JPWO2007058175A1 - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態1のメモリ素子(不揮発性メモリ素子)を備えた半導体装置の構造について図1および図2を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態1のメモリ素子Rを備えた半導体装置の要部を模式的に示す平面図である。図2は、本実施の形態1のメモリ素子Rを備えた半導体装置の要部を模式的に示す断面図であり、図1のA−A線の断面が含まれて示されている。なお、図1では、説明を容易にするために、一部を透視して示している。また、図2では、ビット線BLと他の部材との関係がわかるように図示しているため、下部コンタクトTPがビット線BLを貫通しているように図示されているが、ビット線BLは、図1の平面図からも分かるように、コンタクト電極TPの図面奥に配置されている。
前記実施の形態1に係るメモリ素子Rのカルコゲナイド材料記憶層22は、インジウム(In)またはガリウム(Ga)の少なくともいずれか一方と、ゲルマニウム(Ge)と、アンチモン(Sb)と、テルル(Te)とを適当な組成比で含む相変化材料からなるものであった。本実施の形態2では、カルコゲナイド材料記憶層22の構成元素の10原子%以下を窒素で置き換えた場合について説明する。なお、構成元素の10原子%以下を窒素に置き換える以外は、前記実施の形態1と同様であるので重複箇所の説明は省略する。
本実施の形態3に係る半導体装置は、前記実施の形態1または2に係る半導体装置に対して、温度処理を行うものである。本実施の形態3では、実装工程における温度処理について図29および図30を参照して説明する。図29は、ハンダリフロー工程における温度プロファイルを示す説明図である。図30は、ハンダリフロー工程の前熱処理を行った場合のデータ保持特性を示す説明図である。
Claims (20)
- 記憶層と前記記憶層の両面に形成された電極とを有するメモリ素子を半導体基板上に形成した半導体装置であって、
前記記憶層が、
10.5原子%以上40原子%以下のガリウムまたはインジウムの少なくともいずれか一方と、
5原子%以上35原子%以下のゲルマニウムと、
5原子%以上25原子%以下のアンチモンと、
40原子%以上65原子%以下のテルルとを含む材料から成ること特徴とする半導体装置。 - 前記テルルの内の20原子%以下を、セレンで置き換えたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記記憶層の全構成元素の10原子%以下を、窒素で置き換えたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記ゲルマニウムの原子数が前記アンチモンの原子数より多いことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記記憶層の片面には、絶縁膜または高抵抗膜が設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記記憶層は、複数個のターゲットを使用したコスパッタリング法または順次繰り返し成膜法によって形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記情報が、前記記憶層の電気抵抗値が高い高抵抗状態と低い低抵抗状態とによって記憶され、
前記高抵抗状態の電気抵抗値が、室温において5MΩ以上であることを特徴とする請求項1記載の記憶装置。 - 前記情報が、前記記憶層の電気抵抗値が高い高抵抗状態と低い低抵抗状態とによって記憶され、
前記高抵抗状態の電気抵抗値が、130℃において500kΩ以上であることを特徴とする請求項1記載の記憶装置。 - 前記情報が、前記記憶層の電気抵抗値が高い高抵抗状態と低い低抵抗状態とによって記憶され、
前記高抵抗状態の電気抵抗値と前記低抵抗状態の電気抵抗値との比が、130℃において100倍以上であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 前記アンチモンの原子数は、前記ゲルマニウムの原子数より多いことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- メモリ素子に情報を記録した後に、実装工程に伴う熱処理が行われることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 原子配列の変化を起こすことによって情報を記憶するカルコゲナイド材料記憶層と、
前記カルコゲナイド材料記憶層の両面に形成された電極とを有するメモリ素子を備えた半導体装置であって、
前記情報が、前記カルコゲナイド材料記憶層の電気抵抗値が高い高抵抗状態と低い低抵抗状態によって記憶され、
前記カルコゲナイド材料記憶層は、10.5原子%以上のガリウムまたはインジウムの少なくともいずれか一方を含み、テルルの原子数がアンチモンの原子数より多いことを特徴とする半導体装置。 - 結晶と非晶質との間の相変化によって、電気抵抗値が高い高抵抗状態と低い低抵抗状態とを記憶する記憶層を有する複数のメモリ素子がマトリクス状に配置されたメモリセルアレイを備えた半導体装置であって、
前記メモリセルアレイは、半導体集積回路と共に半導体基板上に混載して形成されており、
前記記憶層は、インジウムまたはガリウムの少なくともいずれか一方と、ゲルマニウムと、アンチモンと、テルルとを含んでなり、
前記記憶層の前記テルルの原子数は、前記アンチモンの原子数より多く、
前記記憶層のインジウムまたはガリウムは、10.5原子%以上であることを特徴とする半導体装置。 - 前記メモリセルアレイは、前記複数のメモリ素子を選択するための複数のMISトランジスタと、複数のワード線と、複数のビット線とを有しており、
前記MISトランジスタのゲートが、前記ワード線と電気的に接続されており、
前記MISトランジスタのドレインまたはソースのうち、一方が前記メモリ素子と電気的に接続されており、他方が前記ビット線と電気的に接続されていることを特徴とする請求項13記載の半導体装置。 - 前記MISトランジスタによって選択された前記メモリ素子に、第1パルスを印加することによって前記メモリ素子が前記高抵抗状態となり、第2パルスを印加することによって前記メモリ素子が前記低抵抗状態となり、
前記第2パルスは、前記第1パルスより時間が長いことを特徴とする請求項14記載の半導体装置。 - 前記記憶層は、核生成過程を伴って非晶質相から結晶相へ変化することを特徴とする請求項13記載の半導体装置。
- 前記インジウムまたはガリウムの少なくともいずれか一方が、10.5原子%以上40原子%以下であり、
前記ゲルマニウムが、5原子%以上35原子%以下であり、
前記アンチモンが、5原子%以上25原子%以下であり、
前記テルルが、40原子%以上65原子%以下であることを特徴とする請求項13記載の半導体装置。 - 前記記憶層の全構成元素の10原子%以下を、窒素で置き換えたことを特徴とする請求項16記載の半導体装置。
- 前記高抵抗状態の電気的抵抗値と、前記低抵抗状態の電気抵抗値との比が、130℃において100倍以上であることを特徴とする請求項13記載の半導体装置。
- 前記カルコゲナイド材料記憶層は、5原子%以上35原子%以下のゲルマニウムと、5原子%以上25原子%以下のアンチモンと、40原子%以上65原子%以下のテルルとを更に含み、
前記高抵抗状態の電気抵抗値と前記低抵抗状態の電気抵抗値との比が、室温において1000倍以上であることを特徴とする請求項12記載の半導体装置。
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