(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な特性の不揮発性記憶装置を提供する。【解決手段】不揮発性記憶装置１１０は第１導電部１０と第２導電部２０と記憶層１５とを備える。第１導電部１０は、第１仕事関数を有する。第２導電部２０は、第１仕事関数よりも小さい第２仕事関数を有する。記憶層１５は、第１導電部１０と第２導電部２０との間に設けられ、電圧及び電流の少なくともいずれかにより、第１状態と第１状態よりも抵抗が高い第２状態との間で可逆的に遷移する。記憶層１５は、芳香族ジアミン分子と芳香族テトラカルボン酸二無水物分子とを含む原料で作製される。芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルは、第１仕事関数よりも大きく、その差が０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下である。芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力は、第２仕事関数よりも小さく、その差が０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下である。【選択図】図１
2014027183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１仕事関数を有する第１導電部と、
前記第１仕事関数よりも小さい第２仕事関数を有する第２導電部と、
前記第１導電部と前記第２導電部との間に設けられ、前記第１導電部と前記第２導電部とを介して印加される電圧及び供給される電流の少なくともいずれかにより、第１状態と前記第１状態よりも抵抗が高い第２状態との間で可逆的に遷移可能な記憶層と、
を備え、
前記記憶層は、芳香族ジアミン分子と芳香族テトラカルボン酸二無水物分子とを含む原料で作製され、
前記芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルは、前記第１仕事関数よりも大きく、
前記イオン化ポテンシャルと前記第１仕事関数との差の絶対値は、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下であり、
前記芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力は、前記第２仕事関数よりも小さく、
前記電子親和力と前記第２仕事関数との差の絶対値は、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下である
不揮発性記憶装置。
【請求項２】
前記芳香族ジアミン分子は、化１及び化２の少なくともいずれかであり、
前記芳香族テトラカルボン酸二無水物分子は、化３及び化４の少なくともいずれかである請求項１記載の不揮発性記憶装置。
【化１】
2014027183.tif 000013
【化２】
2014027183.tif 000014
【化３】
2014027183.tif 000015
【化４】
2014027183.tif 000016
（ただし、化１、化２、化３及び化４において、
Ｘは、Ｏ、ＣＨ２、Ｃ（ＣＦ３）２、ＣＨ−Ｃ６Ｈ５及びＳのいずれかであり、
Ｙは、Ｈ、Ｆ及びＣＦ３の少なくともいずれかであり、
Ｙは、同じでも異なっていてもよい。）
【請求項３】
前記イオン化ポテンシャルと前記第１仕事関数との差の絶対値と、前記電子親和力と前記第２仕事関数との差の絶対値と、の差の絶対値は、０．５ｅＶ以下である請求項１または２に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項４】
前記第１導電部と前記記憶層との間及び前記第２導電部と前記記憶層との間の少なくともいずれかに設けられた有機カップリング層をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の不揮発性記憶装置。
【請求項５】
前記第１導電部と前記記憶層との間及び前記第２導電部と前記記憶層との間の少なくともいずれかに設けられた酸化膜をさらに備えた請求項１〜４のいずれか１つに記載の不揮発性記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、不揮発性記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で大容量の不揮発性記憶装置の需要が急速に拡大している。既存のシリコン不揮発性記憶装置の物理的な限界を超える超高速、高容量、低消費電力、低価格特性の次世代の不揮発性記憶装置の開発が行われている。この中で、例えば、低抵抗状態と高抵抗状態とを有する抵抗変化材料を用いた不揮発性記憶装置が提案されている。抵抗変化型の不揮発性記憶装置において、スイッチングの電圧、繰り返し耐性、保持時間などのメモリー特性の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−６７４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、良好な特性の不揮発性記憶装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、第１導電部と、第２導電部と、記憶層と、を備えた不揮発性記憶装置が提供される。前記第１導電部は、第１仕事関数を有する。前記第２導電部は、前記第１仕事関数よりも小さい第２仕事関数を有する。前記記憶層は、前記第１導電部と前記第２導電部との間に設けられ、前記第１導電部と前記第２導電部とを介して印加される電圧及び供給される電流の少なくともいずれかにより、第１状態と前記第１状態よりも抵抗が高い第２状態との間で可逆的に遷移する。前記記憶層は、芳香族ジアミン分子と芳香族テトラカルボン酸二無水物分子とを含む原料で作製される。前記芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルは、前記第１仕事関数よりも大きい。前記イオン化ポテンシャルと前記第１仕事関数との差の絶対値は、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下である。前記芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力は、前記第２仕事関数よりも小さい。前記電子親和力と前記第２仕事関数との差の絶対値は、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置を示す模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の特性を示すバンド図である。
【図３】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の一部の材料を示す化学式である。
【図４】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の一部の材料を示す化学式である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置を示す模式的断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置を示す模式的斜視図である。
【図７】第２の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置を示す模式的斜視図である。
【図８】第２の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置を示す模式図である。
【図９】第２の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置の一部を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図１に表したように、本実施形態に係る不揮発性記憶装置１１０は、第１導電部１０と、第２導電部２０と、記憶層１５と、を含む。記憶層１５は、第１導電部１０と第２導電部２０との間に設けられる。
【０００９】
記憶層１５には、例えば、第１導電部１０と第２導電部２０とを介して印加される電圧が印加される。記憶層１５には、例えば、第１導電部１０と第２導電部２０とを介して電流が供給される。記憶層１５は、その電圧及びその電流の少なくともいずれかにより、抵抗が低い第１状態（低抵抗状態）と、第１状態よりも抵抗が高い第２状態（高抵抗状態）との間を可逆的に遷移可能である。
【００１０】
記憶層１５は、芳香族ジアミン分子と芳香族テトラカルボン酸二無水物分子とを少なくとも含む原料で作製される。この例において、記憶層１５は、ポリイミド膜ＰＦである。記憶層１５の厚さは、例えば、５ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。
【００１１】
不揮発性記憶装置１１０は、記憶層１５の状態の遷移により、情報の記憶を行う。例えば、高抵抗状態をデジタル信号の「０」とし、低抵抗状態をデジタル信号の「１」とする。これにより、デジタル信号の１ビットの情報を記憶することができる。
【００１２】
図２は、第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の特性を例示するバンド図である。  
図２は、第１導電部１０から第２導電部２０に向かう厚み方向の位置と、真空準位ＶＬを基準とするエネルギ準位と、の関係性を表している。また、図２は、第１導電部１０と第２導電部２０との間に電圧を印加していない状態（第１導電部１０と第２導電部２０との間の電位差が小さい状態）を表している。
【００１３】
図２に表したように、第１導電部１０の第１仕事関数ＷＦ１は、第２導電部２０の第２仕事関数ＷＦ２よりも大きい。第１仕事関数ＷＦ１は、例えば、３．５ｅＶ以上７．０ｅＶ以下である。第２仕事関数ＷＦ２は、例えば、３．５ｅＶ以上７．０ｅＶ以下である。
【００１４】
第１導電部１０と第２導電部２０との間に電圧を印加していない状態において、記憶層１５のイオン化ポテンシャルＩｐは、第１仕事関数ＷＦ１よりも大きい。イオン化ポテンシャルＩｐは、例えば、記憶層１５のＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital：最高被占軌道）準位である。イオン化ポテンシャルＩｐと第１仕事関数ＷＦ１との差ｄＰの絶対値は、例えば、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下である。記憶層１５の電子親和力Ｅａは、第２仕事関数ＷＦ２よりも小さい。電子親和力Ｅａは、例えば、記憶層１５のＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital：最低空軌道）準位である。電子親和力Ｅａと第２仕事関数ＷＦ２との差ｄＥの絶対値は、例えば、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下である。イオン化ポテンシャルＩｐは、例えば、５．５ｅＶ以上９．０ｅＶ以下である。電子親和力Ｅａは、例えば、１．５ｅＶ以上５．０ｅＶ以下である。差ｄＰの絶対値と差ｄＥの絶対値との差の絶対値は、例えば、０．５ｅＶ以下である。
【００１５】
記憶層１５のイオン化ポテンシャルＩｐは、原料である芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルの影響を受ける。芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルと第１仕事関数ＷＦ１との差の絶対値は、例えば、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下である。これにより、上記の差ｄＰが設定される。芳香報ジアミン分子のイオン化ポテンシャルと第１仕事関数ＷＦ１との差の絶対値（差ｄＰの絶対値）を０．５ｅＶよりも小さくすると、記憶層１５に対する正孔の注入が容易となる。しかしながら、記憶層１５からの正孔の排出も容易となるため、記録保持時間が短くなる。芳香報ジアミン分子のイオン化ポテンシャルと第１仕事関数ＷＦ１との差の絶対値（差ｄＰの絶対値）を２．０ｅＶよりも大きくすると、不揮発性記憶装置１１０の駆動電圧が大きくなる。
【００１６】
記憶層１５の電子親和力Ｅａは、原料である芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力の影響を受ける。芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力と第２仕事関数ＷＦ２との差の絶対値は、例えば、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下である。これにより、上記の差ｄＥが設定される。芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力と第２仕事関数ＷＦ２との差の絶対値を０．５ｅＶよりも小さくすると、記憶層１５に対する電子の注入が容易となる。しかしながら、記憶層１５からの電子の排出も容易となるため、記録保持時間が短くなる。芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力と第２仕事関数ＷＦ２との差の絶対値を２．０ｅＶよりも大きくすると、不揮発性記憶装置１１０の駆動電圧が大きくなる。
【００１７】
芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルと第１仕事関数ＷＦ１との差の絶対値と、芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力と第２仕事関数ＷＦ２との差の絶対値と、の差の絶対値は、例えば、０．５ｅＶ以下である。
【００１８】
記憶層１５において、芳香族ジアミン分子から生成された部分は、ドナー成分を含む。このため、記憶層１５に注入された正孔は、芳香族ジアミン分子から生成された部分にトラップされると考えられる。記憶層１５において、芳香族テトラカルボン酸二無水物分子から生成された部分は、アクセプター成分を含む。このため、記憶層１５に注入された電子は、芳香族テトラカルボン酸二無水物分子から生成された部分にトラップされると考えられる。
【００１９】
ドナー性の分子とアクセプター性の分子とを含む電荷移動錯体においては、ドナー性の分子とアクセプター性の分子とのそれぞれが、カラム状構造をとり、電荷移動が部分的に起こる場合に、低抵抗になる。こうした現象は、例えば、ＴＴＦ・ＴＣＮＱ錯体などで知られている。一方、交互錯体では、低抵抗にならない。
【００２０】
ポリイミド膜ＰＦの場合においては、ドナー性である芳香族ジアミン分子から生成された部分とアクセプター性である芳香族テトラカルボン酸二無水物分子から生成された部分とが、完全なカラム状や完全な交互錯体状にはならず、部分的にカラム状になると考えられる。
【００２１】
ポリイミド膜ＰＦの厚さが極めて薄い場合（例えば８０ｎｍ以下である場合）、ポリイミド膜ＰＦに注入された電子の量と正孔の量とが、ある閾値を超えると、上記の部分電荷移動状態になり低抵抗状態になる（ＳＥＴ）と考えられる。なお、ＳＥＴ動作には、小さな逆バイアスの電圧を印加して電荷に摂動を生じさせることが必要な場合もある。低抵抗状態では印加電圧の方向によらずオーミック的な電流−電圧特性を示す場合が多い。なお、最初の電圧印加では不純物などの不可逆的なトラップサイトを電荷が埋めてからＳＥＴされる（フォーミング）場合が多い。逆バイアスの電圧を印加すると、ある閾値で注入された電荷が排出され、ポリイミド膜ＰＦが高抵抗状態に戻る（ＲＥＳＥＴ）。
【００２２】
抵抗変化型の不揮発性記憶装置において、メモリー物質としては、様々なものが提案されている。その中で、有機物質を挟んだ有機メモリーは、加工が簡単で、電流値が小さくて、高密度化した時の消費電力を小さくできる。しかしなら、有機物質は、一般に耐熱性に劣るものが多く、メモリー駆動に必要な他のシリコンデバイス作製とマッチしないことが多い。そのため、有機メモリーとしては、２種類の電極で挟んだ構造を有する不揮発性のバイポーラ型のＲｅＲＡＭに、耐熱性の高いポリイミド薄膜を使用することが提案されている。しかしながら、ポリイミド薄膜を用いたＲｅＲＡＭは、その機構が明確ではないため、スイッチングの電圧や、繰り返し耐性、保持時間などの設計を十分にすることができず、そのためメモリー特性が不十分であった。なお、スイッチングの電圧とは、例えば、低抵抗状態と高抵抗状態との間で遷移させるのに必要な電圧値である。繰り返し耐性とは、例えば、低抵抗状態と高抵抗状態との間の遷移が行われる回数である。保持時間とは、例えば、低抵抗状態を維持できる時間である。
【００２３】
本願発明者らは、耐熱性の高い芳香族ポリイミド原料の電子的性質と電極の仕事関数と、メモリー特性の関係を見出し、本実施形態に係る不揮発性記憶装置１１０に到達した。不揮発性記憶装置１１０では、芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルと第１仕事関数ＷＦ１との差の絶対値を、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下とし、芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力と第２仕事関数ＷＦ２との差の絶対値を、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下とする。これにより、不揮発性記憶装置１１０では、耐熱性が高く、低電圧で、低消費電力、繰り返し耐性のよい良好なメモリー特性を得ることができる。
【００２４】
不揮発性記憶装置１１０では、芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルと第１仕事関数ＷＦ１との差の絶対値と、芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力と第２仕事関数ＷＦ２との差の絶対値と、の差の絶対値を、０．５ｅＶ以下とする。これにより、電子注入と正孔注入とのバランスを保ち、素子駆動（低抵抗状態と高抵抗状態との間の遷移）をより安定させることができる。
【００２５】
不揮発性記憶装置１１０では、記憶層１５の厚さを５ｎｍ以上８０ｎｍ以下とする。記憶層１５の厚さを５ｎｍよりも薄くすると、リークが起こりやすくなってしまう。また、記憶層１５の厚さを８０ｎｍよりも厚くすると、駆動電圧が高くなってしまう。記憶層１５の厚さは、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることがより好ましい。これにより、リークの発生及び駆動電圧の上昇をより適切に抑えることができる。
【００２６】
第１導電部１０及び第２導電部２０には、例えば、アルミニウム（Ａｌ、４．２ｅＶ）、銅（Ｃｕ、４．７ｅＶ）、窒化チタン（ＴｉＮ、４．７ｅＶ）、イリジウム（Ｉｒ、５．３ｅＶ）、白金（Ｐｔ、５．７ｅＶ）、銀（Ａｇ、４．３ｅＶ）、金（Ａｕ、４．７ｅＶ）、ポリシリコン（Ｓｉ、４．８ｅＶ）、タングステン（Ｗ、４．６ｅＶ）、チタン（Ｔｉ、４．３ｅＶ）、タンタル（Ｔａ、４．３ｅＶ）、窒化タンタル（ＴａＮ、５．４ｅＶ）、窒化タングステン（ＷＮ、５．０ｅＶ）、窒化モリブデン（Ｍｏ２Ｎ、５．３ｅＶ）、ニッケル（Ｎｉ、５．０ｅＶ）、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ、４．９ｅＶ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ２、４．５ｅＶ）、コバルト（Ｃｏ、５．０ｅＶ）、クロム（Ｃｒ、４．５ｅＶ）、アンチモン（Ｓｂ）、鉄（Ｆｅ、４．５ｅＶ）、モリブデン（Ｍｏ、４．４ｅＶ）、パラジウム（Ｐｄ、４．９ｅＶ）、錫（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ、４．１ｅＶ）、亜鉛（Ｚｎ、４．３ｅＶ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ、４．７ｅＶ）、及び、カーボン（Ｃ、４．５ｅＶ）の少なくともいずれかが用いられる。なお、上記第１導電部１０及び第２導電部２０の材料において、括弧内の数値は、仕事関数である。
【００２７】
第１導電部１０及び第２導電部２０の材料において、極性を持った有機カップリング剤で表面を修飾してもよい。極性のために仕事関数値の幅をより大きくすることができる。ポリシリコンやカーボンなどには、不純物をドーピングしてもよい。ドーピングする不純物の材料や不純物の量によって、仕事関数を変化させることができる。カーボンには、例えば、カーボンナノチューブやグラフェンなどを用いることが好ましい。なお、ポリシリコンやカーボン等はドーピングされていてもよく、ドーピング材やその量によって仕事関数は変化する。カーボンにはカーボンナノチューブやグラフェン等を用いることが好ましい。
【００２８】
第１導電部１０及び第２導電部２０の仕事関数の測定には、例えば、島津社製のAXIS-ultraが用いられる。AXIS-ultraにおいて、光源には、ＨｅＩ線（２１．２１ｅＶ）を用いる。測定条件としては、Wide Scan-パスエネルギー（以下ＥＰ）：５．０、１０．０ｅＶ（０．１ｅＶ/Ｓｔｅｐ，１００ｍｓ）、Narrow Scan-EP：５．０、１０．０ｅＶ（０．０５ｅＶ/Ｓｔｅｐ、１０００ｍｓ）。低運動エネルギーの光電子を正確に検出するために、ｓｔａｇｅに−１０Ｖを印加する。Fermi-edgeの位置は、Ａｒイオンエッチングにより表面をクリーニングしたＡｕを基準にする。第１導電部１０及び第２導電部２０については、Ａｒイオンエッチングを行い、清浄化する。仕事関数は、２１．２１−（Cut-off電圧−Fermi-edge電圧）で求める。
【００２９】
図３は、第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の一部の材料を例示する化学式である。  
図３には、記憶層１５（ポリイミド膜ＰＦ）に用いられる芳香族ジアミン分子の化学式と、その略称とが示される。
【００３０】
図３に表したように、記憶層１５の芳香族ジアミン分子には、例えば、ＤＡＦＬ（６．５ｅＶ）、ＭＤＡＳ（６．６ｅＶ）、ＴＭＰＤＡ（６．６ｅＶ）、３，３’−ＤＭＤＢ（６．６ｅＶ）、ＦＲＢＺ（６．６ｅＶ）、ｍ−Ｏ２ＤＡ（６．６ｅＶ）、３ＳＤＡ（６．６ｅＶ）、ｐ−Ｏ２ＤＡ（６．７ｅＶ）、ＯＤＡＳ（６．７ｅＶ）、２ＳＤＡ（６．７ｅＶ）、ＢＺ（６．７ｅＶ）、ＡＰＴＴ（６．７ｅＶ）、４，４’−ＯＤＡ（６．８ｅＶ）、ｐｐＡＰＢ（６．８ｅＶ）、４，４’−ＳＤＡ（６．８ｅＶ）、ＤＡＴ（６．８ｅＶ）、ｍ−Ｓ２ＤＡ（６．９ｅＶ）、ＡＰＦ（６．９ｅＶ）、ＡＰＳＴ（６．９ｅＶ）、ＤＡＴ（６．９ｅＶ）、ｐＳ２ＤＡ（６．９ｅＶ）、４，４’−ＣＨ２（６．９ｅＶ）、４ＭｅＢＺ（７．０ｅＶ）、２，２’−ＤＦＢＺ（７．０ｅＶ）、３，３’−ＤＣｌＢＺ（７．０ｅＶ）、ＰＤＡ（７．０ｅＶ）、３，３’−ＤＦＢＺ（７．０ｅＶ）、ｍ−２ＳＤＡ（７．１ｅＶ）、３’−ＳＤＡ（７．１ｅＶ）、２，２’−ＤＭＤＢ（７．１ｅＶ）、ＢＡＤＰＳ（７．１ｅＶ）、３，３’−ＣＨ２（７．１ｅＶ）、３，３’−ＯＤＡ（７．１ｅＶ）、ｐＤＴＤＡ（７．１ｅＶ）、ｐＤＰＳＤＡ（７．２ｅＶ）、ｍＤＰＳＤＡ（７．２ｅＶ）、ｍｍＡＰＢ（７．２ｅＶ）、２，２’−ＤＣｌＢＺ（７．２ｅＶ）、ＢＡＤＴＳ（７．３ｅＶ）、ＦＰＤＡ（７．３ｅＶ）、ＰＡＮＳ（７．３ｅＶ）、３，３’−ＴＦＤＢ（７．３ｅＶ）、２，３−４ＦＢＺ（７．４ｅＶ）、３，３’−６Ｆ（７．４ｅＶ）、４ＦＢＺ（７．４ｅＶ）、ｍＤＴＤＡ（７．４ｅＶ）、ＭＤＡ（７．４ｅＶ）、４，４’−６Ｆ（７．４ｅＶ）、４，４’−ＣＯ（７．４ｅＶ）、ＴＦＭＰＤＡ（７．４ｅＶ）、３，３’−ＣＯ（７．４ｅＶ）、ｐ−２Ｆ（７．５ｅＶ）、４，４’−ＳＯ２（７．５ｅＶ）、２，３−４ＣｌＢＺ（７．５ｅＶ）、ＴＦＤＢ（７．６ｅＶ）、ｐ−４Ｃｌ（７．６ｅＶ）、４ＣｌＢＺ（７．７ｅＶ）、ＭＡＮＳ（７．７ｅＶ）、３，３’−ＳＯ２（７．７ｅＶ）、８ＣｌＢＺ（７．８ｅＶ）、２ＴＦＭＰＤＡ（７．８ｅＶ）、ｍ−４Ｃｌ（７．８ｅＶ）、ｐ−４Ｆ（７．９ｅＶ）、８ＦＳＤＡ（７．９ｅＶ）、８ＦＢＺ（８．０ｅＶ）、ＭＦＣｌ２Ｆ（８．０ｅＶ）、ＭＣｌ３Ｆ（８．０ｅＶ）、８ＦＯＤＡ（８．０ｅＶ）、ＸＹＤ（８．１ｅＶ）、ｍ−４Ｆ（８．１ｅＶ）、及び、４ＦＸＹＤ（８．９ｅＶ）の少なくともいずれかが用いられる。
【００３１】
なお、上記の芳香族ジアミン分子において、括弧内の数値は、イオン化ポテンシャルである。
【００３２】
図４は、第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の一部の材料を例示する化学式である。  
図４には、記憶層１５（ポリイミド膜ＰＦ）に用いられる芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の化学式と、その略称とが示される。  
図４に表したように、記憶層１５の芳香族テトラカルボン酸二無水物分子には、例えば、Ｐ６ＦＤＡ（４．７ｅＶ）、ＰｅｒｙＤＡ（３．０ｅＶ）、Ｐ２ＦＤＡ（３．０ｅＶ）、Ｐ３ＦＤＡ（２．９ｅＶ）、ＮａｐｈＤＡ（２．９ｅＶ）、ＰＭＤＡ（２．６ｅＶ）、ＤＳＤＡ（２．６ｅＶ）、１０ＦＥＤＡ（２．６ｅＶ）、ＢＴＤＡ（２．６ｅＶ）、ｓ−６ＦＯＤＰＡ（２．５ｅＶ）、６ＦＣＤＡ（２．４ｅＶ）、ｉ−ＰＭＤＡ（２．３ｅＶ）、２ＳＤＰＡ（２．３ｅＶ）、ｓ−ＢＰＤＡ（２．２ｅＶ）、ｐＤＰＳＤＡ（２．２ｅＶ）、６ＦＤＡ（２．２ｅＶ）、ｓ−ＳＤＰＡ（２．２ｅＶ）、ＴｅｒＰＤＡ（２．２ｅＶ）、ａ−ＳＤＰＡ（２．１ｅＶ）、ｓ−ＯＤＰＡ（２．１ｅＶ）、ａ−ＢＰＤＡ（２．０ｅＶ）、ｍＤＰＳＤＡ（２．０ｅＶ）、２ＳＤＥＡ（２．０ｅＶ）、６ＨＣＤＡ（２．０ｅＶ）、ａ−ＯＤＰＡ（２．０ｅＶ）、ＳＩＤＡ（２．０ｅＶ）、ＡＰＴＤＡ（２．０ｅＶ）、ＢＡＦＬＤＡ（２．０ｅＶ）、ｉ−ＳＤＰＡ（１．９ｅＶ）、６ＨＤＡ（１．９ｅＶ）、３ＳＤＥＡ（１．９ｅＶ）、Ｏ２ＳＤＥＡ（１．９ｅＶ）、ｉ−ＯＤＰＡ（１．９ｅＶ）、ｉ−ＢＰＤＡ（１．９ｅＶ）、ＨＱＤＥＡ（１．９ｅＶ）、及び、ＢＩＳＰＤＡ（１．８ｅＶ）の少なくともいずれかが用いられる。
【００３３】
なお、上記の芳香族テトラカルボン酸二無水物分子において、括弧内の数値は、電子親和力である。
【００３４】
不揮発性記憶装置１１０において、化１及び化２の少なくともいずれかの構造式を有する芳香族ジアミン分子を用い、化３及び化４の少なくともいずれかの構造式を有する芳香族テトラカルボン酸二無水物分子を用いることが好ましい。これにより、耐熱性を低下させる置換基を用いることなく、イオン化ポテンシャル及び電子親和力を適切に制御することが可能となる。なお、化１、化２、化３及び化４において、Ｘは、Ｏ、ＣＨ２、Ｃ（ＣＦ３）２、ＣＨ−Ｃ６Ｈ５及びＳのいずれかであり、Ｙは、Ｈ、Ｆ及びＣＦ３の少なくともいずれかである。また、Ｙに添えられた数字は、Ｙの個数を表す。複数のＹが含まれる場合、Ｙは、同じでもよいし、異なっていてもよい。
【化１】
2014027183.tif 000003
【化２】
2014027183.tif 000004
【化３】
2014027183.tif 000005
【化４】
2014027183.tif 000006
【００３５】
不揮発性記憶装置１１０の作製においては、例えば、第１導電部１０及び第２導電部２０の一方を基板上に作製した後、ポリイミド膜ＰＦを記憶層１５として成膜し、ポリイミド膜ＰＦの上に第１導電部１０及び第２導電部２０の他方を作製する。第１導電部１０及び第２導電部２０の作製順序は、任意であり、どちらを先に作製してもよい。
【００３６】
記憶層１５の作製においては、まず、芳香族ジアミン分子と芳香族テトラカルボン酸二無水物分子とを少なくとも含む原料から前駆体であるポリアミック酸の溶液を作製する。第１導電部１０の上または第２導電部２０の上に、ポリアミック酸溶液を塗布し、高温で脱水することにより、ポリアミック酸溶液をイミド化させる。これにより、第１導電部１０の上または第２導電部２０の上に、記憶層１５が作製される。
【００３７】
ポリアミック酸溶液の塗布には、例えば、スピンコーティング法、ディップコーティング法、ランブミュアーブロジェット法、噴霧コーティング法、フローコーティング法、スクリーン印刷法、静電気コーティング法、ブレードコーティング法、ロールコーティング法、及び、インクジェットプリント法などの塗布方法が用いられる。
【００３８】
ポリアミック酸溶液を作製する際の溶媒には、例えば、クロロホルム、Ｎ−メチルピロリドン、アセトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、エチルセロソルブアセテート、ブチルアセテート、エチレングリコール、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、クロロベンゼン、及び、アセトニトリルよりなる群から選択された少なくともいずれかが用いられる。溶媒に用いる材料は、１種類で用いてもよいし、２種以上の材料を任意の割合で混合させて用いてもよい。
【００３９】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図５（ａ）に表したように、不揮発性記憶装置１１２は、第１有機カップリング層５１と第２有機カップリング層５２とをさらに備える。  
第１有機カップリング層５１は、第１導電部１０と記憶層１５との間に設けられる。第２有機カップリング層５２は、第２導電部２０と記憶層１５との間に設けられる。第１有機カップリング層５１は、例えば、ポリイミド膜ＰＦを含む記憶層１５と第１導電部１０との親和性を高める。第１有機カップリング層５１は、例えば、記憶層１５からの第１導電部１０の剥離や、第１導電部１０と記憶層１５との間の電荷の授受の不安定性を抑制する。第１有機カップリング層５１を設けることによって、第１導電部１０の仕事関数を変化させることもできる。第２有機カップリング層５２は、例えば、記憶層１５と第２導電部２０との親和性を高める。第２有機カップリング層５２は、記憶層１５からの第２導電部２０の剥離や、第２導電部２０と記憶層１５との間の電荷の授受の不安定性を抑制する。第２有機カップリング層５２を設けることによって、第２導電部２０の仕事関数を変化させることもできる。なお、不揮発性記憶装置１１２には、第１有機カップリング層５１及び第２有機カップリング層５２の一方のみを設けてもよい。
【００４０】
第１有機カップリング層５１の材料は、例えば、第１導電部１０の材料に応じて選定される。例えば、金や銀などの貴金属が第１導電部１０に用いられている場合、第１有機カップリング層５１には、チオール系のイオウ化合物などが用いられる。例えば、ニッケル、クロム、鉄、ＩＴＯなどの表面酸化膜を形成する材料が第１導電部１０に用いられている場合、第１有機カップリング層５１には、ホスホン酸化合物などが用いられる。例えば、シリコンなどの酸性度の高い酸化物が第１導電部１０の表面に設けられている場合、第１有機カップリング層５１には、シランカップリング剤などが用いられる。第２有機カップリング層５２の材料は、第２導電部２０の材料に応じて設定される。第２有機カップリング層５２の材料は、第１有機カップリング層５１の材料と実質的に同じである。
【００４１】
図５（ｂ）に表したように、不揮発性記憶装置１１４は、第１酸化膜５３と第２酸化膜５４とをさらに備える。  
第１酸化膜５３は、第１導電部１０と記憶層１５との間に設けられる。第２酸化膜５４は、第２導電部２０と記憶層１５との間に設けられる。第１酸化膜５３及び第２酸化膜５４には、例えば、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＮｉＯx、ＮｂＯｘ、ＴｉＯｘ、ＣｒＯｘ、ＶＯｘ、ＦｅＯｘ、ＴａＯｘ、ＣｕＯｘ、ＭｇＯｘ、ＷＯｘ、ＡｌＮＯｘ、ＴｉＮＯｘ、ＳｉＮＯｘ及びＴａＮＯｘよりなる群から選択された少なくともいずれかを含む。第１酸化膜５３の材料及び第２酸化膜５４の材料は、例えば、ＳｉＯｘ、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＮｉＯ、ＴｉＯ２、およびＶ２Ｏ３の少なくともいずれかであることが好ましい。
【００４２】
第１酸化膜５３は、例えば、記憶層１５を作製する際のポリアミック酸溶液の塗布及び焼成などによる、第１導電部１０の表面の不均一な酸化や第１導電部１０の表面のエッチングなどを抑制する。さらには、ポリイミド膜ＰＦと第１導電部１０との密着性を高めることもできる。これにより、第１酸化膜５３は、記憶層１５からの第１導電部１０の剥離や、第１導電部１０と記憶層１５との間の電荷の授受の不安定性を抑制することもできる。第２酸化膜５４は、例えば、第２導電部２０の表面の不均一な酸化や第２導電部２０の表面のエッチングなどを抑制し、ポリイミド膜ＰＦと第２導電部２０との密着性を高める。第２酸化膜５４は、記憶層１５からの第２導電部２０の剥離や、第２導電部２０と記憶層１５との間の電荷の授受の不安定性を抑制することもできる。
【００４３】
第１酸化膜５３の厚さ及び第２酸化膜５４の厚さは、例えば、記憶層１５に十分な電荷を注入できる厚さに設定される。第１酸化膜５３の厚さ及び第２酸化膜５４の厚さは、例えば、使用する材料の導電性によって変化する。
【００４４】
なお、不揮発性記憶装置１１４には、第１酸化膜５３及び第２酸化膜５４の一方のみを設けてもよい。第１酸化膜５３及び第２酸化膜５４は、例えば、第１導電部１０及び第２導電部２０のうちの基板上に先に形成される一方の上に、少なくとも設けられていればよい。不揮発性記憶装置１１４においては、例えば、例えば、第１酸化膜５３と記憶層１５との間に第１有機カップリング層５１を設け、第２酸化膜５４と記憶層１５との間に第２有機カップリング層５２を設けてもよい。
【００４５】
次に、本実施形態に係る不揮発性記憶装置１１０の実施例について説明する。  
（第１実施例）  
シリコン酸化膜を形成したシリコン基板上に、アルミニウム（仕事関数４．２ｅＶ）を蒸着することにより、厚さ８０ｎｍのアルミニウム膜が、第２導電部２０としてシリコン基板上に形成される。ＵＶ−オゾン洗浄機でアルミニウム膜の表面を処理することにより、第２導電部２０の上に、薄い第１酸化膜５３が形成される。
【００４６】
芳香族ジアミン分子と芳香族テトラカルボン酸二無水物分子とを少なくとも含む原料から、ポリアミック酸のＤＭＦ溶液が作製される。芳香族ジアミン分子には、化５の構造式を有するＢＺ（Ｉｐ＝６．７ｅＶ）が用いられる。芳香族テトラカルボン酸二無水物分子には、化６の構造式を有するＰＭＤＡ（Ｅａ＝２．６ｅＶ）が用いられる。
【化５】
2014027183.tif 000007
【化６】
2014027183.tif 000008
【００４７】
ＤＭＦ溶液をスピンコート法でシリコン基板上に塗布し、１００℃でベーキングした後、３５０℃で加熱することにより、厚さ１０ｎｍ〜１５ｎｍのポリイミド膜ＰＦが、記憶層１５として第２導電部２０の上に形成される。記憶層１５の上に金（仕事関数４．７ｅＶ）を蒸着させて第１導電部１０を形成することにより、第１実施例の不揮発性記憶装置１１０が作製される。
【００４８】
第１導電部１０と第２導電部２０との間に正バイアスの電圧を印加すると、約４Ｖで低抵抗状態（ＳＥＴ）となる（フォーミング）。正バイアスの電圧は、第２導電部２０を基準電位（例えば接地電位）とし、第１導電部１０を正の電位とする。すなわち、第１導電部１０の電位を第２導電部２０の電位よりも高くする。第１導電部１０と第２導電部２０との間に逆バイアスの電圧を印加すると、約−２Ｖで高抵抗状態となる。第１導電部１０と第２導電部２０との間に再び正バイアスの電圧を印加すると、約２．５Ｖで低抵抗状態となり、以下ＳＥＴ−ＲＥＳＥＴを繰り返す。高抵抗状態にした後、電圧を印加していない状態で約１週間放置しても、低抵抗状態には変化しない。低抵抗状態にした後、電圧を印加していない状態で約１週間放置しても、高抵抗状態には変化しない。このように、第１実施例の不揮発性記憶装置１１０では、安定なメモリー特性が得られる。
【００４９】
（第２実施例）  
シリコン酸化膜を形成したシリコン基板上に、金（仕事関数４．７ｅＶ）を蒸着することにより、厚さ８０ｎｍの金膜が、第２導電部２０としてシリコン基板上に形成される。この例では、ＤＭＦ溶液の作製において、化５の構造式を有するＢＺ（Ｉｐ＝６．７ｅＶ）が、芳香族ジアミン分子に用いられ、化７の構造式を有するＰ２ＦＤＡ（Ｅａ＝３．０ｅＶ）が、芳香族テトラカルボン酸二無水物分子に用いられる。
【化７】
2014027183.tif 000009
【００５０】
ＤＭＦ溶液をスピンコート法でシリコン基板上に塗布し、１００℃でベーキングした後、３５０℃で加熱することにより、厚さ１５ｎｍ〜２０ｎｍのポリイミド膜ＰＦが、記憶層１５として第２導電部２０の上に形成される。記憶層１５の上に金（仕事関数４．７ｅＶ）を蒸着させて第１導電部１０を形成することにより、第２実施例の不揮発性記憶装置１１０が作製される。
【００５１】
第１導電膜１０と第２導電膜２０との間に正バイアスの電圧を印加すると、約４Ｖで低抵抗状態（ＳＥＴ）となる（フォーミング）。第１導電膜１０と第２導電膜２０との間に逆バイアスの電圧を印加すると、約−２．５Ｖで高抵抗状態となる。第１導電膜１０と第２導電膜２０との間に再び正バイアスの電圧を印加すると、約３Ｖで低抵抗状態となり、以下ＳＥＴ−ＲＥＳＥＴを繰り返す。高抵抗状態にした後、電圧を印加していない状態で約１週間放置しても、低抵抗状態には変化しない。低抵抗状態にした後、電圧を印加していない状態で約１週間放置しても、高抵抗状態には変化しない。このように、第２実施例の不揮発性記憶装置１１０では、安定なメモリー特性が得られる。
【００５２】
（第３実施例）  
シリコン酸化膜を形成したシリコン基板上に、スパッタリングによってＩＴＯ（仕事関数４．７ｅＶ）を成膜することにより、厚さ８０ｎｍのＩＴＯ膜が、第１導電部１０としてシリコン基板上に形成される。化８の化学式を有するホスホン酸カップリング剤の溶液中にシリコン基板を浸漬させ、第１導電部１０の表面にホスホン酸カップリング剤を単分子吸着させることにより、第１導電部１０の上に、第１有機カップリング層５１が形成される。これにより、第１導電部１０のＩＴＯ膜の仕事関数が、５．２ｅＶに増大する。この例では、ＤＭＦ溶液の作製において、化９の構造式を有する４，４’−ＯＤＡ（Ｉｐ＝６．８ｅＶ）が、芳香族ジアミン分子に用いられ、化７の構造式を有するＰ２ＦＤＡ（Ｅａ＝３．０ｅＶ）が、芳香族テトラカルボン酸二無水物分子に用いられる。
【化８】
2014027183.tif 000010
【化９】
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【００５３】
ＤＭＦ溶液をスピンコート法でシリコン基板上に塗布し、１００℃でベーキングした後、３５０℃で加熱することにより、厚さ１５ｎｍ〜２０ｎｍのポリイミド膜ＰＦが、記憶層１５として第１導電部１０の上に形成される。記憶層１５の上に金（仕事関数４．７ｅＶ）を蒸着させて第２導電部２０を形成することにより、第３実施例の不揮発性記憶装置１１０が作製される。
【００５４】
第１導電膜１０と第２導電膜２０との間に正バイアスの電圧を印加すると、約３．５Ｖで低抵抗状態（ＳＥＴ）となる（フォーミング）。第１導電膜１０と第２導電膜２０との間に逆バイアスの電圧を印加すると、約−２Ｖで高抵抗状態となる。第１導電膜１０と第２導電膜２０との間に再び正バイアスの電圧を印加すると、約２．５Ｖで低抵抗状態となり、以下ＳＥＴ−ＲＥＳＥＴを繰り返す。高抵抗状態にした後、電圧を印加していない状態で約１週間放置しても、低抵抗状態には変化しない。低抵抗状態にした後、電圧を印加していない状態で約１週間放置しても、高抵抗状態には変化しない。このように、第３実施例の不揮発性記憶装置１１０では、安定なメモリー特性が得られる。
【００５５】
（第１比較例）  
化５の構造式を有するＢＺの代わりに、化１０の構造式を有するＴＰＡ（Ｉｐ＝４．９ｅＶ）を芳香族ジアミン分子として用いることを除いては、第１実施例と同様にして不揮発性記憶装置を作製する。
【化１０】
2014027183.tif 000012
【００５６】
第１比較例の不揮発性記憶装置では、金を用いた第１導電部１０の仕事関数（４．７ｅＶ）と、芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルＩｐと、の差の絶対値が、０．２ｅＶであり、０．５ｅＶよりも小さい。第１比較例の不揮発性記憶装置においても、スイッチング現象（低抵抗状態と高抵抗状態との間の遷移）は見られる。しかしながら、第１比較例の不揮発性記憶装置では、ＤＲＡＭ動作と記録保持時間とが短い。このように、第１比較例の不揮発性記憶装置では、良好なメモリー特性が得られない。
【００５７】
（第２比較例）  
金の代わりにアルミニウムを第１導電部１０として用いることを除いては、第１実施例と同様にして不揮発性記憶装置を作製する。
【００５８】
第２比較例の不揮発性記憶装置では、ＢＺを用いた芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルＩｐ（６．７ｅＶ）と、アルミニウムを用いた第１導電部１０の仕事関数（４．２ｅＶ）と、の差の絶対値が、２．５ｅＶであり、２．０ｅＶよりも大きい。第２比較例の不揮発性記憶装置においても、約８Ｖで低抵抗状態（ＳＥＴ）となり（フォーミング）、−４ＶでＲＥＳＥＴとなり、５ＶでＳＥＴとなり、スイッチング現象が見られる。しかしながら、第２比較例の不揮発性記憶装置では、数回の繰り返しでスイッチングが観測されなくなる。このように、第２比較例の不揮発性記憶装置では、良好なメモリー特性が得られない。
【００５９】
（第２の実施形態）  
本実施形態に係る不揮発性記憶装置は、クロスポイント型の構成を有する。  
図６は、第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的斜視図である。  
図６に表したように、本実施形態に係る不揮発性記憶装置１２０は、基板３０を備える。基板３０には、例えば、シリコン基板、半導体基板、無機物を含む基板、または、ポリマーを含む基板などが用いられる。半導体基板には、例えば、シリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）基板などが用いられる。無機物を含む基板には、例えば、ガラスなどが用いられる。
【００６０】
ここで、基板３０の主面３０ａに対して並行な平面をＸ−Ｙ平面とする。Ｘ−Ｙ平面内の１つの方向をＸ軸方向とする。Ｘ−Ｙ平面内においてＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。
【００６１】
不揮発性記憶装置１２０には、複数の第１導電部１０と複数の第２導電部２０とが設けられる。複数の第１導電部１０は、それぞれＹ軸方向に延びる。複数の第１導電部１０は、Ｘ軸方向に所定の間隔を空けて並べられている。複数の第２導電部２０は、それぞれＸ軸方向に延びる。複数の第２導電部２０は、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて並べられている。この例では、第１導電部１０の延在方向が、第２導電部２０の延在方向に対して直交する。第１導電部１０の延在方向は、第２導電部２０の延在方向と交差（非平行）すれば良い。
【００６２】
記憶層１５は、複数の第１導電部１０と複数の第２導電部２０とのそれぞれの間に設けられる。この例において、記憶層１５は、複数の第２導電部２０と基板３０との間にも設けられる。記憶層１５は、例えば、基板３０の上及び複数の第１導電部１０の上の全体に設けられる。記憶層１５は、基板３０の主面３０ａに対して平行な上面１５ａを有する。複数の第２導電部２０は、上面１５ａの上に設けられる。第２導電部２０と第１導電部１０との間の記憶層１５の厚さ（Ｚ軸方向に沿う長さ）は、第２導電部２０と基板３０との間の記憶層１５の厚さよりも薄い。
【００６３】
記憶層１５のうちの、第１導電部１０と第２導電部２０との間の部分が、１つのメモリセル３３として作用する。また、記憶層１５のうちの、第２導電部２０と基板３０との間の部分は、例えば、層間絶縁膜として作用する。メモリセル３３の厚さは、例えば、５ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。記憶層１５に含まれるポリイミド膜１６の誘電定数は、層間絶縁膜として主に使用されるシリコン酸化物の誘電定数よりも低い。このため、不揮発性記憶装置１２０では、隣り合う２つの第１導電部１０の間に生じる寄生キャパシタンスを減少させることができる。
【００６４】
この例において、複数の第１導電部１０は、例えば、ワード線であり、複数の第２導電部２０は、例えば、ビット線である。第１導電部１０をビット線とし、第２導電部２０をワード線としてもよい。複数のワード線と複数のビット線とを別途設けてもよい。この場合、例えば、ワード線とビット線との交差する部分（メモリセル３３に対応する部分）のみに、第１導電部１０と第２導電部２０とを設ければよい。記憶層１５は、第１導電部１０と第２導電部２０との間の部分のみに設けてもよい。すなわち、複数の記憶層１５のそれぞれが、複数の第１導電部１０と複数の第２導電部２０とのそれぞれの間に設けられていてもよい。
【００６５】
不揮発性記憶装置１２０は、整流素子３４をさらに備える。整流素子３４は、例えば、ダイオードである。整流素子３４は、複数設けられる。複数の整流素子３４のそれぞれは、複数の第１導電部１０と記憶層１５とのそれぞれの間に設けられる。整流素子３４は、例えば、異なる仕事関数を有する導電体を接触させることによって形成することができる。第１導電部１０が、整流素子３４の機能を含んでもよい。整流素子３４は、第１導電部１０と記憶層１５との間に流れる電流の向きを順方向にする。これにより、整流素子３４は、書き込み／読み出し時における回り込み電流(sneak current)を抑制する。すなわち、整流素子３４は、逆方向に流れる電流を抑えることにより、隣りのメモリセル３３のデータが変更されるなどの問題を抑制する。整流素子３４は、第２導電部２０と記憶層１５との間に設けてもよい。
【００６６】
不揮発性記憶装置１２０では、互いに交差する第１導電部１０と第２導電部２０とによって１個のメモリセル３３が設けられるので、４Ｆ２セルを実現できる。
【００６７】
不揮発性記憶装置１２０では、通常の半導体プロセスである蒸着工程、フォトリソグラフィ工程、及びドライエッチングなどを行っても、メモリセル３３の特性を劣化させることなく、十分なスイッチング特性を得ることができる。
【００６８】
図７は、第２の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置の構成を例示する模式的斜視図である。  
図８は、第２の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置の構成を例示する模式図である。  
図７に表したように、本実施形態に係る不揮発性記憶装置１２２においては、基板３０の主面の上に、Ｘ軸方向に延在するライン状の第１の配線（ワード線ＷＬｉ−１、ＷＬｉ、ＷＬｉ＋１）が設けられる。さらに、Ｙ軸方向に延在するライン状の第２の配線（ビット線ＢＬｊ−１、ＢＬｊ、ＢＬｊ＋１）が、設けられる。第２の配線（ビット線ＢＬｊ−１、ＢＬｊ、ＢＬｊ＋１）は、第１の配線（ワード線ＷＬｉ−１、ＷＬｉ、ＷＬｉ＋１）に対向する。
【００６９】
なお、上記では、第１の配線の延在方向が第２の配線の延在方向に対して直交するが、第１の配線の延在方向が第２の配線の延在方向と交差（非平行）すれば良い。
【００７０】
なお、上記において添え字ｉ及び添え字ｊは任意である。すなわち、第１の配線の数及び第２の配線の数は、任意である。  
本具体例では、第１の配線がワード線となり、第２の配線がビット線となる。ただし、第１の配線がビット線で、第２の配線がワード線でも良い。以下では、第１の配線がワード線であり、第２の配線がビット線であるとして説明する。
【００７１】
図７及び図８に表したように、第１の配線と第２の配線との間にメモリセル３３が設けられる。
【００７２】
図７に表したように、例えば、ワード線ＷＬｉ−１、ＷＬｉ、ＷＬｉ＋１の一端は、選択スイッチであるＭＯＳトランジスタＲＳＷを介して、デコーダ機能を有するワード線ドライバ４１に接続される。ビット線ＢＬｊ−１、ＢＬｊ、ＢＬｊ＋１の一端は、選択スイッチであるＭＯＳトランジスタＣＳＷを介して、デコーダ及び読み出し機能を有するビット線ドライバ４２に接続される。
【００７３】
ＭＯＳトランジスタＲＳＷのゲートには、ワード線（ロウ）を選択するための選択信号Ｒｉ−１、Ｒｉ、Ｒｉ＋１が入力され、ＭＯＳトランジスタＣＳＷのゲートには、ビット線（カラム）を選択するための選択信号Ｃｉ−１、Ｃｉ、Ｃｉ＋１が入力される。
【００７４】
メモリセル３３は、ワード線ＷＬｉ−１、ＷＬｉ、ＷＬｉ＋１と、ビット線ＢＬｊ−１、ＢＬｊ、ＢＬｊ＋１と、が互いに対向する交差部に配置される。メモリセル３３には、書き込み／読み出し時における回り込み電流(sneak current)を抑制するための整流素子３４を付加することができる。
【００７５】
図９は、第２の実施形態に係る別の不揮発性記憶装置の一部の構成を例示する模式的断面図である。  
図９に表したように、ワード線ＷＬｉとビット線ＢＬｊとの間には、メモリセル３３及び整流素子３４が設けられる。なお、ワード線ＷＬｉとビット線ＢＬｊとの上下の配置の関係は任意である。ワード線ＷＬｉとビット線ＢＬｊとの間における、メモリセル３３と整流素子３４との配置の順番は、任意である。
【００７６】
図９に表したように、メモリセル３３は、第１導電部１０と、第２導電部２０と、第１導電部１０と第２導電部２０との間に設けられた記憶層１５と、を含む。第１導電部１０、第２導電部２０及び記憶層１５には、第１の実施形態に関して説明した構成が適用できる。
【００７７】
なお、第１導電部１０及び第２導電部２０の少なくともいずれかとして、メモリセル３３に隣接する、例えば、ワード線ＷＬｉ、整流素子３４及びビット線ＢＬｊの少なくともいずれかを用いても良い。
【００７８】
不揮発性記憶装置１２２の構成においても、
芳香族ジアミン分子のイオン化ポテンシャルと第１仕事関数ＷＦ１との差の絶対値を、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下とし、芳香族テトラカルボン酸二無水物分子の電子親和力と第２仕事関数ＷＦ２との差の絶対値を、０．５ｅＶ以上２．０ｅＶ以下とする記憶層１５を用いることにより、良好なメモリー特性を得ることができる。
【００７９】
実施形態によれば、良好な特性の不揮発性記憶装置が提供される。
【００８０】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。本願明細書において、「上に設けられる」状態は、直接接して設けられる状態の他に、間に他の要素が挿入されて設けられる状態も含む。
【００８１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、不揮発性記憶装置に含まれる第１導電部、第２導電部、記憶層、有機カップリング層及び酸化膜などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００８２】
その他、本発明の実施の形態として上述した不揮発性記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての不揮発性記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００８３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００８４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１０…第１導電部、  １５…記憶層、  １５ａ…上面、  ２０…第２導電部、  ３０…基板、  ３０ａ…主面、  ３３…メモリセル、  ３４…整流素子、  ４１…ワード線ドライバ、  ４２…ビット線ドライバ、  ５１、５２…有機カップリング層、  ５３、５４…酸化膜、  １１０、１１２、１１４、１２０、１２２…不揮発性記憶装置、  ＣＳＷ…トランジスタ、  ｄＥ、ｄＰ…差、  Ｅａ…電子親和力、  Ｉｐ…イオン化ポテンシャル、  ＰＦ…ポリイミド膜、  ＲＳＷ…トランジスタ、  ＶＬ…真空準位、  ＷＦ１、ＷＦ２…仕事関数
【図１】
2014027183.tif 000017
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014027183.tif 000023
【図８】
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【図９】
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