TWI664757B - 記憶裝置 - Google Patents
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Abstract
實施形態之記憶裝置具備：第1導電層；第2導電層；第1金屬氧化物層，其位於第1導電層與第2導電層之間，且包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素；及第2金屬氧化物層，其位於第1金屬氧化物層與第2導電層之間，且包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素；第1金屬氧化物層包含第3金屬元素，第3金屬元素之價數低於上述至少一種第1金屬元素中於第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。
Description
實施形態係關於一種記憶裝置。
NAND(NOT AND，反及)型快閃記憶體作為大容量資料之記憶裝置而普及。目前，正在藉由使記憶胞微細化而推進單位位元之成本削減或大容量化。另一方面，亦期待基於與先前之浮動閘極型快閃記憶體不同之動作原理之新穎之記憶裝置之實用化。例如，就低電壓動作、高速開關及微細化容易等觀點而言，ReRAM(Resistive Random Access Memory，可變電阻式隨機存取記憶體)所代表之2端子之電阻變化型記憶體有望作為下一代記憶體。 作為2端子之電阻變化型記憶體，例如可列舉將金屬氧化物用於電阻變化層之電阻變化型記憶體。金屬氧化物通常係根據膜中之氧空位量使電阻值變化。因此，藉由對上部電極與下部電極之間所擔載之金屬氧化物施加電壓而使膜中之氧空位分佈變化，藉此可使高電阻狀態與低電阻狀態遷移。 近年來，藉由將金屬氧化物層設為並非單層而是兩層以上而具有單層之ReRAM中無法獲得之功能之電阻變化型記憶體受到關注。例如，包含氧化鈦與氧化鋁之積層之積層ReRAM兼具自依存性與面傳遞性而受到關注。 積層ReRAM形成非對稱之結構，故而低電阻化所需之設定電壓(Vset)與高電阻化所需之重設電壓(Vreset)分別不同之情形較多。因此，可能會產生其中一電壓不滿足所要求之電壓規格之情形。因此，於積層ReRAM中，期待可調整設定電壓與重設電壓之平衡性。
實施形態之記憶裝置具備：第1導電層；第2導電層；第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素；及第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素；上述第1金屬氧化物層包含第3金屬元素，上述第3金屬元素之價數低於上述至少一種第1金屬元素中於上述第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。 以下，一面參照圖式，一面對本發明之實施形態進行說明。再者，於以下之說明中，對於相同或類似之構件等標註相同之符號，針對已經說明過一次之構件等，適當省略其說明。 以下，參照圖式對實施形態之記憶裝置進行說明。 (第1實施形態) 本實施形態之記憶裝置具備：第1導電層；第2導電層；第1金屬氧化物層，其位於第1導電層與第2導電層之間，且包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素；及第2金屬氧化物層，其位於第1金屬氧化物層與第2導電層之間，且包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素。並且，第1金屬氧化物層包含第3金屬元素，第3金屬元素之價數低於上述至少一種第1金屬元素中於第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。 圖1係本實施形態之記憶裝置之記憶胞陣列100及周邊電路之方塊圖。圖2係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。圖2示出圖1之記憶胞陣列100中之例如以虛線之圓所表示之一個記憶胞MC之剖面。 本實施形態之記憶裝置之記憶胞陣列100例如於半導體基板101上隔著絕緣層具備複數條字元線104(第1配線)及與字元線104交叉之複數條位元線106(第2配線)。位元線106設置於字元線104之上層。又，於記憶胞陣列100之周圍，設置有第1控制電路108、第2控制電路110、讀出電路112作為周邊電路。 於字元線104與位元線106交叉之區域設置有複數個記憶胞MC。本實施形態之記憶裝置係具備交叉點結構之電阻變化型記憶體。記憶胞MC係兩端子之電阻變化元件。 複數條字元線104分別連接於第1控制電路108。又，複數條位元線106分別連接於第2控制電路110。讀出電路112連接於第1控制電路108及第2控制電路110。 第1控制電路108及第2控制電路110例如具備選擇所需之記憶胞MC，並進行向該記憶胞之資料之寫入、記憶胞之資料之讀出、記憶胞之資料之刪除等之功能。於資料之讀出時，記憶胞之資料係作為流經字元線104與位元線106之間之電流量而被讀出。讀出電路112具備判定該電流量而判斷資料之極性之功能。例如，判定資料之「0」、「1」。 第1控制電路108、第2控制電路110、及讀出電路112例如係由使用形成於半導體基板101上之半導體器件之電子電路構成。 如圖2所示，記憶胞MC具備下部電極10(第1導電層)、上部電極20(第2導電層)、電阻變化層30。於圖2中模式性地示出電阻變化層30中所包含之元素之例及氧空位。 下部電極10連接於字元線104。下部電極10例如為金屬。下部電極10例如為鈦(Ti)、鎢(W)、鉭(Ta)、鉑(Pt)、或該等之氮化物。下部電極10例如為氮化鈦。下部電極10亦可為字元線104之一部分。 上部電極20連接於位元線106。上部電極20例如為金屬。上部電極20例如為鈦(Ti)、鎢(W)、鉭(Ta)、鉑(Pt)、或該等之氮化物。上部電極20例如為氮化鈦。上部電極20亦可為位元線106之一部分。 電阻變化層30位於下部電極10與上部電極20之間。電阻變化層30具備第1金屬氧化物層31與第2金屬氧化物層32。電阻變化層30之膜厚例如為1 nm以上且40 nm以下。 第1金屬氧化物層31包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素。第1金屬氧化物層31例如將第1金屬元素之氧化物設為主成分。第1金屬氧化物層31例如為氧化鋁層。 第1金屬氧化物層31中之第1金屬元素之氧化物所占之莫耳比率高於第1金屬元素之氧化物以外之各種金屬氧化物所占之莫耳比率。第1金屬氧化物層31中之第1金屬元素之氧化物所占之莫耳比率例如為40%以上。 又，第1金屬元素係第1金屬氧化物層31中之主要金屬元素。第1金屬氧化物層31中所包含之金屬元素之中，第1金屬元素所占之原子比率最高。第1金屬元素於金屬元素之總和中所占之原子比率例如為40%以上。 第1金屬氧化物層31之膜厚例如為0.5 nm以上且10 nm以下。 第2金屬氧化物層32位於第1金屬氧化物層31與上部電極20之間。第2金屬氧化物層32包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素。第2金屬氧化物層32例如將第2金屬元素之氧化物設為主成分。第2金屬氧化物層32例如為氧化鈦層。氧化鈦層例如為銳鈦礦型氧化鈦層。 第2金屬氧化物層32中之第2金屬元素之氧化物所占之莫耳比率高於第2金屬元素之氧化物以外之各種金屬氧化物所占之莫耳比率。第2金屬氧化物層32中之第2金屬元素之氧化物所占之莫耳比率例如為40%以上。 又，第2金屬元素係第2金屬氧化物層32中之主要金屬元素。第2金屬氧化物層32中所包含之金屬元素之中，第2金屬元素所占之原子比率最高。第2金屬元素於金屬元素之總和中所占之原子比率例如為40%以上。 第1金屬元素之氧化物例如帶隙大於第2金屬元素之氧化物。例如，第2金屬元素之氧化物顯示出半導體特性，相對於此，第1金屬元素之氧化物進一步顯示出絕緣體特性。第1金屬氧化物層31之電阻率例如高於第2金屬氧化物層32之電阻率。 第2金屬氧化物層32之膜厚例如為0.5 nm以上且10 nm以下。 第1金屬氧化物層31包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數低於第1金屬元素之價數。於第1金屬氧化物層31之中包含複數種第1金屬元素之情形時，與第1金屬氧化物層31之中之原子比率最高之第1金屬元素進行價數比較。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 於本說明書中，金屬元素之價數規定為以下之價數。鋅(Zn)為2價(2+)，鋁(Al)、鎵(Ga)為3價(3+)，鈦(Ti)、錫(Sn)、鋯(Zr)、鉿(Hf)為4價(4+)，釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)為5價(5+)，鎢為6價(6+)。 第1金屬氧化物層31中所包含之金屬元素之中，第3金屬元素所占之原子比率低於第1金屬元素所占之原子比率。第3金屬元素之原子比率例如為1原子%以上且25原子%以下。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為2價之鋅(Zn)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖2所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含鋅(Zn)。鋅置換氧化鋁層中之鋁。 金屬氧化物層中所包含之金屬氧化物之種類之鑑定或莫耳比率、及莫耳比率之大小關係之測定例如可藉由X射線光電子分光法(XPS)、X射線繞射法(XRD)進行。金屬氧化物層中所包含之金屬元素之鑑定或原子比率、及原子比率之大小關係之測定例如可藉由能量分散型X射線分光法(EDX)、原子探針法、電子能量損失分光法(EELS)進行。 繼而，對本實施形態之記憶裝置之製造方法之一例進行說明。 依序形成下部電極10、作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層、作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層、上部電極20。 氧化鋁層及氧化鈦層例如係藉由CVD法(Chemical Vapor Deposition法，化學氣相沈積法)、濺鍍法、或ALD法(Atomic Layer Deposition法，原子層沈積法)而形成。 例如，於使用濺鍍法形成氧化鋁層之情形時，藉由使濺鍍靶含有鋅而向氧化鋁層中添加鋅。例如，於使用ALD法形成氧化鋁層之情形時，例如藉由使鋁膜與鋅膜交替地積層而向氧化鋁層中添加鋅。 繼而，對本實施形態之記憶裝置之作用及效果進行說明。 圖3係比較形態之記憶裝置之記憶胞之模式剖視圖。記憶胞具備下部電極10、上部電極20、電阻變化層30。電阻變化層30具備第1金屬氧化物層31、第2金屬氧化物層32。第1金屬氧化物層31例如為氧化鋁層。第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 比較形態之記憶胞MC與本實施形態之記憶胞MC不同之處在於第1金屬氧化物層31不包含第3金屬元素。例如，氧化鋁層中不包含鋅。 圖4A、4B係比較形態之記憶胞之動作原理之說明圖。於比較形態之記憶胞MC中，藉由對電阻變化層30施加電流，而使電阻變化層30自高電阻狀態向低電阻狀態或者自低電阻狀態向高電阻狀態變化。自高電阻狀態向低電阻狀態之變化例如被稱為設定動作。自低電阻狀態向高電阻狀態之變化例如被稱為重設動作。 高電阻狀態亦被成為斷開狀態或重設狀態。又，低電阻狀態亦被成為接通狀態或設定狀態。認為自斷開狀態向接通狀態之變化係藉由以下之原理而產生。 於圖4A之斷開狀態下，作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中存在氧空位(圖中Vo)。想到氧化鈦層中之氧空位之分佈於氧化鈦層中均勻之情形、局部存在於氧化鈦層與作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層之界面之情形、於氧化鈦層中形成有長絲之情形等。 於圖4A之狀態下，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中不存在氧空位，故而氧化鋁層為高電阻。因此，電阻變化層30成為高電阻。 對下部電極10施加負電壓，對上部電極20施加正電壓，於下部電極10與上部電極20之間施加設定電壓(Vset)。如此，具有正電荷之氧空位移動至下部電極10側。換言之，具有負電荷之氧移動至上部電極20側。 如圖4B所示，因氧空位之移動或氧之移動而氧化鈦層中之氧空位湮滅，而於作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中生成氧空位。想到氧化鋁層中之氧空位之分佈於氧化鋁層中均勻之情形、局部存在於氧化鋁層與氧化鈦層之界面之情形、於氧化鋁層中形成有長絲之情形等。 圖4B之狀態係接通狀態。作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層低電阻化，而電阻變化層30成為低電阻。再者，第2金屬氧化物層32與第1金屬氧化物層31相比電阻較低，故而認為電阻變化層30之電阻變化被第1金屬氧化物層31之電阻變化左右。 即便將電壓降低至0 V，圖4B之接通狀態亦得到保持。若針對處於接通狀態之記憶胞MC，以下部電極10為負電壓、上部電極20為正電壓施加低於設定電壓之讀出電壓，則於電阻變化層30流通讀出電流。 對圖4B之接通狀態之記憶胞MC之下部電極10施加正電壓，對上部電極20施加負電壓，於下部電極10與上部電極20之間施加重設電壓(Vreset)。如此，具有正電荷之氧空位移動至上部電極20側。換言之，具有負電荷之氧移動至下部電極10側。因此，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中之氧空位消失，而恢復至圖4A之斷開狀態。 若於斷開狀態下施加讀出電壓，則於電阻變化層30僅流通低於接通狀態之讀出電流。 例如，將斷開狀態定義為資料「0」，將接通狀態定義為資料「1」。記憶胞MC可記憶「0」與「1」之1位元資料。 比較形態之記憶胞MC為上下非對稱之層結構。因此，作為低電阻化所需之動作電壓的設定電壓與作為高電阻化所需之動作電壓的重設電壓分別不同之情形較多。因此，可能會產生其中一電壓不滿足所要求之電壓規格之情形。因此，業界謀求對於比較形態之記憶胞MC，調整設定電壓與重設電壓之平衡，使兩者收斂於所要求之電壓規格內之技術。 記憶胞MC之設定動作與重設動作均為第1金屬氧化物層31與第2金屬氧化物層32間之氧之移動。因此認為，設定電壓與重設電壓可藉由控制第1金屬氧化物層31或第2金屬氧化物層32之氧親和性而進行調整。 例如，降低第1金屬氧化物層31之氧親和性，或者提高第2金屬氧化物層32之氧親和性，或者同時進行該兩者。於該情形時，氧容易自第1金屬氧化物層31向第2金屬氧化物層32移動。因此，設定電壓降低。 另一方面，提高第1金屬氧化物層31之氧親和性，或者降低第2金屬氧化物層32之氧親和性，或者同時進行該兩者。於該情形時，氧容易自第2金屬氧化物層32向第1金屬氧化物層31移動。因此，重設電壓降低。 金屬氧化物層中之氧親和性可藉由控制金屬氧化物層中之電荷量而變化。氧離子為2價之陰離子。因此，金屬氧化物層中之正電荷之量越多，氧親和性越變高。另一方面，金屬氧化物層中之負電荷之量越多，氧親和性越變低。 金屬氧化物層中之電荷量之調整可藉由向金屬氧化物層中添加元素而進行。例如，可藉由添加價數不同之元素來置換金屬氧化物層中之金屬元素或氧而實現。 於本實施形態中，第1金屬氧化物層31包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數低於第1金屬元素之價數。具體而言，例如圖2所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含2價之鋅(Zn)作為第3金屬元素。鋅置換了氧化鋁層中之3價之鋁。 因此，第1金屬氧化物層31之負電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性降低。由此，設定電壓降低。 較佳為第1元素為鋁(Al)，第2元素為鈦(Ti)。較佳為第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 由氧化鋁層與氧化鈦層之組合構成之電阻變化層30可實現穩定之接通/斷開動作。又，氧化鋁層與氧化鈦層之組合與公知之半導體裝置之製造製程之親和性較高，可以低成本實現可靠性較高之記憶裝置。 第1金屬元素於金屬元素之總和中所占之原子比率較佳為40%以上，更佳為50%以上，進而較佳為60%以上。又，第2金屬元素於金屬元素之總和中所占之原子比率較佳為40%以上，更佳為50%以上，進而較佳為60%以上。藉由使第1金屬元素及第2金屬元素所占之原子比率增高，容易實現穩定之接通/斷開動作。 第1金屬氧化物層31中所包含之金屬元素之中，第3金屬元素所占之原子比率較佳為1%原子以上且25原子%以下。若低於上述範圍，則有無法調整動作電壓之虞。又，添加超過上述範圍之量時，有超過第1金屬氧化物層31之固溶極限而變得難以實現之虞。 以上，根據本實施形態，藉由控制金屬氧化物中之氧親和性，而實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。 (第2實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第1實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層包含第3金屬元素，第3金屬元素之價數低於上述至少一種第2金屬元素中於第2金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。以下，對於與第1實施形態重複之內容，有省略記述之情形。 圖5係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數低於第2金屬元素之價數。於第2金屬氧化物層32中包含複數種第2金屬元素之情形時，與第2金屬氧化物層32中之原子比率最高之第2金屬元素比較價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為3價之鋁(Al)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 本實施形態之記憶裝置之氧化鋁層及氧化鈦層例如係藉由CVD法、濺鍍法、或ALD法而形成。 例如，於使用濺鍍法形成氧化鈦層之情形時，藉由使濺鍍靶含有鋁而向氧化鈦層中添加鋁。例如，於使用ALD法形成氧化鈦層之情形時，例如藉由使氧化鈦膜與鋁膜交替地積層而向氧化鈦層中添加鋁。 如圖5所示，作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中包含鋁(Al)。3價之鋁置換氧化鈦層中之4價之鈦。 因此，第2金屬氧化物層32之負電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性降低。因此，重設電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。 (第3實施形態) 本實施形態之記憶裝置具備：第1導電層；第2導電層；第1金屬氧化物層，其位於第1導電層與第2導電層之間，且包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素；及第2金屬氧化物層，其位於第1金屬氧化物層與第2導電層之間，且包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素。並且，第1金屬氧化物層包含第3金屬元素，第3金屬元素之價數高於上述至少一種第1金屬元素中於第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。 本實施形態之記憶裝置與第1實施形態不同之處在於第3金屬元素之價數高於第1金屬元素之價數。以下，存在針對與第1實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖6係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第1金屬氧化物層31包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數高於第1金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為5價之鈮(Nb)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖6所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含鈮(Nb)。5價之鈮置換氧化鋁層中之3價之鋁。 因此，第1金屬氧化物層31之正電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性增加。因此，重設電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。 (第4實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第3實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層包含第3金屬元素，第3金屬元素之價數高於上述至少一種第2金屬元素中於第2金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。以下，存在針對與第3實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖7係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數高於第2金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為5價之鉭(Ta)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖7所示，作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中包含鉭(Ta)。5價之鉭置換氧化鈦層中之4價之鈦。 因此，第2金屬氧化物層32之正電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性增加。因此，設定電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。 (第5實施形態) 本實施形態之記憶裝置具備：第1導電層；第2導電層；第1金屬氧化物層，其位於第1導電層與第2導電層之間，且包含第1金屬元素；及第2金屬氧化物層，其位於第1金屬氧化物層與第2導電層之間，且包含與第1金屬元素不同之第2金屬元素。並且，第1金屬氧化物層包含鹵素元素。 本實施形態之記憶裝置與第1實施形態不同之處在於第1金屬氧化物層包含鹵素元素。存在針對與第1實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖8係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第1金屬氧化物層31包含鹵素元素。鹵素元素例如為氟(F)、氯(Cl)。鹵素元素為1價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、鹵素元素為氟(F)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 本實施形態之記憶裝置之氧化鋁層及氧化鈦層例如係藉由CVD法、濺鍍法、或ALD法而形成。 例如，於形成氧化鋁層後，藉由離子注入向氧化鋁層中添加氟。 第1金屬氧化物層31中所包含之氧與鹵素元素之總和之中，鹵素元素所占之原子比率低於氧所占之原子比率。鹵素元素之原子比率例如為1原子%以上且25原子%以下。 如圖8所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含氟(F)。1價之氟置換氧化鋁層中之2價之氧。 因此，第1金屬氧化物層31之正電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性增加。因此，重設電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。 (第6實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第5實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層包含鹵素元素。存在針對與第5實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖9係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含鹵素元素。鹵素元素例如為氟(F)、氯(Cl)。鹵素元素為1價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、鹵素元素為氟(F)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 本實施形態之記憶裝置之氧化鋁層及氧化鈦層例如係藉由CVD法、濺鍍法、或ALD法而形成。 例如，於形成氧化鈦層後，藉由離子注入向氧化鈦層中添加氟。 第2金屬氧化物層32中所包含之氧與鹵素元素之總和之中，鹵素元素所占之原子比率低於氧所占之原子比率。鹵素元素之原子比率例如為1原子%以上且25原子%以下。 如圖9所示，作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中包含氟(F)。1價之氟置換氧化鈦層中之2價之氧。 因此，第2金屬氧化物層32之正電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性增加。因此，設定電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。 (第7實施形態) 本實施形態之記憶裝置具備：第1導電層；第2導電層；第1金屬氧化物層，其位於第1導電層與第2導電層之間，且包含第1金屬元素；及第2金屬氧化物層，其位於第1金屬氧化物層與第2導電層之間，且包含與第1金屬元素不同之第2金屬元素。並且，第1金屬氧化物層包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。 本實施形態之記憶裝置與第1實施形態不同之處在於第1金屬氧化物層包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。存在針對與第1實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖10係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第1金屬氧化物層31包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。氮(N)、磷(P)、及砷(As)為3價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素為氮(N)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 本實施形態之記憶裝置之氧化鋁層及氧化鈦層例如係藉由CVD法、濺鍍法、或ALD法而形成。 例如，於形成氧化鋁層後，藉由離子注入向氧化鋁層中添加氮。 第1金屬氧化物層31中所包含之氧與選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素之總和之中，選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素所占之原子比率低於氧所占之原子比率。選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素之原子比率例如為1原子%以上且25原子%以下。 如圖10所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含氮(N)。3價之氮置換氧化鋁層中之2價之氧。 因此，第1金屬氧化物層31之負電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性降低。因此，設定電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。 (第8實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第7實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。存在針對與第7實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖11係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。氮(N)、磷(P)、及砷(As)為3價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素為氮(N)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 本實施形態之記憶裝置之氧化鋁層及氧化鈦層例如係藉由CVD法、濺鍍法、或ALD法而形成。 例如，於形成氧化鈦層後，藉由離子注入向氧化鈦層中添加氮。 第2金屬氧化物層32中所包含之氧與選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素之總和之中，選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素所占之原子比率低於氧所占之原子比率。選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素之原子比率例如為1原子%以上且25原子%以下。 如圖11所示，作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中包含氮(N)。3價之氮置換氧化鈦層中之2價之氧。 因此，第2金屬氧化物層32之負電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性降低。因此，重設電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。 (第9實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第1實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層中包含價數高於第2金屬元素的第4金屬元素。以下，存在針對與第1實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖12係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第1金屬氧化物層31包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數低於第1金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第2金屬氧化物層32包含第4金屬元素。第4金屬元素之價數高於第2金屬元素之價數。第4金屬元素係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為2價之鋅(Zn)、第4金屬元素為5價之鉭(Ta)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖12所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含鋅(Zn)。2價之鋅置換氧化鋁層中之3價之鋁。又，利用5價之鉭置換作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中之4價之鈦。 因此，第1金屬氧化物層31之負電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性降低。此外，第2金屬氧化物層32之正電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性增加。藉由兩者之協同效應而設定電壓大幅降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第10實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第2實施形態不同之處在於第1金屬氧化物層中包含價數高於第1金屬元素的第4金屬元素。以下，存在針對與第2實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖13係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數低於第1金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第1金屬氧化物層31包含第4金屬元素。第4金屬元素之價數高於第1金屬元素之價數。第4金屬元素係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為3價之鋁(Al)、第4金屬元素為5價之鈮(Nb)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖13所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含鈮(Nb)。5價之鈮置換氧化鋁層中之3價之鋁。又，利用3價之鋁置換作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中之4價之鈦。 因此，第1金屬氧化物層31之正電荷之量增加。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性增大。此外，第2金屬氧化物層32之正電荷之量降低。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性降低。藉由兩者之協同效應而重設電壓大幅降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第11實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第1實施形態不同之處在於第1金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。以下，存在針對與第1實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖14係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第1金屬氧化物層31包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數低於第1金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第1金屬氧化物層31包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。氮(N)、磷(P)、及砷(As)為3價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為2價之鋅(Zn)、選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素為氮(N)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖14所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含鋅(Zn)。2價之鈮置換氧化鋁層中之3價之鋁。又，利用3價之氮置換作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中之2價之氧。 因此，第1金屬氧化物層31之負電荷之量大幅增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性大幅降低。因此，設定電壓大幅降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第12實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第1實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層中包含鹵素元素。以下，存在針對與第1實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖15係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第1金屬氧化物層31包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數低於第1金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第2金屬氧化物層32包含鹵素元素。鹵素元素例如為氟(F)、氯(Cl)。鹵素元素為1價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為2價之鋅(Zn)、鹵素元素為氟(F)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖15所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含鋅(Zn)。2價之鋅置換氧化鋁層中之3價之鋁。又，利用1價之氟置換作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中之2價之氧。 因此，第1金屬氧化物層31之負電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性降低。此外，第2金屬氧化物層32之正電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性增加。藉由兩者之協同效應而設定電壓大幅降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第13實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第2實施形態不同之處在於第1金屬氧化物層中包含鹵素元素。以下，存在針對與第2實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖16係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數低於第1金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第1金屬氧化物層31包含鹵素元素。鹵素元素例如為氟(F)、氯(Cl)。鹵素元素為1價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為3價之鋁(Al)、鹵素元素為氟(F)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖16所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含氟(F)。1價之氟置換氧化鋁層中之2價之氧。又，利用3價之鋁置換作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中之4價之鈦。 因此，第1金屬氧化物層31之正電荷之量增加。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性增大。此外，第2金屬氧化物層32之正電荷之量降低。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性降低。藉由兩者之協同效應而重設電壓大幅降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第14實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第2實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。以下，存在針對與第2實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖17係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數低於第1金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第2金屬氧化物層32包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。氮(N)、磷(P)、及砷(As)為3價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為3價之鋁(Al)、選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素為氮(N)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖17所示，利用3價之鋁置換作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中之4價之鈦。利用3價之氮置換作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中之2價之氧。 因此，第2金屬氧化物層32之負電荷之量大幅增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性大幅降低。藉由兩者之協同效應而重設電壓大幅降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第15實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第3實施形態不同之處在於第1金屬氧化物層中包含鹵素元素。以下，存在針對與第3實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖18係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第1金屬氧化物層31包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數高於第1金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第1金屬氧化物層31包含鹵素元素。鹵素元素例如為氟(F)、氯(Cl)。鹵素元素為1價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為5價之鈮(Nb)、鹵素元素為氟(F)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖18所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含鈮(Nb)。5價之鈮置換氧化鋁層中之3價之鋁。又，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含氟(F)。1價之鈮置換氧化鋁層中之2價之氧。 因此，第1金屬氧化物層31之正電荷之量大幅增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性大幅增加。因此，重設電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第16實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第3實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。以下，存在針對與第3實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖19係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第1金屬氧化物層31包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數高於第1金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第2金屬氧化物層32包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。氮(N)、磷(P)、及砷(As)為3價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為5價之鈮(Nb)、選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素為氮(N)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖19所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含鈮(Nb)。5價之鈮置換氧化鋁層中之3價之鋁。又，利用3價之氮置換作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中之2價之氧。 因此，第1金屬氧化物層31之正電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性增加。此外，第2金屬氧化物層32之負電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性降低。藉由兩者之協同效應而重設電壓大幅降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第17實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第4實施形態不同之處在於第1金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。以下，存在針對與第4實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖20係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數高於第2金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第1金屬氧化物層31包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。氮(N)、磷(P)、及砷(As)為3價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為5價之鉭(Ta)、選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素為氮(N)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖20所示，作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中包含鉭(Ta)。5價之鉭置換氧化鈦層中之4價之鈦。又，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含氮(N)。3價之氮置換氧化鋁層中之2價之氧。 因此，第1金屬氧化物層31之負電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性降低。此外，第2金屬氧化物層32之正電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性增加。藉由兩者之協同效應而設定電壓大幅降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第18實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第4實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層中包含鹵素元素。以下，存在針對與第4實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖21係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含第3金屬元素。第3金屬元素之價數高於第2金屬元素之價數。第3金屬元素例如係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 第2金屬氧化物層32包含鹵素元素。鹵素元素例如為氟(F)、氯(Cl)。鹵素元素為1價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、第3金屬元素為5價之鉭(Ta)、鹵素元素為氟(F)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖21所示，作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中包含鉭(Ta)。5價之鉭置換氧化鈦層中之4價之鈦。又，利用1價之氟置換作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中之2價之氧。 因此，第2金屬氧化物層32之正電荷之量大幅增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性大幅增加。因此，設定電壓大幅降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第19實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第5實施形態不同之處在於第2金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。以下，存在針對與第5實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖22係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第1金屬氧化物層31包含鹵素元素。鹵素元素例如為氟(F)、氯(Cl)。鹵素元素為1價之陰離子。 第2金屬氧化物層32包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。氮(N)、磷(P)、及砷(As)為3價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、鹵素元素為氟(F)、選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素為氮(N)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖22所示，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含氟(F)。1價之氟置換氧化鋁層中之2價之氧。又，作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中包含氮(N)。3價之氮置換氧化鈦層中之2價之氧。 因此，第1金屬氧化物層31之正電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性增加。此外，第2金屬氧化物層32之負電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性降低。藉由兩者之協同效應而重設電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第20實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第6實施形態不同之處在於第1金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。以下，存在針對與第6實施形態重複之內容省略記述之情形。 圖23係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 第2金屬氧化物層32包含鹵素元素。鹵素元素例如為氟(F)、氯(Cl)。鹵素元素為1價之陰離子。 第1金屬氧化物層31包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。氮(N)、磷(P)、及砷(As)為3價之陰離子。 以下，以第1金屬元素為3價之鋁(Al)、第2金屬元素為4價之鈦(Ti)、鹵素元素為氟(F)、選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素為氮(N)之情形為例進行說明。第1金屬氧化物層31為氧化鋁層，第2金屬氧化物層32為氧化鈦層。 如圖23所示，作為第2金屬氧化物層32之氧化鈦層中包含氟(F)。1價之氟置換氧化鈦層中之2價之氧。又，作為第1金屬氧化物層31之氧化鋁層中包含氮(N)。3價之氮置換氧化鋁層中之2價之氧。 因此，第1金屬氧化物層31之負電荷之量增大。因此，第1金屬氧化物層31之氧親和性降低。此外，第2金屬氧化物層32之正電荷之量增大。因此，第2金屬氧化物層32之氧親和性增加。藉由兩者之協同效應而設定電壓降低。 以上，根據本實施形態，與第1實施形態同樣地實現動作電壓經調整之電阻變化型記憶體。進而，動作電壓之調整幅度增大。 (第21實施形態) 本實施形態之記憶裝置與第1至第20實施形態不同之處在於在第1導電層與第1金屬氧化物層之間進而具備非晶矽層。以下，針對與第1至第20實施形態重複之內容省略記述。 圖24係本實施形態之記憶裝置之記憶胞MC之模式剖視圖。 如圖24所示，記憶胞MC具備下部電極10(第1導電層)、上部電極20(第2導電層)、電阻變化層30、非晶矽層40。非晶矽層40設置於下部電極10與電阻變化層30之間。 於本說明書中，所謂非晶矽，意指於投射型電子顯微鏡(TEM)之10萬倍之圖像中進行觀察而未確認到結晶粒之存在之矽。 根據本實施形態之電阻變化型記憶體，抑制流經記憶胞MC之電流之偏差。因此，可實現除第1至第20實施形態之效果以外進而動作穩定之電阻變化型記憶體。 (第22實施形態) 本實施形態之記憶裝置之記憶胞陣列具備三維結構，除此以外，與第1至第21實施形態相同。因此，針對與第1至第21實施形態重複之內容省略記述。 圖25係本實施形態之記憶裝置之方塊圖。圖26係記憶胞陣列之等效電路圖。圖27A、27B係記憶胞陣列之模式剖視圖。 本實施形態之記憶胞陣列具備記憶胞MC經立體配置之三維結構。 如圖25所示，記憶裝置具備記憶胞陣列200、字元線驅動器電路212、列解碼器電路214、讀出放大器電路215、行解碼器電路217、及控制電路221。 又，如圖26所示，於記憶胞陣列200內立體配置有複數個記憶胞MC。於圖26中，虛線所包圍之區域與1個記憶胞MC對應。 記憶胞陣列200例如具備複數條字元線WL(WL11、WL12、WL13、WL21、WL22、WL23)(第1配線)與複數條位元線BL(BL11、BL12、BL21、BL22)(第2配線)。字元線WL沿x方向伸長。位元線BL沿z方向伸長。字元線WL與位元線BL垂直交叉。於字元線WL與位元線BL之交叉部配置有記憶胞MC。 複數條字元線WL電性連接列解碼器電路214。複數條位元線BL連接讀出放大器電路215。於複數條位元線BL與讀出放大器電路215之間設置有選擇電晶體ST(ST11、ST21、ST12、ST22)與全局位元線GBL(GBL1、GBL2)。 列解碼器電路214具備依據所輸入之列位址信號選擇字元線WL之功能。字元線驅動器電路212具備對由列解碼器電路214所選擇之字元線WL施加特定之電壓之功能。 行解碼器電路217具備依據所輸入之行位址信號選擇位元線BL之功能。讀出放大器電路215具備對由行解碼器電路217所選擇之位元線BL施加特定之電壓之功能。又，具備檢測流經所選擇之字元線WL與所選擇之位元線BL之間之電流並放大之功能。 控制電路221具備控制字元線驅動器電路212、列解碼器電路214、讀出放大器電路215、行解碼器電路217、及未圖示之其他電路之功能。 字元線驅動器電路212、列解碼器電路214、讀出放大器電路215、行解碼器電路217、控制電路221等電路例如係由使用未圖示之半導體層之電晶體或配線層構成。 圖27A、圖27B係本實施形態之記憶裝置之記憶胞陣列200之模式剖視圖。圖27A係記憶胞陣列200之xy剖視圖。圖27B係記憶胞陣列200之yz剖視圖。圖27A係圖27B之BB'剖視圖，圖27B係圖27A之AA'剖視圖。於圖27A、27B中，虛線所包圍之區域為1個記憶胞MC。 記憶胞陣列200具備字元線WL11、字元線WL12、字元線WL13、位元線BL11、位元線BL12。又，具備電阻變化層30、層間絕緣層50。電阻變化層30應用第1至第21實施形態之電阻變化層30。 根據本實施形態，藉由具備三維結構，除第1至第21實施形態之效果以外，亦獲得提高記憶裝置之積體度之效果。 已對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為例而提出，並無意圖限定發明之範圍。該等新穎之記憶裝置之實施形態可以其他各種形態加以實施，且可於不脫離發明主旨之範圍內進行各種省略、替換、變更。該等實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨中，並且包含於申請專利範圍所記載之發明與其均等之範圍內。 再者，上述實施形態之一部分可總結為以下之技術案。 技術案1. 一種記憶裝置，其具備： 第1導電層； 第2導電層； 第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含第1金屬元素；及 第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含與上述第1金屬元素不同之第2金屬元素；且 上述第1金屬氧化物層包含鹵素元素。 技術案2. 如技術案1之記憶裝置，其中上述第2金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。 技術案3. 一種記憶裝置，其具備： 第1導電層； 第2導電層； 第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含第1金屬元素；及 第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含與上述第1金屬元素不同之第2金屬元素；且 上述第2金屬氧化物層包含鹵素元素。 技術案4. 如技術案3之記憶裝置，其中上述第1金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。 技術案5. 一種記憶裝置，其具備： 第1導電層； 第2導電層； 第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含第1金屬元素；及 第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含與上述第1金屬元素不同之第2金屬元素；且 上述第1金屬氧化物層包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。 技術案6. 一種記憶裝置，其具備： 第1導電層； 第2導電層； 第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含第1金屬元素；及 第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含與上述第1金屬元素不同之第2金屬元素；且 上述第2金屬氧化物層包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。 技術案7. 如技術案5之記憶裝置，其中上述第1金屬元素係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種金屬元素， 上述第2金屬元素係選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。 技術案8. 一種記憶裝置，其具備： 第1導電層； 第2導電層； 第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素；及 第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素；且 上述第1金屬氧化物層包含第3金屬元素，上述第3金屬元素之價數低於上述至少一種第1金屬元素中於上述第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數， 於上述第1導電層與上述第1金屬氧化物層之間進而具備非晶矽層。 本申請案將於2017年3月22日提出申請之作為日本專利申請之日本專利特願2017-056696設為優先權之基礎。該日本專利特願2017-056696所記載之所有內容被引用至本申請案中。
10‧‧‧下部電極(第1導電層)
20‧‧‧上部電極(第2導電層)
30‧‧‧電阻變化層
31‧‧‧第1金屬氧化物層
32‧‧‧第2金屬氧化物層
40‧‧‧非晶矽層
50‧‧‧層間絕緣層
100‧‧‧記憶胞陣列
101‧‧‧半導體基板
104‧‧‧字元線
106‧‧‧位元線
108‧‧‧第1控制電路
110‧‧‧第2控制電路
112‧‧‧讀出電路
200‧‧‧記憶裝置具備記憶胞陣列
212‧‧‧字元線驅動器電路
214‧‧‧列解碼器電路
215‧‧‧讀出放大器電路
217‧‧‧行解碼器電路
221‧‧‧控制電路
BL11‧‧‧位元線
BL12‧‧‧位元線
BL21‧‧‧位元線
BL22‧‧‧位元線
GBL1‧‧‧全局位元線
GBL2‧‧‧全局位元線
MC‧‧‧記憶胞
ST11‧‧‧選擇電晶體
ST12‧‧‧選擇電晶體
ST21‧‧‧選擇電晶體
ST22‧‧‧選擇電晶體
WL11‧‧‧字元線
WL12‧‧‧字元線
WL13‧‧‧字元線
WL21‧‧‧字元線
WL22‧‧‧字元線
WL23‧‧‧字元線
圖1係第1實施形態之記憶裝置之方塊圖。 圖2係第1實施形態之記憶裝置之記憶胞之模式剖視圖。 圖3係比較形態之記憶裝置之記憶胞之模式剖視圖。 圖4A、4B係比較形態之記憶胞之動作原理之說明圖。 圖5係第2實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖6係第3實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖7係第4實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖8係第5實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖9係第6實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖10係第7實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖11係第8實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖12係第9實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖13係第10實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖14係第11實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖15係第12實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖16係第13實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖17係第14實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖18係第15實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖19係第16實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖20係第17實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖21係第18實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖22係第19實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖23係第20實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖24係第21實施形態之記憶胞之模式剖視圖。 圖25係第22實施形態之記憶裝置之方塊圖。 圖26係第22實施形態之記憶胞陣列之等價電路圖。 圖27A、27B係第22實施形態之記憶胞陣列之模式剖視圖。
Claims (20)
- 一種記憶裝置，其具備： 第1導電層； 第2導電層； 第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素；及 第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素；且 上述第1金屬氧化物層包含第3金屬元素，上述第3金屬元素之價數低於上述至少一種第1金屬元素中於上述第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。
- 如請求項1之記憶裝置，其中上述第1金屬氧化物層中之上述第3金屬元素之原子比率低於上述至少一種第1金屬元素中於上述第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之原子比率。
- 如請求項1之記憶裝置，其中上述第2金屬氧化物層中包含價數高於上述至少一種第2金屬元素中於上述第2金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素的第4金屬元素。
- 如請求項1之記憶裝置，其中上述第1金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。
- 如請求項1之記憶裝置，其中上述第2金屬氧化物層中包含鹵素元素。
- 一種記憶裝置，其具備： 第1導電層； 第2導電層； 第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素；及 第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素；且 上述第2金屬氧化物層包含第3金屬元素，上述第3金屬元素之價數低於上述至少一種第2金屬元素中於上述第2金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。
- 如請求項6之記憶裝置，其中上述第2金屬氧化物層中之上述第3金屬元素之原子比率低於上述至少一種第2金屬元素中於上述第2金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之原子比率。
- 如請求項6之記憶裝置，其中上述第1金屬氧化物層中包含價數高於上述至少一種第1金屬元素中於上述第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素的第4金屬元素。
- 如請求項6之記憶裝置，其中上述第1金屬氧化物層中包含鹵素元素。
- 如請求項6之記憶裝置，其中上述第2金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。
- 如請求項3之記憶裝置，其中上述第4金屬元素係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種金屬元素。
- 一種記憶裝置，其具備： 第1導電層； 第2導電層； 第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素；及 第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素；且 上述第1金屬氧化物層包含第3金屬元素，上述第3金屬元素之價數高於上述至少一種第1金屬元素中於上述第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。
- 如請求項12之記憶裝置，其中上述第1金屬氧化物層中之上述第3金屬元素之原子比率低於上述至少一種第1金屬元素中於上述第1金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之原子比率。
- 如請求項12之記憶裝置，其中上述第1金屬氧化物層中包含鹵素元素。
- 如請求項12之記憶裝置，其中上述第2金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。
- 一種記憶裝置，其具備： 第1導電層； 第2導電層； 第1金屬氧化物層，其位於上述第1導電層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、及鉿(Hf)所組成之群中之至少一種第1金屬元素；及 第2金屬氧化物層，其位於上述第1金屬氧化物層與上述第2導電層之間，且包含選自由鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種第2金屬元素；且 上述第2金屬氧化物層包含第3金屬元素，上述第3金屬元素之價數高於上述至少一種第2金屬元素中於上述第2金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之價數。
- 如請求項16之記憶裝置，其中上述第2金屬氧化物層中之上述第3金屬元素之原子比率低於上述至少一種第2金屬元素中於上述第2金屬氧化物層中之原子比率最高之金屬元素之原子比率。
- 如請求項16之記憶裝置，其中上述第1金屬氧化物層中包含選自由氮(N)、磷(P)、及砷(As)所組成之群中之至少一種元素。
- 如請求項16之記憶裝置，其中上述第2金屬氧化物層中包含鹵素元素。
- 如請求項1之記憶裝置，其中上述第3金屬元素係選自由鋁(Al)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋅(Zn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、及鎢(W)所組成之群中之至少一種元素。
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