JP2013065779A - 抵抗変化素子 - Google Patents
抵抗変化素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013065779A JP2013065779A JP2011204573A JP2011204573A JP2013065779A JP 2013065779 A JP2013065779 A JP 2013065779A JP 2011204573 A JP2011204573 A JP 2011204573A JP 2011204573 A JP2011204573 A JP 2011204573A JP 2013065779 A JP2013065779 A JP 2013065779A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistance change
- layer
- resistance
- transition metal
- oxygen concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
【解決手段】第1の電極と、当該第1の電極の上に形成された抵抗変化層と、当該抵抗変化層の上に形成された第2の電極と、を少なくとも備え、前記抵抗変化層は、遷移金属酸化物を少なくとも含み、前記抵抗変化層の外周部の酸素濃度は、内部の酸素濃度より高いことを特徴とする。
【選択図】図1A
Description
(1)第1の電極と、当該第1の電極の上に形成された抵抗変化層と、当該抵抗変化層の上に形成された第2の電極と、を少なくとも備え、前記抵抗変化層は、遷移金属酸化物を少なくとも含み、前記抵抗変化層の外周部の酸素濃度は、前記抵抗変化層の内部の酸素濃度より高いことを特徴とする抵抗変化素子とする。外周部の酸素濃度を高くすることで、外周部の耐圧が大きくなり、相対的に耐圧が小さい中心部分に、低抵抗経路が優先的に形成することが可能となる。第1の遷移金属酸化物層は、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウムである。
(2)前記抵抗変化層の酸素濃度が、外周部から内部に向かって連続的に減少していることを特徴とする抵抗変化素子とする。酸素濃度が連続的に違うことは、耐圧が連続的に違うことを意味しており、したがって、初期化動作で印加する電圧に依存して、低抵抗領域の面積を制御することが可能となる。このことは、すなわち、低抵抗状態の抵抗を初期化動作時の電圧で制御できること意味する。
(3)前記抵抗変化層の外周部の酸素濃度が外周部から内部に向かって階段状に減少していることを特徴とする抵抗変化素子とする。酸素濃度が階段的に変化していることで、初期化動作時の電圧印加により、容易に、低抵抗状態の抵抗を離散的に制御することが可能となる。
(4)前記抵抗変化層の外周部の酸素濃度が化学量論組成であることを特徴とする抵抗変化素子とする。化学量論組成とすることで、耐圧が最も大きくなると共に、化学的に安定化し、素子の歩留まりや保持特性が改善する。
(5)前記抵抗変化層は、第1の遷移金属酸化物からなる第1の遷移金属酸化物層と、前記第1の遷移金属酸化物層と前記第2の電極に挟まれ、前記第1の遷移金属酸化物層よりも酸化の自由エネルギーの絶対値が大きい遷移金属酸化物からなる第2の遷移金属酸化物層と、を有することを特徴とする抵抗変化素子とする。第2の遷移金属酸化物層を導入することで、初期リーク電流を大幅に低減することが可能となり、高抵抗状態の高抵抗化に寄与する。第2の遷移金属酸化物層は、例えば、酸化タンタル、酸化シリコンタンタル、酸化アルミニウムである。酸化タンタル等の固体電解質は、酸素のリザーバーとしても機能する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の実施の形態1における抵抗変化素子の一部構成例を模式的に示す断面図である。この抵抗変化素子は、下部電極(第1の電極)201、上部電極(第2の電極)202、および下部電極201と上部電極202との間に挟まれた少なくとも遷移金属酸化物を含む抵抗変化層203を備える。ここで当該抵抗変化層203には、遷移金属酸化物以外にも金属酸化物や半導体が含まれることがある。また、本発明において、遷移金属とは、周期表で第3族元素から第11族元素の間に存在する元素のうち、ランタノイドとアクチノイドを除く元素と定義する。遷移金属元素は、d軌道ないしはf軌道の外部にも広く分布する電子が多数存在するという特徴を有する。この性質は、金属結合に関与しうる電子が多いということを意味しており、とりうる酸化数も多数存在することになる。
本発明の実施の形態2について、図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態2における抵抗変化素子の一部構成例を模式的に示す断面図である。この抵抗変化素子は、下部電極(第1の電極)301、上部電極(第2の電極)302、および下部電極301と上部電極302との間に挟まれた少なくとも遷移金属酸化物を含む抵抗変化層303を備える。
本発明の実施の形態3について、図4を用いて説明する。図4は本発明の実施の形態3における抵抗変化素子の一部構成例を模式的に示す断面図である。この抵抗変化素子は、下部電極(第1の電極)401、上部電極(第2の電極)402、および下部電極401と上部電極402との間に挟まれた第1の遷移金属酸化物からなる第1の遷移金属酸化物層403と、第2の遷移金属酸化物からなる第2の遷移金属酸化物層404を備える。また、第1の遷移金属酸化物層403は下部電極401に接して形成されている。なお、第1の遷移金属酸化物層403と第2の遷移金属酸化物層404を合わせて抵抗変化層と称する場合がある。
本発明の実施の形態3について、図5を用いて説明する。図5は本発明の実施の形態4における抵抗変化素子の一部構成例を模式的に示す断面図である。この抵抗変化素子は、下部電極(第1の電極)501、上部電極(第2の電極)502、および下部電極501と上部電極502との間に挟まれた第1の遷移金属酸化物からなる第1の遷移金属酸化物層503と第2の遷移金属酸化物からなる第2の遷移金属酸化物層504を備える。また、第1の遷移金属酸化物層503は下部電極501に接して形成されている。
次に、上述した実施の形態1〜4における抵抗変化素子について、より詳細に説明する。
前記抵抗変化素子構造を実現するための製造方法に関しては、
半導体基板上に抵抗変化素子を形成する工程であって、
(i)第1の電極を形成する工程と、
(ii)遷移金属酸化物からなる抵抗変化層を形成する工程と、
(iii)第2の電極を形成する工程と、
(iiii)抵抗変化素子をメサ状構造に加工する工程と、
(iiiii)抵抗変化層の外周部の酸素濃度を増加させる工程と
を有することを特徴とする。
次に、本発明における抵抗変化素子の適用例について説明する。以下では、本発明における抵抗変化素子を記憶装置に適用した場合について説明する。
次に、上述した記憶装置の製造方法について説明する。
102、202、302、402、502・・・上部電極(第2の電極)
103、203、303・・・抵抗変化層
104、204、304、405、505・・・半導体基板
403、503・・・第1の遷移金属酸化物層
404、504・・・第2の遷移金属酸化物層
Claims (13)
- 第1の電極と、当該第1の電極の上に形成された抵抗変化層と、当該抵抗変化層の上に形成された第2の電極と、を少なくとも備え、
前記抵抗変化層は、遷移金属酸化物を少なくとも含み、
前記抵抗変化層の外周部の酸素濃度は、前記抵抗変化層の内部の酸素濃度より高いことを特徴とする抵抗変化素子。 - 前記抵抗変化層の酸素濃度が、前記抵抗変化層の外周部から内部に向かって連続的に減少していることを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層の酸素濃度が、前記抵抗変化層の外周部から内部に向かって階段状に減少していることを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層の外周部の酸素濃度が、化学量論組成であることを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化素子。
- 前記遷移金属酸化物層が、酸化チタン、あるいは酸化ジルコニウムで形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層は、
第1の遷移金属酸化物からなる第1の遷移金属酸化物層と、
前記第1の遷移金属酸化物層と前記第2の電極に挟まれ、前記第1の遷移金属酸化物層よりも酸化の自由エネルギーの絶対値が大きい遷移金属酸化物からなる第2の遷移金属酸化物層と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化素子。 - 前記抵抗変化層の酸素濃度が、前記抵抗変化層の外周部から内部に向かって連続的に減少していることを特徴とする請求項6に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層の酸素濃度が、前記抵抗変化層の外周部から内部に向かって階段状に減少していることを特徴とする請求項6に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層の外周部の酸素濃度が、化学量論組成であることを特徴とする請求項6に記載の抵抗変化素子。
- 前記第1の遷移金属酸化物層が、酸化チタン、あるいは酸化ジルコニウムで形成されており、前記第2の遷移金属酸化物層が、酸化タンタル、酸化シリコンタンタル、あるいは酸化アルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれか一項に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層の外周部の高酸素濃度領域が熱酸化によって形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層の外周部の高酸素濃度領域がプラズマ酸化によって形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層の外周部の高酸素濃度領域が酸素イオン注入によって形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の抵抗変化素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011204573A JP2013065779A (ja) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | 抵抗変化素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011204573A JP2013065779A (ja) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | 抵抗変化素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013065779A true JP2013065779A (ja) | 2013-04-11 |
Family
ID=48188999
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011204573A Pending JP2013065779A (ja) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | 抵抗変化素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013065779A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200026589A (ko) * | 2018-09-03 | 2020-03-11 | 삼성전자주식회사 | 메모리 장치 |
-
2011
- 2011-09-20 JP JP2011204573A patent/JP2013065779A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200026589A (ko) * | 2018-09-03 | 2020-03-11 | 삼성전자주식회사 | 메모리 장치 |
KR102549544B1 (ko) * | 2018-09-03 | 2023-06-29 | 삼성전자주식회사 | 메모리 장치 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10038139B2 (en) | One transistor and one resistive random access memory (RRAM) structure with spacer | |
US9680095B2 (en) | Resistive RAM and fabrication method | |
US9431604B2 (en) | Resistive random access memory (RRAM) and method of making | |
TWI450390B (zh) | 使用電阻材料及內電極之非揮發性記憶體裝置及其相關之方法及處理系統 | |
JP5488458B2 (ja) | 抵抗変化素子及びその製造方法 | |
US9099647B2 (en) | One transistor and one resistive (1T1R) random access memory (RAM) structure with dual spacers | |
KR100645064B1 (ko) | 금속 산화물 저항 기억소자 및 그 제조방법 | |
JP5863302B2 (ja) | 二端子抵抗性スイッチングデバイス構造及びその製造方法 | |
JP5382001B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP5422231B2 (ja) | 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法 | |
WO2011043448A1 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
WO2012162867A1 (zh) | 一种采用电场增强层的阻变存储器结构及其制备方法 | |
WO2009096363A1 (ja) | 抵抗変化型不揮発性記憶装置とその製造方法 | |
TW201025591A (en) | Method for fabricating resistive memory device | |
JP5265848B2 (ja) | 半導体メモリ素子のキャパシタ及びその製造方法 | |
TWI602284B (zh) | 供非揮發性記憶體裝置的阻抗切換裝置及其形成方法 | |
TW202013710A (zh) | 積體晶片及其形成方法 | |
JP2020123729A (ja) | 強誘電性誘電材料の多段階堆積 | |
JP5464148B2 (ja) | 抵抗変化素子 | |
WO2016203751A1 (ja) | 整流素子、スイッチング素子および整流素子の製造方法 | |
TWI418027B (zh) | 相變化記憶裝置及其製造方法 | |
JP2010040728A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP5568950B2 (ja) | 抵抗変化型メモリ素子、及び、抵抗変化型不揮発性メモリ、並びに、抵抗変化型メモリ素子制御方法 | |
JP2013065779A (ja) | 抵抗変化素子 | |
TWI730475B (zh) | 積體電路裝置及形成積體電路裝置的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140805 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20140909 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20140910 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150227 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150317 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150804 |