JP2013207131A - Resistance change element and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば不揮発性メモリとして使用される抵抗変化素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a resistance change element used as, for example, a nonvolatile memory and a method for manufacturing the same.
半導体メモリには、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリとフラッシュメモリなどの不揮発性メモリがある。不揮発性メモリとして、NAND型のフラッシュメモリ等が知られているが、さらに微細化が可能なデバイスとして、ReRAM(Resistance RAM)が注目されている。 Semiconductor memory includes volatile memory such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) and nonvolatile memory such as flash memory. A NAND flash memory or the like is known as a non-volatile memory, but ReRAM (Resistance RAM) has attracted attention as a device that can be further miniaturized.
ReRAMは、電圧によって抵抗値が変化する可変抵抗体を抵抗素子として利用する。この可変抵抗体は、典型的には、酸化度あるいは抵抗率の異なる2層以上の金属酸化物層を有し、これらを上下電極で挟み込んだ構造をしている。例えば下記特許文献1には、下部電極(Pt)上に、酸化チタン膜、酸化ニッケル膜及び上部電極(Pt)を順に積層した抵抗素子が記載されている。
The ReRAM uses a variable resistor whose resistance value varies with voltage as a resistance element. The variable resistor typically has a structure in which two or more metal oxide layers having different degrees of oxidation or resistivity are sandwiched between upper and lower electrodes. For example,
従来の可変抵抗素子は、フォーミングと呼ばれる高電圧印加を伴う初期化プロセスが必要とされる。フォーミング後はフィラメントと呼ばれる電流パスが酸化物層に形成されることで素子の低抵抗化が実現される。しかしながらフィラメントの大きさや位置を適切に制御することができないため、動作電流を低減できず、また、面内における特性のバラツキが大きい。このため、素子の消費電力低減及び微細化が難しいという問題がある。 The conventional variable resistance element requires an initialization process with high voltage application called forming. After forming, a current path called a filament is formed in the oxide layer, so that the resistance of the element is reduced. However, since the size and position of the filament cannot be appropriately controlled, the operating current cannot be reduced, and the variation in characteristics in the plane is large. For this reason, there is a problem that it is difficult to reduce power consumption and miniaturize the element.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、フォーミング処理を不要とし、素子の消費電力低減及び微細化を可能とする抵抗変化素子及びその製造方法を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide a resistance change element that does not require a forming process and can reduce power consumption and miniaturization of the element, and a method for manufacturing the resistance change element.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る抵抗変化素子は、第1の電極と、第2の電極と、酸化物半導体とを具備する。
上記第1の電極及び上記第2の電極はそれぞれ、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成される。
上記酸化物半導体は、第1の金属酸化物層と、第2の金属酸化物層とを有する。上記第1の金属酸化物層は、上記第1の電極と上記第2の電極との間に形成され、第1の抵抗率を有する。上記第2の金属酸化物層は、上記第1の金属酸化物層と上記第2の電極との間に形成され、上記第1の抵抗率とは異なる第2の抵抗率を有する。
In order to achieve the above object, a variable resistance element according to one embodiment of the present invention includes a first electrode, a second electrode, and an oxide semiconductor.
Each of the first electrode and the second electrode is composed of any one of Ir, Ru, IrOx, RuOx, SrRuO 3 and LaNiO 3 .
The oxide semiconductor includes a first metal oxide layer and a second metal oxide layer. The first metal oxide layer is formed between the first electrode and the second electrode, and has a first resistivity. The second metal oxide layer is formed between the first metal oxide layer and the second electrode, and has a second resistivity different from the first resistivity.
本発明の一形態に係る抵抗変化素子の製造方法は、基板上に、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成された第1の電極を形成することを含む。
上記第1の電極の上に、第1の抵抗率を有する第1の金属酸化物層が形成される。
上記第1の金属酸化物層の上に、上記第1の抵抗率とは異なる第2の抵抗率を有する第2の金属酸化物層が形成される。
上記第2の金属酸化物層の上に、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成された第2の電極が形成される。
A method of manufacturing a variable resistance element according to an aspect of the present invention includes forming a first electrode made of any one of Ir, Ru, IrOx, RuOx, SrRuO 3, and LaNiO 3 on a substrate.
A first metal oxide layer having a first resistivity is formed on the first electrode.
A second metal oxide layer having a second resistivity different from the first resistivity is formed on the first metal oxide layer.
A second electrode composed of any one of Ir, Ru, IrOx, RuOx, SrRuO 3 and LaNiO 3 is formed on the second metal oxide layer.
本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子は、第1の電極と、第2の電極と、酸化物半導体とを具備する。
上記第1の電極及び上記第2の電極はそれぞれ、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成される。
上記酸化物半導体は、第1の金属酸化物層と、第2の金属酸化物層とを有する。上記第1の金属酸化物層は、上記第1の電極と上記第2の電極との間に形成され、第1の抵抗率を有する。上記第2の金属酸化物層は、上記第1の金属酸化物層と上記第2の電極との間に形成され、上記第1の抵抗率とは異なる第2の抵抗率を有する。
A resistance change element according to an embodiment of the present invention includes a first electrode, a second electrode, and an oxide semiconductor.
Each of the first electrode and the second electrode is composed of any one of Ir, Ru, IrOx, RuOx, SrRuO 3 and LaNiO 3 .
The oxide semiconductor includes a first metal oxide layer and a second metal oxide layer. The first metal oxide layer is formed between the first electrode and the second electrode, and has a first resistivity. The second metal oxide layer is formed between the first metal oxide layer and the second electrode, and has a second resistivity different from the first resistivity.
上記抵抗変化素子において、第1の電極及び第2の電極は、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成される。Ir及びRuは、比較的酸化しにくく、仮に酸化したとしても所期の導電性を有するため、電極としての機能が損なわれることはない。一方、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3の金属酸化物は導電性を有するため、電極としての所期の導電性を満足する。 In the variable resistance element, the first electrode and the second electrode, Ir, Ru, IrOx, RuOx, composed of either SrRuO 3 and LaNiO 3. Ir and Ru are relatively difficult to oxidize, and even if oxidized, they have the desired conductivity, so that the function as an electrode is not impaired. On the other hand, since the metal oxides IrOx, RuOx, SrRuO 3 and LaNiO 3 have conductivity, they satisfy the expected conductivity as an electrode.
したがって上記抵抗変化素子によれば、第1及び第2の電極と酸化物半導体との界面での絶縁性の中間層の形成を阻止でき、これら界面における接触抵抗を低減することができる。これによりフォーミングと呼ばれる高電圧印加を伴う初期化プロセスが不要となる。また、フォーミングが不要となることで、素子の消費電力の低減を図ることができ、さらに特性のバラツキが抑えられることで素子の微細化が可能となる。 Therefore, according to the variable resistance element, it is possible to prevent the formation of an insulating intermediate layer at the interface between the first and second electrodes and the oxide semiconductor, and to reduce the contact resistance at these interfaces. This eliminates the need for an initialization process that involves high voltage application called forming. Further, since the forming is not required, the power consumption of the element can be reduced, and further, the element can be miniaturized by suppressing the variation in characteristics.
本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の製造方法は、基板上に、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成された第1の電極を形成することを含む。
上記第1の電極の上に、第1の抵抗率を有する第1の金属酸化物層が形成される。
上記第1の金属酸化物層の上に、上記第1の抵抗率とは異なる第2の抵抗率を有する第2の金属酸化物層が形成される。
上記第2の金属酸化物層の上に、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成された第2の電極が形成される。
A method of manufacturing a variable resistance element according to an embodiment of the present invention includes forming a first electrode made of any one of Ir, Ru, IrOx, RuOx, SrRuO 3, and LaNiO 3 on a substrate. .
A first metal oxide layer having a first resistivity is formed on the first electrode.
A second metal oxide layer having a second resistivity different from the first resistivity is formed on the first metal oxide layer.
A second electrode composed of any one of Ir, Ru, IrOx, RuOx, SrRuO 3 and LaNiO 3 is formed on the second metal oxide layer.
第1の金属酸化物層及び第2の金属酸化物層は、例えば、酸素との反応性スパッタリング法によって形成される。各金属酸化物層の抵抗率は、スパッタガス中の酸素濃度で制御される。この際、酸素雰囲気に晒される第1の電極あるいは第2の電極は酸化のおそれがあるが、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3の各電極材料は酸化しても導電性が損なわれることはないため、電極としての所期の導電性が確保される。 The first metal oxide layer and the second metal oxide layer are formed by, for example, a reactive sputtering method with oxygen. The resistivity of each metal oxide layer is controlled by the oxygen concentration in the sputtering gas. At this time, although the first electrode or the second electrode exposed to an oxygen atmosphere there is a risk of oxidation, Ir, Ru, IrOx, RuOx, conductivity even the electrode material oxidizes the SrRuO 3 and LaNiO 3 is Since it is not damaged, the expected conductivity as an electrode is ensured.
したがって上記抵抗変化素子の製造方法によれば、酸化物半導体の成膜時あるいは成膜後において第1及び第2の電極と酸化物半導体との界面での絶縁性の中間層の形成を阻止でき、これら界面における接触抵抗を低減することができる。これによりフォーミングと呼ばれる高電圧印加を伴う初期化プロセスが不要となる。また、フォーミングが不要となることで、素子の消費電力の低減を図ることができ、さらに特性のバラツキが抑えられることで素子の微細化が可能となる。 Therefore, according to the variable resistance element manufacturing method, the formation of an insulating intermediate layer at the interface between the first and second electrodes and the oxide semiconductor can be prevented during or after the formation of the oxide semiconductor. The contact resistance at these interfaces can be reduced. This eliminates the need for an initialization process that involves high voltage application called forming. Further, since the forming is not required, the power consumption of the element can be reduced, and further, the element can be miniaturized by suppressing the variation in characteristics.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子を示す概略断面図である。本実施形態の抵抗変化素子1は、基板2と、下部電極層3と、酸化物半導体層4と、上部電極層5とを有する。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a variable resistance element according to an embodiment of the present invention. The
酸化物半導体層4は、第1の金属酸化物層41と、第2の金属酸化物層42とを有する。第1の金属酸化物層41及び第2の金属酸化物層42は、それぞれ同種の材料で構成されているが、異種の材料で構成されてもよい。第1の金属酸化物層41及び第2の金属酸化物層42のうち、一方は、化学量論組成に近い酸化物材料(以下「化学量論組成材料」ともいう。)で構成され、他方は、酸素欠損を多数含む酸化物材料(以下「酸素欠損材料」ともいう。)で構成される。本実施形態では、第1の金属酸化物層41が化学量論組成材料で構成され、第2の金属酸化物層42が酸素欠損材料で構成される。
The
第1の金属酸化物層41は、下部電極層3上に形成され、本実施形態では酸化タンタル(TaOx)で形成される。第1の金属酸化物層41に用いられる酸化タンタルは、化学量論組成あるいはそれに近い組成を有し、例えば、1×106(1E+06)Ωcmより大きい抵抗率を有する。
The first
第1の金属酸化物層41を構成する材料は上記に限られず、例えば、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ハフニウム(HfOx)、酸化チタン(TiOx)、酸化アルミニウム(AlOx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化鉄(FeOx)、酸化ニッケル(NiOx)、酸化コバルト(CoOx)、酸化マンガン(MnOx)、酸化錫(SnOx)、酸化亜鉛(ZnOx)、酸化バナジウム(VOx)、酸化タングステン(WOx)、酸化銅(CuOx)、Pr(Ca,Mn)O3、LaAlO3、SrTiO3、La(Sr,Mn)O3等の二元系あるいは三元系以上の酸化物材料が用いられる。
The material constituting the first
第2の金属酸化物層42は、第1の金属酸化物層41の上に形成され、本実施形態では酸化タンタル(TaOx)で形成される。第2の金属酸化物層42に用いられる酸化タンタルは、第1の金属酸化物層41を形成する酸化タンタルよりも酸化度が低く、その抵抗率は、例えば1Ωcmよりも大きく、1×106Ωcm以下である。第2の金属酸化物層42を構成する材料はこれに限られず、上述したような二元系あるいは三元系以上の酸化物材料が適用可能である。
The second
第1の金属酸化物層41及び第2の金属酸化物層42は、例えば、酸素との反応性スパッタリング法によって形成することができる。本実施形態では、酸素が導入された真空チャンバにおいて金属(Ta)ターゲットをスパッタすることで、酸化タンタルからなる金属酸化物層41,42を基板2(下部電極層3)上に順次形成する。各酸化物層41,42の酸化度は、真空チャンバに導入される酸素の流量(分圧)によって制御される。
The first
抵抗変化素子1の第1の金属酸化物層41は、第2の金属酸化物層42よりも酸化度が高いため、第2の金属酸化物層42よりも高い抵抗率を有する。ここで、上部電極層5に正電圧、下部電極層3に負電圧をそれぞれ加えると、高抵抗である第1の金属酸化物層41中の酸素イオン(O2−)が低抵抗である第2の金属酸化物層42中に拡散し、第1の金属酸化物層41の抵抗が低下する(低抵抗状態)。一方、下部電極層3に正電圧、上部電極層5に負電圧をそれぞれ加えると、第2の金属酸化物層42から第1の金属酸化物層41へ酸素イオンが拡散し、再び第1の金属酸化物層41の酸化度が高まり、抵抗が高くなる(高抵抗状態)。
Since the first
上述のように、第1の金属酸化物層41は、下部電極層3と上部電極層5との間の電圧を制御することにより、低抵抗状態と高抵抗状態とを可逆的にスイッチングする。さらに、低抵抗状態および高抵抗状態は、電圧が印加されていなくても保持されるため、高抵抗状態でデータの書込み、低抵抗状態でデータの読出しというように、抵抗変化素子1は不揮発性メモリ素子として利用可能となる。
As described above, the first
従来の抵抗変化素子は、スイッチング動作電圧以上の高い電圧を酸化物半導体層に印加し絶縁破壊に類似する現象を生じさせるフォーミングと呼ばれる初期化動作を必要としていた。フォーミングによりフィラメントと呼ばれる電流パスが酸化物半導体層に生成することで、酸化物半導体層のスイッチ動作を発現させるものと考えられている。ところが、フィラメントの大きさや位置を適切に制御することができないため、動作電流を低減できず、また、面内における特性のバラツキが大きい。このため、素子の消費電力低減及び微細化が難しいという問題がある。 A conventional resistance change element requires an initialization operation called forming in which a voltage higher than the switching operation voltage is applied to the oxide semiconductor layer to cause a phenomenon similar to dielectric breakdown. It is considered that a current path called a filament is generated in the oxide semiconductor layer by forming, thereby causing the switch operation of the oxide semiconductor layer to appear. However, since the size and position of the filament cannot be appropriately controlled, the operating current cannot be reduced, and there is a large variation in characteristics in the plane. For this reason, there is a problem that it is difficult to reduce power consumption and miniaturize the element.
フォーミングに高い電圧が必要な原因は、電極層と酸化物半導体層との界面における接触抵抗が大きいため酸化物半導体層に印加される電圧が減少するためであると考えられる。また、フィラメントの制御が難しい原因は、酸化物半導体層の粒界や局所的な酸素欠損部に選択的に高電圧が印加されることで不均一にフィラメントが形成されるためであると考えられる。 The reason why a high voltage is required for forming is considered to be that the voltage applied to the oxide semiconductor layer decreases because the contact resistance at the interface between the electrode layer and the oxide semiconductor layer is large. In addition, it is considered that the filament is difficult to control because a high voltage is selectively applied to the grain boundary of the oxide semiconductor layer and the local oxygen deficient portion to form the filament nonuniformly. .
そこで本発明者らは、電極層と酸化物半導体層との界面の低抵抗化を実現することで、高電圧が必要なフォーミングを不要にできると考え、電極層を構成する材料の最適化を検討した。 Therefore, the present inventors consider that forming a resistor that requires a high voltage can be eliminated by realizing a low resistance at the interface between the electrode layer and the oxide semiconductor layer, and optimizing the material constituting the electrode layer. investigated.
本実施形態では、下部電極層3及び上部電極層5と酸化物半導体層4との界面の低抵抗化を実現するため、下部電極層3及び上部電極層5はそれぞれ、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成される。Ir及びRuは、比較的酸化しにくく、仮に酸化したとしても所期の導電性を有するため、電極としての機能が損なわれることはない。一方、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3の金属酸化物は導電性を有するため、電極としての所期の導電性を満足する。
In the present embodiment, the
下部電極層3及び上部電極層5にはそれぞれ同種の材料が用いられてもよいし、異種の材料が用いられてもよい。本実施形態では、下部電極層3及び上部電極層5はそれぞれ、Irで構成される。
The same material may be used for the
このような構成の抵抗変化素子1においては、Irで構成された下部電極層3上に第1の金属酸化物層41を形成する際、下部電極層3が酸化性ガスに曝されても、下部電極層3の導電性が維持される。これにより下部電極層3と第1の金属酸化物層41との界面に絶縁性酸化物のような中間層が介在することを阻止でき、これら界面での接触抵抗の増加を抑制することができる。上部電極層5もまた、下地層(第2の金属酸化物層42)に含まれる酸素の影響で導電性が損なわれることはない。
In the
したがって本実施形態の抵抗変化素子1によれば、下部電極層3と酸化物半導体層4との界面、及び、酸化物半導体層4と上部電極層5との界面での絶縁性の中間層の形成を阻止でき、これら界面における接触抵抗を低減することができる。これによりフォーミングと呼ばれる高電圧印加を伴う初期化プロセスが不要となる。また、フォーミングが不要となることで、素子の消費電力の低減を図ることができ、さらに特性のバラツキが抑えられることで素子の微細化が可能となる。
Therefore, according to the
次に、図1に示す抵抗変化素子1の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、基板2上に下部電極層3が形成される。基板2は、典型的にはシリコンウェーハ等の半導体基板が用いられるが、勿論これに限られない。下部電極層3は、真空蒸着法、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法などの各種成膜方法を用いて形成することができる。下部電極層3は、粒界がなく、平坦であることが好ましい。本実施形態では、下部電極層3として金属イリジウム(Ir)が用いられる。厚みは特に限定されず、例えば50nmである。
First, the
次に、下部電極層3の上に酸化物半導体層4が形成される。まず、第1の金属酸化物層41として、化学量論組成あるいはそれに近い酸素組成比のタンタル酸化物層を例えば真空蒸着法、スパッタ法、CVD法、ALD法などにより作製する。厚みは特に限定されず、例えば40nmである。本実施形態では、酸素との反応性スパッタリングによって、第1の金属酸化物層41が形成される。
Next, the
続いて、第1の金属酸化物層41の上に第2の金属酸化物層42が形成される。本実施形態では、第2の金属酸化物層42として、化学量論組成より酸素量が少ないタンタル酸化物層が成膜される。厚みは特に限定されず、例えば40nmである。成膜方法は特に限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、CVD法、ALD法などにより作製する。本実施形態では、酸素との反応性スパッタリングによって、第2の金属酸化物層42が形成される。
Subsequently, a second
次に、酸化物半導体層4の上に上部電極層5が形成される。上部電極層5は、真空蒸着法、スパッタ法、CVD法、ALD法などの各種成膜方法を用いて形成することができる。本実施形態では、上部電極層5として金属イリジウム(Ir)が用いられる。厚みは特に限定されず、例えば50nmである。
Next, the
抵抗変化素子1は、所定の素子サイズに形成される。各層のパターニングには、リソグラフィ及びドライエッチング技術が用いられてもよいし、リソグラフィ及びウェットエッチング技術が用いられてもよいし、レジストマスク等を介して各層の成膜が行われてもよい。エッチング技術を用いる場合、下部配線層と上部配線層との間の層間絶縁膜に、当該抵抗変化素子1が作り込まれてもよい。
The
上記製造方法によれば、下部電極層3と酸化物半導体層4との界面、及び、酸化物半導体層4と上部電極層5との界面における絶縁性の中間層(酸化物層)の生成を阻止でき、酸化物半導体層4と両電極層3,5との界面の低抵抗化を実現することができる。これにより、従来行われていたフォーミングと呼ばれる初期化動作が不要となり、コストの低減を図ることができる。
According to the manufacturing method, the generation of an insulating intermediate layer (oxide layer) at the interface between the
例えば図2(A)は、比較例に係る抵抗変化素子の電流−電圧特性を示す一実験結果であり、図2(B)はそのサンプル構成図である。図2(A)において横軸は電圧、縦軸は電流を示している。比較例に係る抵抗変化素子11は、基板12の上に順次積層された下部電極層13、酸化物半導体14及び上部電極層15とを有し、下部電極層13及び上部電極層15がPtで構成される。酸化物半導体14は、第1の金属酸化物層141と第2の金属酸化物層142とを有し、いずれもタンタル酸化物で構成される。この比較例では、第1の金属酸化物層141は酸素欠損材料で構成され、第2の金属酸化物層142は化学量論組成材料で構成されている。
For example, FIG. 2A shows one experimental result showing the current-voltage characteristics of the variable resistance element according to the comparative example, and FIG. 2B is a sample configuration diagram thereof. In FIG. 2A, the horizontal axis represents voltage and the vertical axis represents current. The
比較例に係る抵抗変化素子11は、図2(A)に示すように、初期状態からマイナス側に電圧が印加されると、5Vで低抵抗状態「L」となる。抵抗変化素子11は、フォーミング後、プラス側に電圧が印加されることで高抵抗状態「H」に遷移し、さらにマイナス側へ電圧が印加されることで低抵抗状態「L」に遷移する。すなわちこの抵抗変化素子11は、約5Vのフォーミング電圧が必要であり、2V程度のスイッチング電圧が必要である。電極層13,15を構成する白金(Pt)の酸化膜は絶縁膜として機能するため、酸化物半導体層4の成膜時あるいは酸化物半導体層4に含まれる酸素の影響で電極層13,15が酸化すると、酸化物半導体層4との界面に絶縁性の中間層(白金酸化膜)が形成されることになる。したがってフォーミング電圧は、この中間層の絶縁破壊に必要な電圧と考えられる。
As shown in FIG. 2A, the
さらに比較例に係る抵抗変化素子においては、低抵抗状態では、1.E-03(1×10−3)[A]台の電流が流れる。例えば20nmノードで用いられるトランジスタは、1.E-04(1×10−4)[A]台以下の電流で動作するため、比較例に係る抵抗変化素子11では、20nmノードの微細デバイスには対応できないことになる。
Furthermore, in the variable resistance element according to the comparative example, a current of 1.E-03 (1 × 10 −3 ) [A] flows in the low resistance state. For example, a transistor used in a 20 nm node operates at a current of 1.E-04 (1 × 10 −4 ) [A] or less, and therefore, in the
一方、図3に本実施形態の抵抗変化素子1の電流−電圧特性の一例を示す。図3において横軸は電圧、縦軸は電流を示している。本実施形態の抵抗変化素子1においては、電極層3,5が酸化したとしても十分な導電性能を有するため、酸化物半導体層4との界面に絶縁性の中間層が形成されることはない。したがって本実施形態によればフォーミングが不要となるとともに、スイッチング電圧も1〜2V程度と低くすることができる。また、低抵抗状態での電流値が1.E-04[A]台であることから、例えば20nmノードの微細デバイスにも十分に対応することが可能となる。また、動作電流のフィラメント依存性を低減できるため、素子の駆動電流を素子サイズによりコントロールすることが可能となる。
On the other hand, FIG. 3 shows an example of current-voltage characteristics of the
さらに本実施形態によれば、酸化物半導体層4に不均一に発生するフィラメントの生成を抑制できるため、素子を微細化しても均一な電気的特性を有する抵抗変化素子を安定に製造することが可能となる。
Furthermore, according to the present embodiment, since the generation of non-uniform filaments in the
例えば図4に、読み出し電流密度の電極面積依存性の一例を示す。図において横軸は上部電極の面積を示し、縦軸は、0.5V印加字の電流密度を示している。また図中、「a」は図2(B)に示した比較例に係る抵抗変化素子の電流密度特性を示し、「b」は本実施形態に係る抵抗変化素子の電流密度特性を示している。図4に示すように、本実施形態に係る抵抗変化素子は、電極面積によらず読出し電流密度がほぼ一定である。これは、素子中にフィラメントが形成されていないことを示している。これに対し、比較例に係る抵抗変化素子は、電極面積に反比例して読出し電流密度が減少する。図4の結果より、本実施形態によれば素子の駆動電流を素子サイズで制御できることがわかる。 For example, FIG. 4 shows an example of the electrode area dependency of the read current density. In the figure, the horizontal axis represents the area of the upper electrode, and the vertical axis represents the current density of 0.5 V applied character. In the figure, “a” indicates the current density characteristic of the variable resistance element according to the comparative example shown in FIG. 2B, and “b” indicates the current density characteristic of the variable resistance element according to the present embodiment. . As shown in FIG. 4, the variable resistance element according to this embodiment has a substantially constant read current density regardless of the electrode area. This indicates that no filament is formed in the element. On the other hand, in the variable resistance element according to the comparative example, the read current density decreases in inverse proportion to the electrode area. From the result of FIG. 4, it can be seen that according to the present embodiment, the drive current of the element can be controlled by the element size.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば以上の実施形態では、下部電極層3及び上部電極層5の構成材料にIrを用いたが、これ以外にも、Ruを用いてもよい。金属Ruは、Irと同様に、酸化しにくく、また仮に酸化したとしてもその酸化物は導電性を有するため、電極層としての機能を損なわない。また、上記各金属に限られず、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3等の導電性酸化物も上記電極層として採用されてもよい。
For example, in the above embodiment, Ir is used as the constituent material of the
また以上の実施形態では、酸化物半導体層4を構成する第1及び第2の金属酸化物層41,42に関して、第1の金属酸化物層41は第2の金属酸化物層42よりも高抵抗の金属酸化物層で構成されたが、これに代えて、第2の金属酸化物層42が第1の金属酸化物層41よりも高抵抗の金属酸化物層で構成されてもよい。
In the above embodiment, the first
1…抵抗変化素子
2…基板
3…下部電極層
4…酸化物半導体層
5…上部電極層
41…第1の金属酸化物層
42…第2の金属酸化物層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に形成され、第1の抵抗率を有する第1の金属酸化物層と、前記第1の金属酸化物層と前記第2の電極との間に形成され、前記第1の抵抗率とは異なる第2の抵抗率を有する第2の金属酸化物層とを有する酸化物半導体と
を具備する抵抗変化素子。 A first electrode composed of any one of Ir, Ru, IrOx, RuOx, SrRuO 3 and LaNiO 3 ;
Ir, Ru, IrOx, RuOx, and a second electrode made of one of SrRuO 3 and LaNiO 3,
A first metal oxide layer formed between the first electrode and the second electrode and having a first resistivity; the first metal oxide layer; and the second electrode. A variable resistance element comprising: an oxide semiconductor formed between and an oxide semiconductor having a second metal oxide layer having a second resistivity different from the first resistivity.
前記第1の抵抗率は、前記第2の抵抗率よりも低い
抵抗変化素子。 The resistance change element according to claim 1,
The first resistivity is lower than the second resistivity. Variable resistance element.
前記第1の電極の上に、第1の抵抗率を有する第1の金属酸化物層を形成し、
前記第1の金属酸化物層の上に、前記第1の抵抗率とは異なる第2の抵抗率を有する第2の金属酸化物層を形成し、
前記第2の金属酸化物層の上に、Ir、Ru、IrOx、RuOx、SrRuO3及びLaNiO3のいずれかで構成された第2の電極を形成する
抵抗変化素子の製造方法。 On a substrate, Ir, Ru, IrOx, RuOx, a first electrode composed of any one of SrRuO 3 and LaNiO 3 is formed,
Forming a first metal oxide layer having a first resistivity on the first electrode;
Forming a second metal oxide layer having a second resistivity different from the first resistivity on the first metal oxide layer;
Wherein on the second metal oxide layer, Ir, Ru, IrOx, RuOx , a manufacturing method of the variable resistance element to form a second electrode made of one of SrRuO 3 and LaNiO 3.
前記第1の金属酸化物層及び前記第2の金属酸化物層は、酸化性ガスとの反応性スパッタリングによって形成される
抵抗変化素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the resistance change element according to claim 3,
The first metal oxide layer and the second metal oxide layer are formed by reactive sputtering with an oxidizing gas. A method of manufacturing a resistance change element.
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