JP2013125903A - Resistance change element - Google Patents

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Takayuki Ishikawa
貴之 石川
Akisuke Fujii
章輔 藤井
Yoshifumi Nishi
義史 西
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大介 松下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resistance change element having rectifying properties without requiring a metal layer as an ion source layer.SOLUTION: The resistance change element comprises: a first electrode 11; a second electrode 15; a first variable resistance layer 12 which is disposed between the first electrode 11 and the second electrode 15, and is doped with a metal element; a second variable resistance layer 14 which is disposed between the first variable resistance layer 12 and the second electrode 15; and an isolating layer 13 which is disposed between the first variable resistance layer 12 and the second variable resistance layer 14.

Description

本発明の実施形態は、電気的に抵抗が可変な不揮発性の抵抗変化素子に関するものである。   Embodiments described herein relate generally to a nonvolatile variable resistance element whose resistance is electrically variable.

ReRAM(Resistive Random Access Memory)は、可変抵抗層を2つの電極で挟んだ2端子構造から抵抗変化素子部が構成されるメモリである。メモリセル構造が簡易なことから、他のメモリと比較し、スケーリングが容易であると考えられている。そのため、抵抗変化メモリは、広く製品に応用されているNANDフラッシュメモリなどの既存製品を置き換える次世代の大容量記憶装置の有力な候補の1つである。   ReRAM (Resistive Random Access Memory) is a memory in which a variable resistance element unit is configured from a two-terminal structure in which a variable resistance layer is sandwiched between two electrodes. Since the memory cell structure is simple, it is considered that scaling is easier compared to other memories. Therefore, the resistance change memory is one of the promising candidates for the next generation mass storage device that replaces existing products such as NAND flash memories that are widely applied to products.

抵抗変化メモリの可変抵抗材として、遷移金属酸化物系、硫化物系、ペロブスカイト酸化物系など様々な物質が検討されている。中でも、アモルファスシリコンを可変抵抗材とした抵抗変化素子は、シリコンCMOSプロセスとの親和性が高く、かつ、低電流での不揮発メモリ動作が実証されている。   Various materials such as transition metal oxides, sulfides, and perovskite oxides have been studied as variable resistance materials for resistance change memories. Among them, a resistance change element using amorphous silicon as a variable resistance material has a high affinity with a silicon CMOS process, and has demonstrated a nonvolatile memory operation at a low current.

上述のアモルファスシリコンを可変抵抗材とした抵抗変化素子の従来の素子構造は、一方の電極が高濃度ドープのSi層、対向電極が金属であるAgから構成される。この素子構造では、2電極間に電圧を印加することにより、電極材料のAgがイオン化し、アモルファスシリコン中を移動することで伝導フィラメントが形成される(抵抗変化メカニズム)。この抵抗変化メカニズムにおいては、一方の電極であるAgが伝導フィラメントを形成するためのイオン供給層(イオンソース層)としての役割を果たしている。   The conventional element structure of the variable resistance element using amorphous silicon as a variable resistance material is composed of Ag in which one electrode is a highly doped Si layer and the counter electrode is a metal. In this element structure, when a voltage is applied between two electrodes, Ag of the electrode material is ionized, and a conductive filament is formed by moving in amorphous silicon (resistance change mechanism). In this resistance change mechanism, Ag as one electrode plays a role as an ion supply layer (ion source layer) for forming a conductive filament.

しかしながら、従来の素子構造では、イオンソース層としての金属層を必要とすることから、金属層の密着性や金属汚染などの問題を有している。さらに、大容量記憶装置を実現するためには、整流性を有することも必要条件の一つである。   However, since the conventional element structure requires a metal layer as an ion source layer, it has problems such as adhesion of the metal layer and metal contamination. Furthermore, in order to realize a mass storage device, having a rectifying property is one of the necessary conditions.

Sung Hyun Jo and Wei Lu, Nano Letters 8, no.2, pp. 392-397 (2008)Sung Hyun Jo and Wei Lu, Nano Letters 8, no.2, pp. 392-397 (2008)

イオンソース層としての金属層を必要とせず、整流性を有する抵抗変化素子を提供する。   Provided is a resistance change element having a rectifying property without requiring a metal layer as an ion source layer.

一実施態様の抵抗変化素子は、第1、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、金属元素がドーピングされた第1可変抵抗層と、前記第1可変抵抗層と前記第2電極との間に配置された第2可変抵抗層と、前記第1可変抵抗層と前記第2可変抵抗層との間に配置された絶縁層とを具備することを特徴とする。   In one embodiment, the variable resistance element includes first and second electrodes, a first variable resistance layer disposed between the first electrode and the second electrode, doped with a metal element, and the first variable resistance element. And a second variable resistance layer disposed between the resistance layer and the second electrode, and an insulating layer disposed between the first variable resistance layer and the second variable resistance layer. And

第1実施形態の抵抗変化素子の断面図である。It is sectional drawing of the resistance change element of 1st Embodiment. 第1実施形態の抵抗変化素子の低抵抗状態への遷移を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the transition to the low resistance state of the variable resistance element of 1st Embodiment. 第1実施形態の抵抗変化素子の高抵抗状態への遷移を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the transition to the high resistance state of the variable resistance element of 1st Embodiment. 第1実施形態の抵抗変化素子の典型的な電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the typical current-voltage characteristic of the resistance change element of 1st Embodiment. 第2実施形態の抵抗変化メモリの斜視図である。It is a perspective view of the resistance change memory of 2nd Embodiment. 第2実施形態の抵抗変化メモリの断面図である。It is sectional drawing of the resistance change memory of 2nd Embodiment. 第2実施形態の変形例の抵抗変化メモリの断面図である。It is sectional drawing of the resistance change memory of the modification of 2nd Embodiment. 第3実施形態の抵抗変化メモリの断面図である。It is sectional drawing of the resistance change memory of 3rd Embodiment. 第3実施形態の変形例の抵抗変化メモリの断面図である。It is sectional drawing of the resistance change memory of the modification of 3rd Embodiment.

以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, components having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.

[第1実施形態]
第1実施形態の抵抗変化素子について説明する。
[First Embodiment]
The variable resistance element according to the first embodiment will be described.

図1は、第1実施形態の抵抗変化素子の構造を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of the variable resistance element according to the first embodiment.

抵抗変化素子10は、図1に示すような積層構造を基本とする。第1電極11と第2電極15との間には、第1可変抵抗層12、絶縁層13、第2可変抵抗層14が第1電極11側から順に配置されている。すなわち、第1電極11と第2電極15との間には第1可変抵抗層12が配置され、第1可変抵抗層12と第2電極15との間には第2可変抵抗層14が配置されている。さらに、第1可変抵抗層12と第2可変抵抗層14との間には、絶縁層13が配置されている。   The variable resistance element 10 is based on a laminated structure as shown in FIG. Between the 1st electrode 11 and the 2nd electrode 15, the 1st variable resistance layer 12, the insulating layer 13, and the 2nd variable resistance layer 14 are arrange | positioned in order from the 1st electrode 11 side. That is, the first variable resistance layer 12 is disposed between the first electrode 11 and the second electrode 15, and the second variable resistance layer 14 is disposed between the first variable resistance layer 12 and the second electrode 15. Has been. Furthermore, an insulating layer 13 is disposed between the first variable resistance layer 12 and the second variable resistance layer 14.

可変抵抗層12には、金属元素がドーピングされている。可変抵抗層12にドーピングされた金属元素は、伝導フィラメントを形成するためのイオンソースとして作用する。   The variable resistance layer 12 is doped with a metal element. The metal element doped in the variable resistance layer 12 acts as an ion source for forming a conductive filament.

抵抗変化素子10は、電圧の印加方向により低抵抗状態あるいは高抵抗状態に遷移する。以下に、抵抗変化素子10における低抵抗状態あるいは高抵抗状態への遷移について説明する。   The resistance change element 10 transitions to a low resistance state or a high resistance state depending on the voltage application direction. Below, the transition to the low resistance state or the high resistance state in the variable resistance element 10 will be described.

図2(a)及び図2(b)は、抵抗変化素子10の低抵抗状態への遷移を示す断面図である。   2A and 2B are cross-sectional views showing the transition of the variable resistance element 10 to the low resistance state.

抵抗変化素子10において、電極11と電極15との間に電圧を印加する。電極15に印加する電圧に対して、電極11に正の電圧を印加すると、電極11から電極15の方向に電界が発生する。このとき、可変抵抗層12内にドーピングされていた金属元素がイオン化する。イオン化された金属イオン12aは、電界の作用により引っ張られ、図2(a)に示すように、電極15の方向へ移動する。   In the resistance change element 10, a voltage is applied between the electrode 11 and the electrode 15. When a positive voltage is applied to the electrode 11 with respect to the voltage applied to the electrode 15, an electric field is generated in the direction from the electrode 11 to the electrode 15. At this time, the metal element doped in the variable resistance layer 12 is ionized. The ionized metal ions 12a are pulled by the action of an electric field and move in the direction of the electrode 15 as shown in FIG.

結果として、図2(b)に示すように、可変抵抗層12内に金属フィラメント16が形成され、絶縁層13内に金属フィラメント17、可変抵抗層14内に金属フィラメント18がそれぞれ形成される。これら金属フィラメント16、17、18により、電極11と電極15の間は電気的に導通し、抵抗変化素子10は低抵抗状態に遷移する。これをセット動作という。   As a result, as shown in FIG. 2B, the metal filament 16 is formed in the variable resistance layer 12, the metal filament 17 is formed in the insulating layer 13, and the metal filament 18 is formed in the variable resistance layer 14. These metal filaments 16, 17, and 18 are electrically connected between the electrode 11 and the electrode 15, and the resistance change element 10 transitions to a low resistance state. This is called a set operation.

次に、抵抗変化素子10における高抵抗状態への遷移について説明する。図3(a)及び図3(b)は、抵抗変化素子10の高抵抗状態への遷移を示す断面図である。   Next, the transition to the high resistance state in the variable resistance element 10 will be described. 3A and 3B are cross-sectional views showing the transition of the variable resistance element 10 to the high resistance state.

低抵抗状態に遷移した抵抗変化素子10に対して、低抵抗状態への遷移時とは電圧印加の向きを逆にする。すなわち、電極15に印加する電圧に対して、電極11に負の電圧を印加する。すると、電極15から電極11の向きに電界が発生する。このとき、金属フィラメント16、17、18を構成する金属原子はイオン化し、金属イオン12aは電界の作用により、図3(a)に示すように、電極11の方向へ移動する。   For the variable resistance element 10 that has transitioned to the low resistance state, the direction of voltage application is reversed from that at the transition to the low resistance state. That is, a negative voltage is applied to the electrode 11 with respect to the voltage applied to the electrode 15. Then, an electric field is generated in the direction from the electrode 15 to the electrode 11. At this time, the metal atoms constituting the metal filaments 16, 17, and 18 are ionized, and the metal ions 12a move toward the electrode 11 as shown in FIG.

そして、図3(b)に示すように、金属フィラメント16、17、18は消失する。これにより、電極11と電極15の間に電気的な絶縁が生じ、抵抗変化素子10は高抵抗状態に遷移する。これをリセット動作という。また、セット動作とリセット動作の一連の動作をスイッチ動作という。   Then, as shown in FIG. 3B, the metal filaments 16, 17, 18 disappear. Thereby, electrical insulation arises between the electrode 11 and the electrode 15, and the resistance change element 10 changes to a high resistance state. This is called a reset operation. A series of operations including a set operation and a reset operation is called a switch operation.

一方で、高抵抗状態の抵抗変化素子10において、電極15に印加する電圧に対して、電極11に負の電圧を印加した際には、可変抵抗層12内にドーピングされていた金属元素はイオン化し、電極11の方向へ移動する。この場合、可変抵抗層12内に金属フィラメントが形成される一方で、絶縁層13、および可変抵抗層14内には金属フィラメントが形成されないため、抵抗変化素子10は高抵抗状態が維持される。このように、高抵抗状態の抵抗変化素子10に対して、非対称な電流−電圧特性が実現可能である。特に、可変抵抗層12および14のどちらか一方、あるいは両方に、整流性を示す可変抵抗材料を用いる、あるいは、リセット動作に必要な電圧が小さい材料系を用いることなどにより、整流性を可変抵抗素子10に内蔵させることが可能である。   On the other hand, in the resistance change element 10 in the high resistance state, when a negative voltage is applied to the electrode 11 with respect to the voltage applied to the electrode 15, the metal element doped in the variable resistance layer 12 is ionized. And move in the direction of the electrode 11. In this case, a metal filament is formed in the variable resistance layer 12, but no metal filament is formed in the insulating layer 13 and the variable resistance layer 14, so that the variable resistance element 10 is maintained in a high resistance state. As described above, asymmetric current-voltage characteristics can be realized for the variable resistance element 10 in the high resistance state. In particular, a variable resistance material exhibiting rectification is used for one or both of the variable resistance layers 12 and 14, or a material system having a small voltage required for the reset operation is used to make the rectification variable. It can be built in the element 10.

次に、第1実施形態の抵抗変化素子に関する実験結果について述べる。   Next, experimental results regarding the variable resistance element according to the first embodiment will be described.

以下のような材料により、図1に示した抵抗変化素子10を作成した。電極11にはTiNを用い、可変抵抗層12にはアモルファスシリコン(膜厚20nm)、絶縁層13にはSiN(膜厚10nm)、可変抵抗層14にはアモルファスシリコン(膜厚20nm)、電極15にはW、可変抵抗層12にドーピングした金属元素にはAgをそれぞれ用いた。素子10の形状は100nm径の円である。   The variable resistance element 10 shown in FIG. 1 was made of the following materials. TiN is used for the electrode 11, amorphous silicon (film thickness 20 nm) is used for the variable resistance layer 12, SiN (film thickness 10 nm) is used for the insulating layer 13, amorphous silicon (film thickness 20 nm) is used for the variable resistance layer 14, and the electrode 15 is used. Was used for W and Ag for the metal element doped in the variable resistance layer 12. The shape of the element 10 is a circle with a diameter of 100 nm.

図4は、作成した抵抗変化素子10の典型的な電流−電圧特性である。   FIG. 4 shows typical current-voltage characteristics of the produced variable resistance element 10.

図4に示すように、電極11であるTiNに対して正の電圧を印加することにより、セット動作が行われ、抵抗変化素子10が低抵抗状態に遷移していることが分かる。さらに、電極11に対して負の電圧の印加により、リセット動作が行われ、抵抗変化素子10が高抵抗状態に遷移していることが分かる。高抵抗状態における負の電圧の印加に対しては、低抵抗状態への遷移は見られず、印加電圧の極性に対して非対称な電流−電圧特性が得られている。以上の実験結果から、第1実施形態の提案する素子構造を持つ抵抗変化素子10は、スイッチ動作が可能であり、さらに非対称な電流−電圧特性を有することを確認した。   As shown in FIG. 4, it can be seen that by applying a positive voltage to TiN that is the electrode 11, the set operation is performed and the resistance change element 10 is transitioned to the low resistance state. Furthermore, it can be seen that a reset operation is performed by applying a negative voltage to the electrode 11, and the resistance change element 10 is transitioning to a high resistance state. When a negative voltage is applied in the high resistance state, no transition to the low resistance state is observed, and a current-voltage characteristic asymmetric with respect to the polarity of the applied voltage is obtained. From the above experimental results, it was confirmed that the variable resistance element 10 having the element structure proposed by the first embodiment can be switched and has an asymmetric current-voltage characteristic.

第1実施形態では、前述したように、可変抵抗層12および可変抵抗層14の材料として、アモルファスシリコンを用いた。しかし、アモルファスシリコンの代わりに、アモルファスゲルマニウム、アモルファスシリコンゲルマニウム、アモルファスシリコンカーバイト、アモルファスカーボンドープトシリコンなどの非晶質半導体を用いてもよい。また、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、カーボンドープトシリコンなどの半導体を用いてもよい。さらに、SiOx,HfOx、AlOx,TiOxなどの酸化物、もしくは、硫化銀(AgS)、ヨウ化銀(AgI)、硫化銅(CuS)、セレン化銅(CuSe)などの固体イオン伝導体を用いてもよい。 In the first embodiment, as described above, amorphous silicon is used as the material of the variable resistance layer 12 and the variable resistance layer 14. However, amorphous semiconductors such as amorphous germanium, amorphous silicon germanium, amorphous silicon carbide, and amorphous carbon doped silicon may be used instead of amorphous silicon. Alternatively, a semiconductor such as silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, or carbon-doped silicon may be used. Furthermore, oxides such as SiOx, HfOx, AlOx, TiOx, or solid ion conduction such as silver sulfide (Ag 2 S), silver iodide (AgI), copper sulfide (Cu 2 S), copper selenide (CuSe), etc. The body may be used.

また、可変抵抗層12と可変抵抗層14の材料は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。可変抵抗層12および可変抵抗層14の膜厚は、典型的には1〜300nmである。メモリに応用した場合の抵抗変化素子の動作電圧を考慮すると、膜厚は薄い方がよいため、1〜20nmがより好ましい。   The materials of the variable resistance layer 12 and the variable resistance layer 14 may be the same or different. The film thicknesses of the variable resistance layer 12 and the variable resistance layer 14 are typically 1 to 300 nm. Considering the operating voltage of the resistance change element when applied to a memory, the thinner the film thickness is, the more preferable is 1 to 20 nm.

電極11および電極15の材料として、第1実施形態では、それぞれ、TiNおよびWを用いた。しかし、これらの材料の代わりに、Pt、Ta、Moなどイオン化しにくい不活性な金属を用いてもよい。また、電極11および電極15の材料として、高濃度ドープの半導体層、すなわち不純物を高濃度にドープした半導体層、具体的には、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、カーボンドープトシリコンなどを用いても良い。また、電極11と電極15の材料は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。   In the first embodiment, TiN and W were used as materials for the electrode 11 and the electrode 15, respectively. However, an inert metal that is difficult to ionize, such as Pt, Ta, or Mo, may be used instead of these materials. Moreover, as a material of the electrode 11 and the electrode 15, a highly doped semiconductor layer, that is, a semiconductor layer doped with an impurity at a high concentration, specifically, silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, carbon-doped silicon, etc. May be used. Moreover, the material of the electrode 11 and the electrode 15 may be the same, and may differ.

可変抵抗層12にドーピングされた金属元素として、第1実施形態ではAgを用いた。しかし、Agの代わりに、イオン化しやすい金属、例えば、Co、Ni、Cu、Ti、Al、Auなどを用いることができる。さらに、Cr、Mn、Fe、Zn、Sn、In、Pd、Pb、Biなどを用いてもよい。   In the first embodiment, Ag is used as the metal element doped in the variable resistance layer 12. However, instead of Ag, a metal that is easily ionized, such as Co, Ni, Cu, Ti, Al, or Au, can be used. Further, Cr, Mn, Fe, Zn, Sn, In, Pd, Pb, Bi, or the like may be used.

可変抵抗層12への金属元素のドーピング方法としては、可変抵抗層12の堆積後に金属元素をイオン注入する方法を用いることができる。また、可変抵抗層12の堆積後に金属元素を含む膜を堆積し、熱処理を施すことにより、金属元素を可変抵抗層12中に熱拡散させる方法などを用いることができる。第1実施形態で作成した抵抗変化素子では、熱処理により可変抵抗層12としてのアモルファスシリコン中にAgをドーピングする方法を用いている。   As a method for doping the variable resistance layer 12 with a metal element, a method in which a metal element is ion-implanted after the variable resistance layer 12 is deposited can be used. In addition, a method of thermally diffusing the metal element into the variable resistance layer 12 by depositing a film containing the metal element after the variable resistance layer 12 and performing a heat treatment can be used. In the resistance change element created in the first embodiment, a method of doping Ag into the amorphous silicon as the variable resistance layer 12 by heat treatment is used.

可変抵抗層12にドーピングされた金属元素は、抵抗変化素子10の積層構造の堆積過程やその後のプロセス工程における熱履歴により、抵抗変化素子10内、特に、可変抵抗層14へ拡散する可能性がある。絶縁層13を可変抵抗層12と可変抵抗層14との間に挿入することで、金属元素の初期拡散を防ぐことが可能である。すなわち、絶縁層13は、製造工程の熱履歴による可変抵抗層14への金属元素の初期拡散を防ぐことで、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12と金属元素が存在しない可変抵抗層14とを隔てるスペーサの作用を果たしている。   The metal element doped in the variable resistance layer 12 may diffuse into the variable resistance element 10, particularly into the variable resistance layer 14, due to the deposition process of the laminated structure of the variable resistance element 10 and the thermal history in the subsequent process steps. is there. By inserting the insulating layer 13 between the variable resistance layer 12 and the variable resistance layer 14, it is possible to prevent the initial diffusion of the metal element. That is, the insulating layer 13 prevents the initial diffusion of the metal element into the variable resistance layer 14 due to the thermal history of the manufacturing process, so that the variable resistance layer 12 doped with the metal element and the variable resistance layer 14 without the metal element exist. It acts as a spacer that separates the two.

このような作用を持つ絶縁層13として、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸化膜(SiOx)、シリコン酸窒化膜(SiON)などを用いることができる。第1実施形態では、シリコン窒化膜を用い、Agの初期拡散を抑えることにより、非対称な積層構造に起因した非対称な電流−電圧特性が得られることを確認した。絶縁層13の膜厚は、典型的には1〜100nmである。メモリに応用した場合の抵抗変化素子の動作電圧を考慮すると、絶縁層13の膜厚は薄い方がよいため、1〜20nmがより好ましい。   As the insulating layer 13 having such an action, a silicon nitride film (SiN), a silicon oxide film (SiOx), a silicon oxynitride film (SiON), or the like can be used. In the first embodiment, it was confirmed that an asymmetric current-voltage characteristic resulting from an asymmetric laminated structure can be obtained by using a silicon nitride film and suppressing initial diffusion of Ag. The film thickness of the insulating layer 13 is typically 1 to 100 nm. Considering the operating voltage of the resistance change element when applied to a memory, the insulating layer 13 is preferably thin, so 1 to 20 nm is more preferable.

第1実施形態の抵抗変化素子が有する構造においては、イオンソースは可変抵抗層内にドーピングされており、イオンソース層としての金属層を有していない。例えば、従来の素子構造の製造工程では、金属層の加工の困難性、例えばイオンソース層として使用される金属層(以下、イオンソース金属層)と可変抵抗層の間の密着性や、金属汚染などを懸念しなければならない。一方、第1実施形態の抵抗変化素子では、イオンソースは可変抵抗層内に埋め込まれるため、イオンソース金属層が不要であり、イオンソース金属層と可変抵抗層の密着性や金属汚染の問題を解消することができる。   In the structure of the variable resistance element according to the first embodiment, the ion source is doped in the variable resistance layer and does not have a metal layer as the ion source layer. For example, in the manufacturing process of a conventional element structure, it is difficult to process a metal layer, for example, adhesion between a metal layer used as an ion source layer (hereinafter referred to as an ion source metal layer) and a variable resistance layer, or metal contamination. I have to worry about such things. On the other hand, in the variable resistance element of the first embodiment, since the ion source is embedded in the variable resistance layer, the ion source metal layer is unnecessary, and there is a problem of adhesion between the ion source metal layer and the variable resistance layer and metal contamination. Can be resolved.

また、イオンソースを埋め込んだ可変抵抗層の単層では、構造的な対称性から、電圧の極性に対して対称な電流−電圧特性となってしまうことが予想される。このため、第1実施形態では、さらに可変抵抗層を非対称な構造にすることにより、整流性を発現する抵抗変化素子を実現するものである。   In addition, it is expected that the single layer of the variable resistance layer in which the ion source is embedded has current-voltage characteristics that are symmetric with respect to the polarity of the voltage due to the structural symmetry. For this reason, in the first embodiment, a variable resistance layer having an asymmetric structure further realizes a variable resistance element that exhibits rectification.

以上説明したように第1実施形態では、イオンソース層としての金属層を必要とせず、整流性を有する抵抗変化素子を形成することができる。   As described above, in the first embodiment, a metal layer as an ion source layer is not required, and a variable resistance element having a rectifying property can be formed.

[第2実施形態]
第2実施形態では、第1実施形態の抵抗変化素子を下部配線と上部配線との交差部に配置したクロスポイント型の抵抗変化メモリについて説明する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, a cross-point type resistance change memory in which the resistance change element of the first embodiment is arranged at the intersection of the lower wiring and the upper wiring will be described.

図5は第2実施形態の抵抗変化メモリを示す斜視図である。図6(a)は図5に示すA−A’線で切断した断面図であり、図6(b)は図5に示すB−B’線で切断した断面図である。   FIG. 5 is a perspective view showing a resistance change memory according to the second embodiment. 6A is a cross-sectional view taken along line A-A ′ shown in FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line B-B ′ shown in FIG. 5.

第2実施形態は、第1実施形態において、電極11および電極15のそれぞれを下部配線20および上部配線23とした構造であり、クロスポイント型抵抗変化メモリの構造に対応している。   The second embodiment has a structure in which the electrode 11 and the electrode 15 are the lower wiring 20 and the upper wiring 23, respectively, in the first embodiment, and corresponds to the structure of the cross-point type resistance change memory.

下部配線20、20、・・・、20は平行に配列され、下部配線間には層間絶縁膜21、 21、・・・、21n−1が配置されている。下部配線20、 20、・・・、20は、層間絶縁膜21、 21、・・・、21n−1によって互いに電気的に絶縁されている。 Lower wiring 20 1, 20 2, ···, 20 n are arranged in parallel, the interlayer insulating film 21 1 is between the lower wiring, 21 2, · · ·, 21 n-1 are disposed. Lower wiring 20 1, 20 2, ..., 20 n, an interlayer insulating film 21 1, 21 2, ..., it is electrically insulated from each other by 21 n-1.

下部配線20上及び層間絶縁膜21上には、可変抵抗構造22が配置されている。可変抵抗構造22は、可変抵抗層12、絶縁層13、及び可変抵抗層14を有する。さらに、可変抵抗構造22上には、上部配線23が配置されている。   A variable resistance structure 22 is disposed on the lower wiring 20 and the interlayer insulating film 21. The variable resistance structure 22 includes a variable resistance layer 12, an insulating layer 13, and a variable resistance layer 14. Further, an upper wiring 23 is disposed on the variable resistance structure 22.

上部配線23、23、・・・、23は平行に配列され、上部配線間には層間絶縁膜24、 24、・・・、24m−1が配置されている。上部配線23、23、・・・、23は、層間絶縁膜24、24、・・・、24m−1によって互いに電気的に絶縁されている。 Upper wiring 23 1, 23 2, ..., 23 m are arranged in parallel, the interlayer insulating film 24 1, 24 2 between the upper wiring, ..., are disposed 24 m-1. Upper wiring 23 1, 23 2, ..., 23 m, an interlayer insulating film 24 1, 24 2, ..., are electrically insulated from each other by 24 m-1.

下部配線20、20、・・・、20と上部配線23、23、・・・、23は、図5に示すように、互いに交差する向きに配列されている。下部配線と上部配線の交差部に存在する可変抵抗構造22がメモリセルとなり、メモリセルアレイが構成されている。メモリセルは、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12と、絶縁層13、可変抵抗層14を有し、スイッチ動作を行う。メモリセルの各層の構成や動作原理は、第1実施形態に記載されている通りである。 The lower wirings 20 1 , 20 2 ,..., 20 n and the upper wirings 23 1 , 23 2 ,..., 23 m are arranged in a direction crossing each other as shown in FIG. The variable resistance structure 22 existing at the intersection of the lower wiring and the upper wiring becomes a memory cell, and a memory cell array is configured. The memory cell includes a variable resistance layer 12 doped with a metal element, an insulating layer 13, and a variable resistance layer 14, and performs a switching operation. The configuration and operation principle of each layer of the memory cell are as described in the first embodiment.

第2実施形態では、可変抵抗構造22中の可変抵抗層12にドーピングされた金属元素の濃度の制御により、隣接メモリセル、および隣接配線間のコンダクタンスを制御することが可能である。すなわち、金属元素濃度を低く抑えることにより、同一配線層内に配置された配線間のリークを抑制することが可能である。例えば、図6(b)において、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12のコンダクタンスが高い場合、隣接する配線20と配線20がリークしてしまう。イオンソース電極層を有する従来の抵抗変化素子構造においても、同様の問題が生じ、隣接配線間のリークが問題となる。 In the second embodiment, it is possible to control the conductance between adjacent memory cells and adjacent wires by controlling the concentration of the metal element doped in the variable resistance layer 12 in the variable resistance structure 22. That is, it is possible to suppress leakage between wirings arranged in the same wiring layer by keeping the metal element concentration low. For example, in FIG. 6 (b), when the conductance of the variable resistance layer 12 in which the metal element is doped high, 1 and the wiring 20 2 adjacent wires 20 leaks. The same problem occurs in the conventional variable resistance element structure having the ion source electrode layer, and leakage between adjacent wirings becomes a problem.

一方で、本実施形態の提案構造の場合、可変抵抗層12の金属元素濃度を低く抑えることにより、可変抵抗層12のコンダクタンスを低くすることが可能である。この結果、配線間のリークを抑制することが可能である。   On the other hand, in the case of the proposed structure of this embodiment, the conductance of the variable resistance layer 12 can be reduced by keeping the metal element concentration of the variable resistance layer 12 low. As a result, leakage between wirings can be suppressed.

可変抵抗層12にドーピングされた金属元素濃度の典型的な値として、1×1018atom/cm−3以下を用いることができる。さらに、スイッチ動作の起こりやすさや微細化されたデバイスにおいてリーク電流を抑制することを勘案すると、1×1015atom/cm−3 〜 1×1017atom/cm−3の範囲に制御することが好ましい。 As a typical value of the concentration of the metal element doped in the variable resistance layer 12, 1 × 10 18 atom / cm −3 or less can be used. Furthermore, in consideration of the possibility of the switch operation and the suppression of the leakage current in the miniaturized device, it is possible to control in the range of 1 × 10 15 atom / cm −3 to 1 × 10 17 atom / cm −3. preferable.

図6に示した実施形態においては、可変抵抗構造22の素子構造として、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12、絶縁層13、可変抵抗層14の順で構成されていると説明した。しかし、可変抵抗構造22の構造は、図6に示した構造と逆の積層順、すなわち、下部配線20側から可変抵抗層14、絶縁層13、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12の順でもよい。   In the embodiment shown in FIG. 6, it has been described that the element structure of the variable resistance structure 22 includes the variable resistance layer 12 doped with a metal element, the insulating layer 13, and the variable resistance layer 14 in this order. However, the structure of the variable resistance structure 22 is the stacking order opposite to the structure shown in FIG. 6, that is, the order of the variable resistance layer 14, the insulating layer 13, and the variable resistance layer 12 doped with a metal element from the lower wiring 20 side. But you can.

下部配線20、20、・・・、20は、例えば、数nmから数十nmの幅と厚さを持つ金属導線であり、上部配線23、23、・・・、23は、例えば、数nmから数十nmの幅と厚さを持つ金属導線である。下部配線20、20、・・・、20および上部配線23、23、・・・、23の材料としては、Pt、W、Mo、Ta、TiNなど不活性な金属を用いることができる。 The lower wirings 20 1 , 20 2 ,..., 20 n are, for example, metal conductors having a width and thickness of several nm to several tens of nm, and the upper wirings 23 1 , 23 2 ,. Is a metal conductor having a width and thickness of several nm to several tens of nm, for example. As the material of the lower wirings 20 1 , 20 2 ,..., 20 n and the upper wirings 23 1 , 23 2 ,..., 23 m , an inert metal such as Pt, W, Mo, Ta, TiN is used. be able to.

次に、図7を用いて第2実施形態の変形例を説明する。前述した第2実施形態では、メモリセルアレイにおいて、可変抵抗構造22はメモリセル毎に分離せず、1つの積層膜として形成されていた。この変形例では、メモリセル毎に可変抵抗構造22を分離した例を述べる。   Next, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment described above, in the memory cell array, the variable resistance structure 22 is not separated for each memory cell, but is formed as one laminated film. In this modification, an example in which the variable resistance structure 22 is separated for each memory cell will be described.

図7(a)及び図7(b)は第2実施形態の変形例の抵抗変化メモリを示す断面図である。図7(a)は図5に示すA−A’線で切断した断面に相当し、図7(b)は図5に示すB−B’線で切断した断面に相当する。   FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views showing a resistance change memory according to a modification of the second embodiment. 7A corresponds to the cross section cut along the line A-A ′ shown in FIG. 5, and FIG. 7B corresponds to the cross section cut along the line B-B ′ shown in FIG. 5.

図7(a)に示すように、下部配線20上には、分離された複数の可変抵抗構造22が配置されている。可変抵抗構造22上には、上部配線23、 23、・・・、23がそれぞれ配置されている。隣接する可変抵抗構造22間及び上部配線23間には、層間絶縁膜24、24、・・・、24m−1が配置されている。 As shown in FIG. 7 (a), on the lower wiring 20 1, a plurality of variable resistive structure 22 which is separated is placed. On the variable resistance structure 22, upper wirings 23 1 , 23 2 ,..., 23 m are respectively arranged. Interlayer insulating films 24 1 , 24 2 ,..., 24 m−1 are disposed between adjacent variable resistance structures 22 and between upper wirings 23.

また、図7(a)に示した断面に直交する断面では、図7(b)に示すように、下部配線20、 20、・・・、20上には複数の可変抵抗構造22がそれぞれ配置されている。可変抵抗構造22上には配線23が形成されている。隣接する可変抵抗構造22間及び下部配線20間には、層間絶縁膜21、21、・・・、21n−1が形成されている。 Further, in the cross section perpendicular to the cross section shown in FIG. 7 (a), as shown in FIG. 7 (b), the lower wiring 20 1, 20 2, ..., a plurality of variable resistor structure on 20 n 22 Are arranged respectively. On top a variable resistive structure 22 wiring 23 1 are formed. Interlayer insulating films 21 1 , 21 2 ,..., 21 n−1 are formed between the adjacent variable resistance structures 22 and the lower wiring 20.

変形例では、隣接する可変抵抗構造22間に層間絶縁膜24、21が配置されているため、隣接する配線間に可変抵抗層を介して電気的なリークが起こることはない。したがって、配線間のリークを抑制するために、可変抵抗層にドーピングする金属元素の濃度を制御する必要がない。これにより、スイッチ動作だけを考慮し、可変抵抗層にドーピングする金属元素の量を決定することができる。   In the modified example, since the interlayer insulating films 24 and 21 are disposed between the adjacent variable resistance structures 22, electrical leakage does not occur between the adjacent wirings via the variable resistance layer. Therefore, it is not necessary to control the concentration of the metal element doped in the variable resistance layer in order to suppress leakage between the wirings. Accordingly, it is possible to determine the amount of the metal element doped into the variable resistance layer in consideration of only the switch operation.

第2実施形態では、イオンソース層としての金属層を無くし、代わりにイオンソースを埋め込んだ可変抵抗層を用いることにより、クロスポイント型構造における配線間の電気的なリークを抑止することができる。   In the second embodiment, by eliminating the metal layer as the ion source layer and using a variable resistance layer in which the ion source is embedded instead, electrical leakage between wirings in the cross-point structure can be suppressed.

さらに、クロスポイント型構造においては、メモリの書き込みまたは読み出しの際、非選択セルに回り込み電流が発生するという問題がある。本実施形態の抵抗変化素子は整流性を有することが可能であるため、この回り込み電流を低減することができる。その他の構成及び効果は第1実施形態と同様である。   Further, in the cross-point type structure, there is a problem that a sneak current is generated in a non-selected cell at the time of memory writing or reading. Since the variable resistance element according to the present embodiment can have rectifying properties, this sneak current can be reduced. Other configurations and effects are the same as those of the first embodiment.

[第3実施形態]
第3実施形態では、第2実施形態の抵抗変化メモリを積層した、積層クロスポイント型の抵抗変化メモリについて説明する。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, a stacked cross-point type resistance change memory in which the resistance change memories of the second embodiment are stacked will be described.

図8(a)及び図8(b)は、第3実施形態の抵抗変化メモリの構造を示す断面図である。   FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views showing the structure of the resistance change memory according to the third embodiment.

第3実施形態は、図6(a)及び図6(b)に示した抵抗変化素子の基本構造を2層積層させた構造であり、積層クロスポイント型メモリの構造に対応している。   The third embodiment has a structure in which two layers of the basic structure of the variable resistance element shown in FIGS. 6A and 6B are stacked, and corresponds to the structure of the stacked cross-point type memory.

第3実施形態の抵抗変化メモリは、図8(a)及び図8(b)に示すように、配線31、可変抵抗層32、絶縁層33、可変抵抗層34、配線35、可変抵抗層36、絶縁層37、可変抵抗層38、及び配線39の順序で積層された構造を有する。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the resistance change memory according to the third embodiment includes a wiring 31, a variable resistance layer 32, an insulating layer 33, a variable resistance layer 34, a wiring 35, and a variable resistance layer 36. The insulating layer 37, the variable resistance layer 38, and the wiring 39 are stacked in this order.

抵抗変化素子40は配線31、可変抵抗層32、絶縁層33、可変抵抗層34、及び配線35により構成され、抵抗変化素子41は配線35、可変抵抗層36、絶縁層37、可変抵抗層38、及び配線39により構成されている。抵抗変化素子40および抵抗変化素子41において、一方の配線を配線35で共有化している。さらに、可変抵抗構造50は可変抵抗層32、絶縁層33、可変抵抗層34を有し、可変抵抗構造51は可変抵抗層36、絶縁層37、可変抵抗層38を有する。   The resistance change element 40 includes a wiring 31, a variable resistance layer 32, an insulating layer 33, a variable resistance layer 34, and a wiring 35. The resistance change element 41 includes a wiring 35, a variable resistance layer 36, an insulating layer 37, and a variable resistance layer 38. , And wiring 39. In the resistance change element 40 and the resistance change element 41, one wiring is shared by the wiring 35. Furthermore, the variable resistance structure 50 includes a variable resistance layer 32, an insulating layer 33, and a variable resistance layer 34, and the variable resistance structure 51 includes a variable resistance layer 36, an insulating layer 37, and a variable resistance layer 38.

また、抵抗変化素子40と抵抗変化素子41では、積層の順番が異なっている。すなわち、抵抗変化素子40では、金属元素をドーピングした可変抵抗層32、絶縁層33、可変抵抗層34の順に積層されているのに対し、抵抗変化素子41では、可変抵抗層36、絶縁層37、金属元素をドーピングした可変抵抗層38の順で積層されている。   The order of stacking is different between the resistance change element 40 and the resistance change element 41. That is, in the resistance change element 40, the variable resistance layer 32 doped with the metal element, the insulating layer 33, and the variable resistance layer 34 are stacked in this order, whereas in the resistance change element 41, the variable resistance layer 36 and the insulating layer 37 are stacked. The variable resistance layer 38 doped with a metal element is stacked in this order.

しかし、これらの積層の順序は反対でもよい。すなわち、抵抗変化素子40では、可変抵抗層32、絶縁層33、金属元素をドーピングした可変抵抗層34の順で積層され、抵抗変化素子41では、金属元素をドーピングした可変抵抗層36、絶縁層37、可変抵抗層38の順に積層されていてもよい。   However, the order of these stacks may be reversed. That is, in the resistance change element 40, the variable resistance layer 32, the insulating layer 33, and the variable resistance layer 34 doped with the metal element are stacked in this order. In the resistance change element 41, the variable resistance layer 36 doped with the metal element, the insulating layer 37 and the variable resistance layer 38 may be laminated in this order.

また、絶縁層33及び絶縁層37は、第1実施形態における絶縁層13の条件を満たすものとする。   Moreover, the insulating layer 33 and the insulating layer 37 shall satisfy | fill the conditions of the insulating layer 13 in 1st Embodiment.

配線31は平行に複数配列され、配線31間には層間絶縁膜42が配置されている。配線31は、層間絶縁膜42によって互いに電気的に絶縁されている。配線35は平行に複数配列され、配線35間には層間絶縁膜43が配置されている。配線35は、層間絶縁膜43によって互いに電気的に絶縁されている。さらに、配線39は平行に複数配列され、配線39間には層間絶縁膜44が配置されている。配線39は、層間絶縁膜44によって互いに電気的に絶縁されている。   A plurality of wirings 31 are arranged in parallel, and an interlayer insulating film 42 is disposed between the wirings 31. The wirings 31 are electrically insulated from each other by the interlayer insulating film 42. A plurality of wirings 35 are arranged in parallel, and an interlayer insulating film 43 is disposed between the wirings 35. The wirings 35 are electrically insulated from each other by the interlayer insulating film 43. Further, a plurality of wirings 39 are arranged in parallel, and an interlayer insulating film 44 is disposed between the wirings 39. The wirings 39 are electrically insulated from each other by the interlayer insulating film 44.

配線31と配線35は互いに交差するように配置されており、また、配線35と配線39は互いに交差するように配置されている。   The wiring 31 and the wiring 35 are arranged so as to cross each other, and the wiring 35 and the wiring 39 are arranged so as to cross each other.

金属元素がドーピングされた可変抵抗層においては、第1実施形態の可変抵抗層12の条件を満たし、金属元素がドーピングされていない可変抵抗層においては、第1実施形態の可変抵抗層14の条件を満たすものとする。また、金属元素がドーピングされた可変抵抗層における金属元素の濃度は、第2実施形態に記載したように、典型的には1×1018atom/cm−3以下である。特に、金属元素濃度を1×1015atom/cm−3 〜 1×1017atom/cm−3の範囲にすることで、微細なメモリセル構造における隣接配線間のリーク電流を抑止することができる。 In the variable resistance layer doped with the metal element, the condition of the variable resistance layer 12 of the first embodiment is satisfied, and in the variable resistance layer not doped with the metal element, the condition of the variable resistance layer 14 of the first embodiment. Shall be satisfied. In addition, the concentration of the metal element in the variable resistance layer doped with the metal element is typically 1 × 10 18 atom / cm −3 or less as described in the second embodiment. In particular, by setting the metal element concentration in the range of 1 × 10 15 atom / cm −3 to 1 × 10 17 atom / cm −3 , leakage current between adjacent wirings in a fine memory cell structure can be suppressed. .

次に、図9を用いて第3実施形態の変形例を説明する。前述した第3実施形態では、メモリセルアレイにおいて、可変抵抗構造50、51はメモリセル毎に分離せず、1つの積層膜としてそれぞれ形成されていた。この変形例では、メモリセル毎に可変抵抗構造50、51を分離した例を述べる。   Next, a modification of the third embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment described above, in the memory cell array, the variable resistance structures 50 and 51 are not separated for each memory cell, but are formed as one laminated film. In this modification, an example in which the variable resistance structures 50 and 51 are separated for each memory cell will be described.

図9(a)及び図9(b)は第3実施形態の変形例の抵抗変化メモリを示す断面図である。   FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views showing a resistance change memory according to a modification of the third embodiment.

図9(a)に示すように、配線31上には、分離された複数の可変抵抗構造50が配置されている。可変抵抗構造50上には配線35がそれぞれ配置されている。配線35上には、分離された複数の可変抵抗構造51がそれぞれ配置されている。可変抵抗構造51上には配線39が配置されている。さらに、隣接する可変抵抗構造50間、配線35間、及び可変抵抗構造51間には、層間絶縁膜45が配置されている。   As shown in FIG. 9A, a plurality of separated variable resistance structures 50 are arranged on the wiring 31. On the variable resistance structure 50, wirings 35 are respectively arranged. A plurality of separated variable resistance structures 51 are respectively arranged on the wiring 35. A wiring 39 is arranged on the variable resistance structure 51. Further, an interlayer insulating film 45 is disposed between the adjacent variable resistance structures 50, between the wirings 35, and between the variable resistance structures 51.

また、図9(a)に示した断面に直交する断面では、図9(b)に示すように、配線31上には、分離された複数の可変抵抗構造50がそれぞれ配置されている。可変抵抗構造50上には配線35が配置されている。配線35上には、分離された複数の可変抵抗構造51が配置されている。可変抵抗構造51上には、配線39がそれぞれ配置されている。隣接する配線31間及び可変抵抗構造50間には、層間絶縁膜46が配置されている。さらに、隣接する可変抵抗構造51間及び配線39間には、層間絶縁膜47が配置されている。   In a cross section orthogonal to the cross section shown in FIG. 9A, a plurality of separated variable resistance structures 50 are arranged on the wiring 31, as shown in FIG. 9B. A wiring 35 is arranged on the variable resistance structure 50. A plurality of separated variable resistance structures 51 are arranged on the wiring 35. On the variable resistance structure 51, wirings 39 are respectively arranged. An interlayer insulating film 46 is disposed between the adjacent wirings 31 and between the variable resistance structures 50. Further, an interlayer insulating film 47 is disposed between the adjacent variable resistance structures 51 and between the wirings 39.

変形例では、隣接する可変抵抗構造間に層間絶縁膜が配置されているため、隣接する配線間に可変抵抗層を介して電気的なリークが起こることはない。したがって、配線間のリークを抑制するために、可変抵抗層にドーピングする金属元素の濃度を制御する必要がない。これにより、スイッチ動作だけを考慮し、可変抵抗層にドーピングする金属元素の量を決定することができる。   In the modification, since the interlayer insulating film is disposed between the adjacent variable resistance structures, electrical leakage does not occur between the adjacent wirings via the variable resistance layer. Therefore, it is not necessary to control the concentration of the metal element doped in the variable resistance layer in order to suppress leakage between the wirings. Accordingly, it is possible to determine the amount of the metal element doped into the variable resistance layer in consideration of only the switch operation.

第3実施形態及び変形例では、上下逆転された素子構造にも適用可能であり、積層クロスポイント型の抵抗変化メモリを形成することができる。その他の構成及び効果は第1、第2実施形態と同様である。   The third embodiment and the modification can be applied to an element structure that is turned upside down, and a laminated cross-point type resistance change memory can be formed. Other configurations and effects are the same as those of the first and second embodiments.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…抵抗変化素子、11…第1電極、12…第1可変抵抗層、12a…金属イオン、13…絶縁層、14…第2可変抵抗層、15…第2電極、16,17,18…金属フィラメント、20,20,・・・,20…下部配線、21,21,・・・,21n−1…層間絶縁膜、22…可変抵抗構造、23,23,・・・,23…上部配線、24,24,・・・,24m−1…層間絶縁膜、31…配線、32…可変抵抗層、33…絶縁層、34…可変抵抗層、35…配線、36…可変抵抗層、37…絶縁層、38…可変抵抗層、39…配線、40…抵抗変化素子、41…抵抗変化素子、42,43,44,45,46,47…層間絶縁膜、50,51…可変抵抗構造。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Variable resistance element, 11 ... 1st electrode, 12 ... 1st variable resistance layer, 12a ... Metal ion, 13 ... Insulating layer, 14 ... 2nd variable resistance layer, 15 ... 2nd electrode, 16, 17, 18 ... metal filament, 20 1, 20 2, · · ·, 20 n ... lower wiring, 21 1, 21 2, ··· , 21 n-1 ... interlayer insulation film, 22 ... variable resistance structures 23 1, 23 2, ..., 23 m ... upper wiring, 24 1 , 24 2 , ..., 24 m-1 ... interlayer insulating film, 31 ... wiring, 32 ... variable resistance layer, 33 ... insulating layer, 34 ... variable resistance layer, 35 ... wiring, 36 ... variable resistance layer, 37 ... insulating layer, 38 ... variable resistance layer, 39 ... wiring, 40 ... resistance change element, 41 ... resistance change element, 42, 43, 44, 45, 46, 47 ... interlayer Insulating film, 50, 51 ... variable resistance structure.

Claims (5)

第1、第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、金属元素がドーピングされた第1可変抵抗層と、
前記第1可変抵抗層と前記第2電極との間に配置された第2可変抵抗層と、
前記第1可変抵抗層と前記第2可変抵抗層との間に配置された絶縁層と、
を具備することを特徴とする抵抗変化素子。
First and second electrodes;
A first variable resistance layer disposed between the first electrode and the second electrode and doped with a metal element;
A second variable resistance layer disposed between the first variable resistance layer and the second electrode;
An insulating layer disposed between the first variable resistance layer and the second variable resistance layer;
A variable resistance element comprising:
前記金属元素は、Ag、Co、Ni、Cu、Ti、Al、Au、Cr、Mn、Fe、Zn、Sn、In、Pd、Pb、Biの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化素子。   The metal element includes at least one of Ag, Co, Ni, Cu, Ti, Al, Au, Cr, Mn, Fe, Zn, Sn, In, Pd, Pb, and Bi. The resistance change element according to 1. 前記第1、第2可変抵抗層は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、カーボンドープトシリコンのいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の抵抗変化素子。   3. The variable resistance element according to claim 1, wherein the first and second variable resistance layers are any one of silicon, germanium, silicon germanium, and carbon-doped silicon. 前記絶縁層は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の抵抗変化素子。   4. The variable resistance element according to claim 1, wherein the insulating layer is one of a silicon nitride film, a silicon oxide film, and a silicon oxynitride film. 互いに隣接する第1、第2配線と、
前記第1、第2配線と交差するように配置され、互いに隣接する第3、第4配線と、
前記第1、第2配線と前記第3、第4配線との間に配置され、金属元素がドーピングされた第1可変抵抗層と、
前記第1可変抵抗層と前記第3、第4配線との間に配置された第2可変抵抗層と、
前記第1可変抵抗層と前記第2可変抵抗層との間に配置された絶縁層と、
を具備することを特徴とする抵抗変化素子。
First and second wirings adjacent to each other;
A third wiring and a fourth wiring, which are arranged to cross the first and second wirings and are adjacent to each other;
A first variable resistance layer disposed between the first and second wirings and the third and fourth wirings and doped with a metal element;
A second variable resistance layer disposed between the first variable resistance layer and the third and fourth wirings;
An insulating layer disposed between the first variable resistance layer and the second variable resistance layer;
A variable resistance element comprising:
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