(57)【要約】【課題】一旦、記憶状態を設定した後、一度だけ当該記憶状態を変更することが可能な記憶装置を提供する。【解決手段】一対の電極間の導通状態に応じて記憶状態が規定される記憶装置１は、一対の電極のうちの一方である第１電極１０と、互いに厚さが異なる少なくとも第１絶縁領域及び第２絶縁領域を有する状態で第１電極１０に積層され、第１電極１０と対向する側の面２４とは反対側の面２５が平坦面からなる絶縁層２０と、絶縁層２０に積層され、一対の電極のうちの他方である第２電極３０と、を備える。【選択図】図１
2020205307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間の導通状態に応じて記憶状態が規定される記憶装置であって、
前記一対の電極のうちの一方である第１電極と、
互いに厚さが異なる少なくとも第１絶縁領域及び第２絶縁領域を有する状態で前記第１電極に積層され、前記第１電極と対向する側の面とは反対側の面が平坦面からなる絶縁層と、
前記絶縁層に積層され、前記一対の電極のうちの他方である第２電極と、
を備える記憶装置。
【請求項２】
前記第２電極は、前記絶縁層と対向する面とは反対側の面が平坦面である請求項１に記載の記憶装置。
【請求項３】
前記第２絶縁領域は、前記第１絶縁領域よりも厚さが薄く、周囲が前記第１絶縁領域で囲まれており、
前記第１電極は、前記第２電極側に向かって突出する突出部を有し、
前記第２絶縁領域は前記突出部に積層されている請求項１又は２に記載の記憶装置。
【請求項４】
前記第２絶縁領域の少なくとも一部を絶縁破壊して形成され、前記第１電極と前記第２電極との間を導通させる非絶縁領域を更に備える請求項３に記載の記憶装置。
【請求項５】
前記第２電極は、前記絶縁層で周囲が囲まれた状態の前記非絶縁領域を露出させる孔部を備える請求項４に記載の記憶装置。
【請求項６】
前記孔部を介して露出する前記非絶縁領域における露出面に、前記第２電極の一部が残存している請求項５に記載の記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極間の導通状態に応じて記憶状態が規定される記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体を使用した記憶装置が利用されてきた。この種の記憶装置に、例えば一対の電極間に電流が流れるか否かによって記憶状態を規定するものがある（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には非熔断固定記憶装置（以下「記憶装置」）が記載されている。特許文献１の図１及び図２に示される記憶装置は、半導体基板上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜上に第１の電極を形成している。更に、この第１の電極の表面及び側面の一方、あるいは表面と側面の一部に薄い絶縁膜を形成し、当該薄い絶縁膜を介して第２の電極を形成している。また、特許文献１の図３に示される記憶装置は、半導体基板上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜上に形成された窓から第１の電極となる拡散層を形成している。更に、第１の電極の表面に薄い絶縁膜を形成し、当該薄い絶縁膜の表面に第２の電極を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−４６７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術は、薄い絶縁膜を絶縁破壊して第１電極と第２電極との間で電流が流れる状態にしており、一回の記憶しか想定されていない。このため、特許文献１に記載の技術は、一旦、第１電極と第２電極との間で電流が流れる状態にした後、導通状態を変更する（第１電極と第２電極との間で電流が流れない状態にする）ことができない。
【０００６】
そこで、一旦、記憶状態を設定した後、当該記憶状態を変更し易い構造からなる記憶装置が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る記憶装置の特徴構成は、一対の電極間の導通状態に応じて記憶状態が規定される記憶装置であって、前記一対の電極のうちの一方である第１電極と、互いに厚さが異なる少なくとも第１絶縁領域及び第２絶縁領域を有する状態で前記第１電極に積層され、前記第１電極と対向する側の面とは反対側の面が平坦面からなる絶縁層と、前記絶縁層に積層され、前記一対の電極のうちの他方である第２電極と、を備えている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、第１電極と第２電極との間に、互いに厚さが異なる第１絶縁領域及び第２絶縁領域を少なくとも有する絶縁層が設けられるので、第１電極と第２電極との間の絶縁状態を導通状態に変更する際に、第１絶縁領域及び第２絶縁領域のうちの厚さが薄い方の領域の絶縁性を変更することで対応し易くできる。したがって、一旦、記憶状態を設定した後、当該記憶状態を変更し易い構造とすることができる。
【０００９】
また、前記第２電極は、前記絶縁層と対向する面とは反対側の面が平坦面であると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、記憶装置の表面を平坦にできるので、その後の工程（例えばボンディング工程等）を容易に行うことができる。
【００１１】
また、前記第２絶縁領域は、前記第１絶縁領域よりも厚さが薄く、周囲が前記第１絶縁領域で囲まれており、前記第１電極は、前記第２電極側に向かって突出する突出部を有し、前記第２絶縁領域は前記突出部に積層されていると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、第１絶縁領域よりも厚さが薄い第２絶縁領域を形成し易くできる。また、第２絶縁領域の厚さを、突出部の高さに応じて設定できるので、記憶状態の再変更に係る制御を容易に行うことが可能となる。
【００１３】
また、前記第２絶縁領域の少なくとも一部を絶縁破壊して形成され、前記第１電極と前記第２電極との間を導通させる非絶縁領域を更に備えると好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、非絶縁領域により第１電極と第２電極とを導通状態にできる。したがって、記憶装置の記憶状態を、例えば絶縁状態で規定される”０”から、導通状態で規定される”１”に変更することが可能となる。
【００１５】
また、前記第２電極は、前記絶縁層で周囲が囲まれた状態の前記非絶縁領域を露出させる孔部を備えると好適である。
【００１６】
このような構成とすれば、第２電極と非絶縁領域とを絶縁状態にできるので、第１電極と第２電極とを絶縁状態にすることが可能となる。したがって、非絶縁領域による第１電極と第２電極との導通状態を変更できるので、一旦設定した記憶状態を再度、変更することが可能となる。
【００１７】
また、前記孔部を介して露出する前記非絶縁領域における露出面に、前記第２電極の一部が残存していても良い。
【００１８】
このような構成であっても、第１電極と第２電極とを絶縁状態にできる。したがって、一旦設定した記憶状態を再度、変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】記憶装置の側方断面図である。
【図２】記憶装置の側方断面図である。
【図３】図２のIII−III線における断面図である。
【図４】記憶装置の側方断面図である。
【図５】記憶装置の側方断面図である。
【図６】図５に示される記憶装置の上面視である。
【図７】記憶装置の作製プロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る記憶装置は、一対の電極間に亘って通電した場合に、当該一対の電極間の導通状態に応じて記憶状態が規定できるように構成される。以下、本実施形態の記憶装置１について説明する。
【００２１】
図１は、記憶装置１の側方断面図である。図１に示されるように、記憶装置１は第１電極１０、絶縁層２０、第２電極３０を備えている。第１電極１０は、上記一対の電極の一方に相当する。本実施形態では、第１電極１０は半導体（例えば、シリコン（単結晶シリコン））を用いて構成される。ここで、理解を容易にするために、図１における横方向をＸ方向とし、当該Ｘ方向と直交し、図１における紙面手前側から奥側に向かう方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。
【００２２】
第１電極１０は、ＸＹ平面に広がりを有するように構成される。また、第１電極１０は、第２電極３０側に向かって突出する突出部１１を有する。第２電極側に向かって突出するとは、上述したＺ方向に沿って突出することをいう。本実施形態では突出部１１は、Ｘ方向視及びＹ方向視が台形となるように構成される。
【００２３】
絶縁層２０は、互いに厚さが異なる少なくとも第１絶縁領域２１及び第２絶縁領域２２を有する状態で第１電極１０に積層される。本実施形態では、絶縁層２０は二酸化ケイ素を用いて構成される。図２には第１絶縁領域２１及び第２絶縁領域２２の説明図が示され、図３には、図２のIII−III線の断面図が示される。図２に示されるように、第１絶縁領域２１はＺ方向視において絶縁層２０における突出部１１と重複しない領域にあたり、第２絶縁領域２２はＺ方向視において絶縁層２０における突出部１１の頂部１２と重複する領域にあたる。頂部１２とは、側面視が台形で構成される突出部１１における、上底と下底とのうち長さが短い側にあたる。したがって、第２絶縁領域２２は突出部１１に積層された状態で構成される。
【００２４】
図１に戻り、絶縁層２０は、第１電極１０と対向する側の面２４とは反対側の面２５が平坦面で構成される。第１電極１０と対向する側の面２４とは、絶縁層２０と第１電極１０との界面における絶縁層２０側の面である。反対側の面２５とは、厚さ方向（Ｚ方向）に沿って対向する面であって、絶縁層２０と第２電極３０との界面における絶縁層２０側の面にあたる。面２５は、ＸＹ平面に沿って平坦に構成される。
【００２５】
したがって、第２絶縁領域２２は、第１絶縁領域２１よりも厚さが薄く構成され、図３に示されるように、第２絶縁領域２２の周囲は第１絶縁領域２１で囲まれる。本実施形態では、図２における突出部１１におけるＺ方向に対して傾斜する斜面部分のＺ方向上方、すなわち、Ｙ方向視（Ｘ方向視）における第１絶縁領域２１と第２絶縁領域２２との間は、厚さが次第に変化する中間絶縁領域２３が形成される。
【００２６】
第２電極３０は、絶縁層２０に積層され、上述した一対の電極のうちの他方に相当する。上述したように、絶縁層２０の面２５は平坦に構成される。この面２５上に、第２電極３０が設けられる。第２電極３０は、例えばポリシリコン（多結晶シリコン）を用いて構成することが可能である。
【００２７】
本実施形態では、第２電極３０は、絶縁層２０と対向する面３１とは反対側の面３２が平坦面で構成される。絶縁層２０と対向する側の面３１とは、絶縁層２０の面２４と対向する面であって、第２電極３０と絶縁層２０との界面における第２電極３０側の面である。反対側の面３２とは、厚さ方向（Ｚ方向）に沿った反対側の面にあたる。面３２は、ＸＹ平面に沿って平坦に構成される。
【００２８】
この状態の記憶装置１は、第１電極１０と第２電極３０との間に通電した場合（例えば数ボルト程度を印加）、絶縁層２０により第１電極１０と第２電極３０とが絶縁状態とされ、電流が流れないため、記憶装置１の記憶状態としては”０”が記憶された状態となる。
【００２９】
このような記憶装置１の記憶状態を”１”が記憶された状態にするには、第１電極１０と第２電極３０とを接続状態にする必要がある。第１電極１０と第２電極３０とを接続状態にするには、第１電極１０と第２電極３０との間に、絶縁層２０における第２絶縁領域２２を絶縁破壊する電圧を印加する。この時、電圧を印加しても、絶縁層２０が発熱しないような短い時間であって、数百マイクロアンペア程度の電流が流れるようにすると良い。これにより、第２絶縁領域２２の少なくとも一部が絶縁破壊され、第１電極１０と第２電極３０との間を導通させる非絶縁領域２６を形成することが可能となる。
【００３０】
この状態の記憶装置１の側方断面が図４に示される。第１電極１０と第２電極３０との間に通電した場合（例えば数ボルト程度を印加）、非絶縁領域２６により第１電極１０と第２電極３０とが接続され、第１電極１０と第２電極３０との間において電流が流れるため、記憶装置１の記憶状態としては”１”が記憶された状態となる。
【００３１】
図４に示される記憶装置１の記憶状態を、再度”０”が記憶された状態にするには、第１電極１０と第２電極３０とを再度絶縁状態にする必要がある。第１電極１０と第２電極３０とを絶縁状態にするには、第１電極１０と第２電極３０との間に第２電極３０における非絶縁領域２６に積層されている部分を溶融させる電圧を印加する。この時、第２電極３０における非絶縁領域２６に積層されている部分が発熱するような時間であって、非絶縁領域２６を形成する際に印加した電圧よりも高い電圧を印加し、非絶縁領域２６を形成する際に流れた電流よりも大きな電流が流れるようにすると良い。これにより、第２電極３０における非絶縁領域２６に積層されている部分を溶融させることが可能となる。
【００３２】
非絶縁領域２６に積層されている部分が溶融した第２電極３０には、図５に示されるように絶縁層２０で周囲が囲まれた状態の非絶縁領域２６を露出させる孔部３３が形成される。図６には、図５の状態の記憶装置１の上面視が示される。図６に示されるように、孔部３３の内径は、孔部３３から絶縁層２０側をのぞいた場合に、非絶縁領域２６の周囲に中間絶縁領域２３が確認できる程度にすると良い。また、中間絶縁領域２３の周囲に第１絶縁領域２１が確認できるように孔部３３の内径を設定しても良い。これにより、非絶縁領域２６と第２電極３０との間に絶縁層２０が介在する（中間絶縁領域２３が介在する、又は、中間絶縁領域２３と第１絶縁領域２１とが介在する）ことになるので、第１電極１０と第２電極３０とが絶縁状態となり、第１電極１０と第２電極３０との間において電流が流れないため、記憶装置１の記憶状態としては”０”が記憶された状態となる。
【００３３】
この時、孔部３３を介して露出する非絶縁領域２６における露出面に、第２電極３０の一部が残存していても良い。係る場合であっても、上述したように、非絶縁領域２６と第２電極３０との間に絶縁層２０が介在することになるので、第１電極１０と第２電極３０とを絶縁状態とすることが可能である。
【００３４】
次に、記憶装置１の作製プロセスについて説明する。ここで、上述したように、記憶装置１の状態としては、”０”が記憶された状態（図１の状態）、”１”が記憶された状態（図４の状態）、”０”が再記憶された状態（図５の状態）がある。図４の状態は、図１の状態の記憶装置１に対して通電することで作製され、図５の状態は、図４の状態の記憶装置１に対して通電することで作製される。これらの作製については上述しているので、以下では、図１の状態の記憶装置１の作製プロセスについて説明する。
【００３５】
図７は、図１の状態の記憶装置１の作製プロセスを示す図である。記憶装置１は、公知の半導体プロセスを用いて作製可能である。まず、第１電極１０として用いられるシリコン基板（シリコンウエハ）５０の表面洗浄が行われ（ステップ＃１）、表面の不純物が取り除かれる。
【００３６】
次に、ステップ＃１で洗浄されたシリコン基板５０を酸化し、シリコン基板５０上にシリコン酸化膜５１を形成する（ステップ＃２）。この時、形成されたシリコン酸化膜５１は、後工程においてマスク５２として用い、その後、除去される。このため、短時間で形成し、且つ、絶縁特性にこだわらないことからウェット酸化（水蒸気酸化）で形成することが可能である。
【００３７】
次に、フォトレジスト加工によって、突出部１１に応じたマスク５２を形成する（ステップ＃３）。すなわち、シリコン酸化膜５１における突出部１１の形成領域以外の部分を除去する。
【００３８】
次に、突出部１１を形成すべく、シリコン基板５０の所定の部分をエッチングする（ステップ＃４）。この時、突出部１１を所期の形状で形成すべく、ドライエッチングにより行うと好適である。
【００３９】
次に、マスク５２を除去する（ステップ＃５）。その後、突出部１１の頂部１２が覆われる程度まで、絶縁層２０となるシリコン酸化膜５３を形成する（ステップ＃６）。シリコン酸化膜５３は、例えば二酸化ケイ素−ＣＶＤ（chemical vapor deposition）により形成すると良い。
【００４０】
次に、突出部１１の頂部１２、及び突出部１１の側面（傾斜部）の一部が露出するまで、シリコン酸化膜５３をエッチングする（ステップ＃７）。このエッチングは、精度良く行う必要があることから、エッチングレートが遅いエッチャントを用いると良い。
【００４１】
次に、絶縁層２０となるシリコン酸化膜５４を形成する（ステップ＃８）。シリコン酸化膜５４の形成も、例えば二酸化ケイ素−ＣＶＤ（chemical vapor deposition）を用いて行うことが可能である。
【００４２】
最後に、シリコン酸化膜５４上に、第２電極３０となるポリシリコン膜５５を形成する。ポリシリコン膜５５は、ポリシリコン−ＣＶＤを用いて形成することが可能である。もちろん、蒸着やスパッタリング等を用いて形成することも可能である。このようにして図１の状態の記憶装置１を作製することが可能である。なお、上述した作製プロセスは、一例であって、他のプロセスを用いて作製しても良い。
【００４３】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、第１電極１０が単結晶シリコンであって、第２電極３０がポリシリコンであるとして説明したが、第１電極１０及び第２電極３０は他の半導体を用いて構成することも可能であるし、金属を用いて構成することも可能である。
【００４４】
上記実施形態では、絶縁層２０が二酸化ケイ素を用いて構成されるとして説明したが、絶縁層２０は二酸化ケイ素以外の絶縁物を用いて構成することも可能である。
【００４５】
上記実施形態では、第２電極３０は、絶縁層２０と対向する面３１とは反対側の面３２が平坦面であるとして説明したが、面３２は凹凸が設けられていても良い。
【００４６】
上記実施形態では、第１電極１０は、第２電極３０側に向かって突出する突出部１１を有するとして説明したが、突出部１１は、第２電極３０から第１電極１０側に向かって突出するように構成しても良い。
【００４７】
上記実施形態では、非絶縁領域２６が、第２絶縁領域２２の少なくとも一部を絶縁破壊して形成され、第１電極１０と第２電極３０との間を導通させるとして説明したが、非絶縁領域２６は、第２絶縁領域２２全体を絶縁破壊して形成しても良い。
【００４８】
上記実施形態では、第２電極３０は、絶縁層２０で周囲が囲まれた状態の非絶縁領域２６を露出させる孔部３３を備えるとして説明したが、第２電極３０は、孔部３３に代えて、非絶縁領域２６の積層方向上方及び周囲の絶縁層２０を露出する開口部分を備えるように構成しても良い。
【００４９】
上記実施形態では、孔部３３を介して露出する非絶縁領域２６における露出面に、第２電極３０の一部が残存しているとして説明したが、孔部３３を介して露出する非絶縁領域２６における露出面に、第２電極３０の一部が残存していなくても良い。
【００５０】
本発明は、一対の電極間の導通状態に応じて記憶状態が規定される記憶装置に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１：記憶装置
１０：第１電極
１１：突出部
２０：絶縁層
２１：第１絶縁領域
２２：第２絶縁領域
２４：面
２５：面
２６：非絶縁領域
３０：第２電極
３１：面
３２：面  
３３：孔部
【図１】
2020205307.tif 000003
【図２】
2020205307.tif 000004
【図３】
2020205307.tif 000005
【図４】
2020205307.tif 000006
【図５】
2020205307.tif 000007
【図６】
2020205307.tif 000008
【図７】
2020205307.tif 000009