JP2013197499A - Molecular memory - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、分子メモリに関する。 Embodiments of the invention relate to molecular memory.
従来より、NAND型フラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置においては、メモリセルの微細化を図ることにより、記録密度を向上させてきた。しかしながら、リソグラフィ技術の制約等により、メモリセルの微細化も限界に近づいている。そこで、抵抗変化型分子鎖を記憶素子として用いた分子メモリの研究が進められている。抵抗変化型分子鎖は、電圧又は電流等の電気信号が入力されることにより電気抵抗値が変化する分子であり、そのサイズが小さいため、メモリセルを大幅に微細化できる可能性がある。このような分子メモリを製品化するためには、信頼性の確保が重要な課題となる。 Conventionally, in a nonvolatile memory device such as a NAND flash memory, the recording density has been improved by miniaturizing a memory cell. However, miniaturization of memory cells is approaching the limit due to limitations of lithography technology. Therefore, research on molecular memory using resistance change type molecular chains as memory elements is underway. The resistance change type molecular chain is a molecule whose electric resistance value changes when an electric signal such as voltage or current is input, and since its size is small, there is a possibility that the memory cell can be greatly miniaturized. In order to commercialize such a molecular memory, ensuring reliability is an important issue.
本発明の目的は、信頼性が高い分子メモリを提供することである。 An object of the present invention is to provide a molecular memory with high reliability.
実施形態に係る分子メモリは、第1電極と、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た抵抗変化型分子鎖と、を備える。前記第1電極は、第1の導電性材料からなる芯材と、前記芯材の側面上に形成され、前記第1の導電性材料とは異なる第2の導電性材料からなる側壁と、を有する。前記第2電極は前記第1の導電性材料とは異なる第3の導電性材料からなる。前記抵抗変化型分子鎖は、前記第1の導電性材料に結合している。 The molecular memory according to the embodiment includes a first electrode, a second electrode, and a resistance variable molecular chain disposed between the first electrode and the second electrode. The first electrode includes: a core material made of a first conductive material; and a side wall made of a second conductive material that is formed on a side surface of the core material and is different from the first conductive material. Have. The second electrode is made of a third conductive material different from the first conductive material. The resistance variable molecular chain is bonded to the first conductive material.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る分子メモリを例示する斜視図であり、
図2は、本実施形態に係る分子メモリを例示する断面図であり、
図3は、本実施形態における抵抗変化型分子鎖を例示する図である。
なお、図を見やすくするために、図1においては、導電性部分のみを図示し、絶縁性部分は図示を省略している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a perspective view illustrating a molecular memory according to this embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a molecular memory according to this embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a resistance variable molecular chain in the present embodiment.
In order to make the drawing easier to see, only the conductive portion is shown in FIG. 1, and the insulating portion is not shown.
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る分子メモリ1においては、シリコン基板(図示せず)上に層間絶縁膜10が設けられており、その上に、配線層11、記憶層12及び配線層13がこの順に積層されている。以下、この積層方向を「Z方向」という。配線層11においては、一方向(以下、「X方向」という)に延びる複数本の配線21が周期的に配列されている。また、配線層13においては、X方向に対して交差、例えば直交した方向(以下、「Y方向」という)に延びる複数本の配線22が周期的に配列されている。X方向、Y方向及びZ方向は、相互に直交している。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the
配線21においては、X方向に延びる芯材24が設けられており、芯材24の幅方向両側、すなわち、Y方向に向いた両側面上には、一対の側壁25が形成されている。芯材24と側壁25とは、相互に接している。一方、配線22は芯材及び側壁に分かれておらず、一体的に形成されている。そして、芯材24は、例えばタングステン(W)により形成されている。一方、側壁25及び配線22は、例えばモリブデン(Mo)により形成されている。また、配線22の下面における配線21に対向した領域には、凸部22pが形成されている。なお、図1においては、凸部22pは図示を省略している。配線21と配線22との最近接部分、すなわち、凸部22pの直下域には、空隙41が形成されている。
In the
記憶層12においては、芯材24と配線22との間の最近接部分毎に、複数本の抵抗変化型分子鎖31を含む有機分子層32が設けられている。すなわち、有機分子層32は空隙41の内部であって、芯材24の直上域に配置されている。抵抗変化型分子鎖31は、電圧又は電流等の電気信号が入力されることにより、電気抵抗値を変化させる分子である。各有機分子層32には、例えば数十〜数百本程度の抵抗変化型分子鎖31が含まれている。そして、分子メモリ1においては、配線21、配線22、有機分子層32を埋め込むように、配線間絶縁膜35が設けられている。層間絶縁膜10及び配線間絶縁膜35は、例えばシリコン酸化物、アルミナ又はシリコン窒化物等の絶縁性材料により形成されている。
In the
図3に示すように、抵抗変化型分子鎖31は、例えば、4−[2−amino−5−nitro−4−(phenylethynyl)phenylethynyl]benzenethiolであり、その一端部にはチオール基(R−SH)が設けられている。チオール基の硫黄原子(S)はタングステン原子(W)と結合しやすい。一方、抵抗変化型分子鎖31には、モリブデン原子(Mo)と結合しやすい基は含まれていない。このため、抵抗変化型分子鎖31は、モリブデンよりもタングステンと結合しやすい。
As shown in FIG. 3, the resistance-change
従って、抵抗変化型分子鎖31は、タングステンを含む芯材24には結合されるが、側壁25及び配線22には結合されない。この結果、各抵抗変化型分子鎖31は、その一端部が芯材24における配線22に対向した表面に結合され、この一端部を起点として、芯材24から配線22に向かう方向(Z方向)に伸長している。抵抗変化型分子鎖31の長さは、例えば2nm程度である。但し、抵抗変化型分子鎖31の他端部は配線22には到達しておらず、配線22との間で、例えば1nm程度の空隙を隔てて離隔している。また、抵抗変化型分子鎖31は、モリブデンからなる側壁25には結合されず、従って、側壁25と配線22との間には配置されない。
Therefore, the resistance variable
次に、本実施形態に係る分子メモリ1の製造方法について説明する。
図4(a)〜(d)及び図5(a)〜(d)は、本実施形態に係る分子メモリの製造方法を例示する工程断面図であり、
図6(a)〜(c)、図7(a)〜(c)、図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)、図10(a)〜(c)、図11(a)〜(c)、図12(a)〜(c)は、本実施形態に係る分子メモリの製造方法を例示する工程図である。
なお、図4(a)〜図5(d)は、時系列的に配列された相互に異なる工程を示す。一方、図6(a)〜(c)は同じ工程を示す。図6(a)は平面図であり、図6(b)は図6(a)に示すA−A’線による断面図であり、図6(c)は図6(a)に示すB−B’線による断面図である。図7(a)〜図12(c)についても同様である。
Next, a method for manufacturing the
4A to 4D and FIGS. 5A to 5D are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a molecular memory according to this embodiment.
6 (a)-(c), FIG. 7 (a)-(c), FIG. 8 (a)-(c), FIG. 9 (a)-(c), FIG. 10 (a)-(c), FIGS. 11A to 11C and FIGS. 12A to 12C are process diagrams illustrating a method for manufacturing a molecular memory according to this embodiment.
4 (a) to 5 (d) show different processes arranged in time series. On the other hand, FIGS. 6A to 6C show the same process. 6A is a plan view, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA ′ shown in FIG. 6A, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along line B- shown in FIG. It is sectional drawing by a B 'line. The same applies to FIGS. 7A to 12C.
先ず、図4(a)に示すように、シリコン基板(図示せず)上に、シリコン酸化物又はアルミナ等の絶縁性材料からなる層間絶縁膜10を形成する。次に、導電性材料、例えばタングステンを堆積させて、層間絶縁膜10上に導電膜24aを成膜する。
次に、図4(b)に示すように、リソグラフィ技術を用いて導電膜24aをライン状に加工する。これにより、X方向に延びる複数本の芯材24が形成される。
First, as shown in FIG. 4A, an
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、タングステンとは異なる導電性材料、例えばモリブデンを堆積させて、芯材24を覆うように、導電膜25aを成膜する。
次に、図4(d)に示すように、異方性エッチングを行い、導電膜25aにおける層間絶縁膜10の上面上に配置された部分及び芯材24の上面上に配置された部分を除去する。このとき、導電膜25aにおける芯材24の側面上に配置された部分は残留させる。これにより、芯材24の両側面上に側壁25が形成される。このとき、側壁25の上部は、中間部及び下部よりも薄くなる。
Next, as shown in FIG. 4C, a conductive material different from tungsten, for example, molybdenum is deposited, and a
Next, as shown in FIG. 4D, anisotropic etching is performed to remove a portion of the
次に、図5(a)に示すように、絶縁性材料を堆積させて、層間絶縁膜10上に、芯材24及び側壁25を埋め込むように、絶縁膜35aを形成する。
次に、図5(b)に示すように、芯材24をストッパとしてCMP(chemical mechanical polishing:化学的機械研磨)等の平坦化処理を施し、絶縁膜35aの上面を平坦化する。このとき、芯材24が露出した後、引き続き所定の時間だけ平坦化処理を施し、芯材24の上部と共に、側壁25の上部、すなわち、相対的に薄い部分を除去する。これにより、側壁25を確実に露出させる。芯材24及びその両側面上に形成された一対の側壁25により、配線21が形成される。また、複数本の配線21及びその間に残留した絶縁膜35aにより、配線層11が形成される。
Next, as shown in FIG. 5A, an insulating material is deposited, and an insulating
Next, as shown in FIG. 5B, a flattening process such as CMP (chemical mechanical polishing) is performed using the
次に、図5(c)に示すように、芯材24、側壁25及び絶縁膜35aとは異なる材料、例えば、シリコン酸化物、アルミナ又はシリコン窒化物を堆積させて、配線層11上に犠牲膜40を成膜する。
次に、図5(d)に示すように、タングステンとは異なる導電性材料、例えばモリブデンを堆積させて、犠牲膜40上に導電膜22aを成膜する。
Next, as shown in FIG. 5C, a material different from the
Next, as shown in FIG. 5D, a conductive material different from tungsten, for example, molybdenum is deposited, and a
次に、図6(a)〜(c)に示すように、リソグラフィ技術を用いて導電膜22a及び犠牲膜40をパターニングする。これにより、導電膜22a及び犠牲膜40がY方向に延びるライン状の積層体に加工される。
Next, as shown in FIGS. 6A to 6C, the
次に、図7(a)〜(c)に示すように、犠牲膜40とは異なる絶縁性材料、例えば、シリコン酸化物、アルミナ又はシリコン窒化物を堆積させて、絶縁膜35bを形成する。次に、導電膜22aをストッパとしてCMP等の平坦化処理を施し、絶縁膜35bの上面を平坦化する。これにより、導電膜22aの上面上から絶縁膜35bが除去され、犠牲膜40及び導電膜22aからなる積層体の相互間に、絶縁膜35bが埋め込まれる。
Next, as shown in FIGS. 7A to 7C, an insulating material different from the
次に、図8(a)〜(c)に示すように、リソグラフィ技術を用いて、導電膜22a、犠牲膜40及び絶縁膜35bをX方向に延びるライン状に加工する。これにより、犠牲膜40及び導電膜22aからなる積層体は、X方向及びY方向の双方に沿って分断されて、マトリクス状に配列された複数の島状部分となる。また、絶縁膜35bもX方向及びY方向の双方に沿って分断されて、X方向において隣り合う犠牲膜40及び導電膜22aからなる積層体の間に配置される。すなわち、配線21の直上域において、上述の積層体と絶縁膜35bとが交互に配列される。
Next, as shown in FIGS. 8A to 8C, the
次に、図9(a)〜(c)に示すように、例えばウェットエッチングを施し、犠牲膜40(図8(a)及び(b)参照)を除去する。これにより、犠牲膜40が除去されたあとに、空隙41が形成される。空隙41の下方には配線21が配置され、上方には導電膜22aが配置され、X方向両側には絶縁膜35bが配置され、Y方向両側は開口されている。
Next, as shown in FIGS. 9A to 9C, for example, wet etching is performed to remove the sacrificial film 40 (see FIGS. 8A and 8B). Thereby, after the
次に、抵抗変化型分子鎖31(図3参照)を含む薬液を空隙41内に進入させる。これにより、抵抗変化型分子鎖31のチオール基が配線21の芯材24に含まれるタングステン原子(W)に結合されて、抵抗変化型分子鎖31の一端部が芯材24に結合される。一方、抵抗変化型分子鎖31は、モリブデンからなる側壁25及び導電膜22aには結合されない。次に、乾燥等の処理を施し、空隙41内から薬液に含まれる液体を除去する。この結果、芯材24と導電膜22aとの最近接部分毎に、有機分子層32が形成される。各有機分子層32には、例えば数十〜数百本の抵抗変化型分子鎖31が含まれる。このとき、側壁25及び導電膜22aには抵抗変化型分子鎖31は結合されないため、側壁25と導電膜22aとの間には、有機分子層32は配置されない。
Next, a chemical solution including the resistance change type molecular chain 31 (see FIG. 3) is caused to enter the
次に、図10(a)〜(c)に示すように、絶縁性材料、例えば、シリコン酸化物、アルミナ又はシリコン窒化物を堆積させて、絶縁膜35cを形成する。次に、導電膜22aをストッパとしてCMP等の平坦化処理を施し、絶縁膜35cの上面を平坦化する。これにより、空隙41、有機分子層32及び導電膜22aを含む積層体の相互間に、絶縁膜35cが埋め込まれる。このとき、空隙41内には絶縁性材料がほとんど侵入せず、空隙41のまま残る。従って、空隙41内に形成された抵抗変化型分子鎖31間にも絶縁材料は侵入しない。この結果、絶縁膜35aの直上域には絶縁膜35cが配置され、配線21の直上域のうち、空隙41間の領域には絶縁膜35bが配置される。
Next, as shown in FIGS. 10A to 10C, an insulating material such as silicon oxide, alumina, or silicon nitride is deposited to form the insulating
次に、図11(a)〜(c)に示すように、タングステンとは異なる導電性材料、例えばモリブデンを堆積させて、導電膜22bを成膜する。導電膜22bは導電膜22aに接する。
Next, as shown in FIGS. 11A to 11C, a conductive material different from tungsten, for example, molybdenum is deposited to form a
次に、図12(a)〜(c)に示すように、リソグラフィ技術を用いて導電膜22bをY方向に延びる複数本のライン状に加工する。このとき、導電膜22bは、導電膜22aの直上域を通過するように残留させる。次に、導電膜22bを埋め込むように、絶縁材料(図示せず)を堆積させる。このようにして、本実施形態に係る分子メモリ1が製造される。
Next, as shown in FIGS. 12A to 12C, the
分子メモリ1においては、導電膜22a及び導電膜22bは配線22となる。導電膜22aは配線22の凸部22pに相当する。また、絶縁膜35a〜35c、及びその後に堆積された絶縁材料は、配線間絶縁膜35の一部となる。そして、Z方向において、配線22が配置された範囲が配線層13となり、配線層11と配線層13との間の範囲、すなわち、空隙41及び有機分子層32が形成されている範囲が記憶層12となる。
In the
また、配線21と配線22の最近接部分毎に、1つの有機分子層32を含むメモリセルが形成される。これにより、メモリセルは、X方向及びY方向に沿ってマトリクス状に配列される。そして、1本の配線21と1本の配線22との間に所定の電圧を印加することにより、その間の有機分子層32に含まれる抵抗変化型分子鎖31の電子状態が変化し、電気抵抗値が変化する。これにより、各メモリセルに情報を書き込むことができる。また、配線21と配線22との間の電気抵抗値を検出することにより、書き込まれた情報を読み出すことができる。
In addition, a memory cell including one organic
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
図2に示すように、本実施形態に係る分子メモリ1においては、配線21に芯材24及び側壁25が設けられており、芯材24と側壁25とは相互に接している。このため、電気信号を伝達する配線としては、芯材24及び側壁25が配線21として一体的に機能し、配線21に電位を印加したときには、配線21の角部、すなわち、側壁25の上部に電界が集中する。一方、芯材24及び側壁25は相互に異なる導電性材料により形成されており、抵抗変化型分子鎖31は側壁25よりも芯材24と結合しやすい。このため、芯材24と配線22との間には抵抗変化型分子鎖31が配置されるのに対して、側壁25と配線22との間には抵抗変化型分子鎖31が配置されない。このように、電界が集中する側壁25には抵抗変化型分子鎖31が結合されないため、電流の集中によって抵抗変化型分子鎖31が劣化することを防止できる。この結果、信頼性が高い分子メモリを実現することができる。
また、側壁25を抵抗変化型分子鎖31が結合しにくい材料によって形成することにより、上述の構成を自己整合的に形成することができる。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
As shown in FIG. 2, in the
Further, by forming the
次に、比較例について説明する。
図13は、本比較例に係る分子メモリを例示する断面図である。
図13に示すように、本比較例に係る分子メモリ101においては、配線121が芯材及び側壁に分かれておらず、タングステンにより一体的に形成されている。また、配線22は、モリブデンにより一体的に形成されている。このため、Z方向から見て、配線121と配線22が重なる領域の全体に、抵抗変化型分子鎖31が配置される。
Next, a comparative example will be described.
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a molecular memory according to this comparative example.
As shown in FIG. 13, in the
そして、配線121に電位を印加すると、配線121のエッジ部E、すなわち、幅方向両端部にかかる電界は、幅方向中央部にかかる電界よりも強くなる。このため、配線121の幅方向において、抵抗変化型分子鎖31が均一に形成されていたとしても、エッジ部Eに結合された抵抗変化型分子鎖31に電流が集中的に流れてしまい、この抵抗変化型分子鎖31が劣化しやすくなる。抵抗変化型分子鎖31が劣化すると、リーク電流の増加等の不具合が発生する可能性が高くなる。従って、分子メモリ101の信頼性は低い。
When a potential is applied to the
次に、第2の実施形態について説明する。
図14は、本実施形態に係る分子メモリを例示する斜視図であり、
図15は、本実施形態に係る分子メモリを例示する断面図である。
なお、図を見やすくするために、図14においては、導電性部分のみを図示し、絶縁性部分は図示を省略している。また、図14及び図15においては、配線22の凸部22p(図2参照)は図示を省略している。
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 14 is a perspective view illustrating a molecular memory according to this embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a molecular memory according to this embodiment.
In order to make the drawing easier to see, only the conductive portion is shown in FIG. 14, and the insulating portion is not shown. In FIGS. 14 and 15, the
図14及び図15に示すように、本実施形態に係る分子メモリ2においては、配線層11、記憶層12及び配線層13がそれぞれ複数層設けられている。そして、配線層11と配線層13とが、記憶層12を介して、Z方向に沿って交互に積層されている。すなわち、配線層11、記憶層12、配線層13、記憶層12、配線層11、記憶層12、配線層13、・・・の順に積層されている。このような分子メモリ2は、前述の図4(a)〜図12(c)に示す工程を複数回繰り返すことにより、製造することができる。
As shown in FIGS. 14 and 15, in the
本実施形態によれば、配線層11、記憶層12及び配線層13をそれぞれ複数層ずつ積層させることにより、メモリセルをZ方向にも配列させることができる。すなわち、メモリセルを、X方向、Y方向及びZ方向に沿って、3次元マトリクス状に配列させることができる。この結果、メモリセルの集積度を向上させ、分子メモリの記録密度を増加させることが可能となる。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び作用効果は、前述の第1の実施形態と同様である。 According to the present embodiment, the memory cells can be arranged in the Z direction by stacking a plurality of wiring layers 11, memory layers 12, and wiring layers 13. That is, the memory cells can be arranged in a three-dimensional matrix along the X direction, the Y direction, and the Z direction. As a result, it is possible to improve the degree of integration of the memory cells and increase the recording density of the molecular memory. The configuration, manufacturing method, and operational effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above.
以下、前述の各実施形態における材料の変形例について説明する。
図16は、変形例に係る抵抗変化型分子鎖の一般式を例示する図であり、
図17(a)〜(f)は、1次元方向にπ共役系が伸びた分子を構成し得る分子ユニットを例示する図である。
Hereinafter, the modification of the material in each above-mentioned embodiment is demonstrated.
FIG. 16 is a diagram illustrating a general formula of a resistance variable molecular chain according to a modification,
FIGS. 17A to 17F are diagrams illustrating molecular units that can form molecules in which a π-conjugated system extends in a one-dimensional direction.
前述の各実施形態においては、抵抗変化型分子鎖31が図3に示す4−[2−amino−5−nitro−4−(phenylethynyl)phenylethynyl]benzenethiolである例を示したが、これには限定されず、抵抗変化型分子鎖31は、抵抗が変化する機能を備える分子であればよい。例えば、抵抗変化型分子鎖31は、図16に一般式として示すように、4−[2−amino−5−nitro−4−(phenylethynyl)phenylethynyl]benzenethiolの誘導体であってもよい。
In each of the above-described embodiments, an example in which the resistance-change
なお、図16に示す一般式において、XとYとの組み合わせは、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、シアノ基(CN)、ニトロ基(NO2)、アミノ基(NH2)、水酸基(OH)、カルボニル基(CO)及びカルボキシ基(COOH)のうちの任意の2つである。また、Rn(n=1〜8)は、最外殻電子がd電子又はf電子である原子を除く任意の原子、並びに、特性基、例えば、水素(H)、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)及びメチル基(CH3)のいずれかである。 In the general formula shown in FIG. 16, the combination of X and Y is fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), cyano group (CN), nitro group (NO 2 ). , An amino group (NH 2 ), a hydroxyl group (OH), a carbonyl group (CO), and a carboxy group (COOH). Rn (n = 1 to 8) is an arbitrary atom excluding an atom whose outermost electron is d electron or f electron, and a characteristic group such as hydrogen (H), fluorine (F), chlorine ( Cl), bromine (Br), iodine (I), and a methyl group (CH 3 ).
また、抵抗変化型分子鎖31は、図16に一般式で表わされる分子構造以外の一次元方向にπ共役系が伸びた分子であってもよい。例えば、パラフェニレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、オリゴピロール誘導体、オリゴフラン誘導体又はパラフェニレンビニレン誘導体を用いることも可能である。
Further, the resistance variable
1次元方向にπ共役系が伸びた分子を構成し得る分子ユニットは、図17(a)に示すパラフェニレンであってもよく、図17(b)に示すチオフェンであってもよく、図17(c)に示すピロールであってもよく、図17(d)に示すフランであってもよく、図17(e)に示すビニレンであってもよく、図17(f)に示すアルキンであってもよい。この他、ピリジン等のヘテロ六員環化合物を用いてもよい。 The molecular unit capable of constituting a molecule having a π-conjugated system extending in the one-dimensional direction may be paraphenylene shown in FIG. 17A or thiophene shown in FIG. The pyrrole shown in (c), the furan shown in FIG. 17 (d), the vinylene shown in FIG. 17 (e), or the alkyne shown in FIG. 17 (f) may be used. May be. In addition, a hetero 6-membered ring compound such as pyridine may be used.
もっとも、π共役系の長さが短い場合には、電極から注入された電子が分子上に留まることなく抜けてゆくため、電荷を蓄積させるためには、ある程度の長さの分子であることが好ましく、一次元方向の−CH=CH−のユニットで計算して、5つ以上であることが望ましい。これはベンゼン環(パラフェニレン)の場合、3個以上に相当する。なお、ベンゼン環の径は、π共役系のキャリアであるポーラロンの拡がり幅の約倍である。一方、π共役系の長さが長い場合には、分子内での電荷の伝導による電圧降下などが問題になる。このため、π共役系の長さは、一元方向の−CH=CH−のユニットで計算して20以下であることが望ましい。これは、ベンゼン環の場合の10個以下に相当する。 However, when the length of the π-conjugated system is short, the electrons injected from the electrode escape without staying on the molecule, so that it is a molecule of a certain length in order to accumulate charges. Preferably, it is desirable to calculate 5 or more in units of —CH═CH— in the one-dimensional direction. In the case of a benzene ring (paraphenylene), this corresponds to 3 or more. Note that the diameter of the benzene ring is about twice the spread width of polaron, which is a π-conjugated carrier. On the other hand, when the length of the π-conjugated system is long, a voltage drop due to charge conduction in the molecule becomes a problem. For this reason, it is desirable that the length of the π-conjugated system is 20 or less calculated by the unit of —CH═CH— in the one-way direction. This corresponds to 10 or less in the case of a benzene ring.
また、前述の各実施形態においては、芯材24をタングステンにより形成し、側壁25及び配線22をモリブデンにより形成する例を示したが、これには限定されない。芯材24、側壁25及び配線22を形成する好適な導電性材料は、抵抗変化型分子鎖31の一端部の分子構造によって異なる。
In each of the above-described embodiments, the
例えば、図3に示すように、抵抗変化型分子鎖31の一端部がチオール基である場合は、芯材24の材料、すなわち、抵抗変化型分子鎖31を化学結合させたい部分の材料は、前述のタングステン(W)の他に、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、窒化タングステン(WN)、窒化タンタル(TaN)又は窒化チタン(TiN)であることが望ましく、この中でも特に化学結合を形成しやすいタングステン(W)、金(Au)又は銀(Ag)であることが望ましい。一方、側壁25及び配線22の材料、すなわち、抵抗変化型分子鎖31を化学結合させたくない部分の材料は、前述のモリブデン(Mo)の他に、タンタル(Ta)、窒化モリブデン(MoN)又はシリコン(Si)であることが望ましい。側壁25の材料と配線22の材料とは、相互に異なっていてもよい。
For example, as shown in FIG. 3, when one end of the resistance variable
また、例えば、抵抗変化型分子鎖31の一端部がアルコール基又はカルボキシル基である場合は、抵抗変化型分子鎖31を化学結合させたい部分の材料は、タングステン(W)、窒化タングステン(WN)、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、モリブデン(Mo)、窒化モリブデン(MoN)又は窒化チタン(TiN)であることが望ましく、この中でも特に化学結合を形成しやすいタンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、窒化モリブデン(MoN)又は窒化チタン(TiN)であることが望ましい。一方、抵抗変化型分子鎖31を化学結合させたくない部分の材料は、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)又はシリコン(Si)であることが望ましい。
For example, when one end portion of the resistance variable
更に、例えば、抵抗変化型分子鎖31の一端部がシラノール基である場合は、抵抗変化型分子鎖31を化学結合させたい部分の材料は、シリコン(Si)又は金属酸化物であることが望ましい。一方、抵抗変化型分子鎖31を化学結合させたくない部分の材料は、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、タングステン(W)、窒化タングステン(WN)、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、モリブデン(Mo)、窒化モリブデン(MoN)又は窒化チタン(TiN)であることが望ましい。また、配線の材料が化合物である場合、化合物の組成は適宜選択することが可能である。更に、配線の材料として例えば、グラフェン又はカーボンナノチューブを適用することも可能である。
Further, for example, when one end portion of the resistance change type
以上説明した実施形態によれば、信頼性が高い分子メモリを実現することができる。 According to the embodiment described above, a highly reliable molecular memory can be realized.
以上、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及びその等価物の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of 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 scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1、2:分子メモリ、10:層間絶縁膜、11:配線層、12:記憶層、13:配線層、21、22:配線、22a、22b:導電膜、22p:凸部、24:芯材、24a:導電膜、25:側壁、25a:導電膜、31:抵抗変化型分子鎖、32:有機分子層、35:配線間絶縁膜、35a、35b、35c:絶縁膜、40:犠牲膜、41:空隙、101:分子メモリ、121:配線、E:エッジ部
1, 2: Molecular memory, 10: Interlayer insulating film, 11: Wiring layer, 12: Memory layer, 13: Wiring layer, 21, 22: Wiring, 22a, 22b: Conductive film, 22p: Projection, 24:
Claims (5)
前記第1方向に対して交差した第2方向に延び、モリブデンからなる第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線との間に配置された抵抗変化型分子鎖と、
を備え、
前記第1配線は、
前記第1方向に延び、タングステンからなる芯材と、
前記芯材の側面上であって前記芯材から見て前記第2方向両側に配置され、モリブデンからなる側壁と、
を有し、
前記抵抗変化型分子鎖は前記芯材に結合している分子メモリ。 A first wiring extending in a first direction;
A second wiring made of molybdenum and extending in a second direction intersecting the first direction;
A resistance variable molecular chain disposed between the first wiring and the second wiring;
With
The first wiring is
A core material extending in the first direction and made of tungsten;
Side walls made of molybdenum, disposed on both sides in the second direction as viewed from the core material on the side surface of the core material,
Have
The molecular memory in which the resistance variable molecular chain is bonded to the core material.
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た抵抗変化型分子鎖と、
を備え、
前記第1電極は、
第1の導電性材料からなる芯材と、
前記芯材の側面上に形成され、前記第1の導電性材料とは異なる第2の導電性材料からなる側壁と、
を有し、
前記第2電極は前記第1の導電性材料とは異なる第3の導電性材料からなり、
前記抵抗変化型分子鎖は前記第1の導電性材料に結合している分子メモリ。 A first electrode;
A second electrode;
A resistance variable molecular chain disposed between the first electrode and the second electrode;
With
The first electrode is
A core made of a first conductive material;
A side wall formed on a side surface of the core material and made of a second conductive material different from the first conductive material;
Have
The second electrode is made of a third conductive material different from the first conductive material,
The molecular memory in which the variable resistance molecular chain is bonded to the first conductive material.
前記第2及び第3の導電性材料はモリブデンを含む請求項2または3に記載の分子メモリ。 The first conductive material comprises tungsten;
The molecular memory according to claim 2, wherein the second and third conductive materials include molybdenum.
前記第2電極は、前記第1方向に対して交差した第2方向に延びる配線であり、
前記側壁は前記芯材から見て前記第2方向両側に配置されている請求項2〜4のいずれか1つに記載の分子メモリ。 The first electrode is a wiring extending in a first direction;
The second electrode is a wiring extending in a second direction intersecting the first direction;
The molecular memory according to claim 2, wherein the side walls are arranged on both sides in the second direction when viewed from the core material.
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