JP5939482B2 - 抵抗変化型メモリ素子およびその製造方法 - Google Patents
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更に詳しくは、下部金属電極層及び上部金属電極からなる1対の電極と、下部金属電極層及び上部金属電極により狭持された、アルミニウム酸化物層とアルミニウム酸化物層に導電性物質が添加された電荷蓄積層とで構成されている抵抗変化層を有する抵抗変化型メモリ素子およびその製造方法に関するものである。
ここで、前記導電性物質は、金(Au)、白金(Pt)、Ruルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)からなる群から選ばれた金属あるいはこれらの合金である。
また、前記導電性物質は、導電性を有する酸化物、半導体の酸化物、並びに電気伝導性を示す窒化物からなる群から選ばれたものでもよい。ここで、当該導電性を有する酸化物は、二酸化チタン(TiO 2 )、スズ添加インジウム酸化物(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)からなる群から選ばれるとよい。
本発明の第5は、第1の発明の導電性物質の製造方法であって、前記導電性材料が添加されたアルミニウム酸化物層からなる電荷蓄積層は、アルミナターゲット(RFスパッタ)とアルミニウム金属(DCスパッタ)ターゲット、またはアルミナターゲット(RFスパッタ)とTiO 2 ないしはZnO導電性酸化物(RFスパッタ)ターゲットを用いた同時スパッタ法、アルミナとアルミニウムを抵抗加熱ないしは電子ビームを用いて蒸着した同時蒸着法、パルスレーザ蒸着法によって成膜されることを特徴とする。
密着層を生成させるのは、下部金属電極層をリソグラフィ法により形成する際、Alなどの電極材料によっては現像に用いるアルカリ溶液を用いたプロセスにより、あるいは抵抗変化層や上部金属電極を形成する際のプラズマ利用プロセスにより剥がれることを防止するためである。
同時蒸着層(導電性材料が添加されたアルミニウム酸化物層)においてはアルミニウム酸化物を始めフィラメント型に見られるような高電圧のフォーミングプロセスを用いずとも同様の動作を行うという特徴を有する。これはフィラメントの元となるプレフィラメントを膜形成時点において既に形成していることによる。しかしながら、同時蒸着による導電性元素の添加量が低い(5%以下)抵抗状態においては、初期状態の抵抗値は明らかに動作状態の高抵抗状態よりはるかに高抵抗であり、ノンフォーミングには添加量を増す必要がある。そこでフォーミングレス化のため添加量を増すと、電極と添加材料との見かけ上の距離が短くなりすぎる場合があることから絶縁性が下がり、電流リークの発生原因となる。これにより素子の歩留まりを下げる要因となる。しかし、本素子においては電荷蓄積層と電極の間には必ずアルミニウム酸化物層が挿入してあることから、必ず一定以上の距離を有し電流リークの心配は少ない。
Al2O3/Al(20W):Al2O3 (Al DC 20W、Al2O3 RF 200W 同時蒸着膜)/Al2O3 3層構造型抵抗変化層
シリコン酸化物SiO2層(200nm)付きシリコンSi(100)面基板上に、電子ビーム蒸着法でチタン(Ti)密着層20nm、1〜3nm/分の成長速度にて、アルミニウム(Al)下部配線層を500 nm、1〜3 nm/分の成長速度で成膜する。その後、下部金属電極層上にDC/RF同時スパッタ法を用いて抵抗変化層を成膜する。導電性元素が添加されたアルミニウム酸化物層からなる電荷蓄積層はAlをDCスパッタ法で、Al2O3をRFスパッタ法で60nm同時成膜する。またアルミニウム酸化物層はRFスパッタ法でAl2O3を前後に15nm成膜する。
Al2O3/Al(20W):Al2O3 (Al DC 20W、Al2O3 RF 200W 同時蒸着膜)/Al2O3 /Al(20W):Al2O3/Al2O35層構造型抵抗変化層
下部金属電極層を真空蒸着装置でリフトオフ工程を用いて、Ti20nm、Al200nmを1×10−4Pa台以下の高真空下において成膜する。アルミニウムはこの真空度以下では膜中にアルミナが混入、あるいは表面のラフネスが増大(Ra数nmから数十nmへ)し、Al表面が銀色から、銀色と白色の混合色に変化した。リフトオフ工程後、下部金属電極層上のレジスト残渣を除去するために酸素プラズマ雰囲気中(酸素流量100 cm3/分、100W、3分)でアッシング処理を行う。
抵抗変化層の成膜方法は実施例1のサンプル同様にDC/RF同時スパッタ法を用いた電荷蓄積層と層間絶縁膜層からなる。本素子においてはそれぞれ15nmを交互に成膜を行った。
リフトオフ工程後、抵抗変化層上のレジストの残渣を除去するために酸素プラズマ雰囲気中にて(酸素流量100cm3/分、100W、3分)のアッシング処理を行う。
上部金属電極は実施例1と同様にフォトレジストをスピンコート法にて1.4μm塗布し、マスクアライナーを用いてフォトリソグラフィのリフトオフ工程にて200nmのAlを用いて形成する。
2 電荷蓄積層
3 下部金属電極層
4 密着層
5 シリコン酸化物SiO2層
6 基板
7 アルミニウム酸化物層
8 抵抗変化型メモリ素子
Claims (7)
- 上部金属電極/アルミニウム酸化物層(抵抗変化層)/下部金属電極層からなる抵抗変化型メモリ素子であって、
前記抵抗変化層は、酸素欠損を有し、かつ導電性物質が添加されたアルミニウム酸化物層からなる電荷蓄積層(2)と、前記電荷蓄積層を上下に挟んで配置された酸素欠損型アルミニウム酸化物層(7)の2種類のアルミニウム酸化物層により構成される構造を有すると共に、
前記導電性物質は、金(Au)、白金(Pt)、Ruルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)からなる群から選ばれた金属あるいはこれらの合金であることを特徴とする抵抗変化型メモリ素子。 - 上部金属電極/アルミニウム酸化物層(抵抗変化層)/下部金属電極層からなる抵抗変化型メモリ素子であって、
前記抵抗変化層は、酸素欠損を有し、かつ導電性物質が添加されたアルミニウム酸化物層からなる電荷蓄積層(2)と、前記電荷蓄積層を上下に挟んで配置された酸素欠損型アルミニウム酸化物層(7)の2種類のアルミニウム酸化物層により構成される構造を有すると共に、
前記導電性物質は、導電性を有する酸化物、半導体の酸化物、並びに電気伝導性を示す窒化物からなる群から選ばれたことを特徴とする抵抗変化型メモリ素子。 - 請求項2に記載の導電性を有する酸化物が、二酸化チタン(TiO 2 )、スズ添加インジウム酸化物(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)からなる群から選ばれたことを特徴とする抵抗変化型メモリ素子。
- 請求項1乃至3の何れか1項に記載の酸素欠損を有するアルミニウム酸化物層の酸素欠損AlOxの組成範囲がx<1.5であることを特徴とする抵抗変化型メモリ素子。
- 請求項1乃至3の何れか1項に記載の抵抗変化層中の電荷蓄積層の層数Nが1以上100以下の数値の範囲であることを特徴とする抵抗変化型メモリ素子。
- 上部金属電極/アルミニウム酸化物層(抵抗変化層)/下部金属電極層からなり、前記抵抗変化層は、酸素欠損を有し、かつ導電性物質が添加されたアルミニウム酸化物層からなる電荷蓄積層(2)と、前記電荷蓄積層を上下に挟んで配置された酸素欠損型アルミニウム酸化物層(7)の2種類のアルミニウム酸化物層により構成される構造を有する抵抗変化型メモリ素子の製造方法であって、
前記導電性物質は、アルミナターゲットを用いた成膜時に窒素(N 2 )ガスを導入して、膜中に窒素を添加されて製造されることを特徴とする抵抗変化型メモリ素子の製造方法。 - 上部金属電極/アルミニウム酸化物層(抵抗変化層)/下部金属電極層からなり、前記抵抗変化層は、酸素欠損を有し、かつ導電性物質が添加されたアルミニウム酸化物層からなる電荷蓄積層(2)と、前記電荷蓄積層を上下に挟んで配置された酸素欠損型アルミニウム酸化物層(7)の2種類のアルミニウム酸化物層により構成される構造を有する抵抗変化型メモリ素子の製造方法であって、
前記導電性材料が添加されたアルミニウム酸化物層からなる電荷蓄積層は、アルミナターゲット(RFスパッタ)とアルミニウム金属(DCスパッタ)ターゲット、またはアルミナターゲット(RFスパッタ)とTiO 2 ないしはZnO導電性酸化物(RFスパッタ)ターゲットを用いた同時スパッタ法、アルミナとアルミニウムを抵抗加熱ないしは電子ビームを用いて蒸着した同時蒸着法、パルスレーザ蒸着法によって成膜されることを特徴とする抵抗変化型メモリ素子の製造方法。
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