JP4760058B2 - Memory element and memory - Google Patents
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Description
本発明は、記憶素子及びメモリに係わり、不揮発性メモリに用いて好適なものである。 The present invention relates to a storage element and a memory, and is suitable for use in a nonvolatile memory.
コンピュータ等の情報機器においては、ランダム・アクセス・メモリとして、動作が高速で、高密度のDRAMが広く使用されている。
しかし、DRAMは電源を切ると情報が消えてしまう揮発性メモリであるため、情報が消えない不揮発性のメモリが望まれている。
In information equipment such as a computer, a high-speed and high-density DRAM is widely used as a random access memory.
However, since DRAM is a volatile memory in which information disappears when the power is turned off, a nonvolatile memory in which information does not disappear is desired.
そして、将来有望とされている不揮発性メモリとして、相変化メモリやRRAM等の抵抗変化型メモリ(例えば、非特許文献1参照。)が提案されている。 As a nonvolatile memory that is expected to be promising in the future, a resistance change type memory such as a phase change memory or an RRAM (see, for example, Non-Patent Document 1) has been proposed.
このうち、相変化メモリは、結晶−非結晶の相変化を情報の記録・保持に利用するものであり、同一極性かつ異なる大きさの電圧パルスを印加することによって、記録が行われる。 Among these, the phase change memory uses a crystal-amorphous phase change for recording and holding information, and recording is performed by applying voltage pulses of the same polarity and different magnitudes.
これらのメモリの場合、電源を供給しなくても書き込んだ情報を長時間保持し続けることが可能になる。
また、これらのメモリの場合、不揮発性とすることにより、リフレッシュ動作を不要にして、その分消費電力を低減することができると考えられる。
In the case of these memories, it is possible to keep the written information for a long time without supplying power.
In addition, in the case of these memories, it is considered that by making them non-volatile, the refresh operation is unnecessary and the power consumption can be reduced accordingly.
しかしながら、相変化メモリは、熱を利用して情報の記録を行うために、加熱機構が必要となるため、構造が複雑になる。 However, the phase change memory has a complicated structure because a heating mechanism is required to record information using heat.
上述した問題の解決のために、本発明においては、比較的単純な構造で不揮発性メモリを構成することができる記憶素子及び記憶素子を備えたメモリを提供するものである。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides a memory element that can form a nonvolatile memory with a relatively simple structure and a memory including the memory element.
本発明の記憶素子は、Zr,Hfから選ばれる少なくとも一種以上の元素の酸化物を主体とする酸化物層と、この酸化物層の下層及び上層に、それぞれZrN又はHfNから成る導電性窒化物層が積層されて成るものである。
また、本発明のメモリは、上記本発明の記憶素子を有し、記憶素子に対して記憶素子の積層膜の積層方向に電圧を印加するための電圧印加手段を備え、この電圧印加手段により記憶素子に電圧を印加して、記憶素子の抵抗値を変化させることにより、記憶素子に情報が記録されるものである。
The memory element of the present invention includes an oxide layer mainly composed of an oxide of at least one element selected from Zr and Hf, and a conductive nitride composed of ZrN or HfN in the lower and upper layers of the oxide layer, respectively. The layers are laminated.
The memory of the present invention includes the memory element of the present invention, and includes a voltage applying unit for applying a voltage to the memory element in the stacking direction of the stacked film of the memory element. Information is recorded in the memory element by applying a voltage to the element to change the resistance value of the memory element.
上述の本発明の記憶素子の構成によれば、Zr,Hfから選ばれる少なくとも一種以上の元素の酸化物を主体とする酸化物層と、この酸化物層の下層及び上層に、それぞれZrN又はHfNから成る導電性窒化物層が積層されて成ることにより、記憶素子の積層膜の積層方向に電圧を印加することにより、記憶素子の抵抗値が非可逆的に変化する。この抵抗値の変化を利用して、記憶素子に情報を記録し、かつ記録した情報を保持させることが可能になる。
また、記憶素子が酸化物層とその下層及び上層の導電性窒化物層とから成る構成であるため、比較的構成が簡単であり、記憶素子の微細化が容易である。
According to the above configuration of the memory element of the present invention, ZrN or HfN is formed on the oxide layer mainly composed of an oxide of at least one element selected from Zr and Hf, and the lower layer and the upper layer of the oxide layer, respectively. When the conductive nitride layer made of is laminated, the resistance value of the memory element changes irreversibly by applying a voltage in the stacking direction of the stacked film of the memory element. By utilizing this change in resistance value, it is possible to record information in the storage element and hold the recorded information.
In addition, since the memory element has a configuration including an oxide layer and a conductive nitride layer as an upper layer and a lower layer, the configuration is relatively simple and the memory element can be easily miniaturized.
上述の本発明のメモリの構成によれば、上記本発明の記憶素子を有し、記憶素子に対して記憶素子の積層膜の積層方向に電圧を印加するための電圧印加手段を備え、この電圧印加手段により記憶素子に電圧を印加して、記憶素子の抵抗値を変化させることにより、記憶素子に情報が記録される構成であることから、比較的構成が簡単で微細化が容易な記憶素子と電圧印加手段とを備えて、不揮発性のメモリが構成される。これにより、不揮発性のメモリの構成を簡素化することができる。 According to the configuration of the memory of the present invention described above, the memory element of the present invention is provided, and voltage applying means for applying a voltage to the memory element in the stacking direction of the stacked film of the memory element is provided. Since the structure is such that information is recorded in the memory element by applying a voltage to the memory element by applying means and changing the resistance value of the memory element, the memory element has a relatively simple structure and can be easily miniaturized. And a voltage applying means. A nonvolatile memory is configured. Thereby, the configuration of the nonvolatile memory can be simplified.
上述の本発明によれば、記憶素子を比較的簡素な構成として、微細化を図ることが可能になることから、記憶素子から成るメモリセルを高密度に集積して不揮発性のメモリを構成することが可能になる。
従って、本発明により、不揮発性のメモリの小型化や記憶容量の増大を図ることができる。
According to the above-described present invention, it is possible to make the memory element relatively simple with a relatively simple structure, so that memory cells composed of the memory element are densely integrated to constitute a nonvolatile memory. It becomes possible.
Therefore, according to the present invention, the non-volatile memory can be reduced in size and the storage capacity can be increased.
まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要について説明する。 First, an outline of the present invention will be described prior to description of specific embodiments of the present invention.
本発明の記憶素子は、Zr,Hfから選ばれる少なくとも一種以上の元素の酸化物を主体とする酸化物層に対して、その下層及び上層に、それぞれZrN又はHfNから成る導電性窒化物層を積層して構成されるものである。
このように記憶素子を構成することにより、記憶素子に電圧を印加することによって記憶素子の抵抗値が変化すると共に、変化した後の状態(抵抗値)を保持することが可能になる。
このことを利用して、記憶素子の抵抗値が低い記録状態と、記憶素子の抵抗値が高い記録状態とにより、記憶素子に2値の情報を記録・保持することができる。
In the memory element of the present invention, a conductive nitride layer made of ZrN or HfN is formed on the lower and upper layers of an oxide layer mainly composed of an oxide of at least one element selected from Zr and Hf, respectively. It is configured by stacking.
By configuring the memory element in this manner, the resistance value of the memory element is changed by applying a voltage to the memory element, and the changed state (resistance value) can be held.
By utilizing this fact, binary information can be recorded and held in the storage element in a recording state where the resistance value of the storage element is low and a recording state where the resistance value of the storage element is high.
また、本発明のメモリは、上記本発明の記憶素子を有し、記憶素子に対して記憶素子の積層膜の積層方向に電圧を印加するための電圧印加手段を備え、この電圧印加手段により記憶素子に電圧を印加して、記憶素子の抵抗値を変化させることにより、記憶素子に情報が記録されるものである。
電圧印加手段としては、記憶素子に接続された電極や電極に接続された配線、並びに印加する電圧を作製する電源部(電源回路等)が挙げられる。
そして、上記本発明の記憶素子により各メモリセルを構成し、このメモリセルを多数設けてメモリを構成することにより、記憶容量の大きい不揮発性メモリを構成することができる。
The memory of the present invention includes the memory element of the present invention, and includes a voltage applying unit for applying a voltage to the memory element in the stacking direction of the stacked film of the memory element. Information is recorded in the memory element by applying a voltage to the element to change the resistance value of the memory element.
Examples of the voltage application means include an electrode connected to the memory element, a wiring connected to the electrode, and a power supply unit (power supply circuit or the like) that generates a voltage to be applied.
And each memory cell is comprised by the memory element of the said invention, and a large memory capacity non-volatile memory can be comprised by providing many memory cells and comprising a memory.
本発明の記憶素子において、さらに好ましくは、酸化物層を複数の酸化物層によって構成し、それぞれの酸化物層の導電性に違いを設ける。
このように構成することにより、記憶素子の積層膜が上下に非対称な構成となるため、記録状態による抵抗値の変化が大きくなる。これにより、記憶素子に記録された情報を読み出すことが容易になる。
複数の酸化物層の導電性を異ならせるには、例えば、複数の酸化物層のうちの少なくとも一部の酸化物層にB,Mn,Fe,Co,Ni,Ru,Re,Mg,Ca,Yから選ばれる少なくとも一種以上の元素を添加して、添加元素の有無或いは添加する元素の種類又は添加量が違う構成とすればよい。
In the memory element of the present invention, more preferably, the oxide layer is constituted by a plurality of oxide layers, and the conductivity of each oxide layer is different.
With such a configuration, the stacked film of the memory element has a vertically asymmetric configuration, so that the resistance value varies greatly depending on the recording state. Thereby, it becomes easy to read the information recorded in the storage element.
To vary the conductivity of a plurality of oxide layers, for example, B in at least part of the oxide layer of the plurality of oxide layers, Mn, Fe, Co, Ni , Ru, Re, Mg, Ca, At least one element selected from Y may be added, and the presence or absence of the additional element or the type or amount of the added element may be different.
さらに、本発明の記憶素子において、酸化物層に、Mg,Ca,Yから選ばれる少なくとも一種以上の元素を添加すると、酸化物の結晶構造を安定化させ、また酸素が動き易くなる。これにより、動作電圧を下げることができる。 Furthermore, in the memory element of the present invention, when at least one element selected from Mg, Ca, and Y is added to the oxide layer, the crystal structure of the oxide is stabilized and oxygen easily moves. Thereby, the operating voltage can be lowered.
導電性窒化物層は、窒化物のターゲットを用いたスパッタ法等によって成膜しても良く、金属ターゲットを用いて窒素中で成膜しても良く、また金属膜を成膜した後に窒素プラズマにより金属膜を窒化しても良い。
酸化物層も同様に、酸化物ターゲットを用いたスパッタ法等によって成膜しても良く、金属ターゲットを用いて酸素中で成膜しても良く、また金属膜を成膜した後に酸素プラズマにより金属膜を酸化処理しても良い。
The conductive nitride layer may be formed by sputtering or the like using a nitride target, or may be formed in nitrogen using a metal target, or a nitrogen plasma after forming a metal film. The metal film may be nitrided.
Similarly, the oxide layer may be formed by sputtering using an oxide target, may be formed in oxygen using a metal target, or may be formed by oxygen plasma after forming a metal film. The metal film may be oxidized.
続いて、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
本発明の記憶素子の一実施の形態の概略構成図(断面図)を図1に示す。
この記憶素子10は、下部電極となる電極膜11、第1の窒化物層12、酸化物層13、第2の窒化物層14、上部電極となる電極膜15が積層されて成る。
Subsequently, specific embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of an embodiment of a memory element of the present invention.
The
下部電極となる電極膜11及び上部電極となる電極膜15の材料としては、従来公知の電極材料を用いることができる。例えば、Taを用いることができる。
Conventionally known electrode materials can be used as the material of the
第1の窒化物層12及び第2の窒化物層14の材料としては、前述したTi,Zr,Hf,Taから選ばれる少なくとも一種以上の元素と窒素とから成る導電性窒化物を用いる。
これにより、第1の窒化物層12及び第2の窒化物層14に電流を流すことができる。
酸化物層13は、前述したZr,Hfから選ばれる一種以上の元素の酸化物を、主成分として構成する。
As a material of the
As a result, a current can flow through the
The
これら第1の窒化物層12、酸化物層13、第2の窒化物層14を積層した積層膜を構成することにより、積層膜に印加する電圧に対応して記憶素子10の抵抗値が変化すると共に、変化した後の抵抗値を保持することが可能になる。
従って、記憶素子10の抵抗値が低い記録状態と、記憶素子10の抵抗値が高い記録状態とにより、記憶素子10に2値の情報を記録・保持することができる。
By forming a laminated film in which the
Accordingly, binary information can be recorded and held in the
また、酸化物層13に、Mg,Ca,Yから選ばれる少なくとも一種以上の元素を添加してもよく、これらの元素を添加することにより、酸化物の結晶構造を安定化させ、また酸素が動き易くなることから、記憶素子10の動作電圧を下げることが可能になる。
In addition, at least one element selected from Mg, Ca, and Y may be added to the
本実施の形態の記憶素子10は、次のように動作させて、情報の記憶を行うことができる。
The
下部電極となる電極膜11と、上部電極となる電極膜15とに、外部から電圧(正電圧、或いは負電圧)を印加する。これにより、2つの電極膜11,15の間の抵抗値が変化する。例えば、抵抗値の高い状態から低い状態に変化する、或いは、抵抗値の低い状態から高い状態に変化する。
その後、印加していた電圧を除去すると、変化した状態で抵抗値が保持される。
これにより、情報を記録することが可能になる。
A voltage (positive voltage or negative voltage) is applied from the outside to the
Thereafter, when the applied voltage is removed, the resistance value is maintained in a changed state.
This makes it possible to record information.
また、逆極性の電圧を記憶素子に印加することにより、抵抗値を再び元の状態に変化させることができる。
このときも、印加していた電圧を除去すると、元の状態で抵抗値が保持される。
Further, by applying a reverse polarity voltage to the memory element, the resistance value can be changed back to the original state.
Also at this time, when the applied voltage is removed, the resistance value is maintained in the original state.
このような過程を繰り返すことにより、記憶素子10に情報の記録を繰り返し行うことができる。
そして、例えば、抵抗値の高い状態を「0」の情報に、抵抗値の低い状態を「1」の情報に、それぞれ対応させると、「0」と「1」の情報を繰り返し記録することができる。
By repeating such a process, information can be repeatedly recorded in the
For example, if a high resistance value is associated with “0” information and a low resistance value is associated with “1” information, “0” and “1” information may be repeatedly recorded. it can.
また、本実施の形態の記憶素子10を用いて、メモリを構成することができる。
即ち、記憶素子10によりメモリセルを構成し、メモリセルを例えば列状やマトリクス状に配置することにより、メモリ(記憶装置)を構成することができる。
各記憶素子10に対して、その下部電極の電極膜11側に接続された配線と、その上部電極の電極膜15側に接続された配線とを設け、例えばこれらの配線の交差点付近に各記憶素子10が配置されるようにすればよい。
そして、電圧を印加して電流を流す配線を選択することにより、記録を行うべきメモリセルを選択して、このメモリセルの記憶素子10に電流を流して、情報の記録を行うことができる。
In addition, a memory can be formed using the
That is, a memory (storage device) can be configured by configuring a memory cell by the
For each
By selecting a wiring through which a current is applied by applying a voltage, a memory cell to be recorded can be selected, and a current can be passed through the
上述の本実施の形態の記憶素子10の構成によれば、Zr,Hfから選ばれる一種以上の元素の酸化物を、主成分として構成された酸化物層13と、酸化物層13の下層及び上層にそれぞれ設けられた、(Ti,Zr,Hf,Taから選ばれる少なくとも一種以上の元素と窒素とから成る)導電性窒化物を用いた第1の窒化物層12及び第2の窒化物層14とが積層されていることにより、記憶素子10の積層膜の積層方向に電圧を印加することにより、記憶素子10の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を利用して、記憶素子に情報を記録し、かつ記録した情報を保持させることが可能になる。
According to the configuration of the
また、本実施の形態の記憶素子10の構成によれば、第1の窒化物層12・酸化物層13・第2の窒化物層14の比較的単純な積層構造で記憶素子10を構成することができる。さらに、電圧の印加によって情報を記録するので、相変化メモリのような加熱機構を必要としない。
これにより、記憶素子10の構成を簡素化することができることから、記憶素子10を微細化しても、情報の記録や記録した情報の保持が容易になる。
従って、上述した本実施の形態の記憶素子10を用いてメモリを構成することにより、メモリの小型化を図ることや、同じ大きさで記憶容量を増やすことも可能になる。
Further, according to the configuration of the
Thereby, since the structure of the
Therefore, by configuring the memory using the
上述の実施の形態では、酸化物層13を単層としたが、本発明では、酸化物層を導電性の異なる複数の酸化物層により構成することも可能である。その場合を次に示す。
In the above-described embodiment, the
本発明の他の実施の形態の記憶素子の概略構成図(断面図)を図2に示す。
この記憶素子20では、酸化物層13が、第1の酸化物層13A及び第2の酸化物層13Bの積層から成る。
そして、第1の酸化物層13Aと、第2の酸化物層13Bとは、導電性が異なる構成となっている。
具体的には、例えば、各酸化物層13A,13BにB,Mn,Fe,Co,Ni,Ru,Reから選ばれる少なくとも一種以上の元素を添加して、第1の酸化物層13Aと第2の酸化物層13Bとが、添加元素の有無或いは添加する元素の種類又は添加量が違う構成とする。
これにより、記憶素子20に記録された情報を読み出すことが容易になる。
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a memory element according to another embodiment of the present invention.
In the
The
Specifically, for example, at least one element selected from B, Mn, Fe, Co, Ni, Ru, and Re is added to each
This makes it easy to read information recorded in the
その他の構成は、図1に示した先の実施の形態の記憶素子10と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
Other configurations are the same as those of the
また、本実施の形態の記憶素子20を用いて、メモリを構成することができる。
即ち、記憶素子20によりメモリセルを構成し、メモリセルを例えば列状やマトリクス状に配置することにより、メモリ(記憶装置)を構成することができる。
各記憶素子20に対して、その下部電極の電極膜11側に接続された配線と、その上部電極の電極膜15側に接続された配線とを設け、例えばこれらの配線の交差点付近に各記憶素子20が配置されるようにすればよい。
そして、電圧を印加して電流を流す配線を選択することにより、記録を行うべきメモリセルを選択して、このメモリセルの記憶素子20に電流を流して、情報の記録を行うことができる。
In addition, a memory can be formed using the
That is, a memory (storage device) can be configured by configuring a memory cell by the
For each
Then, by selecting a wiring through which a current is applied by applying a voltage, a memory cell to be recorded can be selected, and a current can be passed through the
本実施の形態の記憶素子20の構成によれば、図1に示した先の実施の形態の記憶素子10と同様に、記憶素子20の積層膜の積層方向に電圧を印加することにより、記憶素子20の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を利用して、記憶素子に情報を記録し、かつ記録した情報を保持させることが可能になる。
また、第1の窒化物層12・酸化物層13・第2の窒化物層14の比較的単純な積層構造で記憶素子20を構成することができ、電圧の印加によって情報を記録するので、相変化メモリのような加熱機構を必要としないため、記憶素子20の構成を簡素化することができる。これにより、記憶素子20を微細化しても、情報の記録や記録した情報の保持が容易になる。
従って、上述した本実施の形態の記憶素子20を用いてメモリを構成することにより、メモリの小型化を図ることや、同じ大きさで記憶容量を増やすことも可能になる。
According to the configuration of the
In addition, the
Therefore, by configuring the memory using the
また、本実施の形態の記憶素子20の構成によれば、酸化物層13が導電性の異なる第1の酸化物層13A及び第2の酸化物層13Bの積層から成ることにより、記憶素子20の積層構造が上下に非対称になっているため、記憶素子20に記録された情報を読み出すことが容易になる。
Further, according to the configuration of the
上述の各実施の形態では、酸化物層13を単層又は2層構造としたが、酸化物層を3層以上の積層構造として、上下の導電性を非対称としてもよい。
In each of the above-described embodiments, the
(実施例)
続いて、本発明の記憶素子を実際に作製して、特性を調べた。
(Example)
Subsequently, the memory element of the present invention was actually fabricated and the characteristics were examined.
まず、図1に示した構成の記憶素子10を、各層を下記の材料及び膜厚として、実際に作製した。
即ち、下地層兼下部電極となる電極膜11として膜厚10nmのTa膜を形成し、その上に、第1の窒化物層12として膜厚20nmのZrN膜を形成し、その上に膜厚5nmの金属Zr膜を成膜した後に、酸素プラズマ中で酸化処理を行って酸化物層13を形成した。さらに、第2の窒化物層14として膜厚20nmのZrN膜を形成し、その上に上部電極となる電極膜15として膜厚10nmのTa膜を形成した。
なお、ZrN膜は、金属Zrターゲットを用いて、窒素ガス中の反応スパッタによって形成した。
このようにして、図1に示した記憶素子10を作製し、記憶素子の試料とした。
そして、Zrの酸素プラズマ中の酸化処理時間を60秒とした記憶素子の試料(実施例1)と、酸化処理時間を120秒とした記憶素子の試料(比較例)とを作製した。
First, the
That is, a Ta film having a film thickness of 10 nm is formed as the
The ZrN film was formed by reactive sputtering in nitrogen gas using a metal Zr target.
In this way, the
Then, a sample of the storage element (Example 1) in which the oxidation treatment time in the oxygen plasma of Zr was 60 seconds and a sample of the storage element (Comparative Example) in which the oxidation treatment time was 120 seconds were produced.
作製した各試料に対して、印加する電圧を変化させながら、それぞれ記憶素子に流れる電流を測定して、記憶素子の電流−電圧(I−V)特性を調べた。
Zrのプラズマ酸化処理時間を60秒とした試料(実施例1)のI−V特性を図3Aに示し、プラズマ酸化時間を120秒とした試料(比較例)のI−V特性を図3Bに示す。
For each of the manufactured samples, the current flowing through the memory element was measured while changing the voltage to be applied, and the current-voltage (IV) characteristics of the memory element were examined.
FIG. 3A shows the IV characteristics of the sample (Example 1) in which the plasma oxidation treatment time of Zr is 60 seconds, and FIG. 3B shows the IV characteristics of the sample (Comparative Example) in which the plasma oxidation time is 120 seconds. Show.
図3Aでは、I−V特性にヒステリシスが見られ、メモリとして機能することが確認できる。
具体的には、印加電圧2V〜3Vの間で抵抗値が変化しており、+の印加電圧側では抵抗値が低い状態から抵抗値が高い状態に変化し、−の印加電圧側では抵抗値が高い状態から抵抗値が低い状態に変化している。
In FIG. 3A, hysteresis is seen in the IV characteristic, and it can be confirmed that the device functions as a memory.
Specifically, the resistance value changes between
一方、図3Bでは、I−V特性の非線形性は見られ、印加電圧により抵抗値が変化しているが、変化が可逆的でヒステリシスが現れていない。即ち、メモリとして機能しないことがわかる。
従って、記憶素子に情報を保持させることを可能にするためには、酸化物層を作製する際に、酸化し過ぎないようにする必要があることがわかる。なお、酸化物層を直接スパッタ法等によりそのまま成膜した場合には、メモリとして機能するものと推測される。
On the other hand, in FIG. 3B, the non-linearity of the IV characteristic is seen, and the resistance value changes with the applied voltage, but the change is reversible and no hysteresis appears. That is, it turns out that it does not function as a memory.
Therefore, it can be seen that, in order to make it possible to hold information in the memory element, it is necessary to prevent excessive oxidation when the oxide layer is formed. Note that when an oxide layer is directly formed by a direct sputtering method or the like, it is assumed that the oxide layer functions as a memory.
次に、酸化物層や電極層の材料を様々に変えて、特性を調べた。
まず、図1に示した記憶素子10の構成において、酸化物層13をZr酸化物に各種元素を添加した材料として記憶素子の試料を作製した。
具体的には、Y単独、YとB、YとRu、YとRe、YとMn、YとFe、YとCo、YとNiをそれぞれZr酸化物に添加して酸化物層13を構成して記憶素子の試料(試料番号1〜9)を作製した。なお、酸化物層は、厚さ5nmの金属層(Zrと添加元素の合金層)を成膜した後に、酸素プラズマ中で60秒酸化して形成した。
Next, the characteristics of the oxide layer and electrode layer were varied and the characteristics were examined.
First, in the configuration of the
Specifically, the
そして、記憶素子に0.1Vの電圧を印加して、各試料の記憶素子の面積抵抗値を測定した。
測定結果として、各試料の酸化物層の組成と、記憶素子の面積抵抗値とを表1に示す。表1の酸化物層の組成において、添え字は、酸素以外の元素の原子%を示している。
And the voltage of 0.1V was applied to the memory element, and the sheet resistance value of the memory element of each sample was measured.
Table 1 shows the composition of the oxide layer of each sample and the sheet resistance value of the memory element as measurement results. In the composition of the oxide layer in Table 1, the subscript indicates atomic% of elements other than oxygen.
表1より、添加元素の種類や添加量によって面積抵抗値が異なり、1.2〜25×104Ω/μm2の値をとっている。
また、Y単独添加よりも、さらに他の元素も添加した方が、低い抵抗値となっていることがわかる。
さらに、Zr95Y3B2+O(試料番号2)と、Zr93Y3B4+O(試料番号3)とを比較すると、ボロンBの添加量の多い後者の方が、低い抵抗値となっていることがわかる。
From Table 1, the sheet resistance value varies depending on the type and amount of the additive element, and takes a value of 1.2 to 25 × 10 4 Ω / μm 2 .
It can also be seen that the resistance value is lower when other elements are added than when Y alone is added.
Furthermore, when comparing Zr 95 Y 3 B 2 + O (sample number 2) and Zr 93 Y 3 B 4 + O (sample number 3), the latter with a larger amount of boron B added has a lower resistance value. You can see that
次に、図1に示した記憶素子10の構成と、図2に示した記憶素子20の構成において、それぞれ窒化物層12,14の材料や、酸化物層13,13A,13Bの材料を変えて、記憶素子の試料(試料番号10〜17)を作製した。試料番号10は図1に示した記憶素子10の構成であり、試料番号11〜16は図2に示した記憶素子20の構成であり、試料番号17は図示しないが酸化物層を3層構造とした構成である。
各試料において、窒化物層12,14の厚さは20nmとした。また、酸化物層13,13A,13Bは、金属層を成膜した後にプラズマ酸化処理を60秒行った。
Next, in the configuration of the
In each sample, the thickness of the nitride layers 12 and 14 was 20 nm. The oxide layers 13, 13A and 13B were subjected to plasma oxidation treatment for 60 seconds after the metal layer was formed.
記憶素子の各試料に対して、記憶素子に印加する電圧を変化させてI−V特性を測定した。
そして、測定して得られたI−V特性の曲線から、情報の記録が可能となる最小電圧(記録電圧)VCと、高抵抗記録状態の抵抗値(RH)と低抵抗記録状態の抵抗値(RL)との比(RH/RL)とを求めた。
各試料の記憶素子の層構成と、記録電圧Vc及び抵抗値の比RH/RLとを、表2に示す。なお、表2において、酸化物層の厚さは、酸化する前の金属層の厚さを示している。
For each sample of the memory element, the IV characteristics were measured by changing the voltage applied to the memory element.
Then, from the curve obtained the I-V characteristic was measured, the minimum voltage (recording voltage) V C of the recording of information can be, the resistance value of the high-resistance recording state (R H) and the low-resistance recording state The ratio (R H / R L ) to the resistance value (R L ) was determined.
Table 2 shows the layer structure of the memory element of each sample and the ratio R H / R L of the recording voltage V c and the resistance value. In Table 2, the thickness of the oxide layer indicates the thickness of the metal layer before oxidation.
表2より、酸化物層を比抵抗の異なる2層の構成とすることにより、酸化物層を単層とした場合(試料番号10)と比較して、記録電圧Vcを下げることができると共に、抵抗値の比RH/RL即ち抵抗変化率も大きくなることがわかる。 From Table 2, with the structure of the oxide layer the resistivity of two different layers, an oxide layer as compared with the case of a single layer (Sample No. 10), it is possible to lower the recording voltage V c It can be seen that the resistance ratio R H / RL, that is, the rate of change in resistance also increases.
また、酸化物層13を3層構造として、かつ上下の層構成を非対称とした試料番号17は、記録電圧Vcが比較的小さく、また抵抗変化率が他の試料よりも大きくなっている。
Further, Sample No. 17 as a three-layer structure of the
また、下層の第1の酸化物層13Aを、Hf酸化物を主成分としてFeを添加した材料とした、試料番号16は、Zr酸化物を主成分とした他の試料と同様に、記録電圧Vcが比較的小さく、また抵抗変化率が大きい。
Sample No. 16 in which the lower
なお、試料番号12と試料番号13とは、下層の第1の酸化物層13Aの厚さが異なるのみで他の構成は同じである。
記録電圧Vcは、第1の酸化物層13Aが薄い試料番号13の方が小さく、良好になっている。
一方、抵抗変化率は、第1の酸化物層13Aが厚い試料番号12の方が大きく、良好になっている。
The
Recording voltage V c is towards the
On the other hand, the rate of change in resistance is greater for Sample No. 12 where the
本発明は、上述した各実施の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
10,20 記憶素子、11,15 電極膜、12 第1の窒化物層、13 酸化物層、13A 第1の酸化物層、13B 第2の酸化物層、14 第2の窒化物層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記酸化物層の下層及び上層に、それぞれZrN又はHfNから成る導電性窒化物層が積層されて成る
記憶素子。 An oxide layer mainly composed of an oxide of at least one element selected from Zr and Hf;
A storage element in which a conductive nitride layer made of ZrN or HfN is laminated on a lower layer and an upper layer of the oxide layer, respectively.
前記記憶素子に対して、前記記憶素子の積層膜の積層方向に電圧を印加するための電圧印加手段を備え、
前記電圧印加手段により前記記憶素子に電圧を印加して、前記記憶素子の抵抗値を変化させることにより、前記記憶素子に情報が記録される
メモリ。 It has a memory element given in any 1 paragraph of Claims 1-3 ,
A voltage applying means for applying a voltage to the storage element in the stacking direction of the stacked film of the storage element;
A memory in which information is recorded in the memory element by applying a voltage to the memory element by the voltage applying means and changing a resistance value of the memory element.
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