JP2010123808A - Nonvolatile memory element, its manufacturing method and nonvolatile storage - Google Patents

Nonvolatile memory element, its manufacturing method and nonvolatile storage Download PDF

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Takeshi Araki
猛司 荒木
Mariko Hayashi
真理子 林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile memory element excellent in electric performance and process-proof performance, its manufacturing method and a nonvolatile storage. <P>SOLUTION: The nonvolatile memory element includes: an oxide of fluorite structure including cerium and a metal element which can be trivalent differing from cerium; and a recording layer in which transition is made possible between a plurality of states having mutually different resistances according to at least either voltage to be applied or current to be energized. Moreover, there is provided the nonvolatile storage including: the nonvolatile memory element; and a drive unit in which information is stored by enabling the recording layer to transit between a plurality of states having mutually different resistances according to at least either voltage application to the recording layer of the nonvolatile memory element or current energization to the recording layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性記憶素子、その製造方法及び不揮発性記憶装置に関する。   The present invention relates to a nonvolatile memory element, a manufacturing method thereof, and a nonvolatile memory device.

昨今の電子機器の大いなる進歩と開発は、NAND型フラッシュメモリやHDD(Hard disk drive)等の記憶装置の小型化や省電力化、高速書き込みなどに依存するところが大きい。しかしながら、これらの記憶装置において、記憶容量の高密度化には限界があると言われている。   The great progress and development of electronic devices in recent years largely depend on downsizing, power saving, high-speed writing, etc. of storage devices such as NAND flash memory and HDD (Hard disk drive). However, it is said that there is a limit to increasing the storage capacity of these storage devices.

これに対し、次の記憶装置として、相変化を利用するもの、磁気変化を用いるもの、強誘電体を利用するもの、抵抗変化を利用いるものなど、さまざまなメモリが提案されている。このなかで、抵抗変化型のメモリ、いわゆるReRAM(Resistive Random Access Memory)は、微細加工により消費電力が低減し、書き込み読み出し速度が従来よりも大幅に改善できるとして、期待が大きい。   On the other hand, various memories such as those using phase change, those using magnetic change, those using ferroelectrics, and those using resistance change have been proposed as the next storage device. Among them, a resistance change type memory, so-called ReRAM (Resistive Random Access Memory), has high expectations that power consumption is reduced by microfabrication and writing / reading speed can be greatly improved as compared with the conventional technique.

このReRAMにおいては、電圧を印加して通電されることによって抵抗値が変化する抵抗変化材料が記録層として用いられる。この抵抗変化材料として各種の材料が提案されているが、実用的な動作電圧や動作耐久性等の電気的性能や、記録装置の製造工程に耐え得る耐熱性、耐薬品性、他に用いられる材料との整合性等の各種の耐プロセス性能などに関する実用化のための要求を満たす材料は見出されていない。   In this ReRAM, a resistance change material that changes its resistance value when energized by applying a voltage is used as a recording layer. Various materials have been proposed as this variable resistance material, but they are used for electrical performance such as practical operating voltage and durability, heat resistance that can withstand the manufacturing process of the recording device, chemical resistance, etc. No material has been found that satisfies the requirements for practical use related to various process resistance performance such as consistency with the material.

なお、記憶層としてCeOを用い、これとCu、Ag、Zn等の特定のイオン源層とを組み合わせた記憶素子に関する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。
特開2007−157941号公報
Incidentally, the CeO 2 used as a storage layer, which the Cu, Ag, techniques for a particular storage device that combines an ion source layer of Zn or the like has been disclosed (e.g., Patent Document 1).
JP 2007-157941 A

本発明は、電気的性能及び耐プロセス性能が優れた不揮発性記憶素子、その製造方法及び不揮発性記憶装置を提供する。   The present invention provides a nonvolatile memory element excellent in electrical performance and process resistance performance, a manufacturing method thereof, and a nonvolatile memory device.

本発明の一態様によれば、セリウムと、3価を取り得る金属元素であってセリウムとは異なる金属元素と、を含む蛍石型構造の酸化物を含み、印加される電圧及び通電される電流の少なくともいずれかによって互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移可能な記録層を備えたことを特徴とする不揮発性記憶素子が提供される。   According to one embodiment of the present invention, an oxide having a fluorite structure including cerium and a metal element that can be trivalent and is different from cerium is used, and an applied voltage and current are applied. There is provided a nonvolatile memory element comprising a recording layer capable of transitioning between a plurality of states having different resistances by at least one of currents.

また、本発明の他の一態様によれば、印加される電圧及び通電される電流の少なくともいずれかによって互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移可能な記録層を有する不揮発性記憶素子の製造方法であって、基板の上に設けられた導電層の上に、セリウムと、3価を取り得る金属元素であってセリウムとは異なる金属元素と、を含む蛍石型構造の酸化物を含む層を成膜することを特徴とする不揮発性記憶素子の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile memory element having a recording layer capable of transitioning between a plurality of states having different resistances depending on at least one of an applied voltage and an energized current. An oxide having a fluorite structure containing cerium and a trivalent metal element different from cerium on a conductive layer provided on a substrate. There is provided a method for manufacturing a nonvolatile memory element, characterized in that a layer including the film is formed.

また、本発明の他の一態様によれば、印加される電圧及び通電される電流の少なくともいずれかによって互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移可能な記録層を有する不揮発性記憶素子の製造方法であって、基板の上に設けられた導電層の上に、セリウムと、3価を取り得る金属元素であってセリウムとは異なる金属元素と、のうちの一方を含む第1層を成膜し、前記第1層の上に、セリウム及び前記金属元素のうちの他方を含む第2層を成膜し、前記第1層と前記第2層との間で、セリウム及び前記金属元素のうちの少なくとも一方を拡散させて、セリウムと前記金属元素とを含む蛍石型構造の酸化物を生成することを特徴とする不揮発性記憶素子の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile memory element having a recording layer capable of transitioning between a plurality of states having different resistances depending on at least one of an applied voltage and an energized current. A method of manufacturing, wherein a first layer containing one of cerium and a trivalent metal element different from cerium is formed on a conductive layer provided on a substrate. A second layer containing the other of cerium and the metal element is formed on the first layer, and the cerium and the metal element are formed between the first layer and the second layer. There is provided a method for manufacturing a nonvolatile memory element, wherein at least one of them is diffused to produce an oxide having a fluorite structure containing cerium and the metal element.

また、本発明の他の一態様によれば、上記の不揮発性記憶素子と、前記不揮発性記憶素子の前記記録層への電圧の印加、及び、前記記録層への電流の通電、の少なくともいずれかによって、前記記録層を前記互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移させて情報を記録する駆動部と、を備えたことを特徴とする不揮発性記憶装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, at least one of the above nonvolatile memory element, application of a voltage to the recording layer of the nonvolatile memory element, and energization of a current to the recording layer Accordingly, there is provided a non-volatile storage device comprising: a drive unit that records information by causing the recording layer to transition between the plurality of states having different resistances.

本発明によれば、電気的性能及び耐プロセス性能が優れた不揮発性記憶素子、その製造方法及び不揮発性記憶装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the non-volatile memory element excellent in electrical performance and process-proof performance, its manufacturing method, and a non-volatile memory device are provided.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio coefficient of the size between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratio coefficient may be represented differently depending on the drawing.
Further, in the present specification and each drawing, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with reference to the previous drawings, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子は、各種の構成の不揮発性記憶装置に応用できる。以下では、まず、不揮発性記憶素子が、クロスポイント型の不揮発性記憶装置に応用される例として説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図(a)は、不揮発性記憶素子の構成を例示する模式的斜視図であり、同図(b)は不揮発性記憶素子に用いられる酸化物の構成を例示する模式図である。
(First embodiment)
The nonvolatile memory element according to the first embodiment of the present invention can be applied to nonvolatile memory devices having various configurations. In the following, first, the nonvolatile memory element will be described as an example applied to a cross-point type nonvolatile memory device.
FIG. 1 is a schematic view illustrating the configuration of the nonvolatile memory element according to the first embodiment of the invention.
1A is a schematic perspective view illustrating the configuration of a nonvolatile memory element, and FIG. 1B is a schematic diagram illustrating the configuration of an oxide used in the nonvolatile memory element.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子が適用される不揮発性記憶装置の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図(a)は模式的斜視図であり、同図(b)は模式的平面図である。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子が適用される不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図(a)及び(b)は、それぞれ図2のA−A’線断面図及びB−B’線断面図である。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶装置が適用される別の不揮発性記憶素子の構成を例示する模式的断面図である。
図5は、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子が適用される別の不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的斜視図である。
FIG. 2 is a schematic view illustrating the configuration of a nonvolatile memory device to which the nonvolatile memory element according to the first embodiment of the invention is applied.
1A is a schematic perspective view, and FIG. 1B is a schematic plan view.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a nonvolatile memory device to which the nonvolatile memory element according to the first embodiment of the invention is applied.
That is, FIGS. 4A and 4B are a cross-sectional view taken along line AA ′ and a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another nonvolatile memory element to which the nonvolatile memory device according to the first embodiment of the invention is applied.
FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating the configuration of another nonvolatile memory device to which the nonvolatile memory element according to the first embodiment of the invention is applied.

図1(a)に表したように、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子140は、例えば、第1配線110と第2配線120との間に設けられる。そして、不揮発性記憶素子140は、第1配線110と第2配線120とによって印加される電圧及び通電される電流の少なくともいずれかによって互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移することによって情報を記録することが可能な記録層140Rを備える。すなわち、記録層140Rは抵抗変化層である。記録層140Rにおいては、互いに異なる抵抗を有する複数の状態が可逆的に遷移可能である。   As illustrated in FIG. 1A, the nonvolatile memory element 140 according to the first embodiment of the present invention is provided between the first wiring 110 and the second wiring 120, for example. The nonvolatile memory element 140 changes the information between the plurality of states having different resistances according to at least one of the voltage applied by the first wiring 110 and the second wiring 120 and the current supplied thereto. A recording layer 140R capable of recording That is, the recording layer 140R is a resistance change layer. In the recording layer 140R, a plurality of states having different resistances can reversibly transition.

図1(b)に表したように、記録層140Rは、セリウム(Ce)元素50と、3価を取り得る金属元素55と、を含む蛍石型構造の酸化物70を含む。ここで、本願明細書において、3価を取り得る金属元素55を「3価金属元素55」と省略して呼ぶことにする。
すなわち、酸化物70は、セリウム元素50と3価金属元素55と酸素60とを含む化合物である。
As shown in FIG. 1B, the recording layer 140 </ b> R includes an oxide 70 having a fluorite structure including a cerium (Ce) element 50 and a trivalent metal element 55. Here, in the present specification, the metal element 55 capable of taking trivalence will be referred to as “trivalent metal element 55”.
That is, the oxide 70 is a compound including the cerium element 50, the trivalent metal element 55, and the oxygen 60.

3価金属元素55としては、例えば、ランタノイド族の金属元素(Ceを除く)や、ランタノイド族ではないYや、Al等を用いることができる。ここで3価金属元素55は、3価を取ることができれば良く、例えば3価及び2価を取る元素を用いても良い。本具体例では、3価金属元素55として、ランタノイド族のSmが用いられている。
ここで、Ce元素50は4価を取るが、僅かながら3価も取ることができる。なお、3価金属元素55は、Ceを含まない。従って、酸化物70は、セリウムと、3価を取り得る金属元素であってセリウムを除く金属元素と、を含み、蛍石型構造を有する酸化物である。
すなわち、記録層140Rは、セリウム元素50と、Ce元素50とは異なる3価金属元素55と、を含む蛍石型構造の酸化物70を含む。
As the trivalent metal element 55, for example, a lanthanoid group metal element (excluding Ce), Y that is not a lanthanoid group, Al, or the like can be used. Here, the trivalent metal element 55 only needs to be trivalent, and for example, an element that takes trivalence and divalence may be used. In this example, lanthanoid group Sm is used as the trivalent metal element 55.
Here, the Ce element 50 is tetravalent, but can be slightly trivalent. The trivalent metal element 55 does not contain Ce. Therefore, the oxide 70 is an oxide having a fluorite structure, which includes cerium and a metal element that can be trivalent and excludes cerium.
In other words, the recording layer 140 </ b> R includes the oxide 70 having a fluorite structure including the cerium element 50 and the trivalent metal element 55 different from the Ce element 50.

このように、酸化物70は、蛍石型構造を有する。なお、Ce元素50の酸化物であるCeOは、蛍石型構造を有する。従って、酸化物70は、Ce元素50と、それとは別であり金属元素と、を含む酸化物でありながら、CeOの蛍石型構造が維持されている。従って、図1(b)に表したように、4価のCe元素50の一部が3価の3価金属元素55によって置換され、この時、電荷中性の条件を満たすため、酸化物70には酸素欠損61が生じる。 Thus, the oxide 70 has a fluorite structure. Note that CeO 2 which is an oxide of the Ce element 50 has a fluorite structure. Therefore, although the oxide 70 is an oxide containing the Ce element 50 and a metal element that is different from the Ce element 50, the fluorite structure of CeO 2 is maintained. Therefore, as shown in FIG. 1B, a part of the tetravalent Ce element 50 is replaced by the trivalent trivalent metal element 55, and at this time, the condition of the charge neutrality is satisfied. Causes oxygen deficiency 61.

本実施形態に係る不揮発性記憶素子140においては、この人工的に造られた酸素欠損61を用いた導電機構を採用することで、所望の動作電圧と高い動作耐久性を実現し、そして、耐熱性、耐薬品性、各種の材料との整合性等の高い耐プロセス性能を有する。   In the nonvolatile memory element 140 according to the present embodiment, a desired operating voltage and high operating durability are realized by adopting a conductive mechanism using the artificially produced oxygen deficiency 61, and heat resistance High process resistance such as compatibility, chemical resistance and consistency with various materials.

なお、本具体例では、第2配線120と不揮発性記憶素子140との間には、電流の通電方向を制御するダイオード等からなる整流素子部150が設けられている。なお、後述するように、整流素子部150の配置に関しては任意であり、また整流素子部150は省略しても良い。   In this specific example, a rectifying element unit 150 made of a diode or the like for controlling the direction of current flow is provided between the second wiring 120 and the nonvolatile memory element 140. As will be described later, the arrangement of the rectifying element unit 150 is arbitrary, and the rectifying element unit 150 may be omitted.

以下、図2及び図3により、本実施形態の不揮発性記憶素子140が応用される不揮発性記憶装置の構成の一例を説明する。
図2に表したように、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子140が応用される不揮発性記憶装置10においては、基板105の主面の上に、X軸方向に延在する帯状の第1配線110が設けられている。そして、基板105に平行な面内でX軸と直交するY軸方向に延在する帯状の第2配線120が、第1配線110に対向して設けられている。
なお、上記では、第1配線110と第2配線120が直交する例であるが、第1配線110と第2配線120とは交差していれば良く、すなわち非平行であれば良い。
なお、このように、基板105の主面に対して並行な平面をX−Y平面とし、第1配線110の延在する方向をX軸とし、X−Y平面内においてX軸と直交する軸をY軸とし、X軸及びY軸に対して垂直な方向をZ軸とする。
Hereinafter, an example of the configuration of a nonvolatile memory device to which the nonvolatile memory element 140 of this embodiment is applied will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
As shown in FIG. 2, in the nonvolatile memory device 10 to which the nonvolatile memory element 140 according to the first embodiment of the present invention is applied, it extends in the X-axis direction on the main surface of the substrate 105. A strip-shaped first wiring 110 is provided. A strip-shaped second wiring 120 extending in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis in a plane parallel to the substrate 105 is provided to face the first wiring 110.
In the above example, the first wiring 110 and the second wiring 120 are orthogonal to each other. However, the first wiring 110 and the second wiring 120 may be crossed, that is, may be non-parallel.
As described above, the plane parallel to the main surface of the substrate 105 is the XY plane, the extending direction of the first wiring 110 is the X axis, and the axis is orthogonal to the X axis in the XY plane. Is the Y axis, and the direction perpendicular to the X and Y axes is the Z axis.

なお、図2においては、第1配線110と第2配線120とは、それぞれ4本ずつ例示されているが、これには限らず、第1配線110と第2配線120の数は任意である。そして、例えば、第1配線110がビット配線BLとなり、第2配線120がワード配線WLとなる。ただし、この場合、第1配線110をワード配線WL、第2配線120をビット配線BLとしても良い。以下では、第1配線110がビット配線BLであり、第2配線120がワード配線WLであるとして説明する。   In FIG. 2, four each of the first wiring 110 and the second wiring 120 are illustrated, but the number of the first wiring 110 and the second wiring 120 is not limited to this, but is arbitrary. . For example, the first wiring 110 becomes the bit wiring BL, and the second wiring 120 becomes the word wiring WL. However, in this case, the first wiring 110 may be the word wiring WL and the second wiring 120 may be the bit wiring BL. In the following description, it is assumed that the first wiring 110 is the bit wiring BL and the second wiring 120 is the word wiring WL.

そして、第1配線110と第2配線120との間に不揮発性記憶素子140(記録層140R)が挟まれている。すなわち、不揮発性記憶装置10では、ビット配線BLとワード配線WLが3次元的に交差して形成される交差部130(クロスポイント)に不揮発性記憶素子140(記録層140R)が設けられている。   A nonvolatile memory element 140 (recording layer 140R) is sandwiched between the first wiring 110 and the second wiring 120. That is, in the nonvolatile memory device 10, the nonvolatile memory element 140 (recording layer 140R) is provided at an intersection 130 (cross point) formed by three-dimensionally intersecting the bit wiring BL and the word wiring WL. .

そして、第1配線110に与える電位と第2配線120に与える電位の組み合わせによって、各不揮発性記憶素子140に印加される電圧が変化し、その時の記録層140Rの特性によって、情報を記憶することができる。   The voltage applied to each nonvolatile memory element 140 changes depending on the combination of the potential applied to the first wiring 110 and the potential applied to the second wiring 120, and information is stored according to the characteristics of the recording layer 140R at that time. Can do.

この時、記録層140Rに印加される電圧の極性に方向性を持たせるために、例えば整流特性を有する整流素子部150を設けることができる。整流素子部150には、例えば、PINダイオードやMIM(Metal-Insulator-Metal)素子などを用いることができる。なお、整流素子部150は、第1配線110と第2配線120とが対向する領域以外の領域に設けても良い。さらには、整流素子部150は、必要に応じて設ければ良く、場合によっては省略可能である。   At this time, in order to give directionality to the polarity of the voltage applied to the recording layer 140R, for example, the rectifying element unit 150 having rectifying characteristics can be provided. For the rectifying element unit 150, for example, a PIN diode, an MIM (Metal-Insulator-Metal) element, or the like can be used. Note that the rectifying element unit 150 may be provided in a region other than a region where the first wiring 110 and the second wiring 120 face each other. Furthermore, the rectifying element unit 150 may be provided as necessary, and may be omitted in some cases.

なお、第1配線110と第2配線120との間に、記録層140R及び整流素子部150を設ける場合において、記録層140R及び整流素子部150の積層順は任意である。そして、後述するように、第1配線110、記録層140R、整流素子部150及び第2配線120からなる積層構造が、さらに複数積層されて設けられる場合において、記録層140R及び整流素子部150の積層順は任意であり、例えば、それぞれの積層構造において、記録層140R及び整流素子部150の積層順を同一にしても良く、また、変えても良い。   When the recording layer 140R and the rectifying element unit 150 are provided between the first wiring 110 and the second wiring 120, the stacking order of the recording layer 140R and the rectifying element unit 150 is arbitrary. As will be described later, when a plurality of stacked structures including the first wiring 110, the recording layer 140R, the rectifying element portion 150, and the second wiring 120 are provided, the recording layer 140R and the rectifying element portion 150 are provided. The order of stacking is arbitrary. For example, in each stacked structure, the stacking order of the recording layer 140R and the rectifying element unit 150 may be the same or may be changed.

基板105には、例えばシリコン基板を用いることができ、そして、そのシリコン基板には不揮発性記憶装置を駆動する駆動回路を設けることもできる。
第1配線110及び第2配線120には、金属やポリシリコン等を含む各種の導電性材料を用いることができる。
As the substrate 105, for example, a silicon substrate can be used, and a driving circuit for driving a nonvolatile memory device can be provided on the silicon substrate.
Various conductive materials including metal and polysilicon can be used for the first wiring 110 and the second wiring 120.

なお、図1(a)及び図2(a)に表したように、第1配線110と第2配線120とが、3次元的に交差して形成される両者間の領域に、不揮発性記憶素子140(記録層140R)は設けられ、1つの不揮発性記憶素子140が1つの記憶要素であり、メモリセルと言う。   As shown in FIG. 1A and FIG. 2A, the first wiring 110 and the second wiring 120 are formed in a non-volatile memory in a region formed by three-dimensionally intersecting each other. The element 140 (recording layer 140R) is provided, and one nonvolatile memory element 140 is one memory element, which is called a memory cell.

また、図3に表したように、第1配線110と、第2配線120と、記録層140Rとは、間隔を置いて設けられた複数の領域を有しており、その複数の領域に挟まれるように、絶縁部160が設けられている。なお、図2においては、絶縁部160は省略されて描かれている。
絶縁部160には、例えば、電気抵抗の高い酸化珪素(SiO)等を用いることができる。ただし、これに限らず、絶縁部160には、記録層140Rの電気抵抗より高い各種の材料を用いることができる。
In addition, as illustrated in FIG. 3, the first wiring 110, the second wiring 120, and the recording layer 140 </ b> R have a plurality of regions provided at intervals, and are sandwiched between the plurality of regions. As shown, an insulating portion 160 is provided. In FIG. 2, the insulating part 160 is omitted.
For example, silicon oxide (SiO 2 ) having high electrical resistance can be used for the insulating portion 160. However, the present invention is not limited thereto, and various materials higher than the electric resistance of the recording layer 140R can be used for the insulating portion 160.

また、図4に表したように、記録層140Rの上下に、記録層140Rに電圧を印加するための下部電極141及び上部電極142を設けることができる。なお、下部電極141、記録層140R及び上部電極142はメモリセル148に含まれる。不揮発性記憶素子140は、メモリセル148を含み、すなわち、下部電極141、記録層140R及び上部電極142を含む。   Further, as shown in FIG. 4, a lower electrode 141 and an upper electrode 142 for applying a voltage to the recording layer 140R can be provided above and below the recording layer 140R. The lower electrode 141, the recording layer 140R, and the upper electrode 142 are included in the memory cell 148. The nonvolatile memory element 140 includes a memory cell 148, that is, includes a lower electrode 141, a recording layer 140R, and an upper electrode 142.

また、例えば、下部電極141と記録層140Rとの間、及び、上部電極142と記録層140Rとの間、に中間層141b及び中間層142bとを設けることができる。中間層141b及び142bは、バリア層としての機能を有することができる。不揮発性記憶素子140は、さらに中間層141b及び142bを含むことができる。ただし、これら中間層141b及び142bは、必要に応じて設けられるものであり、省略可能である。   Further, for example, the intermediate layer 141b and the intermediate layer 142b can be provided between the lower electrode 141 and the recording layer 140R and between the upper electrode 142 and the recording layer 140R. The intermediate layers 141b and 142b can function as barrier layers. The nonvolatile memory element 140 may further include intermediate layers 141b and 142b. However, these intermediate layers 141b and 142b are provided as necessary and can be omitted.

また、整流素子部150と第2配線120との間に、中間層150bを設けることもできる。中間層150bは、バリア層としての機能を有することができる。中間層150bは、必要に応じて設けられるものであり、省略可能である。   In addition, an intermediate layer 150 b can be provided between the rectifying element unit 150 and the second wiring 120. The intermediate layer 150b can function as a barrier layer. The intermediate layer 150b is provided as necessary and can be omitted.

なお、本具体例では、整流素子部150は、不揮発性記憶素子140、すなわち、メモリセル148とは別の要素とされているが、整流素子部150は不揮発性記憶素子140、すなわちメモリセル148の一部として見なしても良い。   In this specific example, the rectifying element unit 150 is a separate element from the nonvolatile memory element 140, that is, the memory cell 148, but the rectifying element unit 150 is the nonvolatile memory element 140, that is, the memory cell 148. May be considered as part of

なお、下部電極141及び上部電極142の少なくともいずれかは、記録層140Rに隣接する、例えば、第1配線110、整流素子部150、第2配線120、及び各種のバリア層の少なくともいずれかと兼用されても良く、また省略することもできる。
以下では、中間層141b、142b及び150bがない場合として説明する。
Note that at least one of the lower electrode 141 and the upper electrode 142 is also used as, for example, at least one of the first wiring 110, the rectifying element unit 150, the second wiring 120, and various barrier layers adjacent to the recording layer 140R. It can also be omitted.
In the following description, it is assumed that there are no intermediate layers 141b, 142b, and 150b.

なお、図5(a)及び(b)に表したように、第1配線110、第2配線120、並びに、それらに挟まれた不揮発性記憶素子140(記録層140R)及び整流素子部150をさらに複数積み重ねて、3次元構造の不揮発性記憶装置20及び21を構成することもできる。すなわち、不揮発性記憶装置20及び21は、ワード配線WLと、ビット配線BLと、ワード配線WL及びビット配線BLとの間に設けられた不揮発性記憶素子140と、を含む積層構造体が複数積層される。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the first wiring 110, the second wiring 120, and the nonvolatile memory element 140 (recording layer 140R) and the rectifying element portion 150 sandwiched between them are provided. Further, a plurality of non-volatile storage devices 20 and 21 having a three-dimensional structure can be configured by stacking a plurality of them. That is, each of the nonvolatile memory devices 20 and 21 includes a plurality of stacked structures each including a word wiring WL, a bit wiring BL, and a nonvolatile memory element 140 provided between the word wiring WL and the bit wiring BL. Is done.

既に説明したように、本実施形態に係る不揮発性記憶素子140は、セリウム元素50と、3価金属元素55と、を含み、蛍石型構造を有する酸化物70からなる記録層140Rを用いている。すなわち、酸化物70においては、耐熱性と耐薬品性にすぐれたCeOの蛍石型構造において、Ce元素50の一部が3価金属元素55によって置換された構造を有す。これにより、酸素欠損61を安定して形成することができ、所望の動作電圧と高い動作耐久性を実現しつつ、蛍石型構造に由来する高耐熱性、高耐薬品性、高プロセス整合性を有する。 As already described, the nonvolatile memory element 140 according to this embodiment uses the recording layer 140R that includes the cerium element 50 and the trivalent metal element 55 and includes the oxide 70 having a fluorite structure. Yes. That is, the oxide 70 has a structure in which a part of the Ce element 50 is replaced with the trivalent metal element 55 in the fluorite structure of CeO 2 having excellent heat resistance and chemical resistance. As a result, the oxygen vacancies 61 can be formed stably, realizing a desired operating voltage and high operating durability, and having high heat resistance, high chemical resistance and high process consistency derived from the fluorite structure. Have

蛍石型構造を有するCeOは耐熱性が高い。例えば、800℃でTiN上にCeOを成膜した時も、CeOとTiNとの相互作用によって複合化合物がほとんど形成されない。また、CeOは、例えば固体電解質燃料電池の電極として用いられている材料であり、高い耐熱性を示す。また、CeOは、TFA−MOD(Metal Organic Deposition using trifluoroacetates)法における超電導成膜の中間層としても知られ、例えば750℃において水蒸気やフッ化水素ガスにも耐性がある。そして、CeOは耐薬品性も高く、化学的にも安定である。 CeO 2 having a fluorite structure has high heat resistance. For example, even when CeO 2 is deposited on TiN at 800 ° C., a complex compound is hardly formed due to the interaction between CeO 2 and TiN. CeO 2 is a material used as an electrode of a solid electrolyte fuel cell, for example, and exhibits high heat resistance. CeO 2 is also known as an intermediate layer for superconducting film formation in a TFA-MOD (Metal Organic Deposition using trifluoroacetates) method. For example, CeO 2 is resistant to water vapor and hydrogen fluoride gas at 750 ° C. CeO 2 has high chemical resistance and is chemically stable.

そして、図1(b)に表したように、Ce元素50は4価を取る金属元素であるが、本実施形態の不揮発性記憶素子140においては、Ce元素50のサイトの一部に3価金属元素55を置換して導入する。   As shown in FIG. 1B, the Ce element 50 is a tetravalent metal element. In the nonvolatile memory element 140 according to the present embodiment, trivalent is added to a part of the Ce element 50 site. The metal element 55 is replaced and introduced.

この時、3価金属元素55としては、原子半径がイオンの状態でもCeに近いランタノイド族の全元素(Ceを除く)を用いることができ、Ce元素50のサイトを置換することができる。また、3価金属元素55としては、Ceと同じ族のYや、3価を取り得るAlも、用いることができる。   At this time, as the trivalent metal element 55, all elements of the lanthanoid group close to Ce (excluding Ce) can be used even if the atomic radius is in an ion state, and the site of the Ce element 50 can be replaced. Further, as the trivalent metal element 55, Y of the same group as Ce or Al capable of taking trivalence can also be used.

この時、3価金属元素55によってCe元素50のサイトを置換する際に、CeOの結晶構造である蛍石型構造が維持されるようにする。 At this time, when the site of the Ce element 50 is replaced by the trivalent metal element 55, the fluorite structure that is the crystal structure of CeO 2 is maintained.

置換可能量は、3価金属元素55に用いられる元素の原子半径などにより異なってくる。
例えば、Ce元素50をランタノイド族の元素によって置換する際には、ランタノイド族の全ての元素で20モル%以下の置換において、蛍石型構造が維持される。また、例えば、SmやEuによってCe元素50を置換する際には、40モル%以下において、蛍石型構造が維持される。このように、ランタノイド族の1つであるCe元素50と原子半径が実質的に等しいランタノイド族の元素を3価金属元素55として用いる際には、その組成比における自由度が高く、比較的広い範囲の組成比で、Ce元素50を3価金属元素55で置換することができる。これにより、記録層140Rの電気的特性を所望の仕様に調整することがし易くなる。
The substitutable amount varies depending on the atomic radius of the element used for the trivalent metal element 55.
For example, when the Ce element 50 is replaced with an element of the lanthanoid group, the fluorite structure is maintained in the substitution of 20 mol% or less with all elements of the lanthanoid group. For example, when the Ce element 50 is replaced by Sm or Eu, the fluorite structure is maintained at 40 mol% or less. As described above, when a lanthanoid group element having substantially the same atomic radius as the Ce element 50, which is one of the lanthanoid groups, is used as the trivalent metal element 55, the degree of freedom in the composition ratio is high and relatively wide. The Ce element 50 can be replaced with the trivalent metal element 55 at a composition ratio in the range. This makes it easy to adjust the electrical characteristics of the recording layer 140R to a desired specification.

一方、3価金属元素55として、ランタノイド族以外の元素を用いる際には、Ce元素50と原子半径が実質的に異なる材料でCe元素50を置換することになる。この時は、3価金属元素55の組成比を高めると、結晶構造が変化してしまう。すなわち、良好な蛍石型構造が維持し難くなる。従って、3価金属元素55として、ランタノイド族以外の元素を用いる際には、高耐熱性の蛍石型構造を維持する状態の組成比とする。   On the other hand, when an element other than the lanthanoid group is used as the trivalent metal element 55, the Ce element 50 is replaced with a material having a substantially different atomic radius from the Ce element 50. At this time, if the composition ratio of the trivalent metal element 55 is increased, the crystal structure changes. That is, it becomes difficult to maintain a good fluorite structure. Accordingly, when an element other than the lanthanoid group is used as the trivalent metal element 55, the composition ratio is set so as to maintain a highly heat-resistant fluorite structure.

上記のように、ランタノイド族の元素を用いる場合には、酸化物70に含まれる金属元素の合計に対する3価金属元素55のモル比は20%以下とすることができる。また、その中でも、SmやEuを用いる場合には3価金属元素55のモル比は40%以下とすることができる。従って、酸化物70に含まれる金属元素の合計に対するセリウム元素50のモル比は、60%よりも高い。これにより蛍石型構造が維持される。   As described above, when a lanthanoid group element is used, the molar ratio of the trivalent metal element 55 to the total number of metal elements contained in the oxide 70 can be 20% or less. Of these, when Sm or Eu is used, the molar ratio of the trivalent metal element 55 can be 40% or less. Therefore, the molar ratio of the cerium element 50 to the total of the metal elements contained in the oxide 70 is higher than 60%. This maintains the fluorite structure.

酸化物70において、3価金属元素55によってCe元素50のサイトの一部を置換することによって、Ce元素50及び3価金属元素55の合計の価数の平均値は、Ce元素50の価数である4よりも小さな値を取ることになる。一方、酸素60は常に価数が2であるので、酸化物70の全体としては、酸素の2分の1倍以上のモル数の金属元素が存在することで電荷中立の法則が成り立つことになる。酸化物70の全体としての酸素60及び金属(Ce元素50及び3価金属元素55の合計)の欠損量は、温度などの条件により決まるが、この状態では、金属元素のサイトが埋まり、酸素60の側のサイトに欠損が集中することとなる。   By substituting a part of the site of the Ce element 50 with the trivalent metal element 55 in the oxide 70, the average value of the total valence of the Ce element 50 and the trivalent metal element 55 is equal to the valence of the Ce element 50. The value is smaller than 4 which is. On the other hand, since oxygen 60 always has a valence of 2, the oxide 70 as a whole has a charge neutrality law due to the presence of a metal element having a molar number of 1/2 or more that of oxygen. . The amount of deficiency of oxygen 60 and metal (the total of Ce element 50 and trivalent metal element 55) as a whole of oxide 70 is determined by conditions such as temperature, but in this state, the site of the metal element is filled and oxygen 60 Defects will be concentrated on the site on the other side.

すなわち、Ce元素50のサイトの一部を3価金属元素55によって置換することで、酸化物70に酸素欠損61が生じる。   That is, by replacing part of the site of the Ce element 50 with the trivalent metal element 55, an oxygen deficiency 61 is generated in the oxide 70.

このように、CeOにおいて、3価のみを取り得るか、または、2価及び3価を取り得る3価金属元素55によってCe元素50のサイトの一部を置換することにより、人為的な酸素欠損61を安定して作り出すことでき、この構造を安定して維持できることになる。例えば、CeOにおいて、Smを用いて、Ce元素50を20モル%置換してやれば、Sm0.2Ce0.81.9となり、CeOと比較して、5%の酸素欠損61を作り出せることになる。 Thus, in CeO 2 , artificial oxygen can be obtained by substituting a part of the site of the Ce element 50 with the trivalent metal element 55 that can take only trivalent or can take bivalent and trivalent. The defect 61 can be created stably, and this structure can be maintained stably. For example, in CeO 2 , if 20 mol% of Ce element 50 is substituted with Sm, Sm 0.2 Ce 0.8 O 1.9 is obtained , and 5% oxygen deficiency 61 is obtained as compared with CeO 2. Can be created.

そして、3価金属元素55の組成比、すなわち、CeOの蛍石型構造においてCe元素50を3価金属元素55で置換する割合、を変えることで、酸素欠損61の量を任意に制御することができ、これを用いて、動作電圧等の電気的特性を実用的な所望な値に制御することができる。 The amount of oxygen vacancies 61 is arbitrarily controlled by changing the composition ratio of the trivalent metal element 55, that is, the ratio of replacing the Ce element 50 with the trivalent metal element 55 in the fluorite structure of CeO 2. This can be used to control electrical characteristics such as operating voltage to a practical desired value.

本実施形態に係る不揮発性記憶素子140においては、記録層140Rの酸化物70は、図1(b)に例示した蛍石型構造を持つ頑丈な構造を持ち、イオンの移動は比較的難しい構造である。しかし、酸化物70は、蛍石型構造をとったまま酸素欠損61を有している。この時、蛍石型構造において、酸素が欠損すると絶縁性が大きく崩れ、抵抗値が小さい方向へと変化する。すなわち、スイッチングのセット時において、酸素欠損61により低抵抗でエネルギー的に不安定な状態へと変化する。そして、リセット時には、熱によって安定な絶縁体に戻り、この時、高抵抗でエネルギー的に安定な状態へ戻る。このスイッチング機構を酸素欠損によるスイッチング機構と呼ぶことにする。   In the nonvolatile memory element 140 according to this embodiment, the oxide 70 of the recording layer 140R has a sturdy structure having the fluorite structure illustrated in FIG. 1B, and a structure in which ion migration is relatively difficult. It is. However, the oxide 70 has an oxygen deficiency 61 while maintaining a fluorite structure. At this time, in the fluorite structure, when oxygen is deficient, the insulating property is largely lost, and the resistance value changes in a smaller direction. That is, at the time of switching setting, the oxygen deficiency 61 changes to a low resistance and energetically unstable state. At the time of resetting, the heat returns to a stable insulator, and at this time, the state returns to a high resistance and energy stable state. This switching mechanism is called a switching mechanism based on oxygen deficiency.

本実施形態に係る不揮発性記憶素子140の記録層140Rでは、蛍石型構造のCeOにおいて、人為的に酸素欠損61が安定的に形成される。これにより、酸化物70において、安定的にスイッチすることになる。Ceは通常4価を取り易い金属元素であり、Ce元素50の一部を、Ce元素50と原子半径が類似し、化学的性質も類似し、3価を取り得る金属元素(3価金属元素55)で置換することが効果的である。 In the recording layer 140R of the nonvolatile memory element 140 according to this embodiment, oxygen deficiency 61 is artificially formed stably in CeO 2 having a fluorite structure. As a result, the oxide 70 is stably switched. Ce is a metal element that is usually easily tetravalent. A part of the Ce element 50 is similar to the Ce element 50 in the atomic radius, is similar in chemical properties, and can be a trivalent metal element (trivalent metal element). 55) is effective.

4価を取るCe元素50のサイトの一部を3価金属元素55で置換すれば、電荷中立の法則が働くことから酸素欠損61が生じる。酸素欠損61が生じると抵抗値が小さくなるためにスイッチがし易くなると同時に、格子欠陥が酸素側サイトに集中することにより酸素欠損61とリセット時の酸素再結合を促進する効果がある。   If a part of the tetravalent Ce element 50 site is replaced with the trivalent metal element 55, the charge neutrality law works, so that an oxygen deficiency 61 is generated. When the oxygen vacancies 61 are generated, the resistance value becomes small and the switching is facilitated. At the same time, the lattice defects are concentrated on the oxygen side sites, thereby promoting the oxygen recombination 61 and the oxygen recombination at the reset.

なお、CeOにおけるCe元素50のサイトの一部を3価金属元素55で置換する方法には、各種の方法を用いることでできる。例えば、金属有機物化学蒸着堆積法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition法)等の化学蒸着堆積法(CVD:Chemical Vapor Deposition法)やそれを応用した方法、スパッタ法及びパルスレーザ蒸着法(PLD:Pulsed Laser Deposition法)等の気相成膜方法や、溶液による成膜方法等の任意の方法を用いることができる。 Note that various methods can be used to replace part of the site of the Ce element 50 in CeO 2 with the trivalent metal element 55. For example, chemical vapor deposition method (CVD: Chemical Vapor Deposition method) such as metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD), a method using the same, sputtering method and pulsed laser deposition method (PLD: Pulsed) Any method such as a vapor deposition method such as a laser deposition method or a solution deposition method can be used.

例えばCVD法においては、Ce元素50と3価金属元素55との原料組成を所望の比率に混合した材料を用いることにより、所望な組成比の均一な成膜が可能となる。   For example, in the CVD method, by using a material in which the raw material composition of the Ce element 50 and the trivalent metal element 55 is mixed in a desired ratio, a uniform film formation with a desired composition ratio can be achieved.

また、スパッタ法やPLD法を用いる際には、Ce元素50と3価金属元素55の組成が所望となるターゲットを予め焼結して作製し、そのターゲットを用いて酸化物70の層を堆積することにより所望の組成の膜が得られる。   In addition, when using the sputtering method or the PLD method, a target having a desired composition of the Ce element 50 and the trivalent metal element 55 is prepared by sintering in advance, and a layer of the oxide 70 is deposited using the target. By doing so, a film having a desired composition can be obtained.

また、溶液からゲル膜を通じて成膜を行うMOD法では、例えば、Ce元素50及び3価金属元素55をそれぞれ含む2種類の溶液を準備し、それらを所望の組成で混合したコーティング溶液を作製し、その溶液からスピンコート法やディップコート法によりゲル膜を成膜することにより原子レベルで均一な膜組成が実現する。そして、得られたゲル膜から、仮焼成及び本焼成の熱処理を通じて、酸化物70の薄膜が得られる。   Further, in the MOD method in which a film is formed from a solution through a gel film, for example, two types of solutions each containing a Ce element 50 and a trivalent metal element 55 are prepared, and a coating solution is prepared by mixing them with a desired composition. A uniform film composition at the atomic level is realized by forming a gel film from the solution by spin coating or dip coating. And the thin film of the oxide 70 is obtained from the obtained gel film through the heat processing of temporary baking and main baking.

上記に例示した手法以外にも、例えば、Ce元素50と3価金属元素55とを混合する任意の方法により、最終的に成膜された膜において、所望の組成の膜が得られる。   In addition to the methods exemplified above, for example, a film having a desired composition can be obtained in the film finally formed by any method of mixing the Ce element 50 and the trivalent metal element 55.

上記の記録層140Rは、例えば、シリコンウェーハ上に設けられた下部電極141の上に成膜することができる。下部電極141としては、例えば、TiN層やW層等を用いることができる。また、導電性を有する例えば中間層141bの上に成膜しても良い。   The recording layer 140R can be formed, for example, on the lower electrode 141 provided on the silicon wafer. As the lower electrode 141, for example, a TiN layer, a W layer, or the like can be used. Alternatively, a film may be formed on the intermediate layer 141b having conductivity, for example.

CeO系材料は極性が比較的高い材料なので、記録層140Rの成膜の際の下地層、すなわち、記録層140Rと接触する下部電極141や中間層141bも、極性が強い材料を用いることが望ましい場合が多い。しかし、記録層140Rとなる酸化物70は、対称性が高い蛍石型構造を有することから、これらの下地層の極性が零または小さくても、蛍石型構造の酸化物70の成膜が可能であり、この場合においても良好な特性を得ることができる。 Since the CeO 2 -based material is a material having a relatively high polarity, the underlying layer when the recording layer 140R is formed, that is, the lower electrode 141 and the intermediate layer 141b that are in contact with the recording layer 140R are also made of a material having a strong polarity. Often desirable. However, since the oxide 70 which becomes the recording layer 140R has a highly symmetrical fluorite structure, the oxide 70 having a fluorite structure can be formed even if the polarity of these underlayers is zero or small. In this case, good characteristics can be obtained.

一方、記録層140Rの上部には上部電極142を成膜することになるが、記録層140Rのスイッチング動作時に化学変化等を起こし難い物質であれば、任意の導電性材料を用いることができる。   On the other hand, the upper electrode 142 is formed on the recording layer 140R. However, any conductive material can be used as long as it does not easily cause a chemical change during the switching operation of the recording layer 140R.

例えば、下部電極141及び上部電極142には、Pt等の貴金属材料を用いることもでき、また、Ti、TiN及びTiOなどを用いることもできる。また、上部電極142として、TiNやTiOに各種材料をドープした材料等も用いることができる。さらに、例えば、6価のW(タングステン)に、4価や5価のNb、Hf、Taなどをドープした材料を用いることができる。さらに、Zr、Mo、Ni、Mn、Co、Cu及びZn等の各種の金属材料及びそれからの元素を含む導電材料を用いることができる。 For example, a noble metal material such as Pt can be used for the lower electrode 141 and the upper electrode 142, and Ti, TiN, TiO 2, or the like can be used. Further, as the upper electrode 142, TiN or TiO 2 doped with various materials can be used. Further, for example, a material obtained by doping hexavalent W (tungsten) with tetravalent or pentavalent Nb, Hf, Ta, or the like can be used. Furthermore, various metal materials such as Zr, Mo, Ni, Mn, Co, Cu, and Zn, and conductive materials containing elements therefrom can be used.

以下、本実施形態に係る各種の実施例について、その製造方法と評価結果について説明する。   Hereinafter, manufacturing methods and evaluation results of various examples according to the present embodiment will be described.

(第1の実施例)
まず、シリコンウェーハ上に、下部電極141となるW層、Ti層及びTiN層を順次成膜した基板の上に、記録層140Rとなる酸化物70を成膜した。この時、上記の基板をPLDチャンバにセットし、CeOにおけるCe元素50の内の20%をSmで置換した材料からなるターゲットをセットした。すなわち、ターゲットの組成は、金属元素のモル比で20%のSmが含有されたものであり、残りはCeである。すなわち、本具体例では、3価金属元素55としてSmが用いられ、酸化物70に含まれる金属元素の合計に対するセリウム(Ce)のモル比は、80%である。なお、酸化物70に含まれる金属元素の合計に対する3価金属元素55のモル比は、20%である。
(First embodiment)
First, an oxide 70 to be a recording layer 140R was formed on a silicon wafer on a substrate on which a W layer, a Ti layer, and a TiN layer to be the lower electrode 141 were sequentially formed. At this time, the substrate was set in a PLD chamber, and a target made of a material in which 20% of Ce element 50 in CeO 2 was replaced with Sm was set. That is, the target composition contains 20% Sm in terms of the molar ratio of the metal elements, and the rest is Ce. That is, in this specific example, Sm is used as the trivalent metal element 55, and the molar ratio of cerium (Ce) to the total of metal elements contained in the oxide 70 is 80%. Note that the molar ratio of the trivalent metal element 55 to the total of the metal elements contained in the oxide 70 is 20%.

そして、PLDチャンバにおける酸素分圧を1Paとし、基板を400℃に加熱し、レーザのエネルギー密度を200mJとし、レーザのパルス周波数を10Hzとして、成膜を行った。この時、膜厚が10nmとなるように成膜を行った。これにより得られた試料を「試料1FR1」(第1の実施例、Film、Resistive、試料1)とする。
この後、PLDチャンバの温度が40℃となるまで冷却した後、試料1FR1を取り出した。
Then, the oxygen partial pressure in the PLD chamber was set to 1 Pa, the substrate was heated to 400 ° C., the laser energy density was set to 200 mJ, and the pulse frequency of the laser was set to 10 Hz. At this time, the film was formed so as to have a film thickness of 10 nm. The sample thus obtained is referred to as “Sample 1 FR1” (first embodiment, Film, Resistive, Sample 1).
Then, after cooling until the temperature of the PLD chamber became 40 ° C., the sample 1FR1 was taken out.

PLD成膜における成膜レートは、別途準備した膜を酸に溶解し、その溶液をICP測定により濃度を測定することにより平均膜厚を算出し、成膜レートを求めている。その成膜レートで0.84nm/sとなるように、試料1FR1の成膜を行っている。なお、試料1FR1においては、その端部に、W層と導通する部分を設けてあり、スイッチング特性を測定する場合の下部の電極として用いられる。   The film formation rate in the PLD film formation is obtained by dissolving a separately prepared film in an acid and measuring the concentration of the solution by ICP measurement to calculate the average film thickness, thereby obtaining the film formation rate. The film formation of Sample 1FR1 is performed so that the film formation rate is 0.84 nm / s. In the sample 1FR1, a portion that is electrically connected to the W layer is provided at the end thereof, and is used as a lower electrode when measuring switching characteristics.

得られた試料1FR1を、XRD(X-Ray Diffraction、X線回折)法により、2θ/θの測定を行った。その結果、試料1FR1においては、Sm0.2Ce0.81.9で同定されるJCPDS(Joint Committee for Power Diffraction Standards)カードと一致する28度付近にのみ強いピークが現れた。すなわち、試料1FR1は、蛍石型構造を有していた。 The obtained sample 1FR1 was measured for 2θ / θ by XRD (X-Ray Diffraction, X-ray diffraction) method. As a result, in the sample 1FR1, JCPDS (Joint Committee for Power Diffraction Standards) strong peaks only near 28 degrees to match the card appeared to be identified by Sm 0.2 Ce 0.8 O 1.9. That is, Sample 1FR1 had a fluorite structure.

試料1FR1の上に、直径50ミクロンの円形状の穴が多数設けられたメタルマスクを設置し、RFスパッタ装置により、上部電極142となるPtを、厚さ100nmで成膜した。この時、メタルマスクを設置した試料1FR1をスパッタのチャンバに入れ、減圧した後、アルゴンガスを流しながら100nmの膜厚となるようにPt膜の成膜を行った。これにより得られた試料を、「試料1FT1」(第1の実施例、Film、Top electrode、試料1)とする。試料1FT1は、表面に直径50ミクロンのパッド状のPt膜が多数並んでおり、Ptパッドは、電気測定時に上部の電極として用いられる。   A metal mask provided with a large number of circular holes with a diameter of 50 microns was placed on the sample 1FR1, and Pt serving as the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm by an RF sputtering apparatus. At this time, the sample 1FR1 provided with a metal mask was placed in a sputtering chamber and the pressure was reduced, and then a Pt film was formed to a thickness of 100 nm while flowing an argon gas. The sample thus obtained is referred to as “Sample 1FT1” (first example, Film, Top electrode, Sample 1). The sample 1FT1 has a large number of pad-like Pt films having a diameter of 50 microns arranged on the surface, and the Pt pad is used as an upper electrode during electrical measurement.

試料1FT1の抵抗変化を測定した。この時、セット電圧印加時もリセット電圧印加時も、下部の電極(W層、Ti層及びTiN層の積層膜からなる下部電極141)に対して、上部の電極(Ptバッド)を正極性として測定した。なお、この電位の配置を「+/+配置」ということにする。そして、セット電圧Vset及びリセット電圧Vresetの印加を1回のスイッチング動作として、スイッチング動作の回数Nごとに、高抵抗状態の抵抗値R1及び低抵抗状態の抵抗値R2を測定した。なお、抵抗値R1及び抵抗値R2の測定において印加した電圧は、微小電圧である0.1Vである。また、本具体例においては、スイッチング回数Nが8700サイクルまでの測定が行われた。   The resistance change of sample 1FT1 was measured. At this time, when the set voltage is applied and the reset voltage is applied, the upper electrode (Pt pad) is made positive with respect to the lower electrode (the lower electrode 141 made of a laminated film of the W layer, the Ti layer, and the TiN layer). It was measured. This arrangement of potentials is referred to as “+ / + arrangement”. Then, the resistance value R1 in the high resistance state and the resistance value R2 in the low resistance state were measured for each N times of the switching operation, with the application of the set voltage Vset and the reset voltage Vreset as one switching operation. Note that the voltage applied in the measurement of the resistance value R1 and the resistance value R2 is 0.1 V, which is a minute voltage. In this specific example, the measurement was performed until the switching frequency N was up to 8700 cycles.

図6は、本発明の第1の実施例に係る不揮発性記憶素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図の横軸は、スイッチング動作の回数N(サイクル、cycle)であり、縦軸は、高抵抗状態の抵抗値R1及び低抵抗状態の抵抗値R2を示す。
FIG. 6 is a graph illustrating characteristics of the nonvolatile memory element according to the first example of the invention.
That is, the horizontal axis of the figure represents the number of switching operations N (cycle), and the vertical axis represents the resistance value R1 in the high resistance state and the resistance value R2 in the low resistance state.

図6に表したように、本実施形態に係る不揮発性記憶素子140の試料1FT1においては、高抵抗状態の抵抗値R1と低抵抗状態の抵抗値R2とが明確に区別されている。すなわち、高抵抗状態の抵抗値R1は約10KΩであり、低抵抗状態の抵抗値R2は約100Ωであり、スイッチングにより100倍程度の抵抗値の変化を示した。また、スイッチング動作の回数Nによってもほとんど変化していない。そして、スイッチング回数Nが、今回測定した最大の回数である8700サイクルにおいても、初期とほとんど変わらない特性を示した。   As shown in FIG. 6, in the sample 1FT1 of the nonvolatile memory element 140 according to this embodiment, the resistance value R1 in the high resistance state and the resistance value R2 in the low resistance state are clearly distinguished. That is, the resistance value R1 in the high resistance state is about 10 KΩ, the resistance value R2 in the low resistance state is about 100Ω, and the resistance value changes about 100 times by switching. Further, it hardly changes depending on the number N of switching operations. In addition, the switching frequency N showed a characteristic that is almost the same as the initial value even at 8700 cycles, which is the maximum frequency measured this time.

そして、セット電圧Vsetは約1.6Vであり、リセット電圧Vresetは約0.8Vであり、また、セット電圧Vsetとリセット電圧Vresetとの差である電圧マージンΔVは約0.8Vであり、実用的に使い易い電圧である。そして、スイッチング回数Nによって、セット電圧Vset、リセット電圧Vreset及び電圧マージンΔVはほとんど変化しなかった。   The set voltage Vset is about 1.6V, the reset voltage Vreset is about 0.8V, and the voltage margin ΔV that is the difference between the set voltage Vset and the reset voltage Vreset is about 0.8V. The voltage is easy to use. The set voltage Vset, the reset voltage Vreset, and the voltage margin ΔV were hardly changed depending on the switching frequency N.

このように、本実施形態に係る不揮発性記憶素子140は、実用的な動作電圧を有し、また、動作耐久性も良好であり、優れた電気的性能を発揮する。   As described above, the nonvolatile memory element 140 according to the present embodiment has a practical operating voltage, good operation durability, and excellent electrical performance.

次に、不揮発性記憶素子140の耐熱性、及び、下部電極141や上部電極142に用いられる他の材料とのプロセス整合性に関して説明する。   Next, heat resistance of the nonvolatile memory element 140 and process consistency with other materials used for the lower electrode 141 and the upper electrode 142 will be described.

図7は、本発明の第1の実施例に係る不揮発性記憶素子の分析結果を例示する模式図である。
すなわち、同図は、第1の実施例に係る不揮発性記憶素子140の試料1FR1における元素の分布を、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometer:2次イオン質量分析)によって分析した結果を例示するグラフ図であり、横軸は深さ方向の距離tであり、縦軸は2次イオン強度Iを表す。そして、同図(a)は、熱処理前の特性であり、同図(b)は熱処理後の特性である。この時の熱処理は、RTA(Rapid Thermal Annealing)によるものであり、800℃で5秒の熱処理である。なお、同図には、試料1FR1に含まれるCe、Sm、Ti及びWに関する2次イオン強度Iが例示されている。
FIG. 7 is a schematic view illustrating the analysis result of the nonvolatile memory element according to the first example of the invention.
That is, this figure is a graph illustrating the result of analyzing the distribution of elements in the sample 1FR1 of the nonvolatile memory element 140 according to the first example by means of SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer). Yes, the horizontal axis represents the distance t in the depth direction, and the vertical axis represents the secondary ion intensity I. FIG. 4A shows the characteristics before the heat treatment, and FIG. 4B shows the characteristics after the heat treatment. The heat treatment at this time is based on RTA (Rapid Thermal Annealing) and is a heat treatment at 800 ° C. for 5 seconds. In addition, the same figure illustrates the secondary ion intensity I regarding Ce, Sm, Ti and W contained in the sample 1FR1.

図7に表したように、RTAの高温処理の前後で、Ce、Sm及びTiに関する2次イオン強度Iのピークが若干の変化を示しているが、その変化はあまり大きくはなく、実用的には問題ない程度である。このように、試料1FR1の酸化物70(Sm0.2Ce0.81.9)が高い耐熱性を有することが確認できる。そして、酸化物70と、下部電極141であるTiN層、Ti層及びW層との反応や、これらの間での拡散が実質的に生じず、酸化物70は電極材料との整合性が良好であり、プロセス整合性が良好であることも確認できた。 As shown in FIG. 7, the peak of the secondary ionic strength I for Ce, Sm, and Ti shows a slight change before and after the high temperature treatment of RTA, but the change is not so large and practically used. Is not a problem. Thus, it can be confirmed that the oxide 70 (Sm 0.2 Ce 0.8 O 1.9 ) of the sample 1FR1 has high heat resistance. The reaction between the oxide 70 and the TiN layer, the Ti layer, and the W layer, which are the lower electrode 141, and the diffusion between them do not substantially occur, and the oxide 70 has good compatibility with the electrode material. It was also confirmed that the process consistency was good.

例えば、整流素子部150となるダイオードの活性化のためのRTA処理を行っても、記録層140Rを構成する金属元素が、整流素子部150や電極となる層等に拡散することがなく、整流素子部150や電極となる層に含まれる各種の元素が、記録層140Rに拡散することもなく、記録層140R、整流素子部150及び電極としての特性が変化することが抑制される。   For example, even when an RTA process for activating the diode that becomes the rectifying element portion 150 is performed, the metal element constituting the recording layer 140R does not diffuse into the rectifying element portion 150, the layer that becomes the electrode, and the like, Various elements contained in the element portion 150 and the layer serving as an electrode do not diffuse into the recording layer 140R, and the characteristics of the recording layer 140R, the rectifying element portion 150, and the electrode are prevented from changing.

そして、試料1FR1は、記録層140R(酸化物70)として、蛍石型構造のSm0.2Ce0.81.9を用いており、CeOと同様に耐薬品性も高く、化学的にも安定である。 Sample 1FR1 uses Sm 0.2 Ce 0.8 O 1.9 having a fluorite structure as the recording layer 140R (oxide 70), and has high chemical resistance and chemical properties similar to CeO 2. Stable.

(第1の比較例)
第1の比較例の不揮発性記憶素子149p(図示せず)は、記録層140R(酸化物70)として、Mnを用いたものである。この他は、第1の実施例における試料1FR1の構成と同様である。
(First comparative example)
The nonvolatile memory element 149p (not shown) of the first comparative example uses Mn 3 O 4 as the recording layer 140R (oxide 70). The rest is the same as the configuration of the sample 1FR1 in the first embodiment.

図8は、第1の比較例の不揮発性記憶素子の特性に関する分析結果を例示する模式図である。
すなわち、同図は、第1の比較例の不揮発性記憶素子149pにおける元素の分布のSIMSによる分析結果を例示するグラフ図である。そして、同図(a)及び(b)は、それぞれ、800℃で5秒間のRTAの熱処理の前及び後の特性を例示している。なお、この場合も、下部電極141としては、W層、Ti層及びTiN層の積層膜が用いられている。なお、同図には、これらを構成する、Mn、O、TiN、Ti、NO及びWに関する2次イオン強度Iが例示されている。
FIG. 8 is a schematic view illustrating the analysis result regarding the characteristics of the nonvolatile memory element of the first comparative example.
That is, this figure is a graph illustrating the result of SIMS analysis of the element distribution in the nonvolatile memory element 149p of the first comparative example. FIGS. 7A and 7B illustrate characteristics before and after the RTA heat treatment at 800 ° C. for 5 seconds, respectively. Also in this case, as the lower electrode 141, a laminated film of a W layer, a Ti layer, and a TiN layer is used. In the figure, secondary ionic strength I relating to Mn, O, TiN, Ti, NO and W constituting these is illustrated.

図8(a)に表したように、RTAの高温処理の前においては、深さ方向に対して、例えば、Mn及びTiに関する2次イオン強度Iのピークが相互に明確に分離しており、下部電極141と記録層140R(酸化物70)とが別の層として存在している。   As shown in FIG. 8A, before the high temperature treatment of RTA, for example, the peaks of the secondary ionic strength I related to Mn and Ti are clearly separated from each other in the depth direction. The lower electrode 141 and the recording layer 140R (oxide 70) exist as separate layers.

これに対し、図8(b)に表したように、RTAの高温処理の後は、例えばMn及びTiのピークは深さ方向に対して明確なピークを持たない広がった特性を有している。すなわち、例えばMnとTiとが相互拡散しており、高温処理の前後で記録層140R及び下部電極141の組成が変化している。このように、第1の比較例の不揮発性記憶素子149pにおいては、高温処理によって、記録層140Rは記録層として機能しなくなってしまう。   On the other hand, as shown in FIG. 8B, after the high temperature treatment of RTA, for example, the peaks of Mn and Ti have a broad characteristic that does not have a clear peak in the depth direction. . That is, for example, Mn and Ti are interdiffused, and the composition of the recording layer 140R and the lower electrode 141 changes before and after the high temperature treatment. Thus, in the nonvolatile memory element 149p of the first comparative example, the recording layer 140R does not function as a recording layer due to the high temperature treatment.

例えば、整流素子部150となるダイオードの活性化のためのRTA処理を行うと、記録層140Rを構成する金属元素が電極となる層等に拡散する。これにより、スイッチング動作が異常となる。なお、拡散防止層などを設けることによりこの拡散を制御することも考えられるが、工程が増え、また、拡散防止層のピンホールなどによる不良のおそれもあり実用的でない。   For example, when an RTA process for activating the diode that becomes the rectifying element portion 150 is performed, the metal element constituting the recording layer 140R diffuses into the layer that becomes the electrode. As a result, the switching operation becomes abnormal. Although it is conceivable to control this diffusion by providing a diffusion prevention layer or the like, the number of processes is increased, and there is a risk of defects due to pinholes in the diffusion prevention layer, which is not practical.

(第2の比較例)
第2の比較例の不揮発性記憶素子149qは、記録層140Rである酸化物70として、CeOを用いたものである。
図9は、第2の比較例の不揮発性記憶素子に用いられる酸化物の構成を例示する模式図である。
図9に表したように、第2の比較例の不揮発性記憶素子149qの場合、記録層140Rの酸化物70として、CeOが用いられ、酸化物70は蛍石型構造を有する。しかしながら、3価金属元素55が導入されておらず、酸素欠損61が設けられない。従って、不揮発性記憶素子149qは、耐熱性や耐薬品性、プロセス整合性は優れているものの、電気的特性が実用的でない。
(Second comparative example)
The nonvolatile memory element 149q of the second comparative example uses CeO 2 as the oxide 70 that is the recording layer 140R.
FIG. 9 is a schematic view illustrating the configuration of an oxide used for the nonvolatile memory element of the second comparative example.
As shown in FIG. 9, in the case of the nonvolatile memory element 149q of the second comparative example, CeO 2 is used as the oxide 70 of the recording layer 140R, and the oxide 70 has a fluorite structure. However, the trivalent metal element 55 is not introduced, and the oxygen deficiency 61 is not provided. Therefore, the nonvolatile memory element 149q is excellent in heat resistance, chemical resistance, and process consistency, but its electrical characteristics are not practical.

すなわち、不揮発性記憶素子149qにおいては、記録層140Rの絶縁性が強く、例えば抵抗が高すぎてしまう。このため、動作電圧が例えば20V以上になり、また、初期化のためのフォーミングの際に過大な電圧と過大な電流を必要とし、実用的でない。また、フォーミングの際に記録層140Rそのものを破壊する可能性があり問題である。   That is, in the non-volatile memory element 149q, the recording layer 140R has a strong insulating property, for example, the resistance is too high. For this reason, the operating voltage becomes, for example, 20 V or more, and an excessive voltage and an excessive current are required at the time of forming for initialization, which is not practical. Further, there is a possibility that the recording layer 140R itself may be destroyed during forming, which is a problem.

例えば、CeOを用いた記録層140Rの場合、膜厚が20nmと非常に薄い膜であっても非常に高い抵抗値を示し、フォーミング電圧が高くなる。そして、フォーミングの直後に流れる大電流のために素子がショートして動作しなくことがある。また、たとえショートしないフォーミングが行えた場合にあっても、その後のオン・オフのスイッチング動作の回数Nは、30〜100回程度であり、動作不能となる。これは、フォーミング後も、高すぎる抵抗値が障害となり、高い電圧をかけて過剰な電流が流れるためと推測される。 For example, in the case of the recording layer 140R using CeO 2 , even a very thin film having a film thickness of 20 nm exhibits a very high resistance value and a high forming voltage. Then, due to the large current that flows immediately after forming, the element may short-circuit and not operate. Further, even when forming without short-circuiting is performed, the number N of subsequent on / off switching operations is about 30 to 100 times, which makes the operation impossible. This is presumably because even after forming, a resistance value that is too high becomes an obstacle, and an excessive current flows by applying a high voltage.

これに対し、既に説明したように、本実施形態に係る不揮発性記憶素子140においては、記録層140Rの酸化物70において、適切な量の3価金属元素55を導入することにより、酸素欠損61を所望の量で制御して人為的に生成することができ、これにより、実用的な電気的特性を実現する。   On the other hand, as described above, in the nonvolatile memory element 140 according to the present embodiment, the oxygen vacancies 61 are introduced by introducing an appropriate amount of the trivalent metal element 55 into the oxide 70 of the recording layer 140R. Can be generated artificially by controlling the desired amount, thereby realizing practical electrical characteristics.

なお、特許文献1においては、記録層140RとしてCeOを用い、これとCu、Ag、Zn等の特定のイオン源層とを組み合わせる技術が提案されているが、この場合には、CeOに3価金属元素55が導入されていないので酸素欠損61が生成されない。また、特許文献1において、記録層140Rとして、NiO、CoO、CeOから選ばれる1種類以上の酸化物を用いることも記載されているが、これらの複数の化合物は別の層として積層されることが前提であり、CeOの結晶構造のCeのサイトが他の元素によって置換されることは考慮されていない。さらに、この技術においては、蛍石型構造を維持することも言及されていない。すなわち、特許文献1においては、CeOが用いられるが、その際に上記のイオン源層が組み合わされるものである。従って、本発明は、特許文献1に記載されている技術とは全く異なる技術である。 In the Patent Document 1, a CeO 2 used as a recording layer 140R, which the Cu, Ag, a technique of combining a specific ion source layer of Zn or the like has been proposed, in this case, the CeO 2 Since the trivalent metal element 55 is not introduced, the oxygen deficiency 61 is not generated. In Patent Document 1, it is also described that one or more kinds of oxides selected from NiO, CoO, and CeO 2 are used as the recording layer 140R. However, these plural compounds are stacked as separate layers. it is premised, the site of Ce in the crystal structure of CeO 2 is replaced by other elements is not considered. In addition, this technique does not mention maintaining a fluorite structure. That is, in Patent Document 1, CeO 2 is used, and in this case, the above ion source layers are combined. Therefore, the present invention is a technique that is completely different from the technique described in Patent Document 1.

なお、抵抗変化型の材料として、NiO、CoO、ZnFeO等の酸化物の他、Pr0.7Ca0.3MnO等のように超電導材料として用いられているペロブスカイト構造を持つ複合酸化物、さらには、ZnCaSのような酸化物でないものも知られている。 In addition, as a variable resistance material, in addition to oxides such as NiO, CoO, and ZnFeO 3 , composite oxides having a perovskite structure that are used as superconducting materials such as Pr 0.7 Ca 0.3 MnO 3 Furthermore, non-oxides such as ZnCaS are also known.

これらの各種の材料においては、動作電圧が実用的でないか、スイッチングの耐久性が低いかの問題がある。また、例えば、耐熱性の乏しい材料では、リセット時にショートし易い。さらには、例えば、整流素子部150となるダイオードの活性化処理であるRTA処理において、800℃前後の熱がかかった時に、酸化や還元の反応によって抵抗値が増大したり、また相互拡散や複合酸化物生成によりスイッチしなくなったりする問題が生じる。また、製造工程で用いられる強い化学薬品や処理条件などにより材料の劣化などが問題となる。   In these various materials, there is a problem that the operating voltage is not practical or switching durability is low. In addition, for example, a material with poor heat resistance is easily short-circuited at reset. Furthermore, for example, in the RTA process, which is an activation process of the diode that becomes the rectifying element unit 150, when heat of about 800 ° C. is applied, the resistance value increases due to the reaction of oxidation or reduction, and mutual diffusion or complex There arises a problem that the oxide is not switched due to the generation of oxide. In addition, deterioration of the material becomes a problem due to strong chemicals used in the manufacturing process or processing conditions.

なお、抵抗変化型材料として、複数の価数を取る元素が用いられるが、酸化や還元で価数が変わりスイッチしない状態になり易いことも問題である。その際、3族元素のような酸化にも還元にも強く、高耐熱性、高耐薬品性の材料としてAlがあるが、Alは通常単一の価数である3価しか取らず、酸化物が非常に抵抗の高い絶縁体であり、他の複合酸化物においても抵抗変化材料として実用的でない高いセット電圧Vsetなどを持つ。   Although an element having a plurality of valences is used as the resistance change material, there is a problem that the valence changes due to oxidation or reduction and the switch is not easily switched. At that time, Al is a highly heat-resistant and chemical-resistant material that is resistant to oxidation and reduction, such as a group 3 element, but Al usually takes only a single valence, trivalent, and oxidation. The object is an insulator having a very high resistance, and other composite oxides have a high set voltage Vset which is not practical as a resistance change material.

これに対し、本実施形態に係る不揮発性記憶素子140においては、記録層140Rの酸化物70として、酸化物が熱的及び化学的に非常に安定な蛍石型構造をとる各種の元素の中で、原子半径が実質的に近いランタノイド族の中で唯一4価を取るCeを採用し、蛍石型構造を維持しつつ、3価金属元素55によってCe元素50の一部を置換する構造が適用される。   On the other hand, in the nonvolatile memory element 140 according to this embodiment, the oxide 70 of the recording layer 140R includes various elements having a fluorite structure that is very thermally and chemically stable. In the lanthanoid group having a substantially similar atomic radius, the only tetravalent Ce is adopted, and a structure in which a part of the Ce element 50 is replaced by the trivalent metal element 55 while maintaining the fluorite structure. Applied.

これにより、電気的性能及び耐プロセス性能が優れた不揮発性記憶素子が提供できる。 そして、その際に、Ce元素50と原子半径が実質的に同じランタノイド族の中の他の元素を3価金属元素55として用いることにより、蛍石型構造を安定化させ、比較的高い比率で3価金属元素55を導入することができる。これにより、動作電圧等の電気的特性の制御がやり易くなる。   Thereby, a nonvolatile memory element excellent in electrical performance and process resistance performance can be provided. At that time, by using another element in the lanthanoid group having substantially the same atomic radius as that of the Ce element 50 as the trivalent metal element 55, the fluorite structure is stabilized, and at a relatively high ratio. A trivalent metal element 55 can be introduced. This facilitates control of electrical characteristics such as operating voltage.

(第2の実施例)
第2の実施例は、第1の実施例において、3価金属元素55としてSmを用い、その組成比を変えたものである。それ以外は、第1の実施例と同じである。
すなわち、記録層140Rの酸化物70を成膜する際のターゲットとして、以下の15種類を用いた。すなわち、SmとCeとの合計の金属元素の量に対して、Smの比率を0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%、30%、40%、50%、60%、70%と変えた。これらのターゲットのそれぞれを用いて、第1の実施例と同様の基板の上に酸化物70の膜をPLD法により成膜した。得られた試料を、試料2FR0.01(第2の実施例、Film Resistive、Sm量0.01モル%)、2FR0.02、2FR0.05、2FR0.1、2FR0.2、2FR0.5、2FR1、2FR2、2FR5、2FR10、2FR30、2FR40、2FR50、2FR60及び2FR70と呼ぶことにする。なお、これらの試料のそれぞれにおけるSmの組成比は、上記のターゲットのそれぞれにおけるSmの組成比と同じとなる。なお、この時も、膜厚は10nmとし、それぞれの成膜レートは0.84nm/sとした。
(Second embodiment)
In the second embodiment, Sm is used as the trivalent metal element 55 in the first embodiment, and the composition ratio is changed. The rest is the same as the first embodiment.
That is, the following 15 types were used as targets when forming the oxide 70 of the recording layer 140R. That is, the ratio of Sm is 0.01%, 0.02%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.5% with respect to the total amount of metallic elements of Sm and Ce. 1%, 2%, 5%, 10%, 30%, 40%, 50%, 60%, and 70%. Using each of these targets, an oxide 70 film was formed on the same substrate as in the first example by the PLD method. The obtained sample was designated as Sample 2FR0.01 (second example, Film Resistive, Sm amount 0.01 mol%), 2FR0.02, 2FR0.05, 2FR0.1, 2FR0.2, 2FR0.5, 2FR1. 2FR2, 2FR5, 2FR10, 2FR30, 2FR40, 2FR50, 2FR60 and 2FR70 will be referred to. In addition, the composition ratio of Sm in each of these samples is the same as the composition ratio of Sm in each of the above targets. At this time, the film thickness was 10 nm, and the film formation rate was 0.84 nm / s.

これらの試料に関して、XRDによる2θ/θ測定を行った結果、Smの比率が0.01〜40%では蛍石型構造が維持されており、それ以外では蛍石型構造が一部存在していた。すなわち、試料2FR0.01、2FR0.02、2FR0.05、2FR0.1、2FR0.2、2FR0.5、2FR1、2FR2、2FR5、2FR10、2FR30及び2FR40は蛍石型構造を維持し、試料2FR50、2FR60及び2FR70では、蛍石型構造の一部が崩れた。   As a result of performing 2θ / θ measurement by XRD on these samples, a fluorite structure was maintained when the Sm ratio was 0.01 to 40%, and a part of the fluorite structure was present otherwise. It was. That is, Samples 2FR0.01, 2FR0.02, 2FR0.05, 2FR0.1, 2FR0.2, 2FR0.5, 2FR1, 2FR2, 2FR5, 2FR10, 2FR30 and 2FR40 maintain a fluorite structure, and Sample 2FR50, In 2FR60 and 2FR70, part of the fluorite structure collapsed.

そして、第1の実施例と同様にして、上部電極142となるPt膜を厚さ100nmで成膜した。そして、それぞれのSmの比率を有する試料を、試料2FT0.01(第2の実施例、Top electrode、Sm量0.01モル%)、2FT0.02、2FT0.05、2FT0.1、2FT0.2、2FT0.5、2FT1、2FT2、2FT5、2FT10、2FT30、2FT40、2FT50、2FT60及び2FT70と呼ぶことにする。   In the same manner as in the first example, a Pt film to be the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm. Then, samples having respective Sm ratios are obtained as Sample 2FT0.01 (second example, Top electrode, Sm amount 0.01 mol%), 2FT0.02, 2FT0.05, 2FT0.1, 2FT0.2. 2FT0.5, 2FT1, 2FT2, 2FT5, 2FT10, 2FT30, 2FT40, 2FT50, 2FT60 and 2FT70.

そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料の電気的特性をスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1万回である。   Then, in the same manner as in the first example, the electrical characteristics of these samples were measured by changing the switching frequency N. Note that the maximum number of switching times N is 10,000.

その結果、試料2FT0.05、2FT0.1、2FT0.2、2FT0.5、2FT1、2FT2、2FT5、2FT10、2FT30及び2FT40における抵抗変化は、第1の実施例の結果とほぼ一致し、すなわち、オン状態とオフ状態との抵抗の比が約100〜1000倍であった。   As a result, the resistance changes in the samples 2FT0.05, 2FT0.1, 2FT0.2, 2FT0.5, 2FT1, 2FT2, 2FT5, 2FT10, 2FT30, and 2FT40 almost coincide with the results of the first embodiment, that is, The ratio of the resistance between the on state and the off state was about 100 to 1000 times.

そして、試料2FT0.05、2FT0.1、2FT0.2、2FT0.5、2FT1、2FT2、2FT5、2FT10、2FT30及び2FT40においては、スイッチング回数Nが1万回を超えるパッドが存在した。一方、試料2FT0.01及び2FT0.02においては、全てのパッドにおいてスイッチング回数Nが1000回以下と、特に悪かった。また、試料2FT50、2FT60及び2FT70では、スイッチング回数Nが1000回を超えるパッドがそれぞれ存在したが、1万回を超えるパッドは存在しなかった。   In Samples 2FT0.05, 2FT0.1, 2FT0.2, 2FT0.5, 2FT1, 2FT2, 2FT5, 2FT10, 2FT30, and 2FT40, there were pads in which the switching frequency N exceeded 10,000. On the other hand, in Samples 2FT0.01 and 2FT0.02, the switching frequency N of all the pads was particularly bad at 1000 or less. In Samples 2FT50, 2FT60, and 2FT70, there were pads with switching times N exceeding 1000 times, respectively, but there were no pads exceeding 10,000 times.

既に説明した第1の実施例及び本実施例のように、SmによってCeを置換する量が40モル%以下であれば蛍石型構造を形成する。そして、良好なスイッチングを示したスイッチング回数Nが多かった試料は、Smの比率が0.05〜40モル%であった。Smの比率が50%以上の場合は、スイッチング回数Nが小さく、これは、蛍石型構造のCeOよりもSmが主体となり、蛍石型構造のピークが小さくなることが原因と推測された。また、Smの比率が0.01または0.02モル%の場合は、スイッチングの特性が悪かったが、これは、Smの導入量が少ないため、酸素欠損61の生成の効果が不十分であったことが原因と推測される。 As in the first embodiment and this embodiment already described, a fluorite structure is formed when the amount of Ce substituted by Sm is 40 mol% or less. And the sample with many switching frequency N which showed favorable switching was 0.05-40 mol% in the ratio of Sm. When the ratio of Sm is 50% or more, the number of times of switching N is small. This is because Sm 2 O 3 is the main component of CeO 2 having a fluorite structure and the peak of the fluorite structure is smaller. Was guessed. In addition, when the Sm ratio was 0.01 or 0.02 mol%, the switching characteristics were poor. However, since the amount of Sm introduced was small, the effect of generating the oxygen deficiency 61 was insufficient. This is presumed to be the cause.

(第3の実施例)
第3の実施例は、第1の実施例において、記録層140Rとなる酸化物70の膜の膜厚を変えたものである。すなわち、第1の実施例では、記録層140Rの膜厚が10nmであったが、本実施例では、膜厚が1〜100nmの範囲において12種類で変えられた。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the thickness of the oxide 70 film to be the recording layer 140R is changed in the first embodiment. That is, in the first example, the thickness of the recording layer 140R was 10 nm, but in this example, the film thickness was changed in 12 types in the range of 1 to 100 nm.

すなわち、第1の実施例と同様の基板の上に、Smを20モル%で含むターゲットを用い、酸化物70の膜をPLD法により成膜した。この時、膜厚を1、2、3、5、7、15、20、30、40、50、70及び100nmとなるよう成膜を行った。そして、得られた試料を、それぞれの膜厚に対応させて、試料3FR1(第3の実施例、Film、Resistive、膜厚1nm)、3FR2、3FR3、3FR5、3FR7、3FR20、3FR30、3FR40、3FR50、3FR70及び3FR100と呼ぶことにする。なお、この時も成膜レートは0.84nm/sとし、それぞれの膜厚になるように成膜した。   That is, a film of oxide 70 was formed on the same substrate as in the first example by a PLD method using a target containing 20 mol% of Sm. At this time, the film was formed to have a film thickness of 1, 2, 3, 5, 7, 15, 20, 30, 40, 50, 70 and 100 nm. The obtained samples are made to correspond to the respective film thicknesses, and sample 3FR1 (third embodiment, Film, Resistive, film thickness 1 nm), 3FR2, 3FR3, 3FR5, 3FR7, 3FR20, 3FR30, 3FR40, 3FR50. These will be referred to as 3FR70 and 3FR100. At this time, the film formation rate was 0.84 nm / s, and the film was formed to have each film thickness.

これらの試料に関して、XRDによる2θ/θ測定を行った結果、膜厚が3nm以上である試料3FR3、3FR5、3FR7、3FR20、3FR30、3FR40、3FR50、3FR70及び3FR100で蛍石型構造のピークが確認された。一方、膜厚が1nm及び2nmである試料3FR1及び3FR2においては蛍石型構造のピークが確認されなかったが、これは、蛍石型構造を持ちながらも膜厚が薄いためにXRDの回折ピークが得られなかった可能性がある。   As a result of performing 2θ / θ measurement by XRD on these samples, peaks of fluorite structure were confirmed in samples 3FR3, 3FR5, 3FR7, 3FR20, 3FR30, 3FR40, 3FR50, 3FR70 and 3FR100 having a film thickness of 3 nm or more. It was done. On the other hand, in the samples 3FR1 and 3FR2 having the film thicknesses of 1 nm and 2 nm, the peak of the fluorite structure was not confirmed, but this is due to the XRD diffraction peak due to the thin film thickness while having the fluorite structure. May not have been obtained.

そして、第1の実施例と同様にして、上部電極142となるPt膜を厚さ100nmで成膜した。そして、それぞれの膜厚の試料を、試料3FT1(第3の実施例、Top electrode、膜厚1nm)、3FT2、3FT3、3FT5、3FT7、3FT20、3FT30、3FT40、3FT50、3FT70及び3FT100と呼ぶことにする。   In the same manner as in the first example, a Pt film to be the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm. The samples having respective film thicknesses are referred to as samples 3FT1 (third embodiment, Top electrode, film thickness 1 nm), 3FT2, 3FT3, 3FT5, 3FT7, 3FT20, 3FT30, 3FT40, 3FT50, 3FT70, and 3FT100. To do.

そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料のスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1万回である。   In the same manner as in the first example, the number of switching times N of these samples was changed and measured. Note that the maximum number of switching times N is 10,000.

その結果、試料3FT5、3FT7、3FT20、3FT30、3FT40及び3FT50における抵抗変化は、第1の実施例の結果とほぼ一致し、すなわち、オン状態とオフ状態との抵抗の比が約100倍であった。その他の試料、すなわち、試料3FT1、3FT2、3FT70及び3FT100では、スイッチングが確認できなかった。   As a result, the resistance changes in the samples 3FT5, 3FT7, 3FT20, 3FT30, 3FT40, and 3FT50 almost coincide with the results of the first embodiment, that is, the ratio of the resistance between the on state and the off state is about 100 times. It was. In other samples, that is, samples 3FT1, 3FT2, 3FT70, and 3FT100, switching could not be confirmed.

そして、試料3FR5、3FR7、3FR10、3FR20、3FR30、3FR40及び3FR50において、スイッチング回数Nが1万回を超えるパッドが確認できた。そして、試料3FR3はスイッチするものもあればそうでないものもあった。また、試料3FR1及び3FR2は膜厚が薄いためかリーク状態であった。また、膜厚が70nm以上である試料3FT70及び3FT100では、絶縁性が高く、スイッチするパッドが存在するものの、多数回のスイッチングを実現することはできなかった。   And in the samples 3FR5, 3FR7, 3FR10, 3FR20, 3FR30, 3FR40, and 3FR50, it was confirmed that the number of switching times N exceeded 10,000. Some of the samples 3FR3 switched and others did not. Samples 3FR1 and 3FR2 were in a leaked state because of their thin film thickness. Further, Samples 3FT70 and 3FT100 having a film thickness of 70 nm or more have high insulating properties and have a pad to be switched, but cannot be switched many times.

既に説明した第1の実施例及び本実施例のように、SmによるCeの置換の比率が20モル%の記録層140Rにおいて、膜厚が5nm〜50nmであれば良好なスイッチング特性が得られた。それ以外の膜厚では良好なスイッチングを示すスイッチング回数Nが減少する傾向が見られた。このように、CeOにSmを20モル%で添加してCeをSmによって置換することにより抵抗が低下でき、良好なスイッチング動作が可能であるが、膜厚が50nmより厚い場合には、この添加量ではスイッチングが困難であった。 In the recording layer 140R in which the substitution ratio of Ce with Sm is 20 mol% as in the first embodiment and the present embodiment described above, good switching characteristics were obtained when the film thickness was 5 nm to 50 nm. . At other film thicknesses, there was a tendency that the switching frequency N indicating good switching decreased. Thus, by adding Sm at 20 mol% to CeO 2 and substituting Ce with Sm, the resistance can be reduced and a good switching operation is possible. However, when the film thickness is thicker than 50 nm, Switching was difficult with the added amount.

(第4の実施例)
第4の実施例は、第2の実施例において、記録層140Rとなる酸化物70の3価金属元素55として、Smに換えてランタノイド族の別の金属元素であるNdを用いたものである。すなわち、3価金属元素55としてNdを用い、そしてその組成比を変えたものである。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, Nd, which is another metal element of the lanthanoid group, is used instead of Sm as the trivalent metal element 55 of the oxide 70 to be the recording layer 140R in the second embodiment. . That is, Nd is used as the trivalent metal element 55 and the composition ratio is changed.

すなわち、記録層140Rの酸化物70を成膜する際のターゲットとして、以下の16種類を用いた。すなわち、NdとCeとの合計の金属元素の量に対して、Ndの比率を0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%と変えた。これらのターゲットのそれぞれを用いて、第1の実施例と同様の基板の上に酸化物70の膜をPLD法により成膜した。得られた試料を、試料4FR0.01(第4の実施例、Film、Resistive、Nd量0.01モル%)、4FR0.02、4FR0.05、4FR0.1、4FR0.2、4FR0.5、4FR1、4FR2、4FR5、4FR10、4FR20、4FR30、4FR40、4FR50、4FR60及び4FR70と呼ぶことにする。なお、これらの試料のそれぞれにおけるNdの組成比は、上記のターゲットのそれぞれにおけるNdの組成比と同じとなる。なお、この時も、膜厚は10nmとし、それぞれの成膜レートは0.84nm/sとした。   That is, the following 16 types were used as targets when forming the oxide 70 of the recording layer 140R. That is, the ratio of Nd is 0.01%, 0.02%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.5% with respect to the total amount of metal elements of Nd and Ce. 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, and 70%. Using each of these targets, an oxide 70 film was formed on the same substrate as in the first example by the PLD method. The obtained sample was made into sample 4FR0.01 (4th Example, Film, Resistive, Nd amount 0.01 mol%), 4FR0.02, 4FR0.05, 4FR0.1, 4FR0.2, 4FR0.5, These will be referred to as 4FR1, 4FR2, 4FR5, 4FR10, 4FR20, 4FR30, 4FR40, 4FR50, 4FR60 and 4FR70. Note that the composition ratio of Nd in each of these samples is the same as the composition ratio of Nd in each of the above targets. At this time, the film thickness was 10 nm, and the film formation rate was 0.84 nm / s.

これらの試料に関して、XRDによって2θ/θ測定を行った結果、Ndの比率が0.01〜40%では蛍石型構造が維持されることがわかり、それ以外では蛍石型構造が一部存在することがわかった。すなわち、試料4FR0.01、4FR0.02、4FR0.05、4FR0.1、4FR0.2、4FR0.5、4FR1、4FR2、4FR5、4FR10、4FR20、4FR30及び4FR40は蛍石型構造を維持し、試料4FR50、4FR60及び4FR70では、蛍石型構造の一部が崩れた。   As a result of performing 2θ / θ measurement on these samples by XRD, it was found that a fluorite structure was maintained when the Nd ratio was 0.01 to 40%, and a part of the fluorite structure was present otherwise. I found out that That is, samples 4FR0.01, 4FR0.02, 4FR0.05, 4FR0.1, 4FR0.2, 4FR0.5, 4FR1, 4FR2, 4FR5, 4FR10, 4FR20, 4FR30 and 4FR40 maintain a fluorite structure, In 4FR50, 4FR60, and 4FR70, part of the fluorite structure collapsed.

そして、第1の実施例と同様にして、上部電極142となるPt膜を厚さ100nmで成膜した。そして、それぞれのNdの比率を有する試料を、試料4FT0.01(第4の実施例、Top electrode、Nd量0.01モル%)、4FT0.02、4FT0.05、4FT0.1、4FT0.2、4FT0.5、4FT1、4FT2、4FT5、4FT10、4FT20、4FT30、4FT40、4FT50、4FT60及び4FT70と呼ぶことにする。   In the same manner as in the first example, a Pt film to be the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm. Then, samples having respective Nd ratios were prepared as Sample 4FT0.01 (fourth example, Top electrode, Nd amount 0.01 mol%), 4FT0.02, 4FT0.05, 4FT0.1, 4FT0.2. 4FT0.5, 4FT1, 4FT2, 4FT5, 4FT10, 4FT20, 4FT30, 4FT40, 4FT50, 4FT60 and 4FT70 will be referred to.

そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料の電気的特性をスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1万回である。   Then, in the same manner as in the first example, the electrical characteristics of these samples were measured by changing the switching frequency N. Note that the maximum number of switching times N is 10,000.

その結果、試料4FT0.05、4FT0.1、4FT0.2、4FT0.5、4FT1、4FT2、4FT5、4FT10、4FT20、4FT30及び4FT40において、オン状態とオフ状態との抵抗の比が約100倍であった。   As a result, in the samples 4FT0.05, 4FT0.1, 4FT0.2, 4FT0.5, 4FT1, 4FT2, 4FT5, 4FT10, 4FT20, 4FT30, and 4FT40, the resistance ratio between the on state and the off state is about 100 times. there were.

そして、試料4FT0.05、4FT0.1、4FT0.2、4FT0.5、4FT1、4FT2、4FT5、4FT10、4FT20、4FT30及び4FT40においては、スイッチング回数Nが1万回を超えるパッドが存在した。一方、試料4FT0.01及び4FT0.02においては、全てのパッドにおいてスイッチング回数Nが1000回以下、と特に悪かった。また、試料4FT50、4FT60及び4FT70では、スイッチング回数Nが1000回を超えるパッドがそれぞれ存在したが、1万回を超えるパッドは存在しなかった。   In Samples 4FT0.05, 4FT0.1, 4FT0.2, 4FT0.5, 4FT1, 4FT2, 4FT5, 4FT10, 4FT20, 4FT30, and 4FT40, there were pads in which the switching frequency N exceeded 10,000. On the other hand, in Samples 4FT0.01 and 4FT0.02, the switching frequency N was particularly bad at 1000 or less for all pads. In Samples 4FT50, 4FT60, and 4FT70, there were pads with the switching frequency N exceeding 1000 times, but there were no pads exceeding 10,000 times.

このように、Smに変えてNdを用いても良好な特性が得られた。そして、NdによってCeを置換する量が40モル%以下であれば蛍石型構造が形成された。そして、良好なスイッチング動作を示すスイッチング回数Nが多かった試料は、Ndの比率が0.05〜40モル%であった。Ndの比率が50%以上の場合は、スイッチング回数Nが小さく、これは、蛍石型構造のCeOよりもNdが主体となり、蛍石型構造のピークが小さくなることが原因と推測された。また、Ndの比率が0.01または0.02モル%の場合は、スイッチングの特性が悪かったが、これは、Ndの導入量が少ないため、酸素欠損61の生成の効果が不十分であったことが原因と推測される。以上のように、3価金属元素55としてNdを用いた場合も、3価金属元素55としてSmを用いた第2の実施例と同様の結果が得られた。 Thus, good characteristics were obtained even when Nd was used instead of Sm. When the amount of Ce substituted by Nd was 40 mol% or less, a fluorite structure was formed. And the sample with many switching frequency N which shows a favorable switching operation | movement has the ratio of Nd 0.05-40 mol%. When the ratio of Nd is 50% or more, the number of switching times N is small. This is because Nd 2 O 3 is the main component of CeO 2 having a fluorite structure and the peak of the fluorite structure is small. Was guessed. In addition, when the Nd ratio was 0.01 or 0.02 mol%, the switching characteristics were poor, but this was not sufficient for the generation of oxygen deficiency 61 due to the small amount of Nd introduced. This is presumed to be the cause. As described above, when Nd was used as the trivalent metal element 55, the same results as in the second example using Sm as the trivalent metal element 55 were obtained.

(第5の実施例)
第5の実施例は、第2の実施例において、記録層140Rとなる酸化物70の3価金属元素55として、Smに換えてランタノイド族のさらに別の金属元素であるLaを用いたものである。すなわち、3価金属元素55としてLaを用い、そしてその組成比を変えたものである。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment uses La, which is another metal element of the lanthanoid group, instead of Sm as the trivalent metal element 55 of the oxide 70 that becomes the recording layer 140R in the second embodiment. is there. That is, La is used as the trivalent metal element 55 and the composition ratio is changed.

すなわち、記録層140Rの酸化物70を成膜する際のターゲットとして、以下の16種類を用いた。すなわち、LaとCeとの合計の金属元素の量に対して、Laの比率を0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%と変えた。これらのターゲットのそれぞれを用いて、第1の実施例と同様の基板の上に酸化物70の膜をPLD法により成膜した。得られた試料を、試料5FR0.01(第5の実施例、Film、Resistive、La量0.01モル%)、5FR0.02、5FR0.05、5FR0.1、5FR0.2、5FR0.5、5FR1、5FR2、5FR5、5FR10、5FR20、5FR30、5FR40、5FR50、5FR60及び5FR70と呼ぶことにする。なお、これらの試料のそれぞれにおけるLaの組成比は、上記のターゲットのそれぞれにおけるLaの組成比と同じとなる。なお、この時も、膜厚は10nmとし、それぞれの成膜レートは0.84nm/sとした。   That is, the following 16 types were used as targets when forming the oxide 70 of the recording layer 140R. That is, the ratio of La is 0.01%, 0.02%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.5% with respect to the total amount of metallic elements of La and Ce. 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, and 70%. Using each of these targets, an oxide 70 film was formed on the same substrate as in the first example by the PLD method. The obtained sample was sample 5FR0.01 (5th Example, Film, Resistive, La amount 0.01 mol%), 5FR0.02, 5FR0.05, 5FR0.1, 5FR0.2, 5FR0.5, 5FR1, 5FR2, 5FR5, 5FR10, 5FR20, 5FR30, 5FR40, 5FR50, 5FR60 and 5FR70 will be referred to. Note that the composition ratio of La in each of these samples is the same as the composition ratio of La in each of the above targets. At this time, the film thickness was 10 nm, and the film formation rate was 0.84 nm / s.

これらの試料に関して、XRDによって2θ/θ測定を行った結果、Laの比率が0.01〜30%では蛍石型構造が維持され、それ以外では蛍石型構造が一部存在した。すなわち、試料5FR0.01、5FR0.02、5FR0.05、5FR0.1、5FR0.2、5FR0.5、5FR1、5FR2、5FR5、5FR10及び5FR30は蛍石型構造を維持し、試料5FR40、5FR50、5FR60及び5FR70では、蛍石型構造の一部が崩れた。   These samples were subjected to 2θ / θ measurement by XRD. As a result, a fluorite structure was maintained when the La ratio was 0.01 to 30%, and a part of the fluorite structure was present otherwise. That is, samples 5FR0.01, 5FR0.02, 5FR0.05, 5FR0.1, 5FR0.2, 5FR0.5, 5FR1, 5FR2, 5FR5, 5FR10 and 5FR30 maintain the fluorite structure, and samples 5FR40, 5FR50, In 5FR60 and 5FR70, part of the fluorite structure collapsed.

そして、第1の実施例と同様にして、上部電極142となるPt膜を厚さ100nmで成膜した。そして、それぞれのLaの比率を有する試料を、試料5FT0.01(第5の実施例、Top electrode、La量0.01モル%)、5FT0.02、5FT0.05、5FT0.1、5FT0.2、5FT0.5、5FT1、5FT2、5FT5、5FT10、5FT20、5FT30、5FT40、5FT50、5FT60及び5FT70と呼ぶことにする。   In the same manner as in the first example, a Pt film to be the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm. Then, samples having respective La ratios were prepared as Sample 5FT0.01 (5th Example, Top electrode, La amount 0.01 mol%), 5FT0.02, 5FT0.05, 5FT0.1, 5FT0.2. 5FT0.5, 5FT1, 5FT2, 5FT5, 5FT10, 5FT20, 5FT30, 5FT40, 5FT50, 5FT60 and 5FT70 will be referred to.

そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料の電気的特性をスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1万回である。   Then, in the same manner as in the first example, the electrical characteristics of these samples were measured by changing the switching frequency N. Note that the maximum number of switching times N is 10,000.

その結果、試料5FT0.05、5FT0.1、5FT0.2、5FT0.5、5FT1、5FT2、5FT5、5FT10及び5FT20において、オン状態とオフ状態との抵抗の比が約100倍であった。   As a result, in the samples 5FT0.05, 5FT0.1, 5FT0.2, 5FT0.5, 5FT1, 5FT2, 5FT5, 5FT10, and 5FT20, the resistance ratio between the on state and the off state was about 100 times.

そして、試料5FT0.05、5FT0.1、5FT0.2、5FT0.5、5FT1、5FT2、5FT5、5FT10及び5FT20においては、スイッチング回数Nが1万回を超えるパッドが存在した。一方、試料5FT0.01及び5FT0.02においては、全てのパッドにおいてスイッチング回数Nが1000回以下、と特に悪かった。また、試料5FT30、5FT40、5FT50、5FT60及び5FT70では、スイッチング回数Nが1000回を超えるパッドがそれぞれ存在したが、1万回を超えるパッドは存在しなかった。   In Samples 5FT0.05, 5FT0.1, 5FT0.2, 5FT0.5, 5FT1, 5FT2, 5FT5, 5FT10, and 5FT20, there were pads in which the switching frequency N exceeded 10,000. On the other hand, in Samples 5FT0.01 and 5FT0.02, the switching frequency N was particularly bad at 1000 or less for all the pads. In Samples 5FT30, 5FT40, 5FT50, 5FT60, and 5FT70, there were pads with switching frequency N exceeding 1000 times, respectively, but there were no pads exceeding 10,000 times.

このように、Smに変えてLaを用いても良好な特性が得られた。そして、LaによってCeを置換する量が30モル%以下であれば蛍石型構造が形成された。そして、良好なスイッチング動作を示すスイッチング回数Nが多かった試料は、Laの比率が0.05〜20モル%であった。Laの比率が30%以上の場合は、スイッチング回数Nが小さく、これは、蛍石型構造のCeOよりもLaが主体となり、蛍石型構造のピークが小さくなることが原因と推測された。また、Laの比率が0.01または0.02モル%の場合は、スイッチングの特性が悪かったが、これは、Laの導入量が少ないため、酸素欠損61の生成の効果が不十分であったことが原因と推測される。 Thus, good characteristics were obtained even when La was used instead of Sm. A fluorite structure was formed when the amount of Ce substituted by La was 30 mol% or less. And the sample with many switching frequency N which shows a favorable switching operation | movement had the ratio of La of 0.05-20 mol%. When the ratio of La is 30% or more, the number of times of switching N is small. This is because La 2 O 3 is mainly composed of CeO 2 having a fluorite structure and the peak of the fluorite structure is small. Was guessed. In addition, when the La ratio was 0.01 or 0.02 mol%, the switching characteristics were poor. However, since the amount of La introduced was small, the effect of generating the oxygen deficiency 61 was insufficient. This is presumed to be the cause.

(第6の実施例)
第6の実施例は、第2の実施例において、記録層140Rとなる酸化物70の3価金属元素55として、Smに換えてランタノイド族のさらに別の金属元素であるGdを用いたものである。すなわち、3価金属元素55としてGdを用い、そしてその組成比を変えたものである。
(Sixth embodiment)
In the sixth example, Gd, which is another metal element of the lanthanoid group, is used instead of Sm as the trivalent metal element 55 of the oxide 70 to be the recording layer 140R in the second example. is there. That is, Gd is used as the trivalent metal element 55 and the composition ratio is changed.

すなわち、記録層140Rの酸化物70を成膜する際のターゲットとして、以下の16種類を用いた。すなわち、GdとCeとの合計の金属元素の量に対して、Gdの比率を0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%と変えた。これらのターゲットのそれぞれを用いて、第1の実施例と同様の基板の上に酸化物70の膜をPLD法により成膜した。得られた試料を、試料6FR0.01(第6の実施例、Film、Resistive、Gd量0.01モル%)、6FR0.02、6FR0.05、6FR0.1、6FR0.2、6FR0.5、6FR1、6FR2、6FR5、6FR10、6FR30、6FR40、6FR50、6FR60及び6FR70と呼ぶことにする。なお、これらの試料のそれぞれにおけるGdの組成比は、上記のターゲットのそれぞれにおけるGdの組成比と同じとなる。なお、この時も、膜厚は10nmとし、それぞれの成膜レートは0.84nm/sとした。   That is, the following 16 types were used as targets when forming the oxide 70 of the recording layer 140R. That is, the ratio of Gd is 0.01%, 0.02%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.5% with respect to the total amount of metallic elements of Gd and Ce. 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, and 70%. Using each of these targets, an oxide 70 film was formed on the same substrate as in the first example by the PLD method. The obtained samples were designated as Sample 6FR0.01 (Sixth Example, Film, Resistive, Gd amount 0.01 mol%), 6FR0.02, 6FR0.05, 6FR0.1, 6FR0.2, 6FR0.5, These will be referred to as 6FR1, 6FR2, 6FR5, 6FR10, 6FR30, 6FR40, 6FR50, 6FR60 and 6FR70. The composition ratio of Gd in each of these samples is the same as the composition ratio of Gd in each of the above targets. At this time, the film thickness was 10 nm, and the film formation rate was 0.84 nm / s.

これらの試料に関して、XRDによって2θ/θ測定を行った結果、Gdの比率が0.01〜40%では蛍石型構造が維持され、それ以外では蛍石型構造が一部存在した。すなわち、試料6FR0.01、6FR0.02、6FR0.05、6FR0.1、6FR0.2、6FR0.5、6FR1、6FR2、6FR5、6FR10、6FR20、6FR30及び6FR40は蛍石型構造を維持し、試料6FR50、6FR60及び6FR70では、蛍石型構造の一部が崩れた。   These samples were subjected to 2θ / θ measurement by XRD. As a result, when the Gd ratio was 0.01 to 40%, the fluorite structure was maintained, and in other cases, a fluorite structure was partially present. That is, samples 6FR0.01, 6FR0.02, 6FR0.05, 6FR0.1, 6FR0.2, 6FR0.5, 6FR1, 6FR2, 6FR5, 6FR10, 6FR20, 6FR30 and 6FR40 maintain the fluorite structure, In 6FR50, 6FR60, and 6FR70, a part of the fluorite structure collapsed.

そして、第1の実施例と同様にして、上部電極142となるPt膜を厚さ100nmで成膜した。そして、それぞれのGdの比率を有する試料を、試料6FT0.01(第6の実施例、Top electrode、Gd量0.01モル%)、6FT0.02、6FT0.05、6FT0.1、6FT0.2、6FT0.5、6FT1、6FT2、6FT5、6FT10、6FT20、6FT30、6FT40、6FT50、6FT60及び6FT70と呼ぶことにする。   In the same manner as in the first example, a Pt film to be the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm. Then, samples having respective Gd ratios were prepared as Sample 6FT0.01 (Sixth Example, Top electrode, Gd amount 0.01 mol%), 6FT0.02, 6FT0.05, 6FT0.1, 6FT0.2. , 6FT0.5, 6FT1, 6FT2, 6FT5, 6FT10, 6FT20, 6FT30, 6FT40, 6FT50, 6FT60 and 6FT70.

そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料の電気的特性をスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1万回である。   Then, in the same manner as in the first example, the electrical characteristics of these samples were measured by changing the switching frequency N. Note that the maximum number of switching times N is 10,000.

その結果、試料6FT0.05、6FT0.1、6FT0.2、6FT0.5、6FT1、6FT2、6FT5、6FT10、6FT20、6FT30及び6FT40において、オン状態とオフ状態との抵抗の比が約100倍〜500倍であった。   As a result, in the samples 6FT0.05, 6FT0.1, 6FT0.2, 6FT0.5, 6FT1, 6FT2, 6FT5, 6FT10, 6FT20, 6FT30 and 6FT40, the ratio of the resistance between the on state and the off state is about 100 times to It was 500 times.

そして、試料6FT0.05、6FT0.1、6FT0.2、6FT0.5、6FT1、6FT2、6FT5、6FT10、6FT20、6FT30及び6FT40においては、スイッチング回数Nが1万回を超えるパッドが存在した。一方、試料6FT0.01及び6FT0.02においては、全てのパッドにおいてスイッチング回数Nが1000回以下、と特に悪かった。また、試料6FT50、6FT60及び6FT70では、スイッチング回数Nが1000回を超えるパッドがそれぞれ存在したが、1万回を超えるパッドは存在しなかった。   In Samples 6FT0.05, 6FT0.1, 6FT0.2, 6FT0.5, 6FT1, 6FT2, 6FT5, 6FT10, 6FT20, 6FT30, and 6FT40, there were pads with a switching frequency N exceeding 10,000. On the other hand, in the samples 6FT0.01 and 6FT0.02, the switching frequency N was particularly bad at 1000 or less for all the pads. In Samples 6FT50, 6FT60, and 6FT70, there were pads with switching frequency N exceeding 1000 times, respectively, but there were no pads exceeding 10,000 times.

このように、Smに変えてGdを用いても良好な特性が得られた。そして、GdによってCeを置換する量が40モル%以下であれば蛍石型構造が形成された。そして、良好なスイッチング動作を示すスイッチング回数Nが多かった試料は、Gdの比率が0.05〜40モル%であった。Ndの比率が50%以上の場合は、スイッチング回数Nが小さく、これは、蛍石型構造のCeOよりもGdが主体となり、蛍石型構造のピークが小さくなることが原因と推測された。また、Gdの比率が0.01または0.02モル%の場合は、スイッチングの特性が悪かったが、これは、Gdの導入量が少ないため、酸素欠損61の生成の効果が不十分であったことが原因と推測される。以上のように、3価金属元素55としてGdを用いた場合も、3価金属元素55としてSmを用いた第2の実施例と同様の結果が得られた。 Thus, even when Gd was used instead of Sm, good characteristics were obtained. When the amount of Ce substituted by Gd was 40 mol% or less, a fluorite structure was formed. And the sample with many switching frequency N which shows a favorable switching operation | movement has the ratio of Gd 0.05-40 mol%. When the Nd ratio is 50% or more, the number of switching times N is small. This is because Gd 2 O 3 is the main component of CeO 2 having a fluorite structure and the peak of the fluorite structure is small. Was guessed. In addition, when the Gd ratio was 0.01 or 0.02 mol%, the switching characteristics were poor. However, since the amount of Gd introduced was small, the effect of generating the oxygen deficiency 61 was insufficient. This is presumed to be the cause. As described above, when Gd was used as the trivalent metal element 55, the same result as in the second example using Sm as the trivalent metal element 55 was obtained.

(第7の実施例)
第7の実施例は、第2の実施例において、記録層140Rとなる酸化物70の3価金属元素55として、Smに換えてランタノイド族のさらに別の金属元素であるYbを用いたものである。すなわち、3価金属元素55としてYbを用い、そしてその組成比を変えたものである。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment uses Yb, which is another metal element of the lanthanoid group, instead of Sm, as the trivalent metal element 55 of the oxide 70 that becomes the recording layer 140R in the second embodiment. is there. That is, Yb is used as the trivalent metal element 55 and the composition ratio is changed.

すなわち、記録層140Rの酸化物70を成膜する際のターゲットとして、以下の16種類を用いた。すなわち、YbとCeとの合計の金属元素の量に対して、Ybの比率を0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%と変えた。これらのターゲットのそれぞれを用いて、第1の実施例と同様の基板の上に酸化物70の膜をPLD法により成膜した。得られた試料を、試料7FR0.01(第7の実施例、Film、Resistive、Yb量0.01モル%)、7FR0.02、7FR0.05、7FR0.1、7FR0.2、7FR0.5、7FR1、7FR2、7FR5、7FR10、7FR20、7FR30、7FR40、7FR50、7FR60及び7FR70と呼ぶことにする。なお、これらの試料のそれぞれにおけるYbの組成比は、上記のターゲットのそれぞれにおけるYbの組成比と同じとなる。なお、この時も、膜厚は10nmとし、それぞれの成膜レートは0.84nm/sとした。   That is, the following 16 types were used as targets when forming the oxide 70 of the recording layer 140R. That is, the ratio of Yb is 0.01%, 0.02%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.5% with respect to the total amount of metal elements of Yb and Ce. 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, and 70%. Using each of these targets, an oxide 70 film was formed on the same substrate as in the first example by the PLD method. The obtained sample was used as Sample 7FR0.01 (Seventh Example, Film, Resistive, Yb amount 0.01 mol%), 7FR0.02, 7FR0.05, 7FR0.1, 7FR0.2, 7FR0.5, 7FR1, 7FR2, 7FR5, 7FR10, 7FR20, 7FR30, 7FR40, 7FR50, 7FR60 and 7FR70 will be referred to. The Yb composition ratio in each of these samples is the same as the Yb composition ratio in each of the above targets. At this time, the film thickness was 10 nm, and the film formation rate was 0.84 nm / s.

これらの試料に関して、XRDによって2θ/θ測定を行った結果、Ybの比率が0.01〜30%では蛍石型構造が維持され、それ以外では蛍石型構造が一部存在した。すなわち、試料7FR0.01、7FR0.02、7FR0.05、7FR0.1、7FR0.2、7FR0.5、7FR1、7FR2、7FR5、7FR10、7FR20及び7FR30は蛍石型構造を維持し、試料7FR40、7FR50、7FR60及び7FR70では、蛍石型構造の一部が崩れた。   These samples were subjected to 2θ / θ measurement by XRD. As a result, a fluorite structure was maintained when the Yb ratio was 0.01 to 30%, and a part of the fluorite structure was present otherwise. That is, samples 7FR0.01, 7FR0.02, 7FR0.05, 7FR0.1, 7FR0.2, 7FR0.5, 7FR1, 7FR2, 7FR5, 7FR10, 7FR20 and 7FR30 maintain the fluorite structure, and samples 7FR40, In 7FR50, 7FR60, and 7FR70, a part of the fluorite structure collapsed.

そして、第1の実施例と同様にして、上部電極142となるPt膜を厚さ100nmで成膜した。そして、それぞれのLaの比率を有する試料を、試料7FT0.01(第7の実施例、Top electrode、La量0.01モル%)、7FT0.02、7FT0.05、7FT0.1、7FT0.2、7FT0.5、7FT1、7FT2、7FT5、7FT10、7FT20、7FT30、7FT40、7FT50、7FT60及び7FT70と呼ぶことにする。   In the same manner as in the first example, a Pt film to be the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm. Then, samples having respective La ratios were prepared as Sample 7FT0.01 (Seventh Example, Top electrode, La amount 0.01 mol%), 7FT0.02, 7FT0.05, 7FT0.1, 7FT0.2. 7FT0.5, 7FT1, 7FT2, 7FT5, 7FT10, 7FT20, 7FT30, 7FT40, 7FT50, 7FT60 and 7FT70.

そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料の電気的特性をスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1万回である。   Then, in the same manner as in the first example, the electrical characteristics of these samples were measured by changing the switching frequency N. Note that the maximum number of switching times N is 10,000.

その結果、試料7FT0.05、7FT0.1、7FT0.2、7FT0.5、7FT1、7FT2、7FT5、7FT10及び7FT20において、オン状態とオフ状態との抵抗の比が約100倍であった。   As a result, in the samples 7FT0.05, 7FT0.1, 7FT0.2, 7FT0.5, 7FT1, 7FT2, 7FT5, 7FT10, and 7FT20, the resistance ratio between the on state and the off state was about 100 times.

そして、試料7FT0.05、7FT0.1、7FT0.2、7FT0.5、7FT1、7FT2、7FT5、7FT10及び7FT20においては、スイッチング回数Nが1万回を超えるパッドが存在した。一方、試料7FT0.01及び7FT0.02においては、全てのパッドにおいてスイッチング回数Nが1000回以下、と特に悪かった。また、試料7FT30、7FT40、7FT50、7FT60及び7FT70では、スイッチング回数Nが1000回を超えるパッドがそれぞれ存在したが、1万回を超えるパッドは存在しなかった。   In Samples 7FT0.05, 7FT0.1, 7FT0.2, 7FT0.5, 7FT1, 7FT2, 7FT5, 7FT10, and 7FT20, there were pads having a switching frequency N exceeding 10,000. On the other hand, in the samples 7FT0.01 and 7FT0.02, the switching frequency N was particularly bad at 1000 or less for all the pads. In Samples 7FT30, 7FT40, 7FT50, 7FT60, and 7FT70, there were pads with a switching frequency N exceeding 1000 times, but there were no pads exceeding 10,000 times.

このように、Smに変えてYbを用いても良好な特性が得られた。そして、YbによってCeを置換する量が30モル%以下であれば蛍石型構造が形成された。そして、良好なスイッチング動作を示すスイッチング回数Nが多かった試料は、Ybの比率が0.05〜20モル%であった。Ybの比率が30%以上の場合は、スイッチング回数Nが小さく、これは、蛍石型構造のCeOよりもYbが主体となり、蛍石型構造のピークが小さくなることが原因と推測された。また、Ybの比率が0.01または0.02モル%の場合は、スイッチングの特性が悪かったが、これは、Ybの導入量が少ないため、酸素欠損61の生成の効果が不十分であったことが原因と推測される。 Thus, good characteristics were obtained even when Yb was used instead of Sm. When the amount of Ce substituted by Yb was 30 mol% or less, a fluorite structure was formed. And the sample with many switching frequency N which shows a favorable switching operation | movement was 0.05-20 mol% in the ratio of Yb. When the ratio of Yb is 30% or more, the number of times of switching N is small. This is because Yb 2 O 3 is the main component of CeO 2 having a fluorite structure and the peak of the fluorite structure is small. Was guessed. In addition, when the Yb ratio was 0.01 or 0.02 mol%, the switching characteristics were poor. However, since the amount of Yb introduced was small, the effect of generating the oxygen deficiency 61 was insufficient. This is presumed to be the cause.

(第8の実施例)
第8の実施例は、第1の実施例において、記録層140Rとなる酸化物70の3価金属元素55として、Smに換えてランタノイド族のさらに別の金属元素であるPr、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及びLuを用いたものである。この時、3価金属元素55の組成比は5モル%とした。
(Eighth embodiment)
In the eighth embodiment, as the trivalent metal element 55 of the oxide 70 to be the recording layer 140R in the first embodiment, Pr, Eu, Tb, which are other metal elements of the lanthanoid group in place of Sm, Dy, Ho, Er, Tm and Lu are used. At this time, the composition ratio of the trivalent metal element 55 was 5 mol%.

すなわち、記録層140Rの酸化物70を成膜する際のターゲットとして、以下の8種類を用いた。すなわち、3価金属元素55とCeとの合計の金属元素の量に対して、3価金属元素55の比率を5%一定とし、3価金属元素55であるPr、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及びLuをCeOにそれぞれドープしたターゲットを用いた。これらのターゲットのそれぞれを用いて、第1の実施例と同様の基板の上に酸化物70の膜をPLD法により成膜した。得られた試料を、試料8FR−Pr5(第8の実施例、Film、Resistive、Pr量5モル%)、8FR―Eu5、8FR―Tb5、8FR―Dy5、8FR―Ho5、8FR―Er5、8FR―Tm5及び8FR―Lu5と呼ぶことにする。なお、これらの試料のそれぞれにおいて導入された3価金属元素55の種類とその組成比は、上記のターゲットのそれぞれにおける3価金属元素55の種類とその組成比と同じとなる。なお、この時も、膜厚は10nmとし、それぞれの成膜レートは0.84nm/sとした。 That is, the following eight types were used as targets when forming the oxide 70 of the recording layer 140R. That is, the ratio of the trivalent metal element 55 is constant at 5% with respect to the total amount of the metal elements of the trivalent metal element 55 and Ce, and the trivalent metal element 55, Pr, Eu, Tb, Dy, Ho. , Er, using a target obtained by respectively doped Tm and Lu in CeO 2. Using each of these targets, an oxide 70 film was formed on the same substrate as in the first example by the PLD method. The obtained samples were designated as Sample 8FR-Pr5 (Eighth Example, Film, Resistive, Pr amount 5 mol%), 8FR-Eu5, 8FR-Tb5, 8FR-Dy5, 8FR-Ho5, 8FR-Er5, 8FR- These will be referred to as Tm5 and 8FR-Lu5. The type and composition ratio of the trivalent metal element 55 introduced in each of these samples are the same as the type and composition ratio of the trivalent metal element 55 in each of the above targets. At this time, the film thickness was 10 nm, and the film formation rate was 0.84 nm / s.

これらの試料に関して、XRDによって2θ/θ測定を行った結果、全ての試料で蛍石型構造が維持されることがわかった。   As a result of performing 2θ / θ measurement by XRD on these samples, it was found that the fluorite structure was maintained in all samples.

そして、第1の実施例と同様にして、上部電極142となるPt膜を厚さ100nmで成膜した。そして、それぞれの3価金属元素55の種類の試料を、試料8FT−Pr5(第8の実施例、Top electrode、Pr量5モル%)、8FT―Eu5、8FT―Tb5、8FT―Dy5、8FT―Ho5、8FT―Er5、8FT―Tm5及び8FT―Lu5と呼ぶことにする。   In the same manner as in the first example, a Pt film to be the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm. Then, samples of each type of trivalent metal element 55 are obtained as Sample 8FT-Pr5 (Eighth Example, Top electrode, Pr amount 5 mol%), 8FT-Eu5, 8FT-Tb5, 8FT-Dy5, 8FT- These will be referred to as Ho5, 8FT-Er5, 8FT-Tm5, and 8FT-Lu5.

そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料の電気的特性をスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1万回である。   Then, in the same manner as in the first example, the electrical characteristics of these samples were measured by changing the switching frequency N. Note that the maximum number of switching times N is 10,000.

その結果、試料8FT―Pr5、8FT―Eu5、8FT―Tb5、8FT―Dy5、8FT―Ho5、8FT―Er5、8FT―Tm5及び8FT―Lu5の全ての試料において、オン状態とオフ状態との抵抗の比が約100倍〜2000倍であった。   As a result, in all the samples 8FT-Pr5, 8FT-Eu5, 8FT-Tb5, 8FT-Dy5, 8FT-Ho5, 8FT-Er5, 8FT-Tm5, and 8FT-Lu5, the resistance between the on state and the off state is measured. The ratio was about 100 to 2000 times.

そして、試料8FT―Pr5、8FT―Eu5、8FT―Tb5、8FT―Dy5、8FT―Ho5、8FT―Er5、8FT―Tm5及び8FT―Lu5の全ての試料において、スイッチング回数Nが1万回を超えるパッドが存在した。   In all samples 8FT-Pr5, 8FT-Eu5, 8FT-Tb5, 8FT-Dy5, 8FT-Ho5, 8FT-Er5, 8FT-Tm5, and 8FT-Lu5, the number of switching times N exceeds 10,000. Existed.

このように、3価金属元素55として、どのランタノイド族を用いても、5モル%の添加量であれば良好なスイッチング特性が得られることがわかった。   Thus, it has been found that no matter which lanthanoid group is used as the trivalent metal element 55, good switching characteristics can be obtained with an addition amount of 5 mol%.

(第9の実施例)
第9の実施例は、第1の実施例において、記録層140Rとなる酸化物70の3価金属元素55として、Smに換えて、ランタノイド族の中から選ばれた複数の金属元素が用いられる例である。具体的には、CeOに対して、Ndをモル比5%で添加し、さらに、Smを、添加量を0.5%〜40%で変えて添加したものである。
(Ninth embodiment)
In the ninth embodiment, a plurality of metal elements selected from the lanthanoid group are used instead of Sm as the trivalent metal element 55 of the oxide 70 to be the recording layer 140R in the first embodiment. It is an example. Specifically, with respect to CeO 2, was added Nd in a molar ratio of 5%, further, the Sm, the addition amount is obtained by adding varied from 0.5% to 40%.

すなわち、記録層140Rの酸化物70を成膜する際のターゲットとして、以下の8種類を用いた。以下では、3価金属元素55とCeとの合計の金属元素の量に対して、3価金属元素55の比率をモル%として説明する。   That is, the following eight types were used as targets when forming the oxide 70 of the recording layer 140R. Hereinafter, the ratio of the trivalent metal element 55 to the total metal element amount of the trivalent metal element 55 and Ce will be described as mol%.

すなわち、CeOにおいて、モル比5%でNdを添加し、さらにモル比0.5%、1%、2%、5%、10%、20%、30%及び40%でSmを添加したターゲットを用いた。これらのターゲットのそれぞれを用いて、第1の実施例と同様の基板の上に酸化物70の膜をPLD法により成膜した。得られた試料を、9FR−Nd5Sm0.5(第9の実施例、Film、Resistive、Nd量5モル%、Sm量0.5モル%)、9FR―Nd5Sm1、9FR―Nd5Sm2、9FR―Nd5Sm5、9FR―Nd5Sm10、9FR―Nd5Sm20、9FR―Nd5Sm30、9FR―Nd5Sm40と呼ぶことにする。なお、これらの試料のそれぞれにおいて導入された3価金属元素55の種類とその組成比は、上記のターゲットのそれぞれにおける3価金属元素55の種類とその組成比と同じとなる。なお、この時も、膜厚は10nmとし、それぞれの成膜レートは0.84nm/sとした。 That is, in CeO 2 , Nd was added at a molar ratio of 5%, and Sm was added at molar ratios of 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 30% and 40%. Was used. Using each of these targets, an oxide 70 film was formed on the same substrate as in the first example by the PLD method. The obtained samples were 9FR-Nd5Sm0.5 (9th Example, Film, Resistive, Nd amount 5 mol%, Sm amount 0.5 mol%), 9FR-Nd5Sm1, 9FR-Nd5Sm2, 9FR-Nd5Sm5, 9FR. -Nd5Sm10, 9FR-Nd5Sm20, 9FR-Nd5Sm30, 9FR-Nd5Sm40. The type and composition ratio of the trivalent metal element 55 introduced in each of these samples are the same as the type and composition ratio of the trivalent metal element 55 in each of the above targets. At this time, the film thickness was 10 nm, and the film formation rate was 0.84 nm / s.

これらの試料に関して、XRDによって2θ/θ測定を行った結果、試料9FR−Nd5Sm40を除く全ての試料で蛍石型構造が維持された。   As a result of performing 2θ / θ measurement by XRD on these samples, the fluorite structure was maintained in all samples except Sample 9FR-Nd5Sm40.

そして、第1の実施例と同様にして、上部電極142となるPt膜を厚さ100nmで成膜した。そして、それぞれの3価金属元素55の種類とその組成比を有する試料を、試料9FT−Nd5Sm0.5(第9の実施例、Top electrode、Nd量5モル%、Sm量0.5モル%)、9FT―Nd5Sm1、9FT―Nd5Sm2、9FT―Nd5Sm5、9FT―Nd5Sm10、9FT―Nd5Sm20、9FT―Nd5Sm30、9FT―Nd5Sm40と呼ぶことにする。   In the same manner as in the first example, a Pt film to be the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm. Then, a sample having the type and composition ratio of each trivalent metal element 55 is obtained as Sample 9FT-Nd5Sm0.5 (Ninth Example, Top electrode, Nd amount 5 mol%, Sm amount 0.5 mol%) 9FT-Nd5Sm1, 9FT-Nd5Sm2, 9FT-Nd5Sm5, 9FT-Nd5Sm10, 9FT-Nd5Sm20, 9FT-Nd5Sm30, and 9FT-Nd5Sm40.

そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料の電気的特性をスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1万回である。   Then, in the same manner as in the first example, the electrical characteristics of these samples were measured by changing the switching frequency N. Note that the maximum number of switching times N is 10,000.

その結果、試料9FT−Nd5Sm0.5、9FT―Nd5Sm1、9FT―Nd5Sm2、9FT―Nd5Sm5、9FT―Nd5Sm10、9FT―Nd5Sm20及び9FT―Nd5Sm30において、オン状態とオフ状態との抵抗の比が約100倍〜500倍であった。   As a result, in the samples 9FT-Nd5Sm0.5, 9FT-Nd5Sm1, 9FT-Nd5Sm2, 9FT-Nd5Sm5, 9FT-Nd5Sm10, 9FT-Nd5Sm20, and 9FT-Nd5Sm30, the ratio of the resistance between the on state and the off state is about 100 times. It was 500 times.

そして、試料9FT−Nd5Sm0.5、9FT―Nd5Sm1、9FT―Nd5Sm2、9FT―Nd5Sm5、9FT―Nd5Sm10及び9FT―Nd5Sm20において、スイッチング回数Nが1万回を超えるパッドが存在した。   In the samples 9FT-Nd5Sm0.5, 9FT-Nd5Sm1, 9FT-Nd5Sm2, 9FT-Nd5Sm5, 9FT-Nd5Sm10, and 9FT-Nd5Sm20, there were pads having a switching frequency N exceeding 10,000.

このように、3価金属元素55としてNdとSmとを用いた場合、合計の3価金属元素55の比率が35モル%以下の時に蛍石型構造が維持された。また、この範囲の組成比において、良好なスイッチング特性が得られる。   Thus, when Nd and Sm were used as the trivalent metal element 55, the fluorite structure was maintained when the total ratio of the trivalent metal elements 55 was 35 mol% or less. In addition, good switching characteristics can be obtained with a composition ratio in this range.

(第10の実施例)
第10の実施例においても、記録層140Rとなる酸化物70の3価金属元素55として、ランタノイド族の中から選ばれた複数の金属元素が用いられる。ただし、この場合はNdとTmが用いられる。具体的には、CeOに対して、Ndをモル比5%で添加し、さらに、Tmを、添加量を0.5%〜40%で変えて添加したものである。
(Tenth embodiment)
Also in the tenth embodiment, a plurality of metal elements selected from the lanthanoid group are used as the trivalent metal element 55 of the oxide 70 to be the recording layer 140R. However, in this case, Nd and Tm are used. Specifically, Nd is added to CeO 2 at a molar ratio of 5%, and Tm is added by changing the addition amount from 0.5% to 40%.

すなわち、記録層140Rの酸化物70を成膜する際のターゲットとして、以下の8種類を用いた。以下では、3価金属元素55とCeとの合計の金属元素の量に対して、3価金属元素55の比率をモル%として説明する。   That is, the following eight types were used as targets when forming the oxide 70 of the recording layer 140R. Hereinafter, the ratio of the trivalent metal element 55 to the total metal element amount of the trivalent metal element 55 and Ce will be described as mol%.

すなわち、CeOにおいて、モル比5%でNdを添加し、さらにモル比0.5%、1%、2%、5%、10%、20%、30%及び40%でTmを添加したターゲットを用いた。これらのターゲットのそれぞれを用いて、第1の実施例と同様の基板の上に酸化物70の膜をPLD法により成膜した。得られた試料を、10FR−Nd5Tm0.5(第10の実施例、Film、Resistive、Nd量5モル%、Tm量0.5モル%)、10FR―Nd5Tm1、10FR―Nd5Tm2、10FR―Nd5Tm5、10FR―Nd5Tm10、10FR―Nd5Tm20、10FR―Nd5Tm30、10FR―Nd5Tm40と呼ぶことにする。なお、これらの試料のそれぞれにおいて導入された3価金属元素55の種類とその組成比は、上記のターゲットのそれぞれにおける3価金属元素55の種類とその組成比と同じとなる。なお、この時も、膜厚は10nmとし、それぞれの成膜レートは0.84nm/sとした。 That is, in CeO 2 , Nd was added at a molar ratio of 5%, and further Tm was added at molar ratios of 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 30% and 40%. Was used. Using each of these targets, an oxide 70 film was formed on the same substrate as in the first example by the PLD method. 10FR-Nd5Tm0.5 (10th Example, Film, Resistive, Nd amount 5 mol%, Tm amount 0.5 mol%), 10FR-Nd5Tm1, 10FR-Nd5Tm2, 10FR-Nd5Tm5, 10FR -Nd5Tm10, 10FR-Nd5Tm20, 10FR-Nd5Tm30, 10FR-Nd5Tm40. The type and composition ratio of the trivalent metal element 55 introduced in each of these samples are the same as the type and composition ratio of the trivalent metal element 55 in each of the above targets. At this time, the film thickness was 10 nm, and the film formation rate was 0.84 nm / s.

これらの試料に関して、XRDによって2θ/θ測定を行った結果、試料10FR−Nd5Tm40を除く全ての試料で蛍石型構造が維持された。   As a result of performing 2θ / θ measurement on these samples by XRD, all samples except Sample 10FR-Nd5Tm40 maintained the fluorite structure.

そして、第1の実施例と同様にして、上部電極142となるPt膜を厚さ100nmで成膜した。そして、それぞれの3価金属元素55の種類とその組成比を有する試料を、試料10FT−Nd5Tm0.5(第10の実施例、Top electrode、Nd量5モル%、TT量0.5モル%)、10FT―Nd5Tm1、10FT―Nd5Tm2、10FT―Nd5Tm5、10FT―Nd5Tm10、10FT―Nd5Tm20、10FT―Nd5Tm30、10FT―Nd5Tm40と呼ぶことにする。   In the same manner as in the first example, a Pt film to be the upper electrode 142 was formed with a thickness of 100 nm. Then, a sample having the type and composition ratio of each trivalent metal element 55 is obtained as Sample 10FT-Nd5Tm0.5 (10th Example, Top electrode, Nd amount 5 mol%, TT amount 0.5 mol%). 10FT-Nd5Tm1, 10FT-Nd5Tm2, 10FT-Nd5Tm5, 10FT-Nd5Tm10, 10FT-Nd5Tm20, 10FT-Nd5Tm30, 10FT-Nd5Tm40.

そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料の電気的特性をスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1万回である。   Then, in the same manner as in the first example, the electrical characteristics of these samples were measured by changing the switching frequency N. Note that the maximum number of switching times N is 10,000.

その結果、試料10FT−Nd5Tm0.5、10FT―Nd5Tm1、10FT―Nd5Tm2、10FT―Nd5Tm5、10FT―Nd5Tm10、10FT―Nd5Tm20及び10FT―Nd5Tm30において、オン状態とオフ状態との抵抗の比が100倍〜500倍であった。   As a result, in the samples 10FT-Nd5Tm0.5, 10FT-Nd5Tm1, 10FT-Nd5Tm2, 10FT-Nd5Tm5, 10FT-Nd5Tm10, 10FT-Nd5Tm20 and 10FT-Nd5Tm30, the ratio of the resistance between the on state and the off state is 100 to 500 times. It was twice.

そして、試料10FT−Nd5Tm0.5、10FT―Nd5Tm1、10FT―Nd5Tm2、10FT―Nd5Tm5、10FT―Nd5Tm10及び10FT―Nd5Tm20において、スイッチング回数Nが1万回を超えるパッドが存在した。   Further, in the samples 10FT-Nd5Tm0.5, 10FT-Nd5Tm1, 10FT-Nd5Tm2, 10FT-Nd5Tm5, 10FT-Nd5Tm10, and 10FT-Nd5Tm20, there were pads having a switching frequency N exceeding 10,000 times.

このように、3価金属元素55としてNdとTmとを用いた場合、合計の3価金属元素55の比率が35モル%以下の時に蛍石型構造が維持されていた。また元素によっては、3価金属元素55は40%までドープが可能である。   Thus, when Nd and Tm were used as the trivalent metal element 55, the fluorite structure was maintained when the total ratio of the trivalent metal elements 55 was 35 mol% or less. Depending on the element, the trivalent metal element 55 can be doped up to 40%.

すなわち、第10の実施例は、第9の実施例において、Smに替わってTmを導入したものであるが、これらはほぼ同一の結果となった。CeOのCe元素50のサイトの一部をランタノイド族の元素で置換する際、物理的な原子半径でその性質が決まっている可能性が高く、ランタノイド属の他の元素のドープでも同様の結果が得られると推定される。また3種類以上のランタノイド族においての実験でも合計のドープ量が20モル%を超えない場合は常に蛍石型構造を維持していることがXRD測定からわかっており、少なくともこの範囲の組成比において、任意のランタノイド族の元素を任意に組み合わせて、3価金属元素55として用いることで、電気的性能及び耐プロセス性能が優れた不揮発性記憶素子が提供できる。 That is, in the tenth embodiment, Tm is introduced in place of Sm in the ninth embodiment, but the results are almost the same. When replacing part of the Ce element 50 site of CeO 2 with a lanthanoid group element, it is highly possible that the property is determined by the physical atomic radius, and the same result is obtained even when doping other elements of the lanthanoid genus Is estimated to be obtained. Further, even in experiments with three or more types of lanthanoid groups, it is known from XRD measurement that the fluorite structure is always maintained when the total doping amount does not exceed 20 mol%. At least in this range of composition ratio By using any combination of any lanthanoid group element as the trivalent metal element 55, a nonvolatile memory element having excellent electrical performance and process resistance can be provided.

(第11の実施例)
第11の実施例は、第1の実施例において、上部電極142として、Ptに換えて、TiNを用いたものである。この他は第1の実施例と同様である。
すなわち、基板の上に、金属元素のモル比で20%のSmが含有されたCeO2のターゲットを用い、厚さ10nm、成膜レート0.84nm/sで成膜し、試料11FR1とした。この試料11FR1の上に、直径50ミクロンの円形状の穴が多数設けられたメタルマスクを設置し、RFスパッタ装置により、上部電極142となるTiNを、厚さ100nmで成膜し、試料11FT1とした。この時の成膜条件は、第1の実施例と同様である。 そして、第1の実施例と同様にして、これらの試料の電気的特性をスイッチング回数Nを変えて測定した。なお、スイッチング回数Nの最大は1000回である。
(Eleventh embodiment)
The eleventh embodiment uses TiN instead of Pt as the upper electrode 142 in the first embodiment. The rest is the same as in the first embodiment.
That is, using a CeO2 target containing 20% of Sm in a molar ratio of the metal element on the substrate, a film was formed at a thickness of 10 nm and a film formation rate of 0.84 nm / s to obtain Sample 11FR1. A metal mask provided with a large number of circular holes with a diameter of 50 microns is placed on the sample 11FR1, and TiN to be the upper electrode 142 is formed with a thickness of 100 nm by an RF sputtering apparatus, and the sample 11FT1 did. The film forming conditions at this time are the same as those in the first embodiment. Then, in the same manner as in the first example, the electrical characteristics of these samples were measured by changing the switching frequency N. The maximum number of switching times N is 1000 times.

その結果、試料11FT1においては、オン状態とオフ状態との抵抗の比が約100倍〜1000倍であり、第1の実施例とほぼ同じ結果であった。また、スイッチング回数Nに関しても、実験を行った1000回まで良好な結果を示した。   As a result, in the sample 11FT1, the ratio of the resistance between the on state and the off state was about 100 to 1000 times, which was almost the same result as in the first example. Also, regarding the switching frequency N, good results were shown up to 1000 times in which the experiment was performed.

このように、本発明の実施形態に係る不揮発性記憶素子140においては、記録層140Rと接触する電極として、Pt等の貴金属以外に、安価で使い易いTiNのような導電層を用いても良好な電気的特性を得ることができる。これは、本発明の実施形態においては、記録層140Rとして、化学的に安定で、電極等に用いられる各種の導電層とは化学的性質が大きく異なるCeOを含む蛍石型構造の酸化物70を用いていることが起因している。 As described above, in the nonvolatile memory element 140 according to the embodiment of the present invention, it is also possible to use a conductive layer such as TiN that is inexpensive and easy to use in addition to a noble metal such as Pt as an electrode that contacts the recording layer 140R. Electrical characteristics can be obtained. This is because, in the embodiment of the present invention, the recording layer 140R is an oxide having a fluorite structure containing CeO 2 that is chemically stable and has chemical properties that are significantly different from those of various conductive layers used for electrodes and the like. This is because 70 is used.

(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法は、印加される電圧及び通電される電流の少なくともいずれかによって互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移することによって情報を記録することが可能な記録層140Rを有する不揮発性記憶素子の製造方法である。
(Second Embodiment)
The method for manufacturing a nonvolatile memory device according to the second embodiment of the present invention is configured to transfer information between a plurality of states having different resistances according to at least one of applied voltage and energized current. This is a method for manufacturing a nonvolatile memory element having a recording layer 140R capable of recording.

図10は、第2の実施形態に係る不揮発性記憶素子の製造方法を例示するフローチャート図である。
図10に表したように、本実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法では、基板の上に設けられた導電層の上に、セリウムと、3価を取り得る金属元素であってセリウムとは異なる金属元素と、を含む蛍石型構造の酸化物70を含む層を成膜する(ステップS110)。
FIG. 10 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the nonvolatile memory element according to the second embodiment.
As shown in FIG. 10, in the method for manufacturing the nonvolatile memory device according to the present embodiment, cerium and a trivalent metal element cerium are formed on the conductive layer provided on the substrate. A layer containing an oxide 70 having a fluorite structure containing different metal elements is formed (step S110).

上記の基板には、例えばシリコン基板を用いることができ、そして、そのシリコン基板には不揮発性記憶装置を駆動する駆動回路を設けることもできる。また、上記の導電層には、例えば、既に説明した下部電極141及び上部電極142のいずれかを用いることができる。また、導電層は、第1配線110及び第2配線120のいずれかとしても良い。   As the substrate, for example, a silicon substrate can be used, and a driving circuit for driving a nonvolatile memory device can be provided on the silicon substrate. In addition, for example, one of the lower electrode 141 and the upper electrode 142 described above can be used for the conductive layer. The conductive layer may be either the first wiring 110 or the second wiring 120.

これにより、電気的性能及び耐プロセス性能が優れた不揮発性記憶素子が提供できる。   Thereby, a nonvolatile memory element excellent in electrical performance and process resistance performance can be provided.

上記において、酸化物70の層の成膜は、PLD法、スパッタ法、CVD法及びMOD法の少なくともいずれかを用いて行うことができる。   In the above, the oxide 70 layer can be formed by using at least one of the PLD method, the sputtering method, the CVD method, and the MOD method.

以下、具体例について説明する。
図11は、第2の実施形態に係る不揮発性記憶素子の製造方法を例示する模式図である。
すなわち、同図は、3種類の製造方法を例示しており、同図(a)は、PLD法及びスパッタ法を用いる場合を例示しており、同図(b)は、CVD法を用いる場合を例示しており、同図(c)は、MOD法を用いる場合を例示している。
Hereinafter, specific examples will be described.
FIG. 11 is a schematic view illustrating the method for manufacturing the nonvolatile memory element according to the second embodiment.
That is, the figure illustrates three types of manufacturing methods, the figure (a) illustrates the case where the PLD method and the sputtering method are used, and the figure (b) illustrates the case where the CVD method is used. FIG. 4C illustrates the case where the MOD method is used.

図11(a)に表したように、PLD法及びスパッタ法を用いる場合は、記録層140Rとなる酸化物70の材料となるターゲット56tを用いて成膜し、酸化物70を得る。この時、このターゲット56tには、記録層140Rとなる酸化物70におけるCe元素50と3価金属元素55との組成比を有するターゲットを用いることができる。このため、組成比が安定した酸化物70を作製することができる。また、複数のターゲットを用いることができる例えば2元スパッタ装置などを用いる場合には、1つのターゲットに例えば3価金属元素55の組成比が低いターゲットを用い、もう一方には、3価金属元素55の組成比の高いターゲットを用い、これにより、組成比を調節することができ、製造上有利である。   As shown in FIG. 11A, when the PLD method and the sputtering method are used, a film is formed using a target 56t that is a material of the oxide 70 that becomes the recording layer 140R, and the oxide 70 is obtained. At this time, a target having a composition ratio of the Ce element 50 and the trivalent metal element 55 in the oxide 70 to be the recording layer 140R can be used as the target 56t. Therefore, the oxide 70 having a stable composition ratio can be manufactured. Further, when using, for example, a binary sputtering apparatus that can use a plurality of targets, a target having a low composition ratio of the trivalent metal element 55 is used for one target, and the other is a trivalent metal element. Using a target having a high composition ratio of 55, the composition ratio can be adjusted, which is advantageous in production.

図11(b)に表したように、CVD法を用いる場合には、例えば、Ce元素50を含むCe原料50g(ガス)と、3価金属元素55を含むM原料55g(ガス)と、を用い酸化させつつ成膜し、記録層140Rとなる酸化物70が成膜される。この時、Ce原料50g及びM原料55gの例えば流量を制御し、そして、例えば、成膜されている膜の組成比を成膜中に検出してそれをフィードバックすることにより、高い精度の組成比を実現できる。なお、CVDにおける原料は、2種類に限られるわけではなく、3種類かあるいはそれ以上の種類を用いることも可能である。   As shown in FIG. 11B, when using the CVD method, for example, a Ce raw material 50g (gas) containing the Ce element 50 and an M raw material 55g (gas) containing the trivalent metal element 55 are used. Using the film while oxidizing, the oxide 70 to be the recording layer 140R is formed. At this time, for example, the flow rate of the Ce raw material 50 g and the M raw material 55 g is controlled, and, for example, the composition ratio of the formed film is detected during the film formation and fed back, thereby providing a highly accurate composition ratio. Can be realized. In addition, the raw material in CVD is not necessarily limited to two types, and three or more types can be used.

図11(c)に表したように、化学溶液法であるMOD法を用いる場合は、例えば、CeO用の溶液50lと、3価金属元素55用の溶液55lと、を用いる。このように、個別に溶液を調整することで、水等の不純物量を最小化することができる。目的とする酸化物70におけるCe元素50と3価金属元素55との組成比となるように、これらの溶液を混合して、混合コーティング溶液56lを得る。この混合コーティング溶液56lを、基板上に、例えば塗布する。塗布の方法は任意である。これにより、基板上にゲル膜57が形成される。その後、仮焼成を行い、仮焼成膜58が得られ、その後、本焼成を行い記録層140Rとなる酸化物70が得られる。すなわち、酸化物70におけるCe元素50と3価金属元素55との組成比は、混合コーティング溶液56lの混合比によって高精度で制御可能である。なお、この手法においては、ゲル膜57の成膜後に、主に急加熱急冷の仮焼成と、結晶化を促進する本焼成と、の熱処理を経て、良好な特性の酸化物70が得られる。 As shown in FIG. 11C, when using the MOD method which is a chemical solution method, for example, a solution 50 l for CeO 2 and a solution 55 l for the trivalent metal element 55 are used. Thus, the amount of impurities such as water can be minimized by individually adjusting the solution. These solutions are mixed so as to obtain a composition ratio of Ce element 50 and trivalent metal element 55 in the target oxide 70 to obtain a mixed coating solution 56l. This mixed coating solution 56l is applied onto the substrate, for example. The method of application is arbitrary. Thereby, a gel film 57 is formed on the substrate. Thereafter, provisional baking is performed to obtain a provisional baking film 58, and then main baking is performed to obtain the oxide 70 serving as the recording layer 140R. That is, the composition ratio between the Ce element 50 and the trivalent metal element 55 in the oxide 70 can be controlled with high accuracy by the mixing ratio of the mixed coating solution 56l. In this method, after the formation of the gel film 57, the oxide 70 having good characteristics is obtained mainly through the heat treatment of the rapid baking and rapid cooling temporary baking and the main baking for promoting crystallization.

なお、上記において、記録層140Rとなる酸化物70の成膜方法によっては、基板の上の導電層の成膜と酸化物70の成膜を連続して行うことができる。例えば、下部電極141となる導電膜の成膜と連続して、酸化物70の成膜を行うことができる。また、整流素子部150となる膜の成膜と連続して、酸化物70の成膜を行っても良い。また、既に説明した上部電極142となる導電膜や各種の中間層の成膜と連続して、酸化物70の成膜を行っても良い。なお、下部電極141及び上部電極142は、既に説明したように、例えば、不揮発性記憶素子140を駆動するためのビット配線やワード配線(例えば第1配線110及び第2配線120)と兼用されることができる。   Note that, in the above, depending on the method for forming the oxide 70 to be the recording layer 140R, the conductive layer on the substrate and the oxide 70 can be continuously formed. For example, the oxide 70 can be formed in succession to the formation of the conductive film to be the lower electrode 141. Further, the oxide 70 may be formed continuously with the film forming the rectifying element portion 150. Further, the oxide 70 may be formed in succession to the formation of the conductive film to be the upper electrode 142 and the various intermediate layers described above. As already described, the lower electrode 141 and the upper electrode 142 are also used as, for example, a bit wiring or a word wiring (for example, the first wiring 110 and the second wiring 120) for driving the nonvolatile memory element 140. be able to.

上記の製造方法においては、Ce元素50と3価金属元素55とが所望の組成比となるように、記録層140Rとなる酸化物70を直接作製する方法であるが、例えば、CeOからなる層と、3価金属元素55を含む層と、を設け、例えば熱拡散等の手法によって、CeOからなる層の中に3価金属元素55を拡散させても良い。以下この手法について説明する。 In the manufacturing method described above, the oxide 70 serving as the recording layer 140R is directly manufactured so that the Ce element 50 and the trivalent metal element 55 have a desired composition ratio. For example, the oxide 70 is made of CeO 2. A layer and a layer containing the trivalent metal element 55 may be provided, and the trivalent metal element 55 may be diffused into the layer made of CeO 2 by a technique such as thermal diffusion. This method will be described below.

図12は、第2の実施形態に係る不揮発性記憶素子の別の製造方法を例示するフローチャート図である。
図12に表したように、本実施形態に係る不揮発性記憶素子の別の製造方法においては、まず、基板の上に設けられた導電層の上に、セリウムと、3価を取り得る金属元素であってセリウムとは異なる金属元素(3価金属元素55)と、のうちの一方を含む第1層を成膜する(ステップS210)。ここでは、第1層をセリウムを含む層であるCeOの層とする。
FIG. 12 is a flowchart illustrating another method for manufacturing the nonvolatile memory element according to the second embodiment.
As shown in FIG. 12, in another method for manufacturing the nonvolatile memory element according to this embodiment, first, cerium and a trivalent metal element are formed on a conductive layer provided on a substrate. Then, a first layer containing one of the metal elements different from cerium (trivalent metal element 55) is formed (step S210). Here, the first layer is a CeO 2 layer containing cerium.

そして、第1層の上に、セリウム及び前記金属元素(3価金属元素55)のうちの他方を含む第2層を成膜する(ステップS220)。ここでは、例えば、第2層が、3価金属元素55を含む層とする。なお、第2層は、3価金属元素55の金属層であっても良いし、3価金属元素55を含む化合物の層であっても良い。   Then, a second layer containing the other of cerium and the metal element (trivalent metal element 55) is formed on the first layer (step S220). Here, for example, the second layer is a layer containing the trivalent metal element 55. The second layer may be a metal layer of the trivalent metal element 55 or a compound layer containing the trivalent metal element 55.

そして、上記の第1層と第2層との間で、セリウム及び前記金属元素(3価金属元素55)の少なくとも一方を拡散させて、セリウムと前記金属元素とを含み蛍石型構造の酸化物70を生成する(ステップS230)。例えば、第1層と第2層とを加熱することにより、第2層に含まれる3価金属元素55が第1層中に拡散し、第1層のCeOのCe元素50の一部が3価金属元素55によって置換される。これにより、セリウム元素50と3価金属元素55とを含み蛍石型構造を有する酸化物70が生成される。 Then, at least one of cerium and the metal element (trivalent metal element 55) is diffused between the first layer and the second layer to oxidize the fluorite structure containing cerium and the metal element. An object 70 is generated (step S230). For example, by heating the first layer and the second layer, the trivalent metal element 55 contained in the second layer diffuses into the first layer, and a part of the Ce element 50 of CeO 2 in the first layer is formed. The trivalent metal element 55 is substituted. Thereby, the oxide 70 containing the cerium element 50 and the trivalent metal element 55 and having a fluorite structure is generated.

この方法によれば、例えば記録層140Rの厚に方向において、Ce元素50と3価金属元素55との比率が変化するように制御することが容易となり、例えば、耐薬品性などのプロセス適合性と、動作電圧等の電気的特性とを、より高度に両立させることが容易になる。   According to this method, it becomes easy to control the ratio of the Ce element 50 and the trivalent metal element 55 in the direction of the thickness of the recording layer 140R, for example, process compatibility such as chemical resistance. And electrical characteristics such as operating voltage can be easily achieved at a higher level.

なお、上記において、ステップS210において3価金属元素55を含む層を成膜し、ステップS220でCe元素50を含む層を成膜しても良い。   In the above, a layer containing the trivalent metal element 55 may be formed in step S210, and a layer containing the Ce element 50 may be formed in step S220.

(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施形態に係る不揮発性記憶装置10は、本発明の実施形態に係る不揮発性記憶素子を用いたクロスポイント型の不揮発性記憶装置である。
不揮発性記憶装置10における不揮発性記憶素子140や配線等に関する構造的な構成に関しては、既に、図2〜5に関して説明したので説明を省略する。以下では、不揮発性記憶装置10の電気的な構成及びその動作に関して説明する。
(Third embodiment)
The nonvolatile memory device 10 according to the third embodiment of the present invention is a cross-point type nonvolatile memory device using the nonvolatile memory element according to the embodiment of the present invention.
The structural configuration related to the nonvolatile memory element 140 and the wiring in the nonvolatile memory device 10 has already been described with reference to FIGS. Hereinafter, the electrical configuration and operation of the nonvolatile memory device 10 will be described.

図13は、本発明の第3の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的回路図である。
図13に表したように、本実施形態に係る不揮発性記憶装置10においては、基板105(図示しない)の主面の上に、X軸方向に延在する帯状の第1配線110、すなわち、ワード配線WL(ワード配線WLi−1、WL、WLi+1)が設けられる。そして、基板105(図示しない)の主面に平行な面内でX軸と直交するY軸方向に延在する帯状の第2配線120、すなわち、ビット配線BL(ビット配線BLj−1、BL、BLj+1)が、第1配線110(ワード配線WL)に対向して設けられる。
なお、上記では、第1配線と第2配線とが直交する例であるが、第1配線と第2配線とは交差(非平行)であれば良い。
なお、上記において添え字i及び添え字jは任意である。すなわち、同図においては、第1配線110と第2配線120とは、それぞれ3本ずつ設けられている例が示されているが、これには限らず、第1配線110と第2配線120の数は任意である。そして、本具体例では、第1配線110がワード配線WLとなり、第2配線120がビット配線BLとなる。ただし、第1配線110をビット配線BLとし、第2配線120をワード配線WLとしても良い。以下では、第1配線110がワード配線WLであり、第2配線120がビット配線BLであるとして説明する。
FIG. 13 is a schematic circuit diagram illustrating the configuration of the nonvolatile memory device according to the third embodiment of the invention.
As shown in FIG. 13, in the nonvolatile memory device 10 according to the present embodiment, the strip-shaped first wiring 110 extending in the X-axis direction on the main surface of the substrate 105 (not shown), that is, Word lines WL (word lines WL i−1 , WL i , WL i + 1 ) are provided. Then, strip-shaped second wiring 120 extending in the Y-axis direction perpendicular to the X axis in the substrate 105 within a plane parallel to the main surface of the (not shown), i.e., the bit lines BL (bit lines BL j-1, BL j , BL j + 1 ) are provided to face the first wiring 110 (word wiring WL).
In the above example, the first wiring and the second wiring are orthogonal to each other, but the first wiring and the second wiring may be crossed (non-parallel).
In the above, the suffix i and the suffix j are arbitrary. That is, in the figure, an example in which three first wirings 110 and three second wirings 120 are provided is shown, but the present invention is not limited to this, and the first wiring 110 and the second wiring 120 are provided. The number of is arbitrary. In this specific example, the first wiring 110 becomes the word wiring WL, and the second wiring 120 becomes the bit wiring BL. However, the first wiring 110 may be the bit wiring BL and the second wiring 120 may be the word wiring WL. In the following description, it is assumed that the first wiring 110 is the word wiring WL and the second wiring 120 is the bit wiring BL.

そして、同図に表したように、第1配線110と第2配線120との間に不揮発性記憶素子140が挟まれている。なお、不揮発性記憶素子140は、本発明の実施形態及び実施例に係る不揮発性記憶素子のいずれかできる。   As shown in the figure, the nonvolatile memory element 140 is sandwiched between the first wiring 110 and the second wiring 120. The nonvolatile memory element 140 can be any of the nonvolatile memory elements according to the embodiments and examples of the present invention.

そして、例えば、ワード配線WLi−1、WL、WLi+1の一端は、選択スイッチとしてのMOSトランジスタRSWを経由して、デコーダ機能を有するワード配線ドライバ110Dに接続され、ビット配線BLj−1、BL、BLj+1の一端は、選択スイッチとしてのMOSトランジスタCSWを経由して、デコーダ及び読み出し機能を有するビット配線ドライバ120Dに接続される。 For example, one end of each of the word lines WL i−1 , WL i , WL i + 1 is connected to a word line driver 110D having a decoder function via a MOS transistor RSW as a selection switch, and a bit line BL j−1. , BL j , BL j + 1 are connected to a bit line driver 120D having a decoder and a read function via a MOS transistor CSW as a selection switch.

MOSトランジスタRSWのゲートには、1本のワード配線(ロウ)を選択するための選択信号Ri−1、R、Ri+1が入力され、MOSトランジスタCSWのゲートには、1本のビット配線(カラム)を選択するための選択信号Ci−1、C、Ci+1が入力される。 Selection signals R i−1 , R i , and R i + 1 for selecting one word line (row) are input to the gate of the MOS transistor RSW, and one bit line is input to the gate of the MOS transistor CSW. Selection signals C i−1 , C i , and C i + 1 for selecting (column) are input.

不揮発性記憶素子140を有するメモリセル148は、ワード配線WLi−1、WL、WLi+1と、ビット配線BLj−1、BL、BLj+1と、の交差部に配置される。いわゆるクロスポイント型セルアレイ構造である。 The memory cell 148 including the nonvolatile memory element 140 is disposed at an intersection of the word lines WL i−1 , WL i , WL i + 1 and the bit lines BL j−1 , BL j , BL j + 1 . This is a so-called cross-point cell array structure.

既に説明したように、第1配線110と第2配線120との交点のそれぞれの間には、記録/再生時における回り込み電流を防止するための整流素子部150を付加することができる。   As already described, a rectifying element unit 150 for preventing a sneak current during recording / reproduction can be added between the intersections of the first wiring 110 and the second wiring 120.

このように、本実施形態に係る不揮発性記憶装置10は、本発明の実施形態の不揮発性記憶素子140のいずれかと、不揮発性記憶素子140の記録層140Rへの電圧の印加、及び、記録層140Rへの電流の通電、の少なくともいずれかによって、記録層140Rを前記異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移させて情報を記録する駆動部600と、を備える。   As described above, the nonvolatile memory device 10 according to this embodiment includes any one of the nonvolatile memory elements 140 according to the embodiment of the present invention, the application of a voltage to the recording layer 140R of the nonvolatile memory element 140, and the recording layer. A drive unit 600 that records information by causing the recording layer 140R to transition between the plurality of states having different resistances by at least one of supplying a current to the 140R.

ここで、駆動部600は、例えば上記のMOSトランジスタRSW、ワード配線ドライバ110D、MOSトランジスタCSW、及びビット配線ドライバ120Dの少なくとも一部を含む。   Here, the drive unit 600 includes, for example, at least a part of the MOS transistor RSW, the word line driver 110D, the MOS transistor CSW, and the bit line driver 120D.

そして、不揮発性記憶装置10は、不揮発性記憶素子140を挟むようにして設けられたワード配線WL及びビット配線BLをさらに備え、駆動部600は、ワード配線WL及びビット配線BLを介して、不揮発性記憶素子140の記録層140Rへの電圧の印加、及び、前記記録層への電流の通電、の少なくともいずれかを行う。   The non-volatile memory device 10 further includes a word line WL and a bit line BL provided so as to sandwich the non-volatile memory element 140, and the driving unit 600 stores the non-volatile memory via the word line WL and the bit line BL. At least one of applying a voltage to the recording layer 140R of the element 140 and applying a current to the recording layer is performed.

本実施形態に係る不揮発性記憶装置10は、本発明の実施形態及び実施例に係る不揮発性記憶素子のいずれかの不揮発性記憶素子を用いるので、電気的性能及び耐プロセス性能が優れた不揮発性記憶装置が提供できる。   Since the nonvolatile memory device 10 according to this embodiment uses any one of the nonvolatile memory elements according to the embodiments and examples of the present invention, the nonvolatile memory device having excellent electrical performance and process resistance performance A storage device can be provided.

そして、図5に例示した不揮発性記憶装置20及び21のように、第1配線110、第2配線120、並びに、それらに挟まれた不揮発性記憶素子140(記録層140R)及び整流素子部150をさらに複数積み重ねた3次元構造の不揮発性記憶装置の場合、それぞれの層を形成する際に、各種の熱処理や化学的な処理が行われる。このため、先に形成される下の層における記録層140Rと、それよりも後に形成される上の層の記録層140Rと、で熱履歴や化学的な処理の履歴が異なる。   Then, like the nonvolatile memory devices 20 and 21 illustrated in FIG. 5, the first wiring 110, the second wiring 120, and the nonvolatile memory element 140 (recording layer 140 </ b> R) and the rectifying element unit 150 sandwiched therebetween. In the case of a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure in which a plurality of layers are stacked, various heat treatments and chemical treatments are performed when forming each layer. Therefore, the thermal history and the history of chemical treatment are different between the lower recording layer 140R formed earlier and the upper recording layer 140R formed later.

この時、記録層140Rの耐熱性や耐薬品性が低く、また、他材料とのプロセス整合性が低い場合には、上記のそれぞれの層における記録層140Rの特性が異なってしまうので実用上大きな問題となる。この時、本発明の実施形態及び実施例に係る不揮発性記憶素子を用いることで、記録層140Rは耐熱性及び耐薬品性が高く、他材料とのプロセス整合性が高いので、それぞれの層における記録層140Rの特性が均一となり、実用的であり、さらに高密度の不揮発性記憶装置が提供できる。   At this time, if the heat resistance and chemical resistance of the recording layer 140R are low and the process consistency with other materials is low, the characteristics of the recording layer 140R in each of the above layers will be different, which is practically large. It becomes a problem. At this time, by using the nonvolatile memory elements according to the embodiments and examples of the present invention, the recording layer 140R has high heat resistance and chemical resistance and high process consistency with other materials. The recording layer 140R has uniform characteristics, is practical, and can provide a higher-density nonvolatile memory device.

(第4の実施の形態)
第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置は、プローブメモリ型の不揮発性記憶装置である。
図14は、本発明の第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的斜視図である。
図15は、本発明の第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的平面図である。
(Fourth embodiment)
The nonvolatile memory device according to the fourth embodiment is a probe memory type nonvolatile memory device.
FIG. 14 is a schematic perspective view illustrating the configuration of the nonvolatile memory device according to the fourth embodiment of the invention.
FIG. 15 is a schematic plan view illustrating the configuration of the nonvolatile memory device according to the fourth embodiment of the invention.

図14及び図15に表したように、本発明の第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置30においては、XYスキャナ516の上に、記憶媒体510が配置される。記憶媒体510においては、基板520の上に設けられた導電層521の上に、不揮発性記憶素子140の記録層140Rが配置されている。なお、記録層140Rの上には保護層540が設けられている。   As shown in FIGS. 14 and 15, in the nonvolatile storage device 30 according to the fourth embodiment of the present invention, the storage medium 510 is disposed on the XY scanner 516. In the storage medium 510, the recording layer 140 </ b> R of the nonvolatile storage element 140 is disposed on the conductive layer 521 provided on the substrate 520. A protective layer 540 is provided on the recording layer 140R.

そして、この記録層140Rに対向してプローブアレイ528が配置される。
プローブアレイ528は、基板523と、基板523の主面にアレイ状に配置された複数のプローブ524と、を有する。複数のプローブ524の各々は、例えば、カンチレバーから構成され、マルチプレクスドライバ525及び526により駆動される。
複数のプローブ524は、それぞれ、基板523内のマイクロアクチュエータを用いて個別に動作可能であるが、全てをまとめて同じ動作をさせて記憶媒体510のデータエリア531に対してアクセスを行うこともできる。
A probe array 528 is disposed to face the recording layer 140R.
The probe array 528 includes a substrate 523 and a plurality of probes 524 arranged in an array on the main surface of the substrate 523. Each of the plurality of probes 524 is composed of a cantilever, for example, and is driven by multiplex drivers 525 and 526.
Each of the plurality of probes 524 can be individually operated using the microactuator in the substrate 523. However, all the probes 524 can be collectively operated to access the data area 531 of the storage medium 510. .

まず、マルチプレクスドライバ525及び526を用いて、全てのプローブ524を例えばX方向に一定周期で往復動作させ、記憶媒体510のサーボエリアからY方向の位置情報を読み出す。Y方向の位置情報は、ドライバ515に転送される。
ドライバ515は、この位置情報に基づいてXYスキャナ516を駆動し、記憶媒体510をY方向に移動させ、記憶媒体510とプローブ524との位置決めを行う。
両者の位置決めが完了したら、データエリア上のプローブ524の全てに対して、同時に、連続的に、データの読み出しまたは書き込みを行う。
First, using the multiplex drivers 525 and 526, all the probes 524 are reciprocated at a constant cycle in the X direction, for example, and the position information in the Y direction is read from the servo area of the storage medium 510. The position information in the Y direction is transferred to the driver 515.
The driver 515 drives the XY scanner 516 based on this position information, moves the storage medium 510 in the Y direction, and positions the storage medium 510 and the probe 524.
When the positioning of both is completed, data reading or writing is performed simultaneously and continuously on all the probes 524 on the data area.

データの読み出し及び書き込みは、プローブ524がX方向に往復動作していることから連続的に行われる。また、データの読み出し及び書き込みは、不揮発性記憶素子140のY方向の位置を順次変えることにより、データエリアに対して、一行ずつ、実施される。
なお、記録層140RをX方向に一定周期で往復運動させて記憶媒体510から位置情報を読み出し、プローブ524をY方向に移動させるようにしても良い。
Data reading and writing are continuously performed because the probe 524 reciprocates in the X direction. In addition, data reading and writing are performed row by row in the data area by sequentially changing the position of the nonvolatile memory element 140 in the Y direction.
Alternatively, the recording layer 140R may be reciprocated in the X direction at a constant period to read position information from the storage medium 510, and the probe 524 may be moved in the Y direction.

記録層140Rとなる層は、複数のデータエリア531、並びに、複数のデータエリア531のX方向の両端にそれぞれ配置されるサーボエリア532を有する。複数のデータエリア531は、記録層140Rとなる層の主要部を占める。   The layer to be the recording layer 140R has a plurality of data areas 531 and servo areas 532 arranged at both ends of the plurality of data areas 531 in the X direction. The plurality of data areas 531 occupy the main part of the layer that becomes the recording layer 140R.

サーボエリア532内には、サーボバースト信号が記憶される。サーボバースト信号は、データエリア531内のY方向の位置情報を示している。   Servo burst signals are stored in the servo area 532. The servo burst signal indicates position information in the Y direction within the data area 531.

記録層140R内には、これらの情報の他に、さらに、アドレスデータが記憶されるアドレスエリア(図示しない)及び同期をとるためのプリアンブルエリア(図示しない)が配置される。   In addition to these pieces of information, an address area (not shown) for storing address data and a preamble area (not shown) for synchronization are arranged in the recording layer 140R.

データ及びサーボバースト信号は、記憶ビット(電気抵抗変動)として記録層140Rに記憶される。記憶ビットの“1”及び“0”の情報は、記録層140Rの電気抵抗を検出することにより読み出す。   The data and servo burst signal are stored in the recording layer 140R as storage bits (electrical resistance fluctuation). Information of “1” and “0” of the storage bit is read by detecting the electric resistance of the recording layer 140R.

本具体例では、1つのデータエリア531に対応して1つのプローブ524が設けられ、1つのサーボエリア532に対して1つのプローブ524が設けられる。
データエリア531は、複数のトラックから構成される。アドレスエリアから読み出されるアドレス信号によりデータエリア531のトラックが特定される。また、サーボエリア532から読み出されるサーボバースト信号は、プローブ524をトラックの中心に移動させ、記憶ビットの読み取り誤差を減少する。
In this specific example, one probe 524 is provided corresponding to one data area 531, and one probe 524 is provided for one servo area 532.
The data area 531 is composed of a plurality of tracks. The track of the data area 531 is specified by the address signal read from the address area. Also, the servo burst signal read from the servo area 532 moves the probe 524 to the center of the track, and reduces the reading error of the stored bit.

このような構成の不揮発性記憶装置30は、記録層140Rを有する不揮発性記憶素子140と、不揮発性記憶素子の記録層140Rへの電圧の印加、及び、記録層140Rへの電流の通電、の少なくともいずれかによって、記録層140Rを前記異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移させて情報を記録する駆動部600aと、を備える。上記において、不揮発性記憶素子140には、本発明の実施形態及び実施例に係るいずれかの不揮発性記憶素子を用いることができる。そして、駆動部600aには、上記のマルチプレクスドライバ525及び526を用いることができる。   The nonvolatile memory device 30 having such a configuration includes the nonvolatile memory element 140 having the recording layer 140R, the application of voltage to the recording layer 140R of the nonvolatile memory element, and the energization of current to the recording layer 140R. A drive unit 600a that records information by causing the recording layer 140R to transition between the plurality of states having different resistances by at least one of them. In the above, as the nonvolatile memory element 140, any nonvolatile memory element according to the embodiment and examples of the present invention can be used. The multiplex drivers 525 and 526 can be used for the drive unit 600a.

そして、不揮発性記憶装置30は、上記の不揮発性記憶素子140に併設されたプローブ524をさらに備え、駆動部600aは、プローブ524を介して、不揮発性記憶素子140の記録層140Rの記録単位に対して前記電圧の印加及び前記電流の通電の少なくともいずれかを行う。   The non-volatile storage device 30 further includes a probe 524 provided alongside the non-volatile storage element 140, and the drive unit 600a uses the probe 524 as a recording unit of the recording layer 140R of the non-volatile storage element 140. On the other hand, at least one of application of the voltage and energization of the current is performed.

本具体例の不揮発性記憶装置30は、本発明の実施形態及び実施例に係る不揮発性記憶素子のいずれかの不揮発性記憶素子を用いるので、電気的性能及び耐プロセス性能が優れた不揮発性記憶装置が提供できる。   Since the nonvolatile memory device 30 of this example uses any nonvolatile memory element of the nonvolatile memory elements according to the embodiments and examples of the present invention, the nonvolatile memory having excellent electrical performance and process resistance performance A device can be provided.

(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施形態に係る不揮発性記憶装置は、フラッシュメモリ型の不揮発性記憶装置である。
図16は、本発明の第5の実施形態に係る不揮発性記憶装置の要部の構成を例示する模式的断面図である。
図17は、本発明の第5の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式図である。
(Fifth embodiment)
The nonvolatile memory device according to the fifth embodiment of the present invention is a flash memory type nonvolatile memory device.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the main part of a nonvolatile memory device according to the fifth embodiment of the invention.
FIG. 17 is a schematic view illustrating the configuration of the nonvolatile memory device according to the fifth embodiment of the invention.

図16に表したように、本実施形態に係る不揮発性記憶装置31においては、フラッシュメモリ型のメモリセル448を有し、このメモリセル448は、MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)トランジスタ450の構造を有する。   As shown in FIG. 16, the nonvolatile memory device 31 according to the present embodiment includes a flash memory type memory cell 448, and this memory cell 448 has a structure of a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) transistor 450. Have

すなわち、半導体基板410の表面領域には、拡散層420a及び420bが形成される。これら拡散層420a及び420bの間のチャネル領域425の上には、ゲート絶縁膜430と、その上のゲート電極440と、が設けられ、さらに、ゲート絶縁膜430とゲート電極440との間に、不揮発性記憶素子140の記録層140Rが設けられる。不揮発性記憶素子140には、本発明の実施形態及び実施例に係る不揮発性記憶素子のいずれかが用いられる。   That is, diffusion layers 420 a and 420 b are formed in the surface region of the semiconductor substrate 410. On the channel region 425 between the diffusion layers 420a and 420b, a gate insulating film 430 and a gate electrode 440 thereon are provided. Further, between the gate insulating film 430 and the gate electrode 440, A recording layer 140R of the nonvolatile memory element 140 is provided. Any one of the nonvolatile memory elements according to the embodiments and examples of the present invention is used for the nonvolatile memory element 140.

半導体基板410は、ウェル領域でも良い。半導体基板410と、拡散層420a及び420bと、は、互いに逆の導電型を有する。ゲート電極440は、ワード配線となり、例えば、導電性ポリシリコンが用いられる。   The semiconductor substrate 410 may be a well region. The semiconductor substrate 410 and the diffusion layers 420a and 420b have conductivity types opposite to each other. The gate electrode 440 becomes a word wiring, and for example, conductive polysilicon is used.

この場合、後述する駆動部600bが、ゲート電極440に接続されて設けられる。駆動部600bは、ゲート電極440を介して、記録層140Rへの電圧の印加、及び、記録層140Rへの電流の通電、の少なくともいずれかを行う。   In this case, a driver 600b described later is provided connected to the gate electrode 440. The drive unit 600b performs at least one of application of a voltage to the recording layer 140R and energization of a current to the recording layer 140R through the gate electrode 440.

なお、上記において、不揮発性記憶素子140の記録層140Rに接して設けられる下部電極141及び上部電極142のいずれかは、例えばゲート電極440と兼用されても良い。   In the above, any of the lower electrode 141 and the upper electrode 142 provided in contact with the recording layer 140R of the nonvolatile memory element 140 may be used as the gate electrode 440, for example.

このような構成を有するメモリセル448において、ゲート電極440に与える電位によって、記録層140Rの抵抗を変化させることで、MISトランジスタ450のしきい値を変化させることができる。例えば、記録層140Rが高抵抗状態である時には、MISトランジスタ450において実質的にゲート絶縁膜が相対的に厚くなったことに相当する。この時、MISトランジスタ450のしきい値は高くなる。一方、例えば、記録層140Rが低抵抗状態である時には、MISトランジスタ450において実質的にゲート絶縁膜が相対的に薄くなったことに相当する。この時、MISトランジスタ450のしきい値は低くなる。そして、このしきい値の変化を読み出すことにより情報の再生ができる。このように、不揮発性記憶装置31においては、フラッシュメモリと類似した原理により、メモリセルのしきい値を変え、不揮発性記憶装置31は不揮発性記憶装置として利用できる。   In the memory cell 448 having such a structure, the threshold value of the MIS transistor 450 can be changed by changing the resistance of the recording layer 140R according to the potential applied to the gate electrode 440. For example, when the recording layer 140R is in a high resistance state, this corresponds to the gate insulating film being substantially thicker in the MIS transistor 450. At this time, the threshold value of the MIS transistor 450 is increased. On the other hand, for example, when the recording layer 140R is in the low resistance state, this corresponds to the fact that the gate insulating film is substantially thinner in the MIS transistor 450. At this time, the threshold value of the MIS transistor 450 is lowered. Information can be reproduced by reading the change in threshold value. Thus, the nonvolatile memory device 31 can be used as a nonvolatile memory device by changing the threshold value of the memory cell based on a principle similar to that of a flash memory.

図17に表したように、本実施形態に係る不揮発性記憶装置31は、例えばNAND型フラッシュメモリの構成とすることができる。すなわち、不揮発性記憶装置31は、NANDセルユニット460及びそれに接続された駆動部600bを備える。   As illustrated in FIG. 17, the nonvolatile memory device 31 according to the present embodiment can be configured as a NAND flash memory, for example. That is, the nonvolatile memory device 31 includes a NAND cell unit 460 and a drive unit 600b connected thereto.

例えば、NANDセルユニット460は、直列接続される複数のメモリセル448からなるNANDストリングと、その両端に1つずつ接続される合計2つのセレクトゲートトランジスタ471及び472とから構成される。   For example, the NAND cell unit 460 includes a NAND string composed of a plurality of memory cells 448 connected in series, and a total of two select gate transistors 471 and 472 connected to one end of each NAND string.

そして、各メモリセル448のゲート電極440は、ワード配線WLを介して駆動部600bに電気的に接続される。なお、駆動部600は、NANDセルユニット460が設けられる基板に設けられても良く、それとは別の基板に設けられても良い。   The gate electrode 440 of each memory cell 448 is electrically connected to the driving unit 600b through the word line WL. Note that the driving unit 600 may be provided on a substrate on which the NAND cell unit 460 is provided, or may be provided on a different substrate.

セレクトゲートトランジスタ471はソース線SLに接続され、セレクトゲートトランジスタ472はビット配線BLに接続される。
そして、セレクトゲートトランジスタ471及び472のそれぞれのセレクトゲート471g及び472gと、ワード配線WLと、に与える電位を制御することによって、各メモリセル448に所望の情報を記録し、また、記録された情報を再生することができる。
The select gate transistor 471 is connected to the source line SL, and the select gate transistor 472 is connected to the bit line BL.
Then, by controlling the potential applied to the select gates 471g and 472g of the select gate transistors 471 and 472 and the word wiring WL, desired information is recorded in each memory cell 448, and the recorded information is also recorded. Can be played.

すなわち、本実施形態に係る不揮発性記憶装置31は、不揮発性記憶素子140と、不揮発性記憶素子140の記録層140Rへの電圧の印加、及び、記録層140Rへの電流の通電、の少なくともいずれかによって、記録層140Rを前記異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移させて情報を記録する駆動部600bとを備える。上記において、不揮発性記憶素子140には、本発明の実施形態及び実施例に係るいずれかの不揮発性記憶素子を用いることができる。   That is, the nonvolatile memory device 31 according to the present embodiment includes at least one of the nonvolatile memory element 140, voltage application to the recording layer 140R of the nonvolatile memory element 140, and current supply to the recording layer 140R. Accordingly, the recording layer 140R includes a driving unit 600b that records information by changing between the plurality of states having different resistances. In the above, as the nonvolatile memory element 140, any nonvolatile memory element according to the embodiment and examples of the present invention can be used.

本具体例では、不揮発性記憶装置31は、不揮発性記憶素子140を挟むゲート電極440とゲート絶縁膜430とを含むMISトランジスタ450をさらに備え、駆動部600bは、ゲート電極440を介して、不揮発性記憶素子140の記録層140Rへの電圧の印加、及び、記録層140Rへの電流の通電、の少なくともいずれかを行う。   In this specific example, the nonvolatile memory device 31 further includes a MIS transistor 450 including a gate electrode 440 and a gate insulating film 430 sandwiching the nonvolatile memory element 140, and the drive unit 600 b is nonvolatile via the gate electrode 440. At least one of application of voltage to the recording layer 140R of the volatile memory element 140 and energization of current to the recording layer 140R is performed.

すなわち、不揮発性記憶装置31は、第1導電型半導体基板内(半導体基板410)に設けられた第1及び第2の第2導電型半導体領域(拡散層420a及び拡散層420b)と、第1及び第2の第2導電型半導体領域の間の第1導電型半導体領域(チャネル領域425)と、前記第1及び第2の第2導電型領域間における導通/非導通を制御するゲート電極440と、をさらに備え、前記不揮発性記憶素子140は、ゲート電極440と前記第1導電型半導体領域との間に配置され、前記駆動部600bは、ゲート電極440を介して、不揮発性記憶素子140の記録層140Rへの電圧の印加、及び、記録層140Rへの電流の通電、の少なくともいずれかを行う。   That is, the nonvolatile memory device 31 includes first and second conductive semiconductor regions (diffusion layer 420a and diffusion layer 420b) provided in the first conductive semiconductor substrate (semiconductor substrate 410), a first And a gate electrode 440 for controlling conduction / non-conduction between the first conductivity type semiconductor region (channel region 425) between the first conductivity type and the second second conductivity type semiconductor region. The nonvolatile memory element 140 is disposed between the gate electrode 440 and the first conductivity type semiconductor region, and the driving unit 600b is configured to pass the gate electrode 440 through the nonvolatile memory element 140. At least one of application of a voltage to the recording layer 140R and energization of a current to the recording layer 140R.

これにより、フラッシュメモリと同様の動作により、情報の記録及び再生が可能となる。そして、不揮発性記憶装置31は、本発明の実施形態及び実施例に係る不揮発性記憶素子のいずれかの不揮発性記憶素子を用いるので、電気的性能及び耐プロセス性能が優れた不揮発性記憶装置が提供できる。   Thereby, information can be recorded and reproduced by the same operation as the flash memory. Since the nonvolatile memory device 31 uses any one of the nonvolatile memory elements according to the embodiments and examples of the present invention, a nonvolatile memory device having excellent electrical performance and process resistance performance is provided. Can be provided.

なお、上記においては、NAND型の不揮発性記憶装置の例を説明したが、本発明はこれに限らず、NOR型や2トランジスタ型等の任意の構成の不揮発性記憶装置に応用できる。   Although an example of a NAND type nonvolatile memory device has been described above, the present invention is not limited to this, and can be applied to a nonvolatile memory device having an arbitrary configuration such as a NOR type or a two-transistor type.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、不揮発性記憶素子、その製造方法及び不揮発性記憶装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, with regard to the specific configuration of each element constituting the nonvolatile memory element, the manufacturing method thereof, and the nonvolatile memory device, those skilled in the art will implement the present invention in the same manner by appropriately selecting from a well-known range. As long as an effect can be obtained, it is included in the scope of the present invention.
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

その他、本発明の実施の形態として上述した不揮発性記憶素子、その製造方法及び不揮発性記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての不揮発性記憶素子、その製造方法及び不揮発性記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   In addition, all nonvolatile memory elements that can be implemented by those skilled in the art based on the nonvolatile memory element, the manufacturing method thereof, and the nonvolatile memory device described above as embodiments of the present invention, and the manufacturing method thereof. The nonvolatile memory device also belongs to the scope of the present invention as long as it includes the gist of the present invention.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子の構成を例示する模式図である。1 is a schematic view illustrating the configuration of a nonvolatile memory element according to a first embodiment of the invention. 本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子が適用される不揮発性記憶装置の構成を例示する模式図である。1 is a schematic view illustrating the configuration of a nonvolatile memory device to which a nonvolatile memory element according to a first embodiment of the invention is applied. 本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子が適用される不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a nonvolatile memory device to which a nonvolatile memory element according to a first embodiment of the invention is applied. 本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶装置が適用される別の不揮発性記憶素子の構成を例示する模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another nonvolatile memory element to which the nonvolatile memory device according to the first embodiment of the invention is applied. 本発明の第1の実施形態に係る不揮発性記憶素子が適用される別の不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view illustrating the configuration of another nonvolatile memory device to which the nonvolatile memory element according to the first embodiment of the invention is applied. 本発明の第1の実施例に係る不揮発性記憶素子の特性を例示するグラフ図である。FIG. 6 is a graph illustrating characteristics of the nonvolatile memory element according to the first example of the invention. 本発明の第1の実施例に係る不揮発性記憶素子の分析結果を例示する模式図である。It is a schematic diagram illustrating the analysis result of the nonvolatile memory element according to the first example of the invention. 第1の比較例の不揮発性記憶素子の特性に関する分析結果を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the analysis result regarding the characteristic of the non-volatile memory element of a 1st comparative example. 第2の比較例の不揮発性記憶素子に用いられる酸化物の構成を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the structure of the oxide used for the non-volatile memory element of a 2nd comparative example. 第2の実施形態に係る不揮発性記憶素子の製造方法を例示するフローチャート図である。FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a nonvolatile memory element according to a second embodiment. 第2の実施形態に係る不揮発性記憶素子の製造方法を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating a method for manufacturing a nonvolatile memory element according to a second embodiment. 第2の実施形態に係る不揮発性記憶素子の別の製造方法を例示するフローチャート図である。FIG. 6 is a flowchart illustrating another method for manufacturing a nonvolatile memory element according to the second embodiment. 本発明の第3の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的回路図である。FIG. 6 is a schematic circuit diagram illustrating the configuration of a nonvolatile memory device according to a third embodiment of the invention. 本発明の第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a nonvolatile memory device according to a fourth embodiment of the invention. 本発明の第4の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view illustrating the configuration of a nonvolatile memory device according to a fourth embodiment of the invention. 本発明の第5の実施形態に係る不揮発性記憶装置の要部の構成を例示する模式的断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a main part of a nonvolatile memory device according to a fifth embodiment of the invention. 本発明の第5の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式図である。FIG. 9 is a schematic view illustrating the configuration of a nonvolatile memory device according to a fifth embodiment of the invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、20、21、30、31 不揮発性記憶装置
50 セリウム元素(Ce元素)
50g Ce原料
50l CeO用の溶液
55 3価を取る得る金属元素(3価金属元素)
55g 3価金属元素を含むM原料
55l 3価金属元素用の溶液
56l 混合コーティング溶液
56t ターゲット
57 ゲル膜
58 仮焼成膜
60 酸素
61 酸素欠損
70 酸化物
105 基板
110 第1配線
110D ワード配線ドライバ
120 第2配線
120D ビット配線ドライバ
130 交差部
140、149p、149q 不揮発性記憶素子
140R 記録層
141 下部電極
141b 中間層
142 上部電極
142b 中間層
148 メモリセル
150 整流素子部
150b 中間層
160 絶縁部
410 半導体基板
420a、420b 拡散層
425 チャネル領域
430 ゲート絶縁膜
440 ゲート電極
448 メモリセル
450 MISトランジスタ
460 NANDセルユニット
471、472 セレクトゲートトランジスタ
471g、472g セレクトゲート
510 記憶媒体
515 ドライバ
516 XYスキャナ
520、523 基板
521 導電層
524 プローブ
525、526 マルチプレクサドライバ
528 プローブアレイ
531 データエリア
532 サーボエリア
540 保護層
600、600a、600b 駆動部
BL、BLj−1、BL、BLj+1 ビット配線
SL ソース線
WL、WLi−1、WL、WLi+1 ワード配線
10, 20, 21, 30, 31 Nonvolatile memory device 50 Cerium element (Ce element)
50 g Ce raw material 50 l CeO 2 solution 55 Metal element capable of obtaining trivalence (trivalent metal element)
55 g M raw material containing trivalent metal element 55 l Solution for trivalent metal element 56 l Mixed coating solution 56 t Target 57 Gel film 58 Pre-baked film 60 Oxygen 61 Oxygen deficiency 70 Oxide 105 Substrate 110 First wiring 110D Word wiring driver 120 1st 2 wiring 120D bit wiring driver 130 intersection 140, 149p, 149q non-volatile memory element 140R recording layer 141 lower electrode 141b intermediate layer 142 upper electrode 142b intermediate layer 148 memory cell 150 rectifying element unit 150b intermediate layer 160 insulating unit 410 semiconductor substrate 420a , 420b Diffusion layer 425 Channel region 430 Gate insulating film 440 Gate electrode 448 Memory cell 450 MIS transistor 460 NAND cell unit 471, 472 Select gate transistor 71 g, 472 g select gate 510 storage medium 515 driver 516 XY scanner 520,523 substrate 521 conductive layer 524 probes 525 and 526 multiplexers driver 528 probe array 531 data area 532 servo areas 540 protective layer 600,600a, 600b driver BL, BL j −1 , BL j , BL j + 1 bit wiring SL source line WL, WL i−1 , WL i , WL i + 1 word wiring

Claims (20)

セリウムと、3価を取り得る金属元素であってセリウムとは異なる金属元素と、を含む蛍石型構造の酸化物を含み、印加される電圧及び通電される電流の少なくともいずれかによって互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移可能な記録層を備えたことを特徴とする不揮発性記憶素子。   A fluorite-type structure oxide containing cerium and a trivalent metal element different from cerium, and having different resistances depending on at least one of applied voltage and energized current A non-volatile memory element comprising a recording layer capable of transitioning between a plurality of states. 前記酸化物に含まれる金属元素の合計に対するセリウムのモル比は、60%よりも高いことを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶素子。   The nonvolatile memory element according to claim 1, wherein a molar ratio of cerium to a total of metal elements contained in the oxide is higher than 60%. 前記酸化物に含まれる金属元素の合計に対する前記3価を取り得る金属元素のモル比は、0.1%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性記憶素子。   3. The nonvolatile memory element according to claim 1, wherein a molar ratio of the metal element capable of taking the trivalence with respect to a total of metal elements contained in the oxide is 0.1% or more. 前記3価を取り得る金属元素は、ランタノイド族元素の少なくともいずれかを含むことを特徴とする1〜3のいずれか1つに記載の不揮発性記憶素子。   The nonvolatile memory element according to any one of 1 to 3, wherein the trivalent metal element includes at least one of lanthanoid group elements. 前記3価を取り得る金属元素は、La、Nd、Sm、Gd及びYbよりなる群から選択された少なくともいずれかを含むことを特徴とする1〜4のいずれか1つに記載の不揮発性記憶素子。   The non-volatile memory according to any one of 1 to 4, wherein the trivalent metal element includes at least one selected from the group consisting of La, Nd, Sm, Gd, and Yb. element. 前記酸化物に含まれる金属元素の合計に対する前記3価を取り得る金属元素のモル比は、20%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の不揮発性記憶素子。   The non-volatile memory according to claim 1, wherein a molar ratio of the metal element capable of taking the trivalence with respect to a total of metal elements contained in the oxide is 20% or less. element. 前記3価を取り得る金属元素は、Sm及びEuの少なくともいずれかを含むことを特徴とする1〜4のいずれか1つに記載の不揮発性記憶素子。   The non-volatile memory element according to any one of 1 to 4, wherein the trivalent metal element includes at least one of Sm and Eu. 前記酸化物に含まれる金属元素の合計に対する前記3価を取り得る金属元素のモル比は、40%以下であることを特徴とする請求項7記載の不揮発性記憶素子。   8. The nonvolatile memory element according to claim 7, wherein a molar ratio of the metal element capable of taking the trivalence with respect to a total of metal elements contained in the oxide is 40% or less. 前記記録層の厚さは、5nm〜50nmであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の不揮発性記憶素子。   The nonvolatile memory element according to claim 1, wherein the recording layer has a thickness of 5 nm to 50 nm. 前記記録層に前記電圧の印加及び前記電流の通電の少なくともいずれかを行う電極をさらに備え、前記電極は、Pt、Ti、N、W、Nb、Hf、Ta、Zr、Mo、Ni、Mn、Co、Cu及びZnよりなる群から選択された少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の不揮発性記憶素子。   The recording layer further includes an electrode that performs at least one of application of the voltage and energization of the current, and the electrode includes Pt, Ti, N, W, Nb, Hf, Ta, Zr, Mo, Ni, Mn, The nonvolatile memory element according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of Co, Cu, and Zn. 印加される電圧及び通電される電流の少なくともいずれかによって互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移可能な記録層を有する不揮発性記憶素子の製造方法であって、
基板の上に設けられた導電層の上に、セリウムと、3価を取り得る金属元素であってセリウムとは異なる金属元素と、を含む蛍石型構造の酸化物を含む層を成膜することを特徴とする不揮発性記憶素子の製造方法。
A method for manufacturing a nonvolatile memory element having a recording layer capable of transitioning between a plurality of states having different resistances depending on at least one of an applied voltage and an energized current,
A layer containing an oxide having a fluorite structure containing cerium and a trivalent metal element that is different from cerium is formed over a conductive layer provided over the substrate. A method for manufacturing a nonvolatile memory element.
前記酸化物の層の成膜は、パルスレーザ蒸着法、スパッタ法、化学蒸着堆積法及び金属有機物化学蒸着堆積法の少なくともいずれかを用いて行われることを特徴とする請求項11記載の不揮発性記憶素子の製造方法。   12. The nonvolatile layer according to claim 11, wherein the oxide layer is formed using at least one of a pulsed laser deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, and a metal organic chemical vapor deposition method. A method for manufacturing a memory element. 印加される電圧及び通電される電流の少なくともいずれかによって互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移可能な記録層を有する不揮発性記憶素子の製造方法であって、
基板の上に設けられた導電層の上に、セリウムと、3価を取り得る金属元素であってセリウムとは異なる金属元素と、のうちの一方を含む第1層を成膜し、
前記第1層の上に、セリウム及び前記金属元素のうちの他方を含む第2層を成膜し、
前記第1層と前記第2層との間で、セリウム及び前記金属元素のうちの少なくとも一方を拡散させて、セリウムと前記金属元素とを含む蛍石型構造の酸化物を生成することを特徴とする不揮発性記憶素子の製造方法。
A method for manufacturing a nonvolatile memory element having a recording layer capable of transitioning between a plurality of states having different resistances depending on at least one of an applied voltage and an energized current,
On the conductive layer provided on the substrate, a first layer containing one of cerium and a trivalent metal element that is different from cerium is formed,
On the first layer, a second layer containing the other one of cerium and the metal element is formed,
Dispersing at least one of cerium and the metal element between the first layer and the second layer to produce an oxide having a fluorite structure containing cerium and the metal element. A method for manufacturing a nonvolatile memory element.
請求項1〜10のいずれか1つに記載の不揮発性記憶素子と、
前記不揮発性記憶素子の前記記録層への電圧の印加、及び、前記記録層への電流の通電、の少なくともいずれかによって、前記記録層を前記互いに異なる抵抗を有する複数の状態の間を遷移させて情報を記録する駆動部と、
を備えたことを特徴とする不揮発性記憶装置。
The nonvolatile memory element according to any one of claims 1 to 10,
The recording layer is transitioned between a plurality of states having different resistances by at least one of applying a voltage to the recording layer of the nonvolatile memory element and applying a current to the recording layer. A drive unit for recording information,
A non-volatile storage device comprising:
前記不揮発性記憶素子を挟むようにして設けられたワード配線及びビット配線をさらに備え、
前記駆動部は、前記ワード配線及び前記ビット配線を介して、前記不揮発性記憶素子の前記記録層への電圧の印加、及び、前記記録層への電流の通電、の少なくともいずれかを行うことを特徴とする請求項14記載の不揮発性記憶装置。
A word line and a bit line provided so as to sandwich the nonvolatile memory element;
The driving unit performs at least one of application of a voltage to the recording layer of the nonvolatile memory element and energization of a current to the recording layer through the word wiring and the bit wiring. 15. The non-volatile memory device according to claim 14, wherein
前記ワード配線及び前記ビット配線と、前記不揮発性記憶素子と、の間に設けられ、前記不揮発性記憶素子に印加される前記電圧の極性及び通電される前記電流の方向の少なくともいずれかを制御する整流素子部をさらに備えたことを特徴とする請求項15記載の不揮発性記憶装置。   Provided between the word line and the bit line and the non-volatile memory element, and controls at least one of the polarity of the voltage applied to the non-volatile memory element and the direction of the energized current. The nonvolatile memory device according to claim 15, further comprising a rectifying element section. 前記ワード配線と、前記ビット配線と、前記ワード配線及び前記ビット配線との間に設けられた前記不揮発性記憶素子と、を含む積層構造体が複数積層されることを特徴とする請求項15または16に記載の不揮発性記憶装置。   16. The multilayer structure including the word wiring, the bit wiring, and the nonvolatile memory element provided between the word wiring and the bit wiring is stacked. The nonvolatile memory device according to 16. 前記不揮発性記憶素子に併設されたプローブをさらに備え、
前記駆動部は、前記プローブを介して、前記不揮発性記憶素子の前記記録層の記録単位に対して前記電圧の印加及び前記電流の通電の少なくともいずれかを行うことを特徴とする請求項14記載の不揮発性記憶装置。
A probe provided alongside the nonvolatile memory element;
15. The drive unit performs at least one of application of the voltage and energization of the current to a recording unit of the recording layer of the nonvolatile memory element via the probe. Nonvolatile storage device.
前記不揮発性記憶素子を挟むゲート電極とゲート絶縁膜とを含むMISトランジスタをさらに備え、
前記駆動部は、前記ゲート電極を介して、前記不揮発性記憶素子の前記記録層への電圧の印加、及び、前記記録層への電流の通電、の少なくともいずれかを行うことを特徴とする請求項14記載の不揮発性記憶装置。
A MIS transistor including a gate electrode and a gate insulating film sandwiching the nonvolatile memory element;
The drive unit performs at least one of application of a voltage to the recording layer of the nonvolatile memory element and energization of a current to the recording layer through the gate electrode. Item 15. The nonvolatile memory device according to Item 14.
第1導電型半導体基板内に設けられた第1及び第2の第2導電型半導体領域と、
前記第1及び第2の第2導電型半導体領域の間の第1導電型半導体領域と、
前記第1及び第2の第2導電型領域間における導通/非導通を制御するゲート電極と、
をさらに備え、
前記不揮発性記憶素子は、前記ゲート電極と前記第1導電型半導体領域との間に配置され、
前記駆動部は、前記ゲート電極を介して、前記不揮発性記憶素子の前記記録層への電圧の印加、及び、前記記録層への電流の通電、の少なくともいずれかを行うことを特徴とする請求項14記載の不揮発性記憶装置。
First and second second conductivity type semiconductor regions provided in the first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductivity type semiconductor region between the first and second second conductivity type semiconductor regions;
A gate electrode for controlling conduction / non-conduction between the first and second second conductivity type regions;
Further comprising
The nonvolatile memory element is disposed between the gate electrode and the first conductivity type semiconductor region,
The drive unit performs at least one of application of a voltage to the recording layer of the nonvolatile memory element and energization of a current to the recording layer through the gate electrode. Item 15. The nonvolatile memory device according to Item 14.
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