icの測定結果の一例を示す説明図であり、図7は第2電極28に+6Vの振幅のパルスを5回印加した後に−6Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図である。図6に例示すように、金属酸化物層26の厚さが1nmである場合でも抵抗状態の変化が観測されている。なお、図4と図7とを比較するとわかるように、低抵抗状態での抵抗Rlに対する高抵抗状態での抵抗Rhの抵抗比(Rh/Rl)が、金属酸化物層26の厚さが3nmのときは103程度であるのに対して厚さが1nmのときには70程度と低くなっている。したがって、金属酸化物層26の厚さを薄くすることにより抵抗比が小さくなる傾向になると考えられる。 In the memory element 20 of the first embodiment, the metal oxide layer 26 is formed to a thickness of 3 nm, but the thickness of the metal oxide layer 26 is preferably about 1 nm to 5 nm. FIG. 6 shows a measurement result of the interelectrode current Ic when the voltage Vc of the second electrode 28 is changed in a memory element having the same configuration as the memory element 20 except that the thickness of the metal oxide layer 26 is 1 nm. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the first electrode 22 when a pulse having an amplitude of −6V is applied to the second electrode 28 five times and then a pulse having an amplitude of −6V is applied five times. It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of resistance Rc between the 2nd electrodes. As shown in FIG. 6, a change in the resistance state is observed even when the thickness of the metal oxide layer 26 is 1 nm. As can be seen from a comparison between FIG. 4 and FIG. 7, the resistance ratio (Rh / Rl) of the resistance Rh in the high resistance state to the resistance Rl in the low resistance state indicates that the thickness of the metal oxide layer 26 is 3 nm. In this case, it is about 10 3 , whereas it is as low as 70 when the thickness is 1 nm. Therefore, it is considered that the resistance ratio tends to decrease by reducing the thickness of the metal oxide layer 26.

第1実施例のメモリ素子20では、酸化アルミニウム層(金属酸化物層26)を酸素分圧1.33×10Paの下で形成するものとしたが、酸化アルミニウム層を形成する際の酸素分圧は1.33×10Paに限定されるものではなく、メモリ素子20に必要とされる特性に応じて適宜設定されるのが望ましく、例えば、1.33×10Pa未満としてもよい。図8は酸化アルミニウム層を形成する際に酸素分圧を1.33×10-2Paとした場合の電圧Vcを変化させたときの電流Icの測定結果の一例を示す説明図であり、図9は酸素分圧を1.33×10-2Paした場合の第2電極28に+7Vの振幅のパルスを5回印加した後に−7Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図であり、図10は酸化アルミニウム層を形成する際に酸素分圧を1.33×10-4Paとした場合の電圧Vcを変化させたときの電極間電流Icの測定結果の一例を示す説明図であり、図11は酸素分圧を1.33×10-4Paとした場合の第2電極28に+5Vの振幅のパルスを5回印加した後に−5Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図であり、図12は、図4,図9,図11の測定結果を用いた酸素分圧と抵抗Rcとの関係を示す説明図である。図8〜11に例示するように、メモリ素子は、酸素分圧が1.33×10-2Pa,1.33×10-4Paのいずれであっても二つの抵抗状態が観測されているので不揮発性メモリとして機能することができるが、図12に示すように、低抵抗状態の抵抗値Rlは酸素分圧が高くなってもさほど変化しないのに対して高抵抗状態での抵抗Rhは酸素分圧が高くなるほど大きくなる傾向がある。酸素分圧が高いほど酸化アルミニウム層に含まれる酸素の割合が高くなることから、酸化アルミニウム層の抵抗が高抵抗状態での抵抗Rhに何らか寄与していることが考えられる。したがって、酸化アルミニウム層を形成する際の酸素分圧を適宜調整することにより、高抵抗状態のときの抵抗値Rhを適宜調整して、メモリ素子20の特性を調整できると考えられる。 In the memory element 20 of the first embodiment, the aluminum oxide layer (metal oxide layer 26) is formed under an oxygen partial pressure of 1.33 × 10 Pa. However, the oxygen partial pressure at the time of forming the aluminum oxide layer is not limited. Is not limited to 1.33 × 10 Pa, and is preferably set according to the characteristics required for the memory element 20, for example, less than 1.33 × 10 Pa. FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a measurement result of the current Ic when the voltage Vc is changed when the oxygen partial pressure is 1.33 × 10 −2 Pa when forming the aluminum oxide layer. 9 shows a case where a pulse having an amplitude of + 7V is applied five times to the second electrode 28 when an oxygen partial pressure is 1.33 × 10 −2 Pa, and then a pulse having an amplitude of −7V is applied five times. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the measurement result of the resistance Rc, and FIG. 10 is an electrode when the voltage Vc is changed when the oxygen partial pressure is 1.33 × 10 −4 Pa when forming the aluminum oxide layer. FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the measurement result of the inter-current Ic. FIG. 11 shows a state in which a pulse having an amplitude of +5 V is applied five times to the second electrode 28 when the oxygen partial pressure is 1.33 × 10 −4 Pa Resistance when repeating the application of 5 pulses of -5V amplitude Is an explanatory view showing an example of Rc measurements, FIG. 12, FIG. 4, FIG. 9 is an explanatory diagram showing a relationship between the oxygen partial pressure and the resistor Rc using the measurement results of FIG. 11. As illustrated in FIGS. 8 to 11, in the memory element, two resistance states are observed regardless of whether the oxygen partial pressure is 1.33 × 10 −2 Pa or 1.33 × 10 −4 Pa. Therefore, although it can function as a non-volatile memory, as shown in FIG. 12, the resistance value Rl in the low resistance state does not change much even when the oxygen partial pressure is increased, whereas the resistance Rh in the high resistance state is The oxygen partial pressure tends to increase as the oxygen partial pressure increases. Since the proportion of oxygen contained in the aluminum oxide layer increases as the oxygen partial pressure increases, it is considered that the resistance of the aluminum oxide layer contributes to the resistance Rh in the high resistance state. Therefore, it is considered that the characteristic of the memory element 20 can be adjusted by appropriately adjusting the resistance value Rh in the high resistance state by appropriately adjusting the oxygen partial pressure when forming the aluminum oxide layer.

次に、本発明の第2実施例としてのメモリ素子120について説明する。メモリ素子120は、第1実施例のメモリ素子20における第2電極28をアルミニウムに代えて錫(Sn)により形成している点や金属酸化物層26を酸化アルミニウムに代えて酸化錫(SnOx,xは値0より大きい実数)により形成している点,金属酸化物層26の厚さを0.4nm〜500nm程度としている点を除いて、同一の構成をしている。ここでは、重複した説明を回避するために、メモリ素子120の構成については詳細な説明は省略する。なお、錫は、アルミニウム同様、PCMOと接触させたときにショットキー接触を形成する金属である。   Next, a memory element 120 as a second embodiment of the present invention will be described. The memory element 120 includes a point in which the second electrode 28 in the memory element 20 of the first embodiment is formed of tin (Sn) instead of aluminum, and the metal oxide layer 26 is replaced by tin oxide (SnOx, The structure is the same except that x is a real number greater than 0) and the thickness of the metal oxide layer 26 is about 0.4 nm to 500 nm. Here, in order to avoid redundant description, detailed description of the configuration of the memory element 120 is omitted. Tin, like aluminum, is a metal that forms a Schottky contact when contacted with PCMO.

続いて、こうして構成したメモリ素子120の製造方法について説明するが、重複した説明を回避するために、メモリ素子120の製造方法のうち、図2に例示したメモリ素子20の製造方法と同一の工程については同一の符号を付し詳細な説明については省略する。図13は、メモリ素子120の製造工程の概略を示すフローチャートである。メモリ素子120の製造は、最初に、PLD法により厚さ20nmのLNOを堆積させて第1電極22を形成し(ステップS100)、PLD法により第1電極22上に80nmのPCMO層を形成し(ステップS110)、イオンミリングによりPCMO層の一部をエッチングして第1電極22の一部を露出させると共にPCMOにより形成された酸化物半導体層24を形成する(ステップS130B)。   Subsequently, a method of manufacturing the memory device 120 configured as described above will be described. To avoid redundant description, the same steps as the method of manufacturing the memory device 20 illustrated in FIG. Are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 13 is a flowchart showing an outline of the manufacturing process of the memory element 120. In manufacturing the memory element 120, first, LNO having a thickness of 20 nm is deposited by the PLD method to form the first electrode 22 (step S100), and an 80 nm PCMO layer is formed on the first electrode 22 by the PLD method. (Step S110) A part of the PCMO layer is etched by ion milling to expose a part of the first electrode 22, and the oxide semiconductor layer 24 formed by PCMO is formed (Step S130B).

こうして酸化物半導体層24を形成したら、真空蒸着法により錫を堆積させてSn層を形成すると共に酸化物半導体層24との間に酸化錫により形成された金属酸化物層26を形成した後堆積したSn層を所定のマスクを用いてパターニングすることにより第2電極28を形成し(ステップS140B)、真空蒸着法により接続用電極30を形成する(ステップS150)。ここで、錫を堆積させることによりSn層(第2電極28)と酸化物半導体層24との間に金属酸化物層26を形成できるのは、酸化錫内の酸素の拡散係数が500℃で2.6×10-8cm2/secと比較的大きいためSnを堆積させることにより酸化物半導体層24中の酸素がSn層中に拡散して十分な厚さの金属酸化物層26を形成することができるからだと考えられる。これに対して、第1実施例のメモリ素子20では、酸化アルミニウム内の酸素の拡散係数が500℃で7.7×10-22cm2/secと小さくPCMO層(酸化物半導体層24)上にアルミニウムを堆積させても十分な厚さの金属酸化物層26を形成することができないため、PCMO層上に酸化アルミニウム層(金属酸化物層26)を形成する工程が別途必要となるのである。このように、第2実施例のメモリ素子120では、第2電極28の堆積と共に金属酸化物層26を形成することができるから、より少ない工程でメモリ素子120を形成することができる。 After the oxide semiconductor layer 24 is formed in this way, tin is deposited by a vacuum evaporation method to form an Sn layer and a metal oxide layer 26 made of tin oxide is formed between the oxide semiconductor layer 24 and then deposited. The second electrode 28 is formed by patterning the Sn layer using a predetermined mask (step S140B), and the connection electrode 30 is formed by vacuum deposition (step S150). Here, by depositing tin, the metal oxide layer 26 can be formed between the Sn layer (second electrode 28) and the oxide semiconductor layer 24 because the diffusion coefficient of oxygen in tin oxide is 500 ° C. Since it is relatively large at 2.6 × 10 −8 cm 2 / sec, by depositing Sn, oxygen in the oxide semiconductor layer 24 diffuses into the Sn layer to form a sufficiently thick metal oxide layer 26. It is thought that it is because it can do. On the other hand, in the memory element 20 of the first embodiment, the diffusion coefficient of oxygen in aluminum oxide is as small as 7.7 × 10 −22 cm 2 / sec at 500 ° C. on the PCMO layer (oxide semiconductor layer 24). Since a sufficient thickness of the metal oxide layer 26 cannot be formed even if aluminum is deposited on the substrate, a separate step of forming an aluminum oxide layer (metal oxide layer 26) on the PCMO layer is required. . As described above, in the memory element 120 of the second embodiment, the metal oxide layer 26 can be formed together with the deposition of the second electrode 28. Therefore, the memory element 120 can be formed with fewer steps.

続いて、こうしたメモリ素子120の動作について説明する。図14はメモリ素子の製造後、最初に、接続用電極30を介して第1電極22を接地(0V)して、第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icを測定した測定結果の一例を示す説明図であり、図15は電圧Vcに+6Vの振幅のパルスを5回印加した後に−6Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図である。図14に例示するように、メモリ素子120では、フォーミング無しに、電圧Vcを+5Vにすると抵抗Rcが高くなる高抵抗状態となり、こうして高抵抗状態となると電圧Vcを下げても高抵抗状態が保持され、電圧Vcが−5Vになると抵抗Rcが低くなる低抵抗状態となり、こうして低抵抗状態となると電圧Vcが0Vになるまで低抵抗状態が保持され、不揮発性のメモリとして動作可能なものとなっている。また、図15に例示するように、書き込み回数も良好な特性を示す。このように、メモリ素子120は、工場などで製造された後,使用前にフォーミングが起きるよう第2電極28に正の電圧を印加する必要がなく、使用する際にフォーミングが必要な従来のものに比して使い勝手がより向上したものとなっている。   Next, the operation of the memory element 120 will be described. In FIG. 14, after manufacturing the memory element, first, the first electrode 22 is grounded (0 V) via the connection electrode 30, and the voltage Vc of the second electrode 28 is changed to change the first electrode 22 and the second electrode. FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of a measurement result obtained by measuring the interelectrode current Ic flowing between the voltage Vc and the voltage Vc. FIG. 15 shows five pulses of a −6 V amplitude after 5 pulses of a +6 V amplitude are applied to the voltage Vc. It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of resistance Rc between the 1st electrode 22 and the 2nd electrode 28 when applying repeatedly. As illustrated in FIG. 14, in the memory element 120, without forming, when the voltage Vc is set to + 5V, the resistance Rc is increased to a high resistance state. When the voltage Vc is decreased, the high resistance state is maintained. When the voltage Vc becomes -5V, the resistance Rc becomes low and the low resistance state is maintained. When the voltage Vc becomes low, the low resistance state is maintained until the voltage Vc becomes 0V, so that the nonvolatile memory can operate. ing. Further, as illustrated in FIG. 15, the number of times of writing also shows good characteristics. As described above, the memory element 120 does not need to be applied with a positive voltage to the second electrode 28 so that the forming occurs before use after being manufactured in a factory or the like, and the memory element 120 requires a forming in use. Compared to, the usability is improved.

以上説明した第2実施例のメモリ素子120では、錫により形成された第2電極28と酸化物半導体層24との間に酸化錫により形成された金属酸化物層26を備えているから、フォーミング無しで情報を記憶することができる。これにより、使用する際にフォーミングが必要な従来のメモリ素子に比して、使用する際の使い勝手の向上を図ることができる。また、酸素の拡散係数が比較的高い錫を酸化物半導体層24上に蒸着させることにより、同一の工程で第2電極と共に金属酸化物層26を形成することができるから、酸素の拡散係数が比較的低い金属により第2電極28を形成するものに比してより少ない工程でメモリ素子120を形成することができる。   Since the memory element 120 of the second embodiment described above includes the metal oxide layer 26 formed of tin oxide between the second electrode 28 formed of tin and the oxide semiconductor layer 24, forming is performed. Information can be stored without. As a result, it is possible to improve the usability when used as compared with a conventional memory element that requires forming when used. In addition, by depositing tin having a relatively high oxygen diffusion coefficient on the oxide semiconductor layer 24, the metal oxide layer 26 can be formed together with the second electrode in the same process. The memory element 120 can be formed with fewer steps compared to forming the second electrode 28 with a relatively low metal.

本発明の第2実施例のメモリ素子120では、第2電極28を錫により形成すると共に金属酸化物層26を錫の酸化物である酸化錫により形成するものとしたが、第2電極28を形成する金属はPCMOと接触させるとショットキー接触を形成すると共に金属酸化物中の酸素の拡散係数が1×10-15cm2/sec以上となる他の金属、例えば、鉄(Fe,酸化鉄(FeOx,xは値0以上の実数)内の酸素の拡散係数が500℃で2.1×10-15cm2/sec〜3.5×10-15cm2/sec)やマンガン(Mn,酸化マンガン(MnOx,xは値0以上の実数)内の酸素の拡散係数が900℃で2.7×10ー9cm2/sec)などにより第2電極28を形成するものとしてもよい。第2電極28を鉄により形成する場合、図13に例示した製造方法において、ステップS140Bの処理の後、温度200℃で高い真空下で20分間アニール処理を行なうことが望ましい。図16はアニール処理を行なわない場合において、第1電極22を接地(0V)して、第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icを測定した測定結果の一例を示す説明図であり、図17はアニール処理を行なった場合の接続用電極30を介して第1電極22を接地(0V)して、第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icを測定した測定結果の一例を示す説明図である。図17に例示するように、アニール処理を行なうことによりメモリ素子20に不揮発性メモリとして動作可能な抵抗状態の変化が生じる。これは、アニール処理によって酸化物半導体層24内の酸素の第2電極28側への拡散が促進されて、金属酸化物層26の形成が促進されるためだと考えられる。また、第2電極28をマンガンにより形成する場合、図13の製造方法のステップS140Bの処理において、180℃〜300℃の比較的低温でマンガンを蒸着させることにより第2電極28を形成するのが望ましい。 In the memory device 120 of the second embodiment of the present invention, the second electrode 28 is formed of tin and the metal oxide layer 26 is formed of tin oxide which is an oxide of tin. When the metal to be formed is brought into contact with PCMO, it forms a Schottky contact and the oxygen diffusion coefficient in the metal oxide becomes 1 × 10 −15 cm 2 / sec or more, for example, iron (Fe, iron oxide) 2.1 × at 500 ° C. the diffusion coefficient of oxygen (FeO x, x is a value 0 or a real number) in the 10 -15 cm 2 /sec~3.5×10 -15 cm 2 / sec) and manganese (Mn The second electrode 28 may be formed by, for example, a diffusion coefficient of oxygen in manganese oxide (MnO x , x is a real number greater than or equal to 0) having a diffusion coefficient of 2.7 × 10 −9 cm 2 / sec at 900 ° C. When the second electrode 28 is formed of iron, in the manufacturing method illustrated in FIG. 13, it is desirable to perform an annealing process for 20 minutes under a high vacuum at a temperature of 200 ° C. after the process of step S140B. In FIG. 16, when the annealing process is not performed, the first electrode 22 is grounded (0 V), and the voltage Vc of the second electrode 28 is changed to flow between the first electrode 22 and the second electrode 28. FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of a measurement result of measuring the current Ic. FIG. 17 shows the second electrode 28 connected to the first electrode 22 through the connection electrode 30 when annealing is performed. It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result which measured the interelectrode current Ic which flows between the 1st electrode 22 and the 2nd electrode 28 by changing the voltage Vc. As illustrated in FIG. 17, the annealing process causes a change in the resistance state in which the memory element 20 can operate as a nonvolatile memory. This is presumably because the diffusion of oxygen in the oxide semiconductor layer 24 toward the second electrode 28 is promoted by the annealing treatment, and the formation of the metal oxide layer 26 is promoted. Further, when the second electrode 28 is formed of manganese, the second electrode 28 is formed by depositing manganese at a relatively low temperature of 180 ° C. to 300 ° C. in the process of step S140B of the manufacturing method of FIG. desirable.

次に、本発明の第3実施例としてのメモリ素子220について説明する。メモリ素子220は、第1実施例のメモリ素子20における第2電極28をアルミウムに代えてPCMOと接触させたときにオーミック接触を形成する金属である金(Au)により形成している点を除いて、メモリ素子20と同一の構成をしており、製造工程もメモリ素子20における第2電極28をアルミウムに代えて金により形成している点を除いて同一である。ここでは、重複した説明を回避するために、メモリ素子220の構成については詳細な説明は省略する。   Next, a memory element 220 as a third embodiment of the present invention will be described. The memory element 220 is formed of gold (Au), which is a metal that forms an ohmic contact when the second electrode 28 in the memory element 20 of the first embodiment is brought into contact with PCMO instead of aluminum. The memory element 20 has the same configuration, and the manufacturing process is the same except that the second electrode 28 in the memory element 20 is formed of gold instead of aluminum. Here, in order to avoid redundant description, detailed description of the configuration of the memory element 220 is omitted.

図18はメモリ素子の製造後、最初に、接続用電極30を介して第1電極22を接地(0V)して、第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icを測定した測定結果の一例を示す説明図であり、図19は電圧Vcに+5Vの振幅のパルスを5回印加した後に−5Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図である。図18に例示するように、フォーミング無しに、電圧Vcを+5Vにすると第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcが高くなる高抵抗状態となり、こうして高抵抗状態となると電圧Vcを下げても高抵抗状態が保持され、電圧Vcが−5Vになると抵抗Rcが低くなる低抵抗状態となり、こうして低抵抗状態となると電圧Vcが0Vになるまで低抵抗状態が保持され、不揮発性のメモリとして動作可能なものとなっている。また、図19に例示するように、書き込み回数も良好な特性を示す。こうした抵抗状態の変化を示すのは、金属酸化物層26を備えていないメモリ素子では、図20に示すように抵抗状態は電圧Vcに拘わらずオーミックな特性を示すことから、メモリ素子220が酸化物層を備えているためだと考えられる。このように、メモリ素子220では、工場などで製造された後,使用前にフォーミングが起きるよう第2電極28に正の電圧を印加する必要がなく、使用する際にフォーミングが必要な従来のものに比して使い勝手がより向上したものとなっている。   In FIG. 18, after manufacturing the memory element, first, the first electrode 22 is grounded (0 V) via the connection electrode 30, and the voltage Vc of the second electrode 28 is changed to change the first electrode 22 and the second electrode. FIG. 19 is an explanatory diagram showing an example of a measurement result obtained by measuring the interelectrode current Ic flowing between the voltage V and the voltage Vc. FIG. 19 shows five pulses of −5V amplitude after applying a pulse of + 5V amplitude to the voltage Vc five times. It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of resistance Rc between the 1st electrode 22 and the 2nd electrode 28 when applying repeatedly. As illustrated in FIG. 18, if the voltage Vc is set to +5 V without forming, the resistance Rc between the first electrode 22 and the second electrode 28 becomes high, and thus the voltage Vc is changed to the high resistance state. Even if the voltage Vc is lowered, the high resistance state is maintained. When the voltage Vc becomes -5V, the resistance Rc becomes low. When the voltage Vc becomes low, the low resistance state is maintained until the voltage Vc becomes 0V. It can operate as a memory. In addition, as illustrated in FIG. 19, the number of writing times also exhibits good characteristics. Such a change in the resistance state is shown in FIG. 20. In the memory element that does not include the metal oxide layer 26, the resistance state exhibits an ohmic characteristic regardless of the voltage Vc as shown in FIG. This is thought to be due to the provision of material layers. As described above, in the memory element 220, after being manufactured in a factory or the like, it is not necessary to apply a positive voltage to the second electrode 28 so that forming occurs before use, and a conventional element that requires forming when used is used. Compared to, the usability is improved.

以上説明した第3実施例のメモリ素子220では、金により形成された第2電極28と酸化物半導体層24との間に酸化アルミニウムにより形成された金属酸化物層26を備えているから、フォーミング無しで情報を記憶することができる。これにより、使用する際にフォーミングが必要なメモリ素子20に比して、メモリ素子20を使用する際の使い勝手のより向上を図ることができる。   Since the memory element 220 of the third embodiment described above includes the metal oxide layer 26 formed of aluminum oxide between the second electrode 28 formed of gold and the oxide semiconductor layer 24, forming is performed. Information can be stored without. Thereby, compared with the memory element 20 which needs forming at the time of use, the usability at the time of using the memory element 20 can be improved more.

第1〜第3実施例のメモリ素子20,120,220では、酸化物半導体層24はPCMOにより形成するものとしたが、例えば、ニッケル酸化物(NiO)などPCMOと異なる他のp型の酸化物半導体により形成するものとしてもよい。この場合、金属酸化物層26の材料と第2電極28の材料との組み合わせとしては、アルミニウムと酸化アルミニウムやチタンと酸化チタン(TiOx,xは、値0より大きい実数),錫と酸化錫などが望ましい。 In the memory elements 20, 120, and 220 of the first to third embodiments, the oxide semiconductor layer 24 is formed by PCMO. For example, nickel oxide (NiO) or other p-type oxidation different from PCMO is used. It may be formed of a physical semiconductor. In this case, combinations of the material of the metal oxide layer 26 and the material of the second electrode 28 include aluminum and aluminum oxide, titanium and titanium oxide (TiO x , x is a real number greater than 0), tin and tin oxide. Etc. are desirable.

第1〜第3実施例のメモリ素子20,120,220では、酸化物半導体層24をp型の酸化物半導体により形成するものとしたが、例えば、酸化チタン(TiO2)やチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)など、n型の酸化物半導体により形成するものとしてもよい。この場合には、第2電極28を酸化物半導体層24の材料である酸化物半導体と接触させるとショットキー接触を形成するショットキー金属により形成するのが望ましい。この場合において、第2電極28をアルミニウムまたはチタンにより形成されているものとし、金属酸化物層26を酸化アルミニウム(AlOx,xは、値0より大きい実数),酸化チタン(TiOx,xは、値0より大きい実数),チタン酸ストロンチウム(SrTiOx,xは、値0より大きい実数),酸化マンガン(MnOx,xは、値0より大きい実数),酸化鉄(FeOx,xは、値0より大きい実数),酸化コバルト(CoOx,xは、値0より大きい実数),酸化錫(SnOx,xは、値0より大きい実数)のいずれかにより形成するのが望ましい。また、第2電極28を酸化物半導体層24の材料である酸化物半導体と接触させるとショットキー接触を形成するショットキー金属により形成し、金属酸化物層26はショットキー金属の酸化物により形成することもできる。この場合において、第2電極28の材料と金属酸化物層26の材料との組み合わせとしては、ニッケル(Ni)と酸化ニッケル(NiOx,xは、値0より大きい実数),錫と酸化錫(SnOx,xは、値0より大きい実数),マンガンと酸化マンガン(MnOx,xは、値0より大きい実数),鉄と酸化鉄(FeOx,xは、値0より大きい実数),コバルトと酸化コバルト(CoOx,xは、値0より大きい実数)とするが望ましい。酸化物半導体層24をn型の酸化物半導体により形成した場合には、第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icの絶対値|Ic|を測定すると、図3に例示したものと左右対称な図になると考えられる。つまり、電圧Vcを所定の負の電圧(例えば、−7V)にすると第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcが高くなる高抵抗状態となり、こうして高抵抗状態となると電圧Vcを上げても高抵抗状態が保持され、電圧Vcが所定の正の電圧(例えば、+7V)になると抵抗Rcが低くなる低抵抗状態となり、こうして低抵抗状態となると電圧Vcが0Vに下がるまで低抵抗状態が保持され、不揮発性のメモリとして動作できる。 In the memory elements 20, 120, and 220 of the first to third embodiments, the oxide semiconductor layer 24 is formed of a p-type oxide semiconductor. For example, titanium oxide (TiO 2 ) or strontium titanate ( It may be formed of an n-type oxide semiconductor such as SrTiO 3 ). In this case, it is desirable to form the second electrode 28 with a Schottky metal that forms a Schottky contact when the second electrode 28 is brought into contact with the oxide semiconductor that is the material of the oxide semiconductor layer 24. In this case, the second electrode 28 is made of aluminum or titanium, the metal oxide layer 26 is made of aluminum oxide (AlO x , x is a real number greater than 0), and titanium oxide (TiO x , x is , Strontium titanate (SrTiO x , x is a real number greater than 0), manganese oxide (MnO x , x is a real number greater than 0), iron oxide (FeO x , x is It is desirable to form any one of a real number greater than 0), cobalt oxide (CoO x , x is a real number greater than 0), and tin oxide (SnO x , x is a real number greater than 0). Further, when the second electrode 28 is brought into contact with an oxide semiconductor that is a material of the oxide semiconductor layer 24, the Schottky metal that forms a Schottky contact is formed, and the metal oxide layer 26 is formed of an oxide of a Schottky metal. You can also In this case, the combination of the material of the second electrode 28 and the material of the metal oxide layer 26 includes nickel (Ni) and nickel oxide (NiO x , x is a real number greater than 0), tin and tin oxide ( SnO x , x is a real number greater than 0), manganese and manganese oxide (MnO x , x is a real number greater than 0), iron and iron oxide (FeO x , x is a real number greater than 0), cobalt And cobalt oxide (CoO x , x is a real number greater than 0). When the oxide semiconductor layer 24 is formed of an n-type oxide semiconductor, the absolute value of the interelectrode current Ic flowing between the first electrode 22 and the second electrode 28 by changing the voltage Vc of the second electrode 28. When the value | Ic | is measured, it can be considered that the figure is symmetrical to that illustrated in FIG. That is, when the voltage Vc is set to a predetermined negative voltage (for example, −7 V), the resistance Rc between the first electrode 22 and the second electrode 28 is increased, and thus the voltage Vc is increased when the resistance is changed to the high resistance state. Even if it is raised, the high resistance state is maintained, and when the voltage Vc becomes a predetermined positive voltage (for example, + 7V), the resistance Rc becomes low, and the low resistance state is reached until the voltage Vc drops to 0V. The state is maintained, and it can operate as a nonvolatile memory.

第1〜第3実施例のメモリ素子20,120,220では、第1電極22と第2電極28とを互いに異なる金属により形成するものとしたが、第1電極22と第2電極28とを同じ金属により形成するものとしてもよい。この場合、金属酸化物層26は、第2電極28と酸化物半導体層24との間に介在するものとしてもよいし、第1電極22と酸化物半導体層24との間に介在するものとしてもよい。   In the memory elements 20, 120, and 220 of the first to third embodiments, the first electrode 22 and the second electrode 28 are formed of different metals, but the first electrode 22 and the second electrode 28 are It may be formed of the same metal. In this case, the metal oxide layer 26 may be interposed between the second electrode 28 and the oxide semiconductor layer 24, or may be interposed between the first electrode 22 and the oxide semiconductor layer 24. Also good.

第1〜第3実施例のメモリ素子20,120,220では、メモリ素子が基板10上に形成されているものとしたが、基板10に代えて、基板10より薄い薄膜状の絶縁性の高い材料により形成された絶縁層上に形成されているものとしてもよい。   In the memory elements 20, 120, and 220 of the first to third embodiments, the memory element is formed on the substrate 10. However, instead of the substrate 10, the thin film shape that is thinner than the substrate 10 is highly insulating. It is good also as what is formed on the insulating layer formed with the material.

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   The best mode for carrying out the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be implemented in the form.

本発明は、記憶素子の製造産業などに利用可能である。   The present invention can be used in the memory element manufacturing industry.

本発明の第1実施例としてアルミ酸ランタン(LaAlO3)により形成されて基板10上に形成されたメモリ素子20の構成の概略を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a memory element 20 formed of lanthanum aluminate (LaAlO 3 ) and formed on a substrate 10 as a first embodiment of the present invention. メモリ素子20の製造工程の概略を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an outline of a manufacturing process of the memory element 20. メモリ素子20の製造後、最初に、第2電極28の電圧Vcを変化させて電極間電流Icの絶対値|Ic|を測定した測定結果の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a measurement result obtained by measuring the absolute value | Ic | of the interelectrode current Ic by changing the voltage Vc of the second electrode 28 after manufacturing the memory element 20; 電圧Vcに+6Vの振幅のパルスを5回印加した後に−6Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図である。A result of measurement of the resistance Rc between the first electrode 22 and the second electrode 28 when applying a pulse having an amplitude of + 6V to the voltage Vc five times and then applying a pulse having an amplitude of −6V five times is repeated. It is explanatory drawing which shows an example. 金属酸化物層26を備えていない点を除いてメモリ素子20と同様の構成の従来のメモリ素子において電圧Vcを変化させたときの電流Icの測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of the electric current Ic when changing the voltage Vc in the conventional memory element of the structure similar to the memory element 20 except the point which does not provide the metal oxide layer 26. FIG. 酸化物半導体層24の厚さを1nmとした点を除いてメモリ素子20と同様の構成のメモリ素子において第2電極28の電圧Vcを変化させたときの電極間電流Icの絶対値|Ic|の測定結果の一例を示す説明図である。The absolute value | Ic | of the interelectrode current Ic when the voltage Vc of the second electrode 28 is changed in the memory element having the same configuration as the memory element 20 except that the thickness of the oxide semiconductor layer 24 is 1 nm. It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result. 第2電極28に+6Vの振幅のパルスを5回印加した後に−6Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図である。Measurement of resistance Rc between first electrode 22 and second electrode 28 when applying a pulse of amplitude of −6 V to the second electrode 28 five times and then applying a pulse of −6 V amplitude five times It is explanatory drawing which shows an example of a result. 酸化アルミニウム層を形成する際に酸素分圧を1.33×10-2Paとした場合の電圧Vcを変化させたときの電流Icの測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of the electric current Ic when changing the voltage Vc when oxygen partial pressure is 1.33 * 10 <-2 > Pa when forming an aluminum oxide layer. 酸素分圧を1.33×10-2Paした場合の第2電極28に+7Vの振幅のパルスを5回印加した後に−7Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの第1電極22と第2電極28との間の抵抗値の測定結果の一例を示す説明図である。The first is when the application of the pulse of the amplitude of + 7V to the second electrode 28 when the oxygen partial pressure is 1.33 × 10 −2 Pa is applied five times and then the pulse of the amplitude of −7V is applied five times. It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of the resistance value between the electrode 22 and the 2nd electrode. 酸化アルミニウム層を形成する際に酸素分圧を1.33×10-4Paとした場合の電圧Vcを変化させたときの電流Icの測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of the electric current Ic when changing the voltage Vc when oxygen partial pressure is 1.33 * 10 <-4> Pa when forming an aluminum oxide layer. 酸素分圧を1.33×10-4Paとした場合の第2電極28に+5Vの振幅のパルスを5回印加した後に−5Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図である。When the oxygen partial pressure is 1.33 × 10 −4 Pa and the pulse of + 5V amplitude is applied to the second electrode 28 five times and then the pulse of −5V amplitude is applied five times, It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of resistance Rc between the 1 electrode 22 and the 2nd electrode. 酸素分圧と抵抗Rcとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between oxygen partial pressure and resistance Rc. 第2実施例のメモリ素子120の製造工程の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing process of the memory element 120 of 2nd Example. メモリ素子120の製造後、最初に、第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icを測定した測定結果の一例を示す説明図である。An explanatory view showing an example of a measurement result obtained by measuring the interelectrode current Ic flowing between the first electrode 22 and the second electrode 28 by first changing the voltage Vc of the second electrode 28 after manufacturing the memory element 120. It is. 電圧Vcに+6Vの振幅のパルスを5回印加した後に−6Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図である。A result of measurement of the resistance Rc between the first electrode 22 and the second electrode 28 when applying a pulse having an amplitude of + 6V to the voltage Vc five times and then applying a pulse having an amplitude of −6V five times is repeated. It is explanatory drawing which shows an example. アニール処理を行なわない場合における第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icを測定した測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result which measured the interelectrode current Ic which flows between the 1st electrode 22 and the 2nd electrode 28 by changing the voltage Vc of the 2nd electrode 28 when not performing an annealing process. アニール処理を行なった場合の接続用電極30を介して第1電極22を接地(0V)して、第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icを測定した測定結果の一例を示す説明図である。The first electrode 22 is grounded (0 V) via the connection electrode 30 when the annealing process is performed, and the voltage Vc of the second electrode 28 is changed between the first electrode 22 and the second electrode 28. It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result which measured the electric current Ic which flows. 接続用電極30を介して第1電極22を接地(0V)して、第2電極28の電圧Vcを変化させて第1電極22と第2電極28との間に流れる電極間電流Icを測定した測定結果の一例を示す説明図である。The first electrode 22 is grounded (0 V) via the connection electrode 30 and the voltage Vc of the second electrode 28 is changed to measure the interelectrode current Ic flowing between the first electrode 22 and the second electrode 28. It is explanatory drawing which shows an example of the measured result. 電圧Vcに+5Vの振幅のパルスを5回印加した後に−5Vの振幅のパルスを5回印加することを繰り返したときの第1電極22と第2電極28との間の抵抗Rcの測定結果の一例を示す説明図である。The result of measurement of the resistance Rc between the first electrode 22 and the second electrode 28 when applying the pulse of the amplitude of + 5V to the voltage Vc five times and then applying the pulse of the amplitude of −5V five times is repeated. It is explanatory drawing which shows an example. 金属酸化物層26を備えていない点を除いてメモリ素子220と同様の構成の従来のメモリ素子において電圧Vcを変化させたときの電流Icの測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of the electric current Ic when changing the voltage Vc in the conventional memory element of the structure similar to the memory element 220 except for not having the metal oxide layer 26.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板、20,120,220 メモリ素子、22 第1電極、24 酸化物半導体層、26 金属酸化物層、28 第2電極、30 接続用電極。   10 substrate, 20, 120, 220 memory element, 22 first electrode, 24 oxide semiconductor layer, 26 metal oxide layer, 28 second electrode, 30 connection electrode.

Claims (13)

第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に介在し酸化物半導体により形成された酸化物半導体層と、を備え、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に正の第1電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗状態としての第1抵抗状態と、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に負の第2電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗の状態であって前記第1抵抗状態と異なる第2抵抗状態と、を用いて情報を記憶する記憶素子であって、
前記第1電極及び前記第2電極のいずれか一方と前記酸化物半導体層との間に介在し、所定の絶縁性能を有する金属酸化物により前記酸化物半導体層より薄く形成された金属酸化物層を備える
ことを特徴とする記憶素子。
A first electrode; a second electrode; and an oxide semiconductor layer formed of an oxide semiconductor interposed between the first electrode and the second electrode, wherein the first electrode is used as a reference voltage. A first resistance state as an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a positive first voltage to the second electrode, and the first electrode as a reference voltage A second resistance state different from the first resistance state in an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a negative second voltage to the second electrode; A storage element for storing information using
A metal oxide layer interposed between one of the first electrode and the second electrode and the oxide semiconductor layer and formed thinner than the oxide semiconductor layer by a metal oxide having a predetermined insulation performance A memory element comprising:
前記金属酸化物層は、電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物により形成されてなる請求項1記載の記憶素子。 The memory element according to claim 1, wherein the metal oxide layer is formed of a metal oxide having an electrical resistivity of 1 × 10 10 Ω · m or more. 請求項2記載の記憶素子であって、
前記第2電極は、前記酸化物半導体と接触させるとショットキー接触を形成するショットキー金属により形成されてなり、
前記金属酸化物層は、前記第2電極と前記酸化物半導体層との間に介在するよう形成されてなる
記憶素子。
The memory element according to claim 2,
The second electrode is formed of a Schottky metal that forms a Schottky contact when brought into contact with the oxide semiconductor,
The memory element is formed by interposing the metal oxide layer between the second electrode and the oxide semiconductor layer.
前記酸化物半導体層は、導電型がp型の酸化物半導体により形成されてなる請求項3記載の記憶素子。   The memory element according to claim 3, wherein the oxide semiconductor layer is formed of an oxide semiconductor having a p-type conductivity. 請求項4記載の記憶素子であって、
前記酸化物半導体層は、マンガン酸カルシウムプラセオジウムにより形成されてなり、
前記第2電極は、アルミウム,錫,鉄,マンガンのいずれかにより形成されてなり、
前記金属酸化物層は、前記第2電極の酸化物により形成されてなる
記憶素子。
The storage element according to claim 4,
The oxide semiconductor layer is formed of calcium praseodymium manganate,
The second electrode is formed of any one of aluminum, tin, iron, and manganese,
The memory element, wherein the metal oxide layer is formed of an oxide of the second electrode.
請求項4記載の記憶素子であって、
前記酸化物半導体層は、酸化ニッケルにより形成されてなり、
前記第2電極は、アルミウム,チタン,錫のいずれかにより形成されてなり、
前記金属酸化物層は、前記第2電極の酸化物により形成されてなる
記憶素子。
The storage element according to claim 4,
The oxide semiconductor layer is made of nickel oxide,
The second electrode is made of aluminum, titanium, or tin,
The memory element, wherein the metal oxide layer is formed of an oxide of the second electrode.
前記酸化物半導体層は、導電型がn型の酸化物半導体により形成されてなる請求項3記載の記憶素子。   The memory element according to claim 3, wherein the oxide semiconductor layer is formed of an n-type oxide semiconductor. 請求項7記載の記憶素子であって、
前記酸化物半導体層は、酸化チタンまたはチタン酸ストロンチウムにより形成されてなり、
前記第2電極は、アルミニウムまたはチタンにより形成されてなり、
前記金属酸化物層は、酸化アルミニウム,酸化チタン,チタン酸ストロンチウム,酸化マンガン,酸化鉄,酸化コバルト,酸化錫のいずれかにより形成されてなる
記憶素子。
The storage element according to claim 7,
The oxide semiconductor layer is made of titanium oxide or strontium titanate,
The second electrode is made of aluminum or titanium,
The metal oxide layer is formed of any one of aluminum oxide, titanium oxide, strontium titanate, manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, and tin oxide.
請求項7記載の記憶素子であって、
前記酸化物半導体層は、酸化チタンまたはチタン酸ストロンチウムにより形成されてなり、
前記第2電極は、ニッケル,錫,マンガン,鉄,コバルトのいずれかにより形成されてなり、
前記金属酸化物層は、前記第2電極の酸化物により形成されてなる
記憶素子。
The storage element according to claim 7,
The oxide semiconductor layer is made of titanium oxide or strontium titanate,
The second electrode is formed of any one of nickel, tin, manganese, iron, and cobalt,
The memory element, wherein the metal oxide layer is formed of an oxide of the second electrode.
請求項2記載の記憶素子であって、
前記第2電極は、前記酸化物半導体と接触させるとオーミック接触を形成する金属により形成されてなり、
前記金属酸化物層は、前記第2電極と前記酸化物半導体層との間に介在するよう形成されてなる
記憶素子。
The memory element according to claim 2,
The second electrode is formed of a metal that forms an ohmic contact with the oxide semiconductor,
The memory element is formed by interposing the metal oxide layer between the second electrode and the oxide semiconductor layer.
請求項10記載の記憶素子であって、
前記酸化物半導体層は、マンガン酸カルシウムプラセオジウムにより形成されてなり、
前記第2電極は、金により形成されてなり、
前記金属酸化物層は、酸化アルミウムにより形成されてなる
記憶素子。
The storage element according to claim 10,
The oxide semiconductor layer is formed of calcium praseodymium manganate,
The second electrode is made of gold,
The memory element, wherein the metal oxide layer is formed of aluminum oxide.
第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に介在し酸化物半導体により形成された酸化物半導体層と、を備え、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に正の第1電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗状態としての第1抵抗状態と、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に負の第2電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗の状態であって前記第1抵抗状態と異なる第2抵抗状態と、を用いて情報を記憶する記憶素子の製造方法であって、
基板上に第1の金属を堆積させて前記第1電極を形成する第1電極形成工程と、
前記形成された第1電極上に前記酸化物半導体を堆積させると共に電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物を前記酸化物半導体より薄く堆積させることにより前記酸化物半導体層と前記金属酸化物により形成された金属酸化物層とを形成する酸化物半導体層金属酸化物層形成工程と、
前記形成された金属酸化物層上に前記第1の金属と異なる第2の金属を蒸着させることにより前記第2電極を形成する第2電極形成工程と、
を備える記憶素子の製造方法。
A first electrode; a second electrode; and an oxide semiconductor layer formed of an oxide semiconductor interposed between the first electrode and the second electrode, wherein the first electrode is used as a reference voltage. A first resistance state as an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a positive first voltage to the second electrode, and the first electrode as a reference voltage A second resistance state different from the first resistance state in an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a negative second voltage to the second electrode; A method of manufacturing a storage element that stores information using
Forming a first electrode by depositing a first metal on a substrate; and
The oxide semiconductor layer is deposited on the formed first electrode and a metal oxide having an electric resistivity of 1 × 10 10 Ω · m or more is deposited thinner than the oxide semiconductor, An oxide semiconductor layer forming a metal oxide layer formed of the metal oxide, and a metal oxide layer forming step;
A second electrode forming step of forming the second electrode by evaporating a second metal different from the first metal on the formed metal oxide layer;
A method for manufacturing a memory element.
第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に介在し酸化物半導体により形成された酸化物半導体層と、を備え、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に正の第1電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗状態としての第1抵抗状態と、前記第1電極を基準電圧として前記第2電極に負の第2電圧を印加することにより前記第1電極と前記第2電極との間に生じる電気的な抵抗の状態であって前記第1抵抗状態と異なる第2抵抗状態と、を用いて情報を記憶する記憶素子の製造方法であって、
基板上に第1の金属を堆積させて前記第1電極を形成する第1電極形成工程と、
前記形成された第1電極上に前記酸化物半導体を堆積させて酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
前記形成された酸化物半導体層上に前記第1の金属と異なる金属であって該金属の酸化物内での酸素の拡散係数が1×10-15cm2/sec以上である第2の金属を蒸着させることにより前記第2の金属により形成された前記第2電極と共に前記酸化物半導体層と前記第2電極との間に電気抵抗率が1×1010Ω・m以上の金属酸化物より形成された金属酸化物層を形成する第2電極金属酸化物層形成工程と、
を備える記憶素子の製造方法。
A first electrode; a second electrode; and an oxide semiconductor layer formed of an oxide semiconductor interposed between the first electrode and the second electrode, wherein the first electrode is used as a reference voltage. A first resistance state as an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a positive first voltage to the second electrode, and the first electrode as a reference voltage A second resistance state different from the first resistance state in an electrical resistance state generated between the first electrode and the second electrode by applying a negative second voltage to the second electrode; A method of manufacturing a storage element that stores information using
Forming a first electrode by depositing a first metal on a substrate; and
An oxide semiconductor layer forming step of forming the oxide semiconductor layer by depositing the oxide semiconductor on the formed first electrode;
A second metal that is different from the first metal on the formed oxide semiconductor layer and has an oxygen diffusion coefficient of 1 × 10 −15 cm 2 / sec or more in the oxide of the metal From a metal oxide having an electrical resistivity of 1 × 10 10 Ω · m or more between the oxide semiconductor layer and the second electrode together with the second electrode formed of the second metal by vapor deposition A second electrode metal oxide layer forming step for forming the formed metal oxide layer;
A method for manufacturing a memory element.
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