JP5798052B2 - 記憶装置 - Google Patents
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Description
の間に接続された抵抗変化膜と、を備え、前記第1電極においては、リンドープシリコン
からなるマトリクス中に銀が含有されており、前記第1電極の幅方向中央部における前記
銀の濃度は、前記第1電極の幅方向両端部における前記銀の濃度よりも高く、前記第1電
極の幅方向における前記銀の濃度プロファイルは、前記第1電極の幅方向両端のそれぞれ
から、前記第1電極の幅の0.2倍以上の距離にある位置において、1×10 22 (原子
/cm3)以上の最大値をとるとともに、前記第1電極の幅方向両端のそれぞれから、前
記第一電極の幅の0.2倍未満の距離において、1×10 21 (原子/cm3)以下であ
る。
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1(a)は本実施形態に係る記憶装置を例示する断面図であり、(b)は横軸に上部電極の幅方向における位置をとり、縦軸に銀濃度をとって、上部電極内における銀濃度プロファイルを例示するグラフ図である。
本実施形態に係る記憶装置は、2端子型の不揮発性メモリであり、特に、金属フィラメント形成型のReRAMである。
図2(a)〜(d)は、本実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する工程断面図である。
図3は、本実施形態に係る記憶装置の動作を例示する模式的断面図である。
図3には、図1(b)に示す銀の濃度プロファイルPAg及び幅方向の座標も重ねて示す。
抵抗変化膜12中に銀が拡散していない初期状態においては、アモルファスシリコン等の絶縁性材料からなる抵抗変化膜12は、高い抵抗値を示す。
図4(a)及び(b)は本実施形態に係る記憶装置の動作を例示する図であり、(c)及び(d)は比較例に係る記憶装置の動作を例示する図である。図4(a)及び(c)は模式的断面図であり、(b)及び(d)は横軸に電圧をとり縦軸に電流をとって電流電圧特性を例示するグラフ図である。なお、図4(a)は図3と同様な図である。
図5は、横軸に試験時間をとり、縦軸に累積不良率をとって、信頼性試験の結果を示すグラフ図である。
このように、図4(a)及び(b)に示す本実施形態によれば、図4(c)及び(d)に示す比較例と比較して、スイッチング動作が安定すると共に、状態の保持特性が改善する。
上述の如く、上部電極13は第2方向に延びる配線状に加工されている。一般に、配線の側面には不可避的にラフネスが形成され、また、配線表面においては電子が非弾性散乱されるため、配線の側部にはほとんど電流が流れない。このため、配線の幅方向両端部を除く部分が、実質的な電流経路となる。そして、位置Xmaxを上部電極13の実質的な電流経路中に配置することにより、フィラメント16をこの電流経路に直結させることができる。この結果、フィラメント16を介して上部電極13と下部電極11との間に電流を流すときの抵抗が低くなり、エレクトロマイグレーションをより効果的に抑制することができる。
図6は、横軸に上部電極中の銀濃度をとり、縦軸にメモリセルの動作確率をとって、上部電極中の銀濃度がスイッチング動作の安定性に及ぼす影響を例示するグラフ図であり、
図7は、シリコン−銀混合物の結晶構造を示す図であり、
図8は、横軸に上部電極の上面を基準とした上下方向の位置(深さ)をとり、縦軸に銀濃度をとって、上下方向に沿った銀濃度プロファイルを例示するグラフ図であり、
図9は、横軸に電圧をとり縦軸に電流をとって、ドーズ量が電流電圧特性に及ぼす影響を例示するグラフ図であり、
図10(a)は、横軸にイオンソース金属の凝集エネルギーをとり、縦軸にメモリセルのセット電圧をとって、イオンソース金属の凝集エネルギーとメモリセルのセット電圧との関係を例示するグラフ図であり、(b)は、マトリクス材料とイオンソース金属との組み合わせの例を示す図である。
高抵抗状態にあるメモリセルに対して2Vの電圧を印加して、電流量を測定した。次に、電圧をセット電圧まで増加させてセットし、その後、電圧を2Vに戻し、再び電流量を測定した。そして、セット前の電流量に対してセット後の電流値が10倍以上であれば「スイッチした」と判定し、10倍未満であれば「スイッチしていない」と判定し、全メモリセルに対する「スイッチした」メモリセルの割合を、「動作確率」とした。
図7に示すように、上部電極13は、リンドープシリコンからなるマトリクス中に、イオンソースとなる銀が含有されている。このため、上部電極13の結晶構造は、シリコン原子と銀原子が混在した構造となる。このような構造において、ある銀原子が他の銀原子と接していれば、その銀原子は固体の銀として存在することができる。これにより、銀の凝集エネルギーよりも高いエネルギーを印加すれば、銀原子をイオン化することができ、メモリセルの動作に寄与するものと考えられる。これに対して、銀原子が他の銀原子に接していないと、銀原子の周囲はシリコン原子のみとなり、その銀原子は単独の原子として存在する。これにより、銀原子は固体の銀としては存在できず、イオン化させることが困難になるため、メモリセルの動作に寄与しにくくなるものと考えられる。
図11は、本実施形態に係る記憶装置を例示する斜視図である。
本実施形態は、前述の第1の実施形態に係る記憶装置を、クロスポイント構造に集積させた例である。
Claims (3)
- 第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に接続された抵抗変化膜と、
を備え、
前記第1電極においては、リンドープシリコンからなるマトリクス中に銀が含有されて
おり、
前記第1電極の幅方向中央部における前記銀の濃度は、前記第1電極の幅方向両端部に
おける前記銀の濃度よりも高く、
前記第1電極の幅方向における前記銀の濃度プロファイルは、前記第1電極の幅方向両
端のそれぞれから、前記第1電極の幅の0.2倍以上の距離にある位置において、1×1
022(原子/cm3)以上の最大値をとるとともに、前記第1電極の幅方向両端のそれ
ぞれから、前記第一電極の幅の0.2倍未満の距離において、1×10 21 (原子/cm
3)以下である、記憶装置。 - 第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に接続された抵抗変化膜と、
を備え、
前記第1電極においては、導電性材料からなるマトリクス中に、凝集エネルギーが前記
導電性材料の凝集エネルギーよりも低い金属が含有されており、
前記第1電極の幅方向における前記金属の濃度プロファイルは、前記第1電極の幅方向
両端のそれぞれから、前記第1電極の幅の0.2倍以上の距離にある位置において、1×
10 22 (原子/cm3)以上の最大値をとるとともに、前記第1電極の幅方向両端のそ
れぞれから、前記第一電極の幅の0.2倍未満の距離において、1×10 21 (原子/c
m3)以下である、記憶装置。 - 前記第1電極の幅方向における前記濃度プロファイルは、前記幅方向中央部において前
記最大値をとる請求項2記載の記憶装置。
Priority Applications (2)
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