JP2013162018A - Resistance change type memory element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、抵抗変化型メモリ素子に関する。 Embodiments described herein relate generally to a resistance change memory element.
現在、不揮発性メモリ技術の主流であるフラッシュメモリ(flash memory)は、他のメモリ素子に比べて素子構造が複雑で高集積化が容易でないという短所を有する。かかる問題を解決するために、単純な金属/抵抗変化層/金属構造を備えた抵抗変化型メモリ素子をメモリセルとして備えたReRAM(Resistive Random Access Memory)が最近盛んに研究されている。特に、抵抗変化型メモリ素子の抵抗変化層として半導体のアモルファス化シリコン(a−Si)を含む層を用いるReRAMは、主原料がシリコンであることから従来のシリコンを主原料とした半導体素子の製造方法を流用できるため、新規材料の導入に起因する製造コストの増加を抑えることができる利点を有する。 Currently, the flash memory, which is the mainstream of the nonvolatile memory technology, has the disadvantage that the device structure is complex and high integration is not easy compared to other memory devices. In order to solve such a problem, ReRAM (Resistive Random Access Memory) having a resistance change type memory element having a simple metal / resistance change layer / metal structure as a memory cell has been actively studied recently. In particular, ReRAM using a layer containing amorphized silicon (a-Si) of a semiconductor as a resistance change layer of a resistance change type memory element is manufactured using a conventional silicon as a main material since the main material is silicon. Since the method can be diverted, there is an advantage that an increase in manufacturing cost due to introduction of a new material can be suppressed.
後述するように、上記抵抗変化型メモリ素子においては、ReRAMの信頼性が低下するという問題がある。 As will be described later, the resistance change type memory element has a problem that the reliability of the ReRAM is lowered.
本実施形態は、信頼性の低下を抑制することのできる抵抗変化型メモリ素子を提供する。 The present embodiment provides a resistance change type memory element that can suppress a decrease in reliability.
本実施形態の抵抗変化型素子は、第1電極と、金属元素を有する第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられアモルファスシリコンを含む第1層と、前記第1層と前記第1電極との間に設けられポリピロールまたはその誘導体を含有する第2層とを有する抵抗変化層と、を備えていることを特徴とする。 The variable resistance element according to the present embodiment includes a first electrode, a second electrode having a metal element, a first layer including amorphous silicon provided between the first electrode and the second electrode, And a resistance change layer having a second layer containing polypyrrole or a derivative thereof provided between the first layer and the first electrode.
実施形態を説明する前に実施形態に至った経緯を説明する。 Before explaining the embodiment, the background to the embodiment will be described.
金属/絶縁体層/金属(MIM)構造を備えた抵抗変化型メモリ素子の抵抗変化層として半導体のアモルファスシリコン(a−Si)を含む層を用いた場合について本発明者達は検討した。その結果、a−Si層中に形成される金属フィラメントは抵抗変化型メモリ素子にバイアスを印加しない状態であってもa−Si層に隣接する層から注入されるホールによって酸化されることを本発明者達は発見した。更に金属フィラメントの酸化は抵抗変化型メモリ素子の抵抗を上げ、メモリ効果を消失させてReRAMの信頼性を低下させるという問題を引き起こすことを本発明者達は発見した。そこで、本発明者達は鋭意研究に努め、ReRAMの信頼性が低下するのを抑制することを可能にする抵抗変化メモリ素子を発明した。これを以下の実施形態で述べる。 The present inventors have examined the case where a layer containing amorphous silicon (a-Si) of a semiconductor is used as a resistance change layer of a resistance change memory element having a metal / insulator layer / metal (MIM) structure. As a result, the metal filament formed in the a-Si layer is oxidized by holes injected from a layer adjacent to the a-Si layer even when no bias is applied to the resistance change type memory element. The inventors have discovered. Furthermore, the present inventors have found that oxidation of the metal filament raises the resistance of the resistance change type memory element, causing a problem that the memory effect is lost and the reliability of the ReRAM is lowered. Accordingly, the present inventors have sought hard research and invented a resistance change memory element that makes it possible to suppress a decrease in the reliability of the ReRAM. This will be described in the following embodiment.
以下に実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面中、同様の構成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 will be described below with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and detailed description is abbreviate | omitted suitably.
(第1実施形態)
第1実施形態による抵抗変化型メモリ素子(以下、メモリ素子ともいう)を図1に示す。図1は第1実施形態のメモリ素子の断面図である。この第1実施形態のメモリ素子1は、第1電極2と、第2電極8と、第1電極2および第2電極8との間に設けられた抵抗変化層4とを、備えている。抵抗変化層4は、第1電極2側に設けられ高濃度にp型不純物がドープされたポリシリコン層4aと、第2電極8側に設けられたa−Si層4bと、ポリシリコン層4aとa−Si層4bとの間に設けられたホール注入抑制層4cとを備えている。なお、第2電極8は、a−Si層4bと一部分が接し、その他の部分は、a−Si層4bとの間に絶縁層6が設けられている。すなわち、絶縁層6に貫通孔が設けられ、この貫通孔を通して第2電極8の一部分がa−Si層4bと接する構成となっている。なお、図2に示す第1実施形態の第1変形例のように、絶縁層6が設けられずに、第2電極8の対向する全ての面がa−Si層4bと接する構成であってもよい。
(First embodiment)
A resistance change type memory element (hereinafter also referred to as a memory element) according to the first embodiment is shown in FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the memory element of the first embodiment. The
図1に示す第1実施形態のメモリ素子1は、第1電極2、ポリシリコン層4a、ホール注入抑制層4c、a−Si層4b、絶縁層6、および第2電極8がこの順序で積層された構成であるが、逆の順序で積層された構成、すなわち、第2電極8、絶縁層6、a−Si層4b、ホール注入抑制層4c、ポリシリコン層4a、および第1電極2がこの順序で積層された構成であってもよい。
The
第1電極2として、第2電極8に用いられる以外の金属、例えばAu(金)、W(タングステン)、Al(アルミニウム)のうちの少なくとも1つの元素を含む金属か、またはAu(金)、W(タングステン)、Ti(チタン)、Ag(銀)、Al(アルミニウム)、Ni(ニッケル)のうちの少なくとも1つの元素を含むケイ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物などを用いることができるが、これらに限定されない。
As the
第2電極8としては、拡散係数が大きい、例えばAg、Ni、Tiのうちの少なくとも1つの元素を含む金属が望ましいが、これらに限定されない。
The
抵抗変化層4としては、図1に示す3層構造の他に、図1に示す3層構造からポリシリコン層4aを除いた2層構造であってもよいが、これらに限定されない。なお、ポリシリコン層4aはp型不純物が高濃度にドープされたものが望ましい。しかし、他にp型不純物が低濃度にドープされたポリシリコン層、またはn型不純物がドープされたポリシリコン層を用いることができる。抵抗変化層4がポリシリコン層4aを除いた2層構造を有するメモリ素子1を第1実施形態の第2変形例として図3に示す。
In addition to the three-layer structure shown in FIG. 1, the
a−Si層4bは非ドープのa−Siが望ましい。しかし、シリコン以外の不純物元素を含むもの、p型不純物あるいはn型不純物がドープされたもの、さらに各々の形態の一部分に単結晶Si、多結晶Siを含むもの、さらに各々の形態の一部分あるいは全体を酸化、窒化、炭化したものも用いることができる。なお、ホール注入抑制層4cの材料に関しては、後に詳細に述べる。
The a-Si
絶縁体層6は酸化シリコンまたは窒化シリコンを用いることができるが、これらに限定されない。
The
本実施形態の効果を図4乃至図6(b)を参照して説明する。図4は、本実施形態のメモリ素子の比較例を示す断面図である。この比較例のメモリ素子100は、図1に示す第1実施形態のメモリ素子1において、抵抗変化層4の代わりに、ホール注入抑制層4cを削除した2層構造の抵抗変化層104を用いた構成となっている。
The effect of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6B. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a comparative example of the memory element of this embodiment. The
第1実施形態の抵抗変化層4および比較例の抵抗変化層104の断面図をそれぞれ図5(a)および図5(b)に示す。図5(a)に示すように、第1実施形態のメモリ素子1に順方向バイアス電圧(書込み電圧ともいう)、すなわち第2電極8に印加する電位を高く、第1電極2に印加する電位を低くする電圧Vsetを印加することにより、第2電極8からa−Si層4bを貫通してホール注入抑制層4cに達する金属フィラメント5が形成される。また、比較例のメモリ素子100に書込み電圧Vsetを印加すると、第2電極8からa−Si層4bを貫通してポリシリコン層4aに達する金属フィラメント5が形成される。
Sectional views of the
第1実施形態のメモリ素子1の電気抵抗は、第1および第2電極2、8の電気抵抗と、金属フィラメント5の電気抵抗と、ホール注入抑制層4cの電気抵抗と、ポリシリコン層4aの電気抵抗との和となる。また、比較例のメモリ素子100の電気抵抗は、第1および第2電極2、8の電気抵抗と、金属フィラメント5の電気抵抗と、ポリシリコン層4aの電気抵抗との和となる。このため、金属フィラメント5はメモリ素子の抵抗を下げる働きをする。図5(a)および図5(b)に示す状態がそれぞれ、第1実施形態および比較例における書込み状態(低抵抗状態)である。この書込み状態から、バイアス電圧Vsetを0Vにした後も低抵抗(書込み)状態は維持される。
The electrical resistance of the
書込み状態にあるメモリ素子への逆方向バイアス電圧(消去電圧ともいう)Vresetを印加することにより、第1電極からa−Si層4bにホールが注入される。すると、金属フィラメント5は酸化されてメモリ素子の抵抗が上がる。これが消去状態(高抵抗状態)である。消去電圧Vresetを0Vにした後も高抵抗状態は維持される。
By applying a reverse bias voltage (also referred to as erase voltage) Vreset to the memory element in the written state, holes are injected from the first electrode into the
読み出しは、順方向に読出し電圧Vreadを印加し、読出し電流Ireadの値でメモリ素子が低抵抗状態および高抵抗状態のいずれかであるかを判定することで行う。 Reading is performed by applying a read voltage Vread in the forward direction and determining whether the memory element is in the low resistance state or the high resistance state based on the value of the read current Iread.
具体的には、図1に示す第1実施形態において、第1電極2に銀のケイ化物を用い、ポリシリコン層4aとしてボロンを1021原子cm−2ドープした厚さが20nmのp+ポリシリコンを用い、a−Si層4bとして厚さが20nmのa−Si層を用いる。ホール注入抑制層4cとして厚さが3.0nmの後述する自己組織化単分子層(Self-Assembled Monolayer(以下、SAM層ともいう))を用い、絶縁層6として直径100nmφの貫通孔を有する酸化シリコンを用い、第2電極8として銀を用いた。そして、書込み電圧Vset=6.0Vを印加すると、書き込み状態に遷移する。その後、消去電圧Vreset=−4.0Vを印加すると、消去状態に遷移する。読出し電圧Vread=2.0Vで読み出すと、メモリ素子が書込み状態にあるときは、読出し電流Ireadは約10nA、消去状態にあるときは、読出し電流Ireadが約0.1nAという値を示す。
Specifically, in the first embodiment shown in FIG. 1, a silver silicide is used for the
図4に示す比較例においては、書込み状態の後で放置すると、書込み状態から消去状態への遷移が起きる。しかし、第1実施形態においては、書込み状態から消去状態への遷移が生じるのを防止することができる。これを図6(a)、6(b)を参照して説明する。図6(a)、6(b)はそれぞれ、第1実施形態および比較例において、バイアス非印加時のエネルギーバンドおよび状態密度分布を示す図である。比較例では、図6(b)に示すように、ポリシリコン層4aの価電子バンドの上端から金属フィラメント5中へホールh+が注入される。これに対して、第1実施形態では、図6(a)に示すように、ポリシリコン層4aの価電子バンドの上端からホール注入抑制層4cへホールh+が注入される。ホール注入抑制層4cおよびa−Si層4bと、a−Si層4b中の金属フィラメント5との間には適切なエネルギー差があるため、第1実施形態における金属フィラメント5中へのホール注入量は比較例の場合より抑制される。その結果、第1実施形態では、メモリ素子の抵抗上昇を抑止し、放置時のメモリ効果消失を防ぐことができる。
In the comparative example shown in FIG. 4, when left after the written state, a transition from the written state to the erased state occurs. However, in the first embodiment, the transition from the write state to the erase state can be prevented. This will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIGS. 6A and 6B are diagrams showing energy bands and state density distributions when no bias is applied in the first embodiment and the comparative example, respectively. In the comparative example, as shown in FIG. 6B, holes h + are injected into the
a−Si層4bと、a−Si層4b中の金属フィラメント5との間に適切なエネルギー差を持つ、ホール注入抑制層4cの性質は、ホール注入抑制層4cを構成する物質のイオン化ポテンシャル(IP)で規定される。a−Si層4bの伝導電子バンドの下端、価電子バンドの上端のエネルギーは結晶シリコンに準ずるので各々約4.0eV,5.2eVであり、a−Si層4bが非ドープである場合、a−Si層4b中の金属フィラメント5のフェルミ準位は約4.5eVに位置する。ホール注入抑制層4cのIP値が金属フィラメント5のフェルミ準位より小さく、かつa−Si層4bの伝導電子バンドの下端より大きい場合は、第1電極2からポリシリコン層4aに注入されたホールがホール注入抑制層4cに捕捉されるため、a−Si層4bまたは金属フィラメント5へのホール注入が抑制される。すなわち、ホール注入抑制層のIP値は、4.0eV〜4.5eVであることが好ましい。
The property of the hole
一般に、物質のIP値は、真空準位から測った最高占有準位(Highest Occupied Molecular Orbital)に対応し、分子状物質の場合は分子構造を反映した分子固有の値を持つ。薄膜におけるIPの値は、例えば大気中光電子分光(Photo-Electron Spectroscopy in Air)により容易に測定できる。例えば非特許文献1には、有機電子デバイスに使用される様々な有機分子を中心とした物質のIP値が記載されている(例えば、安達千波矢、小山田崇人、中島嘉之著、“有機電子デバイス研究者のための有機薄膜仕事関数データ集[第2版]”、シーエムシー出版 2006年3月参照)。また、IP値は理論計算によっても精度よく求めることができる。例えば、代表的な分子軌道計算法のHuckel法の一種であるVEH(Valence Effective Hamiltonian)法で導電性高分子のIP値を計算した値が非特許文献2に記載されている(例えば、J.-L.Bredas,“Handbook of Conducting Polymers”,p881,Marcel Dekker,New York(1986)参照)。
Generally, the IP value of a substance corresponds to the highest occupied level (Highest Occupied Molecular Orbital) measured from the vacuum level, and in the case of a molecular substance, it has a unique value that reflects the molecular structure. The value of IP in the thin film can be easily measured by, for example, photo-electron spectroscopy in air. For example,
次に、ホール注入抑制層4cの材料について説明する。ホール注入抑制層4cに用いられる材料の分子の化学構造式の例を図7(a)乃至図7(d)に示す。図7(a)乃至図7(d)に示す分子のうちから一種類の分子を選び、その単分子層を形成する。すなわち、これらの分子を2次元的に配列し、厚み方向には実質的に単一の分子のみとすることにより、ホール注入抑制層4cが形成される。外部からa−Si層4bの第1電極2側、すなわち図1に示す第1実施形態ではポリシリコン層4aの表面に、各種の積層手法により作成することができる。特に、単分子層が有機分子で構成される場合、被覆性に優れ、整った界面を形成することから、自己組織化単分子層(Self-Assembled Monolayer(以下、SAM層ともいう))を用いることができる。SAM層は、熱安定性があり、分子の拡散を防ぐこともできる。さらに有機分子が直鎖型で適当な長さである場合には配列がより規則的になりやすい。配列がそろったSAM層の形成のためには、炭素数が直鎖方向に10個〜20個の範囲である分子を使用するのが望ましい。図7(a)乃至図7(d)では、重合度nが3〜5であることが望ましい。その結果、SAM層で形成されたホール注入抑制層4cの厚さは約3.0nm〜5.0nm程度になる。共役系分子のIP値はベンゼン環の数で大きく変動するが、直線型であれば4個以上でほぼポリマーの値に近づくため、図7(a)乃至図7(d)においてn>2の場合は、ポリマーの値を用いることができる。
Next, the material of the hole
一般に、有機分子のIP値は5.0eV〜6.0eVのものが多い。IP値が4.0eV<IP<4.5eVの範囲にある有機分子として、ポリピロールおよびその誘導体を挙げることができる。図7(a)に示すポリピロールのIP値は約4.0eVであり、図7(b)、7(c)に示す置換体であるポリ1−メチルピロール、ポリ3−メチルピロール、ポリ4−メチルピロールおよび図7(d)に示す異なるヘテロ環のチオフェンとの共重合体ポリチオニルピロールは電子構造を変化させ、ポリピロールより0.1eV〜0.5eV程度大きいIP値を示す。例えば図7(d)に示す分子のIP値は、ポリピロールのIP値とポリチオフェンのIP値である約5.0eVの中間値である約4.5eVとなる。なお、ポリピロールの誘導体は図7(a)乃至図7(d)に挙げたものに限らないため、これら以外のものも用いることができる。 In general, many organic molecules have an IP value of 5.0 eV to 6.0 eV. Examples of organic molecules having an IP value in the range of 4.0 eV <IP <4.5 eV include polypyrrole and derivatives thereof. The polypyrrole shown in FIG. 7 (a) has an IP value of about 4.0 eV, and the substitution products shown in FIGS. 7 (b) and 7 (c) are poly-1-methylpyrrole, poly-3-methylpyrrole, poly-4- Polythionylpyrrole, a copolymer of methylpyrrole and thiophene having different heterocycles shown in FIG. 7 (d), changes the electronic structure and exhibits an IP value that is about 0.1 eV to 0.5 eV higher than polypyrrole. For example, the IP value of the molecule shown in FIG. 7D is about 4.5 eV which is an intermediate value between the IP value of polypyrrole and the IP value of polythiophene of about 5.0 eV. Note that polypyrrole derivatives are not limited to those shown in FIGS. 7A to 7D, and other derivatives may be used.
ポリピロールおよびその誘導体を用いたホール注入抑制層4cは、約3.0eVのエネルギーギャップを持つ絶縁体であるが、π電子共役系であるため、例えばヨウ素、臭素などのハロゲン分子のドーピングにより容易に導電性を制御することができる。なおポリピロールは熱安定性が高い導電性高分子であり、熱分解温度は約300℃である。
The hole
なお、金属または化合物半導体上にSAMを形成する分子として、有機硫黄分子または有機セレン・テルル分子が挙げられる。有機硫黄分子の例としては、
アルキルチオール(alkylthiol);R−SH、R=C2n+1Hn、
ジアルキルジスルフィド(dialkyldisulfide);RS−SR’
チオイソシアニド(thioisocyanide);R−SCN
などが挙げられる。
Note that examples of molecules that form SAM on a metal or compound semiconductor include organic sulfur molecules and organic selenium / tellurium molecules. Examples of organic sulfur molecules include
Alkylthiol; R-SH, R = C2n + 1Hn,
Dialkyldisulfide; RS-SR ′
Thioisocyanide; R-SCN
Etc.
また、有機セレン・テルル分子の例としては、
アルキルセレノレート、テルロレート(alkylselenolate,-tellurolate);R−SeH、 R−TeH
ジアルキルヂセレニド(dialkyldiselenide);R−Se−SeR’
などが挙げられる。
Examples of organic selenium and tellurium molecules include
Alkylselenolate, tellurolate; R-SeH, R-TeH
Dialkyldiselenide; R-Se-SeR '
Etc.
ホール注入抑制層4cとして、図7(a)に示す材料を用いた場合の抵抗変化層4の模式図を図8に示す。なお、図8においては、重合度nが3の場合を示している。
FIG. 8 shows a schematic diagram of the
以上説明したように、第1実施形態によれば、ホール注入抑制層を設けたことにより、金属フィラメントの酸化を防止することが可能となり、ReRAMの信頼性が低下するのを抑制することができる。 As described above, according to the first embodiment, by providing the hole injection suppression layer, it is possible to prevent the metal filament from being oxidized, and it is possible to suppress the decrease in the reliability of the ReRAM. .
(第2実施形態)
次に、第2実施形態による抵抗変化型メモリについて図9(a)乃至図12を参照して説明する。第2実施形態の抵抗変化型メモリ(以下、メモリともいう)は、クロスポイント型メモリであって、メモリセルとして第1実施形態の抵抗変化型メモリ素子1およびその第1および第2変形例の抵抗変化型メモリ素子1のいずれかを用いた構成となっている。図9(a)は、第2実施形態によるメモリのメモリセルアレイ30の概略構成を示す平面図、図9(b)は、図9(a)に示すメモリセルアレイ30のクロスポイント部分(交差領域)の概略構成を示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a resistance change type memory according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. A resistance change type memory (hereinafter also referred to as a memory) according to the second embodiment is a cross-point type memory, and the resistance change
図9(a)および図9(b)において、メモリセルアレイ30には、下部配線31
が列方向に形成され、上部配線34が行方向に形成されている。そして、下部配線31と
上部配線34との間のクロスポイント部分には、第1実施形態の第1変形例によるメモリ素子1が配置されている。すなわち、下部配線31と上部配線34の交差領域に、第1電極2、ポリシリコン層4a、ホール注入抑制層4c、a−Si層4b、および第2電極8がこの順序で積層されたメモリ素子1が配置されている。
9A and 9B, the
Are formed in the column direction, and the
図10は、図9(a)に示すメモリセルアレイ30における選択セルの書込み時の電圧設定方法を説明する平面図である。図10において、メモリセルアレイ30の周辺には、行選択を行う制御部35および列選択を行う制御部36が設けられている。そして、選択セルの書き込みを行う場合、選択列の下部配線31にセット電圧(書込み電圧)Vsetを印加し、非選択列の下部配線31にセット電圧Vsetの1/2の電圧を印加する。また、選択行の上部配線34に0Vを印加し、非選択行の上部配線34にセット電圧Vsetの1/2の電圧を印加する。
FIG. 10 is a plan view for explaining a voltage setting method when writing a selected cell in the
この結果、選択列および選択行で指定される選択セルにはセット電圧Vsetが印加され、書込みが行われる。一方、非選択列および選択行で指定される半選択セルにはセット電圧Vsetの1/2の電圧が印加され、書込みが禁止される。また、選択列および非選択行で指定される半選択セルにはセット電圧Vsetの1/2の電圧が印加され、書込みが禁止される。また、非選択列および非選択行で指定される非選択セルには0Vが印加され、書込みが禁止される。 As a result, the set voltage Vset is applied to the selected cell designated by the selected column and the selected row, and writing is performed. On the other hand, a half voltage of the set voltage Vset is applied to the half-selected cell specified by the non-selected column and the selected row, and writing is prohibited. Further, a half voltage of the set voltage Vset is applied to the half-selected cell designated by the selected column and the non-selected row, and writing is prohibited. Further, 0 V is applied to unselected cells designated by unselected columns and unselected rows, and writing is prohibited.
図11は、図9(a)に示すメモリセルアレイ30における選択セルの読出し時の電圧設定方法を説明する平面図である。図11において、選択セルの読出しを行う場合、選択列の下部配線31に読出し電圧Vreadの1/2の電圧を印加し、非選択列の下部配線31に0Vを印加する。また、選択行の上部配線34に読出し電圧Vreadの−1/2の電圧を印加し、非選択行の上部配線34に0Vを印加する。
FIG. 11 is a plan view for explaining a voltage setting method at the time of reading a selected cell in the
この結果、選択列および選択行で指定される選択セルには読出し電圧Vreadが印加され、読み出しが行われる。一方、非選択列および選択行で指定される半選択セルには読出し電圧Vreadの−1/2の電圧が印加され、読出しが禁止される。また、選択列および非選択行で指定される半選択セルには読出し電圧Vreadの1/2の電圧が印加され、読出しが禁止される。また、非選択列および非選択行で指定される非選択セルには0Vが印加され、読出しが禁止される。 As a result, the read voltage Vread is applied to the selected cell designated by the selected column and the selected row, and reading is performed. On the other hand, a voltage that is -1/2 of the read voltage Vread is applied to the half-selected cells specified by the non-selected columns and the selected rows, and reading is prohibited. Further, a half voltage of the read voltage Vread is applied to the half-selected cells designated by the selected column and the non-selected row, and reading is prohibited. Further, 0 V is applied to unselected cells designated by unselected columns and unselected rows, and reading is prohibited.
図12は、図9(a)に示すメモリセルアレイ30における選択セルの消去時の電圧設定方法を説明する平面図である。図12において、選択セルの消去を行う場合、選択列の下部配線31にリセット電圧(消去電圧)Vresetを印加し、非選択列の下部配線31にリセット電圧Vresetの1/2の電圧を印加する。また、選択行の上部配線34に0Vを印加し、非選択行の上部配線34にリセット電圧Vresetの1/2の電圧を印加する。
FIG. 12 is a plan view for explaining a voltage setting method at the time of erasing a selected cell in the
この結果、選択列および選択行で指定される選択セルにはリセット電圧Vresetが印加され、消去が行われる。一方、非選択列および選択行で指定される半選択セルにはリセット電圧Vresetの1/2の電圧が印加され、消去が禁止される。また、選択列および非選択行で指定される半選択セルにはリセット電圧Vresetの1/2の電圧が印加され、消去が禁止される。また、非選択列および非選択行で指定される非選択セルには0Vが印加され、消去が禁止される。 As a result, the reset voltage Vreset is applied to the selected cell designated by the selected column and the selected row, and erasing is performed. On the other hand, a half voltage of the reset voltage Vreset is applied to the half-selected cell specified by the non-selected column and the selected row, and erasure is prohibited. Further, a half voltage of the reset voltage Vreset is applied to the half-selected cells designated by the selected column and the non-selected row, and erasing is prohibited. Further, 0 V is applied to unselected cells designated by unselected columns and unselected rows, and erasure is prohibited.
この第2実施形態の抵抗変化型メモリは、第1実施形態および第1ならびに第2変形例のメモリ素子を備えているので、信頼性が低下するのを抑制することができる。 Since the resistance change type memory according to the second embodiment includes the memory elements according to the first embodiment and the first and second modifications, it is possible to suppress a decrease in reliability.
(第3実施形態)
次に、第3実施形態の抵抗変化型メモリ(以下、メモリともいう)について図13を参照して説明する。この第3実施形態のメモリは、少なくとも1個のメモリセルを有し、このメモリセルの断面図を図13に示す。このメモリセル40は、記憶素子として第1実施形態およびその第1ならびに第2変形例のいずれかのメモリ素子1と、このメモリ素子1に接続された1個のトランジスタTrと、を備えている。
(Third embodiment)
Next, a resistance change type memory (hereinafter also referred to as a memory) according to a third embodiment will be described with reference to FIG. The memory according to the third embodiment has at least one memory cell, and FIG. 13 shows a cross-sectional view of the memory cell. The
トランジスタTrは、半導体領域200に離間して形成されたソース/ドレイン領域202と、ソース領域とドレイン領域との間のチャネル領域となる半導体領域上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極WLとを備えている。ゲート電極WLは、メモリセル40を選択するためのワード線WLを兼用している。
The transistor Tr includes a source /
ソース/ドレイン領域202の一方にコンタクトプラグP1の一端が接続される。コンタクトプラグP1の他端に引き出し電極LEが接続される。この引き出し電極LE上に第1実施形態の第1変形例のメモリ素子1が設けられている。すなわち、引き出し電極LE上に、第1電極2、ポリシリコン層4a、ホール注入抑制層4c、a−Si層4b、および第2電極8がこの順序で積層されたメモリ素子1が設けられている。そして、第2電極8にはビット線BLが接続されている。ビット線BLと、ワード線WLは、交差するように配置される。なお、トランジスタTrおよびメモリ素子1の周りには、層間絶縁膜が形成されている。
One end of a contact plug P1 is connected to one of the source /
このメモリにおいて、書込み、読出し、消去動作を行うためには、ワード線WLに電圧を印加し、トランジスタTrをオン状態にして、第1実施形態で説明した方法と同様にして行う。 In this memory, in order to perform write, read, and erase operations, a voltage is applied to the word line WL, the transistor Tr is turned on, and the method described in the first embodiment is performed.
この第3実施形態の抵抗変化型メモリは、第1実施形態および第1ならびに第2変形例のメモリ素子を備えているので、信頼性が低下するのを抑制することができる。 Since the resistance change type memory according to the third embodiment includes the memory elements according to the first embodiment and the first and second modifications, it is possible to suppress a decrease in reliability.
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。これらの実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。 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 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 invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and gist of the invention.
1 抵抗変化型メモリ素子
2 第1電極
4 抵抗変化層
4a ポリシリコン層
4b アモルファスシリコン層(a−Si層)
4c ホール注入抑制層
5 金属フィラメント
6 絶縁層
8 第2電極
DESCRIPTION OF
4c Hole
Claims (5)
金属元素を有する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられアモルファスシリコンを含む第1層と、前記第1層と前記第1電極との間に設けられポリピロールまたはその誘導体を含有する第2層とを有する抵抗変化層と、
を備えていることを特徴とする抵抗変化型メモリ素子。 A first electrode;
A second electrode having a metal element;
A first layer containing amorphous silicon provided between the first electrode and the second electrode; a second layer containing polypyrrole or a derivative thereof provided between the first layer and the first electrode; A resistance change layer having:
A resistance change type memory element comprising:
金属元素を有する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられアモルファスシリコンを含む第1の層と、前記第1層と前記第1電極との間に設けられホール注入抑制材料を含む第2層とを有する抵抗変化層と、
を備えていることを特徴とする抵抗変化型メモリ素子。 A first electrode;
A second electrode having a metal element;
A first layer including amorphous silicon provided between the first electrode and the second electrode; a second layer including a hole injection suppression material provided between the first layer and the first electrode; A resistance change layer having:
A resistance change type memory element comprising:
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WO2016018284A1 (en) * | 2014-07-30 | 2016-02-04 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Amorphous metal alloy electrodes in non-volatile device applications |
-
2012
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