JP2011165883A - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体記憶装置は、基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成され、電気的に書き換え可能な抵抗値をデータとして記憶する抵抗変化膜と、前記抵抗変化膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記抵抗変化膜は、前記上部電極または前記下部電極のうち少なくとも一方の電極側に形成された金属を含む第1膜と、前記第1膜と他方の電極との間に形成された前記金属と酸素とを含む第2膜と、で構成され、前記第2膜の前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]は、化学量論比よりも大きくかつ前記第1膜の前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]よりも小さく、前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]は、前記第1膜と前記第2膜との間で急激に変化する。
【選択図】 図1
Description
第1の実施形態は、抵抗変化膜が金属酸化膜と金属膜との積層膜(MeOx/Me積層膜)で構成される例である。
まず、図1を用いて、本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の構造について説明する。図1は、本実施形態におけるメモリ素子の構成および抵抗変化膜の組成比を示している。
次に、図2を用いて、本発明の第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図2は、本実施形態におけるメモリ素子の製造工程を示している。
上記第1の実施形態によれば、抵抗変化膜102は金属膜102aと金属酸化膜102bとで構成され、酸素と金属との組成比は金属膜102aと金属酸化膜102bとの界面において急激に変化している。より具体的には、酸素濃度が金属酸化膜102bから金属膜102aに向けて急激に減少している。また、金属酸化膜102bにおいて、膜厚方向で酸素濃度の均一な領域が存在する。すなわち、酸素濃度の高い領域が一定の膜厚で存在する。このため、金属酸化膜102bにおけるフィラメント以外の部分に、絶縁性の高い領域が広がる。これにより、スイッチング動作時、フィラメント部分に電流を集中させることができ、低電流の動作が可能となる。なお、金属酸化膜102bにおいて酸素濃度の高い領域が存在しても、その領域の膜厚が薄すぎると、フィラメント以外の部分に十分な絶縁性は得られない。その結果、低電流の動作が困難になる。このため、酸素濃度の高い領域の膜厚は、例えば金属酸化膜102bの膜厚5nmに対して、2nm以上であることが望ましい。
第1の実施形態は、抵抗変化膜がメタルリッチな金属酸化膜と金属膜との積層膜で構成された。これに対し、第2の実施形態は、メタルリッチな金属酸化膜と、これよりさらにメタルリッチな金属酸化膜との積層膜(MeOx1/MeOx2積層膜)で抵抗変化膜が構成される例である。
まず、図5を用いて、本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の構造について説明する。図5は、本実施形態におけるメモリ素子の構成および抵抗変化膜の組成比を示している。
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。
上記第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
第3の実施形態は、抵抗変化膜が金属膜、メタルリッチな金属酸化膜、および金属膜の積層膜(Me/MeOx/Me積層膜)で構成される例である。
まず、図7を用いて、本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の構造について説明する。図7は、本実施形態におけるメモリ素子の構成および抵抗変化膜の組成比を示している。
次に、図8を用いて、本発明の第3の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図8は、本実施形態におけるメモリ素子の製造工程を示している。
上記第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
第4の実施形態は、抵抗変化膜がよりメタルリッチな金属酸化膜、メタルリッチな金属酸化膜、およびよりメタルリッチな金属酸化膜の積層膜(MeOx1/MeOx2/MeOx3積層膜)で構成される例である。
まず、図9を用いて、本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の構造について説明する。図9は、本実施形態におけるメモリ素子の構成および抵抗変化膜の組成比を示している。
次に、図10を用いて、本発明の第4の実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図10は、本実施形態におけるメモリ素子の製造工程を示している。
上記第4の実施形態によれば、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
Claims (6)
- 基板と、
前記基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成され、電気的に書き換え可能な抵抗値をデータとして記憶する抵抗変化膜と、
前記抵抗変化膜上に形成された上部電極と、
を具備し、
前記抵抗変化膜は、前記上部電極または前記下部電極のうち少なくとも一方の電極側に形成された金属を含む第1膜と、前記第1膜と他方の電極との間に形成された前記金属と酸素とを含む第2膜と、で構成され、
前記第2膜の酸素と金属の組成比[O]/[Me]は、化学量論比よりも小さくかつ前記第1膜の前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]よりも大きく、
前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]は、前記第1膜と前記第2膜との間で急激に変化することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第1膜は、酸素を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記第2膜と前記他方の電極との間に形成された前記金属を含む第3膜をさらに具備し、
前記第3膜の前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]は、前記第2膜の前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]よりも大きく、
前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]は、前記第3膜と前記第2膜との間で急激に変化することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。 - 前記第2膜の前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]は、膜厚方向に均一な領域が存在することを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の半導体記憶装置。
- 基板上に、下部電極を形成し、
前記下部電極上に、金属膜を形成し、
前記金属膜の表面をラジカル酸化により酸化することで、前記下部電極上に金属を含む第1膜と、前記第1膜上に前記金属と酸素とを含む第2膜とから構成され、電気的に書き換え可能な抵抗値をデータとして記憶する抵抗変化膜を形成し、
前記第2膜上に、上部電極を形成し、
前記第2膜の前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]は、化学量論比よりも大きくかつ前記第1膜の前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]よりも小さく、
前記酸素と金属の組成比[O]/[Me]は、前記第1膜と前記第2膜との間で急激に変化する
ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。 - 前記抵抗変化膜を形成した後に、前記抵抗変化膜を熱処理することを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置の製造方法。
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