JP5732827B2 - 記憶素子および記憶装置、並びに記憶装置の動作方法 - Google Patents
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Description
み状態の抵抗値と消去状態の抵抗値との抵抗分離幅が不十分であり、繰り返し耐久性に改善の余地があった。
(A)テルル(Te),硫黄(S)およびセレン(Se)のうち少なくとも1種のカルコゲン元素と共にアルミニウム(Al)を含むイオン源層
(B)イオン源層と第1電極との間に設けられると共に、第1電極の側から順に第1層と第2層とが積層された構成を有し、第2層はアルミニウム酸化物を主成分とし、第1層はアルミニウム酸化物よりも抵抗の低い遷移金属酸化物および遷移金属酸窒化物のうち少なくとも一方よりなる抵抗変化層と
1.第1の実施の形態(記憶素子;抵抗変化層として遷移金属酸化物よりなる第1層およびアルミニウム酸化物を主成分とする第2層が順に積層されており、イオン源層が中間層とイオン供給層とを有する例)
2.変形例1(記憶素子;抵抗変化層がアルミニウム酸化物および遷移金属酸化物を混在した状態で含有しており、イオン源層が中間層とイオン供給層とを有する例)
3.変形例2(記憶素子;抵抗変化層として遷移金属酸化物よりなる第1層およびアルミニウム酸化物を主成分とする第2層が順に積層されており、イオン源層が単層である例)
4.変形例3(記憶素子;抵抗変化層がアルミニウム酸化物および遷移金属酸化物を混在した状態で含有しており、イオン源層が単層である例)
5.第2の実施の形態(記憶素子;抵抗変化層として遷移金属酸窒化物よりなる第1層およびアルミニウム酸化物を主成分とする第2層が順に積層されており、イオン源層が中間層とイオン供給層とを有する例)
6.変形例4(記憶素子;第1層が、遷移金属酸化物層と遷移金属酸窒化物層とを含む例)
7.第3の実施の形態(記憶素子;中間層に遷移金属を添加する例)
8.第4の実施の形態(記憶素子;中間層およびイオン供給層のうち少なくとも一方に酸素を添加する例)
9.記憶装置
10.実施例
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る記憶素子1の断面構成図である。この記憶素子1は、下部電極10(第1電極)、記憶層20および上部電極30(第2電極)を順に有するものである。記憶層20は、上部電極30の側から順に、イオン源層21と、抵抗変化層22とを有している。
過程のみで記録は完結する。
なお、上記実施の形態では、抵抗変化層22が、下部電極10の側から順に、遷移金属酸化物よりなる第1層22Aと、アルミニウム酸化物を主成分とする第2層22Bとを積層した構成を有している場合について説明したが、抵抗変化層22は、図3に示したように、アルミニウム酸化物および遷移金属酸化物を混在した状態で含有する単層構造であってもよい。
また、上記実施の形態では、イオン源層21が中間層21Aとイオン供給層21Bとの2層構造を有する場合について説明したが、イオン源層21は必ずしも中間層21Aを有する必要はなく、図4に示したように、イオン供給層21Bのみの単層構造を有していてもよい。
更に、図5に示したように、抵抗変化層22がアルミニウム酸化物および遷移金属酸化物を混在した状態で含有する単層であると共に、イオン源層21がイオン供給層21Bのみの単層であってもよい。
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る記憶素子1の断面構成を表したものである。この記憶素子1は、抵抗変化層22の第1層22Aが遷移金属酸窒化物よりなることを除いては、上記第1の実施の形態と同様の構成・作用および効果を有し、第1の実施の形態と同様にして製造することができる。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
上記第1の実施の形態では第1層22Aが遷移金属酸化物よりなる場合、第2の実施の形態では第1層22Aが遷移金属酸窒化物よりなる場合について説明した。しかしながら、第1層22Aは、図7に示したように、遷移金属酸化物層22A3と遷移金属酸窒化物層22A4とを両方含んでいてもよい。
と共に、イオン源層21がイオン供給層21Bのみの単層であってもよい。
図9は、本発明の第3の実施の形態に係る記憶素子1の断面構成を表したものである。この記憶素子1は、イオン源層21の中間層21AにZr等の遷移金属が添加されていることを除いては、上記第1または第2の実施の形態と同様の構成・作用および効果を有し、第1または第2の実施の形態と同様にして製造することができる。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
図11は、本発明の第4の実施の形態に係る記憶素子1の断面構成を表したものである。この記憶素子1は、イオン源層21の中間層21Aおよびイオン供給層21Bのうち少なくとも一方に酸素(O)が添加されていることを除いては、上記第1ないし第3の実施の形態と同様の構成・作用および効果を有し、第1ないし第3の実施の形態と同様にして製造することができる。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
上記記憶素子1を多数、例えば列状やマトリクス状に配列することにより、記憶装置(メモリ)を構成することができる。このとき、各記憶素子1に、必要に応じて、素子選択用のMOSトランジスタ、或いはダイオードを接続してメモリセルを構成し、更に、配線を介して、センスアンプ、アドレスデコーダ、書き込み・消去・読み出し回路等に接続すればよい。
続されている。金属配線層46は、記憶素子1の他方のアドレス配線であるビット線BL(図14参照)に接続されている。なお、図14においては、MOSトランジスタTrのアクティブ領域48を鎖線で示しており、コンタクト部51は記憶素子1の下部電極10、コンタクト部52はビット線BLにそれぞれ接続されている。
上記第1の実施の形態と同様にして記憶素子1を備えたメモリセルアレイを作製した。まず、TiNよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上に、スパッタリングによりTi膜を1nmの厚みで形成した。次いで、このTi膜を酸化プラズマで酸化してTiOxよりなる第1層22Aを形成した。
TiNよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上で、下部電極10上に形成されている自然酸化皮膜を逆スパッタで十分に除去した。そののち、下部電極10を直接プラズマ酸化することによりTiOxよりなる第1層22Aを形成した。このことを除いては、実施例1と同様にして記録素子1を有するメモリセルアレイを作製した。実施例2の工程を簡略的に示すと以下のようになる。
Wよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上で、下部電極10上に形成されている自然酸化皮膜を逆スパッタで十分に除去した。そののち、下部電極10を直接プラズマ酸化することにより酸化タングステン(WOx)よりなる第1層22Aを形成した。このことを除いては、実施例1と同様にして記録素子1を有するメモリセルアレイを作製した。実施例3の工程を簡略的に示すと以下のようになる。
TiNよりなる下部電極のプラグが形成してあるCMOS回路上に、スパッタリングによりガドリニウム(Gd)膜を1nmの厚みで形成した。このGd膜を酸化プラズマで酸化することにより、酸化ガドリニウム(GdOx)膜を形成した。そののち、CuZrTeAlGe(Cu11at%−Zr11%−Te30%−Al40%−Ge8%)よりなるイオン源層を60nmの厚みで形成し、Wよりなる上部電極を50nmの厚みで形成した。このことを除いては、実施例1と同様にして記録素子を有するメモリセルアレイを作製した。比較例1の工程を簡略的に示すと以下のようになる。
TiNよりなる下部電極のプラグが形成してあるCMOS回路上に、スパッタリングによりGd膜を1nmの厚みで形成した。このGd膜を酸化プラズマで酸化することにより、GdOx膜を形成した。続いて、Teよりなる中間層を4nmの厚みで成膜し、CuZrTeAlGe(Cu11at%−Zr11%−Te30%−Al40%−Ge8%)よりなるイオン供給層を60nmの厚みで形成した。そののち、Wよりなる上部電極を50nmの厚みで形成した。このことを除いては、実施例1と同様にして記録素子を有するメモリセルアレイを作製した。比較例2の工程を簡略的に示すと以下のようになる。
TiNよりなる下部電極のプラグが形成してあるCMOS回路上に、スパッタリングによりTeよりなる中間層を4nmの厚みで形成した。続いて、CuZrTeAlGe(Cu11at%−Zr11%−Te30%−Al40%−Ge8%)よりなるイオン供給層を60nmの厚みで形成し、Wよりなる上部電極を50nmの厚みで形成した。このことを除いては、実施例1と同様にして記録素子1を有するメモリセルアレイを作製した。比較例3の工程を簡略的に示すと以下のようになる。
図15(A)〜(C),図16(A)〜(C)および図20(A)〜(C)から分かるように、下部電極10上にTiOxよりなる第1層22Aを形成した実施例1,2ではいずれも良好な抵抗分離および繰り返し特性が得られた。これに対して、遷移金属酸化物よりなる第1層を設けず、下部電極の上に直接中間層およびイオン供給層を形成した比較例3では、高抵抗状態および低抵抗状態の分離が得られておらず、繰り返し特性に劣っていた。
図17(A)および図17(B)から分かるように、WOxよりなる第1層22Aを設けた実施例3では、実施例1,2と同様に良好な抵抗分離および繰り返し特性が得られた。
図18(B)および図18(C)から分かるように、下部電極上にGdOx)よりなる抵抗変化層を形成し、中間層を設けていない比較例1では、100μAの繰り返し後の抵抗分離は比較的良好であったものの、50μAの繰り返し特性は、中間層21Aを設けた実施例1〜3に比べて劣っていた。
上述した実施例2では、遷移金属酸化物よりなる第1層22Aを形成したのちTeよりなる中間層21AおよびCuZrTeAlGeよりなるイオン供給層21Bを順に形成した。しかしながら、実際には成膜後に、図22のTEM像、並びに図23および図24のEDXラインプロファイル結果から分かるように、イオン供給層21Bから中間層21AにAlが拡散し、中間層21AにもAlが存在している状態となっていた。ただし、TEM像からは中間層21Aではイオン供給層21Bよりもカルコゲン元素含有量に対するAl含有量の比(Al濃度)が低いことが分かり、このことが本実施例の効果を発揮させているものと考えられる。つまりは、中間層21AにTeがアニオンとして豊富に存在し、書き込み・消去、特に消去動作時のAlイオンの移動を妨げないことが必要である。また、中間層21A中のAlは、イオン供給層21Bとの濃度勾配による拡散によってもたらされると考えられるので、例えばAl2Te3の化学量論組成よりも少なくなると考えられ、中間層21Aに存在しているAlのほとんどはイオン状態で存在していると考えられ、印加した電位が効果的にイオン移動の駆動に用いられることがこのような特性向上に結びついていると考えられる。
図16(A)および図18(A)から分かるように、中間層を設けない比較例1では、繰り返し後の保持加速試験後において低抵抗状態のビットが高抵抗化し、分布が変化している様子が見られた。これに対して、中間層を有する実施例2では、低抵抗状態の分布に変化は見られず良好なデータ保持特性を示した。この原因は必ずしも明らかではないが、実施例2ではイオン供給層21BよりもAl濃度の低い中間層21Aが存在することで、書き込み動作時の還元反応によって、Alイオンが還元されてAlメタルが生成し、書き込み電圧バイアスを取り去ったときに再びAl酸化物となって素子抵抗を上昇させるのでなく、Alを溶解する余力のある中間層21AにメタルAlが溶解することによって抵抗上昇が生じないためと考えられる。
第1層22Aを、Ta膜をプラズマ酸化することにより形成したことを除いては、実施例1と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図25(A)および図25(B)に示したように、実施例1と同等の結果が得られた。
第1層22Aを、Zr膜をプラズマ酸化することにより形成したことを除いては、実施例1と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図26(A)および図26(B)に示したように、実施例1と同等の結果が得られた。
中間層21AをGeS、イオン供給層21BをCuZrTeAlGeにより構成したことを除いては、実施例1と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図27(A)および図27(B)に示したように、実施例1と同等の結果が得られた。
中間層21AをTe、イオン供給層21BをCuTiTeAlにより構成したことを除いては、実施例1と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、実施例1と同等の結果が得られた。
中間層21AをTe(厚み5nm)、イオン供給層21BをAg7Zr14Te36Al43(厚み45nm)、上部電極30をZr(厚み50nm)により構成したことを除いては、実施例2と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図28(A)および図28(B)に示したように、実施例2と同等の結果が得られた。
中間層21AをTe(厚み5nm)、イオン供給層21BをNi13Zr13Te33Al40(厚み45nm)、上部電極30をZr(厚み50nm)により構成したことを除いては、実施例2と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図29(A)および図29(B)に示したように、実施例2と同等の結果が得られた。
中間層21AをTe(厚み5nm)、イオン供給層21BをCo7Zr14Te36Al43(厚み45nm)、上部電極30をZr(厚み50nm)により構成したことを除いては、実施例2と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図30(A)および図30(B)に示したように、実施例2と同等の結果が得られた。
中間層21AをTe(厚み5nm)、イオン供給層21BをMn13Zr13Te33Al40(厚み45nm)、上部電極30をZr(厚み50nm)により構成したことを除いては、実施例2と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図31(A)および図31(B)に示したように、実施例2と同等の結果が得られた。
中間層21AをTe(厚み5nm)、イオン供給層21BをFe10Zr16Te39Al35(厚み45nm)、上部電極30をZr(厚み50nm)により構成したことを除いては、実施例2と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図32(A)および図32(B)に示したように、実施例2と同等の結果が得られた。
イオン供給層21BをCu10Hf14Te37Al38により構成したことを除いては、実施例2と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、累積度数分布,繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図33(A)ないし図33(C)に示したように、実施例2と同等の結果が得られた。
イオン供給層21BをCu10Ti14Te37Al38により構成したことを除いては、実施例2と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、累積度数分布,繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図34(A)ないし図34(C)に示したように、実施例2と同等の結果が得られた。
中間層21AをAl1Te9(厚み3.2nm)、イオン供給層21BをCu12.5Hf7.5Te35.4Al38Ge6.6(厚み60nm)、上部電極30をタングステン(W)(厚み30nm)により構成したことを除いては、実施例2と同様にしてメモリセルアレイを作製した。得られたメモリセルアレイについて、累積度数分布,繰り返し書き換え特性および抵抗分離を調べたところ、図35(A)ないし図35(C)に示したように、実施例2と同等の結果が得られた。
実施例2と同様にして4kbitのメモリセルアレイを作製した。その際、窒化チタン(TiN)よりなる下部電極10の表面を直接プラズマ酸化することにより酸化チタン(TiOx)よりなる第1層22Aを形成した。得られた四つのサンプル(実施例8−1〜8−4)について、第1層22Aの厚みおよび密度を、X線反射率法を用いて調べた。その結果を表1に示す。
実施例1と同様にして4kbitのメモリセルアレイを作製した。その際、TiNよりなる下部電極10の上面に、遷移金属材料膜としてZr膜を形成し、このZr膜を酸化することにより、ZrOx層22A1を形成した。その際、結果としてTiOx層22A2も形成され、図2における第1層22Aが形成された。また、本実施例ではZrを用いてZrOx層22A1を形成したが、ZrNを酸化することにより、ZrOx層22A1を形成してもよい。(図2参照。)。
上記第2の実施の形態と同様にして記憶素子1を備えたメモリセルアレイを作製した。まず、TiNよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上に、リアクティブスパッタによりZrN膜を0.5nmの厚みで形成した。成膜条件としては、Zrターゲットに印加する電圧は3.5kW、チャンバー内に流すアルゴン(Ar),窒素(N2)の流量はそれぞれ25sccm,300sccmとし、全体の圧力は2.1E-3(Torr)とした。このときのAr雰囲気の分圧は2.0E-4(Torr)、窒素雰囲気の分圧は1.9E-3(Torr)と見積もっている。次いで、このZrN膜を酸化プラズマで酸化してZrONよりなる第1層22Aを形成した。
上記第3の実施の形態と同様にして記憶素子1を備えたメモリセルアレイを作製した。まず、TiNよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上に、実施例10と同様にしてリアクティブスパッタによりZrN膜を0.5nmの厚みで形成した。次いで、このZrN膜を酸化プラズマで酸化してZrONよりなる第1層22Aを形成した。
下部電極10にWNを用いた以外は,実施例11と同様にしてメモリセルアレイを作製した。本実施例の工程を簡略的に示すと以下のようになる。
実施例10と同様にして記憶素子1を備えたメモリセルアレイを作製した。その際、TiNよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上に、実施例13−1ではTiN膜、実施例13−2では窒化タンタル(TaN)膜、実施例13−3では窒化ハフニウム(HfN)膜をそれぞれ形成した。それぞれの膜を酸化プラズマで酸化して、実施例13−1ではTiON、実施例13−2ではタンタルの酸窒化物(TaON)、実施例13−3ではハフニウムの酸窒化物(HfON)よりなる第1層22Aを形成した。
上記第4の実施の形態と同様にして記憶素子1を備えたメモリセルアレイを作製した。まず、TiNよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上に、実施例10と同様にしてリアクティブスパッタによりZrN膜を0.5nmの厚みで形成した。次いで、このZrN膜を酸化プラズマで酸化してZrONよりなる第1層22Aを形成した。
上記第4の実施の形態と同様にして記憶素子1を備えたメモリセルアレイを作製した。まず、TiNよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上に、実施例10と同様にしてリアクティブスパッタによりZrN膜を0.5nmの厚みで形成した。次いで、このZrN膜を酸化プラズマで酸化してZrONよりなる第1層22Aを形成した。
上記第4の実施の形態と同様にして記憶素子1を備えたメモリセルアレイを作製した。まず、TiNよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上に、実施例10と同様にしてリアクティブスパッタによりZrN膜を0.5nmの厚みで形成した。次いで、このZrN膜を酸化プラズマで酸化してZrONよりなる第1層22Aを形成した。
上記第4の実施の形態と同様にして記憶素子1を備えたメモリセルアレイを作製した。まず、TiNよりなる下部電極10のプラグが形成してあるCMOS回路上に、実施例10と同様にしてリアクティブスパッタによりZrN膜を0.5nmの厚みで形成した。次いで、このZrN膜を酸化プラズマで酸化してZrONよりなる第1層22Aを形成した。
上記第4の実施の形態と同様にして記憶素子1を備えたメモリセルアレイを作製した。まず、CMOS回路上に露出しているTiNよりなる下部電極10を酸化プラズマで酸化することにより、TiOxよりなる第1層22Aを約1nmの厚みで形成した。
中間層21AをCrTeにより構成したことを除いては、実施例18と同様にして記録素子1を有するメモリセルアレイを作製した。本実施例の工程を簡略的に示すと以下のようになる。
中間層をTeにより構成したことを除いては、実施例18と同様にして記録素子を有するメモリセルアレイを作製した。比較例4の工程を簡略的に示すと以下のようになる。
Te 0.27Ωcm
CuZrTeOx 0.44Ωcm
CrTe 0.56Ωcm
中間層21AをMnTeにより構成したことを除いては、実施例19と同様にして記録素子1を有するメモリセルアレイを作製した。実施例20の工程を簡略的に示すと以下のようになる。
Claims (19)
- 第1電極、記憶層および第2電極をこの順に有し、
前記記憶層は、
テルル(Te),硫黄(S)およびセレン(Se)のうち少なくとも1種のカルコゲン元素と共にアルミニウム(Al)を含むイオン源層と、
前記イオン源層と前記第1電極との間に設けられると共に、前記第1電極の側から順に第1層と第2層とが積層された構成を有し、前記第2層はアルミニウム酸化物を主成分とし、前記第1層は前記アルミニウム酸化物よりも抵抗の低い遷移金属酸化物および遷移金属酸窒化物のうち少なくとも一方よりなる抵抗変化層と
を備えた記憶素子。 - 前記第1層は、1nm以上かつ前記第2層の抵抗値よりも低抵抗となる厚みを有する
請求項1記載の記憶素子。 - 前記抵抗変化層は、前記アルミニウム酸化物と、前記遷移金属酸化物および遷移金属酸窒化物のうち少なくとも一方とを混在した状態で含有する
請求項1記載の記憶素子。 - 前記遷移金属酸化物または遷移金属酸窒化物は、チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),ハフニウム(Hf),バナジウム(V),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム(Cr),モリブデン(Mo)およびタングステン(W)からなる遷移金属の群のうち少なくとも1種の酸化物または酸窒化物である
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の記憶素子。 - 前記イオン源層は、
アルミニウム(Al)と共に、テルル(Te),硫黄(S)およびセレン(Se)のうち少なくとも1種のカルコゲン元素を含む中間層と、
アルミニウム(Al)および前記カルコゲン元素と共に、銅(Cu),亜鉛(Zn),銀(Ag),ニッケル(Ni),コバルト(Co),マンガン(Mn),鉄(Fe),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),ハフニウム(Hf),バナジウム(V),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム(Cr),モリブデン(Mo)およびタングステン(W)からなる金属元素の群のうちの少なくとも1種を含むイオン供給層と
を有する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の記憶素子。 - 前記中間層におけるカルコゲン元素含有量に対するアルミニウム含有量の比は、前記イオン供給層におけるカルコゲン元素含有量に対するアルミニウム含有量の比よりも小さい
請求項5記載の記憶素子。 - 前記中間層は、前記イオン供給層よりも高い抵抗を有する
請求項5または6記載の記憶素子。 - 前記中間層は、ジルコニウム(Zr),銅(Cu),クロム(Cr),マンガン(Mn),チタン(Ti)およびハフニウム(Hf)からなる遷移金属の群のうち少なくとも1種を含む
請求項5ないし7のいずれか1項に記載の記憶素子。 - 前記中間層および前記イオン供給層のうち少なくとも一方が、酸素(O)を含む
請求項5ないし7のいずれか1項に記載の記憶素子。 - 前記中間層は、酸素(O)と、銅(Cu),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),ハフニウム(Hf),Cr(クロム)およびMn(マンガン)からなる遷移金属の群のうち少なくとも1種とを含む
請求項5ないし7のいずれか1項に記載の記憶素子。 - 前記第1電極および前記第2電極への電圧印加による前記アルミニウム酸化物の酸化還元と前記イオン源層に含まれる金属元素のイオンの移動とのうち少なくとも一方による前記記憶層の電気特性の変化により情報を記憶する
請求項1ないし10のいずれか1項に記載の記憶素子。 - 前記イオン源層に含まれる金属元素は、銅(Cu),亜鉛(Zn),銀(Ag),ニッケル(Ni),コバルト(Co),マンガン(Mn),鉄(Fe),チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),ハフニウム(Hf),バナジウム(V),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム(Cr),モリブデン(Mo)およびタングステン(W)からなる群のうちの少なくとも1種である
請求項11記載の記憶素子。 - 前記アルミニウム酸化物は、前記イオン源層に含まれるアルミニウム(Al)イオンの移動あるいは拡散、または前記第1電極および前記第2電極への電圧印加による、前記第1電極側での酸化反応により形成されたものである
請求項11または12記載の記憶素子。 - 前記第1電極は、チタン(Ti),ジルコニウム(Zr),ハフニウム(Hf),バナジウム(V),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム(Cr),モリブデン(Mo)およびタングステン(W)からなる遷移金属の群のうちの少なくとも1種の単体または窒化物により構成され、
前記遷移金属酸化物および遷移金属酸窒化物のうち少なくとも一方は、前記第1電極の表面を酸化することにより形成されたものである
請求項1ないし13のいずれか1項に記載の記憶素子。 - 前記遷移金属酸化物および遷移金属酸窒化物のうち少なくとも一方は、前記第1電極の上面にチタン(Ti),ジルコニウム(Zr),ハフニウム(Hf),バナジウム(V),ニオブ(Nb),タンタル(Ta),クロム(Cr),モリブデン(Mo)およびタングステン(W)からなる遷移金属の群のうちの少なくとも1種の単体または窒化物よりなる遷移金属材料膜を形成し、前記遷移金属材料膜と前記第1電極の表面とのうち少なくとも前記遷移金属材料膜を酸化することにより形成されたものである
請求項1ないし13のいずれか1項に記載の記憶素子。 - 第1電極、記憶層および第2電極をこの順に有する複数の記憶素子と、前記複数の記憶素子に対して選択的に電圧または電流のパルスを印加するパルス印加手段とを備え、
前記記憶層は、
テルル(Te),硫黄(S)およびセレン(Se)のうち少なくとも1種のカルコゲン元素と共にアルミニウム(Al)を含むイオン源層と、
前記イオン源層と前記第1電極との間に設けられると共に、前記第1電極の側から順に第1層と第2層とが積層された構成を有し、前記第2層はアルミニウム酸化物を主成分とし、前記第1層は前記アルミニウム酸化物よりも抵抗の低い遷移金属酸化物および遷移金属酸窒化物のうち少なくとも一方よりなる抵抗変化層と
を備えた記憶装置。 - 隣接する前記複数の記憶素子において、前記記憶素子を構成する少なくとも一部の層が同一層により共通に設けられている
請求項16記載の記憶装置。 - 前記複数の記憶素子における共通の層は、前記抵抗変化層、前記イオン源層および前記第2電極であり、前記第1電極は素子毎に個別に設けられている
請求項17記載の記憶装置。 - 第1電極、記憶層および第2電極をこの順に有する複数の記憶素子と、前記複数の記憶素子に対して選択的に電圧または電流のパルスを印加するパルス印加手段とを備え、前記記憶層は、テルル(Te),硫黄(S)およびセレン(Se)のうち少なくとも1種のカルコゲン元素と共にアルミニウム(Al)およびアルミニウム(Al)とは異なる金属元素を含むイオン源層と、 前記イオン源層と前記第1電極との間に設けられると共に、前記第1電極の側から順に第1層と第2層とが積層された構成を有し、前記第2層はアルミニウム酸化物を主成分とし、前記第1層は前記アルミニウム酸化物よりも抵抗の低い遷移金属酸化物および遷移金属酸窒化物のうち少なくとも一方よりなる抵抗変化層とを備えた記憶装置の動作方法であって、
前記第1電極および前記第2電極の間に電圧を印加することにより、前記イオン源層中ではアルミニウム(Al)イオンおよび前記イオン源層に含まれる金属元素のイオンが前記第1電極側に移動すると共に、前記抵抗変化層ではアルミニウム酸化物または前記金属元素のイオンの還元反応により導電パスが生じて低抵抗化し、
前記第1電極および前記第2電極の間に逆極性の電圧を印加することにより、前記イオン源層中ではアルミニウム(Al)イオンおよび前記イオン源層に含まれる金属元素のイオンが前記第2電極側へ移動すると共に、前記抵抗変化層ではアルミニウム(Al)イオンが酸化反応によりアルミニウム酸化物を形成して高抵抗化するか、または前記還元された金属元素がイオン化して前記イオン源層に移動することにより前記導電パスが消失して高抵抗化する
記憶装置の動作方法。
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