(57)【要約】【課題】  対向する電極間に電気抵抗値が変化する金属酸化物を設け、低消費電力で駆動する低コスト、大記憶容量の低クロストークの特に携帯用機器のメモリとして最適な不揮発性メモリを提供する。【解決手段】  本発明の不揮発性メモリは、クロスポイントメモリ構造または三次元構造を有する不揮発性メモリであって、対向する電極間に電気抵抗値が変化する金属酸化物を設け、前記対向する両電極のうち少なくとも一方の電極の金属酸化物と接触する面に電界集中部を設けたものである。【選択図】  図２
2006032728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に配置された下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記下部電極と上部電極との間に形成された金属酸化物を備えた不揮発性メモリであって、前記対向する電極の少なくとも一方の電極の金属酸化物と接触する面に電界集中部を設けたことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２】
基板の上に、略同一平面内で間隔をおいて平行に配置された複数の下部電極と、前記下部電極と対向する複数の上部電極と、前記上部電極と下部電極との間に形成された金属酸化物を備えた不揮発性メモリであって、前記上部電極と下部電極は概ね互いに直交し、かつ対向する電極の少なくとも一方の電極の金属酸化物と接触する面に電界集中部を設けたことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項３】
基板の上に、略同一平面内で間隔をおいて平行に配置された複数の電極を複数段有し、前記複数段の電極のうち奇数段の電極と偶数段の電極は概ね互いに直交し、前記奇数段の電極と偶数段の電極との間に金属酸化物が設けられた不揮発性メモリであって、前記対向する奇数段の電極と偶数段の電極の少なくとも一方の電極の金属酸化物と接触する面に電界集中部を設けたことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項４】
前記対向する電極の少なくとも一方の電極の金属酸化物と接触する面に設けた電界集中部は突起からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の不揮発性メモリ。
【請求項５】
電極の電界集中部の断面形状が台形、三角形、矩形、多角形、略半円形、略半楕円形、またはこれらの形状を組み合わせた形状からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の不揮発性メモリ。
【請求項６】
金属酸化物が可変抵抗材料であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の不揮発性メモリ。
【請求項７】
前記可変抵抗材料がイルメナイト型構造を有する金属酸化物であることを特徴とする請求項６に記載の不揮発性メモリ。
【請求項８】
イルメナイト型構造を有する金属酸化物が強誘電体材料であることを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ。
【請求項９】
イルメナイト型構造を有する金属酸化物が、マグネシウム、インジウム、スカンジウム、亜鉛、銅、鉄のうち、少なくとも一種以上の添加元素を含有するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムであることを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ。
【請求項１０】
前記可変抵抗材料がスピネル型構造を有する金属酸化物であることを特徴とする請求項６に記載の不揮発性メモリ。
【請求項１１】
スピネル型構造を有する金属酸化物が、チタン酸マグネシウム、マグネシウム酸クロム、クロム酸ニッケル、マグネシウム酸アルミニウム、バナジウム酸アルミニウム、コバルト酸鉄のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１０に記載の不揮発性メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、記録の保持に電源が不要な不揮発性メモリに関する。更に詳細には、クロスポイント構造を有する不揮発性メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化社会の急激な進展により、高速、大容量の情報に関するデータを扱う機器やシステムが必要となってきている。そして、そのデータを高速で保存するための素子として、不揮発性のメモリが注目されている。
【０００３】
前記不揮発性メモリとして、フラッシュメモリや強誘電体メモリ（以下、ＦＲＡＭと称す）が既に市場に投入され、携帯電話機やデジタルカメラ（以下、ＤＳＣと称す）等のメモリカードに使用されている。そして、その１ＭＢバイト当りの単価は既に０.１５米ドルを切り、年率２倍の大容量化と低コスト化が実現されてきている。なお、これまでメモリカードは、デジタルオーディオプレーヤ等の携帯型オーディオ機器やＤＳＣ向けのデータ格納用の記録媒体として使用され、その市場が拡大してきた。
【０００４】
そして、最近では、例えば、ＤＶＤレコーダでテレビジョン放送番組を録画した画像信号をメモリカードに記録し、そのメモリカードを携帯電話機や携帯型情報機器等に装着してこれらの機器に備えられた表示部で画像再生する、というようにメモリカードが機器間でのデータ交換に用いるブリッジ媒体として多く使用されるようになってきており、これは有線や無線のネットワークを代替するもので、ネットワークを使う場合と比較して、ユーザがより直接媒体としてリアルな操作で扱え、携帯電話機等の有料ネットワークを使用してデータを送受信する場合に比べてランニングコストが安価であるという利点がある。
【０００５】
更に、データ格納用メモリだけではなく、アプリケーション・ソフトウェアやハードウェアの機能を搭載したメモリカードの開発も検討されつつあり、このようなメモリカードが商品化されるとメモリやソフトウェアばかりか、ハードウェアも機器に搭載しておく必要がなくなり、機器の小型、軽量、薄型化が可能になる。
【０００６】
このような背景から、不揮発性メモリには、更なるビットコストの低減化（大容量化、低コスト化）、及び高速化が求められている。
【０００７】
ここで、特許文献１にはクロスポイントメモリ構造を有する不揮発性メモリが開示されている。この特許文献１に開示のものは、基板上に設けられた複数の下部電極と、該下部電極と直交して、その下部電極上に設けられた複数の上部電極との間に外部影響（特に電気的パルス）により電気的抵抗特性が変化するペロブスカイト材料を用いた不揮発性メモリであり、クロストークを低減したクロスポイントメモリ構造を有する不揮発性メモリである。
【０００８】
以下に、図８を用いてこのクロスポイントメモリ構造を有する不揮発性メモリについて説明する。
【０００９】
図８において、基板６１上に形成された下部電極６２と直交して、上部電極６３が配置されており、この下部電極６２と上部電極６３との間にペロブスカイト材料からなるメモリビット６４が形成されている。前記メモリビット６４は下部電極６２と上部電極６３が交差するすべての場所に形成されている。また、前記メモリビット６４の間は酸化物からなる絶縁材料６５が形成されている。
【００１０】
このクロスポイントメモリ構造を有する不揮発性メモリの製造方法は、以下の（ａ）〜（ｇ）の工程で製造される。
【００１１】
（ａ）半導体基板を提供する工程
（ｂ）複数の下部電極を形成する工程
（ｃ）下部電極上に酸化物絶縁材料を形成する工程
（ｄ）下部電極に対する開口部をエッチングする工程
（ｅ）下部電極及び酸化物絶縁材料の上にペロブスカイト材料の層を形成する工程
（ｆ）ペロブスカイト材料の層を研磨し、ペロブスカイト材料を開口部に残し、メモリビットを形成する工程
（ｇ）ペロブスカイト材料の層上に複数の上部電極を形成する工程
【特許文献１】特開２００３−６８９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来のクロスポイントメモリ構造を有する不揮発性メモリは、煩雑な製造工程を必要とし、製造コストが高くなり、ビットコストを下げることが困難であった。
【００１３】
本発明は、低消費電力で駆動する低コスト、大記憶容量の低クロストークの不揮発性メモリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の不揮発性メモリは、基板の上に配置された下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記下部電極と上部電極との間に形成された金属酸化物を備えた不揮発性メモリであって、前記対向する電極の少なくとも一方の電極に、金属酸化物と接触する面に電界集中部を設けたものである。
【００１５】
また、本発明の不揮発性メモリは、基板の上に、略同一平面内で間隔をおいて平行に配置された複数の下部電極と、前記下部電極と対向する複数の上部電極と、前記上部電極と下部電極との間に形成された金属酸化物を備えた不揮発性メモリであって、前記上部電極と下部電極は概ね互いに直交し、かつ対向する電極の少なくとも一方の電極に、金属酸化物と接触する面に電界集中部を設けたことを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明の不揮発性メモリは、基板の上に、略同一平面内で間隔をおいて平行に配置された複数の電極を複数段有し、前記複数段の電極のうち奇数段の電極と偶数段の電極は概ね互いに直交し、前記奇数段の電極と偶数段の電極との間に金属酸化物が設けられた不揮発性メモリであって、前記対向する奇数段の電極と偶数段の電極の少なくとも一方の電極に、金属酸化物と接触する面に電界集中部を設けたことを特徴とする。
【００１７】
また、前記対向する電極の少なくとも一方の電極の金属酸化物と接触する面に設けた電界集中部は突起からなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の不揮発性メモリは、電極の電界集中部の断面形状が台形、三角形、矩形、多角形、略半円形、略半楕円形、またはこれらの形状を組み合わせた形状からなることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の不揮発性メモリは、前記金属酸化物が可変抵抗材料であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の不揮発性メモリに用いられる可変抵抗材料は、イルメナイト型構造を有する金属酸化物であることが好ましく、イルメナイト型構造を有する金属酸化物が強誘電体材料であることを特徴とする。
【００２１】
更に、本発明の不揮発性メモリは、イルメナイト型構造を有する金属酸化物が、マグネシウム、インジウム、スカンジウム、亜鉛、銅、鉄のうち、少なくとも一種以上の添加元素を含有するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の不揮発性メモリに用いられる可変抵抗材料は、スピネル型構造を有する金属酸化物であることが好ましく、スピネル型構造を有する金属酸化物が、チタン酸マグネシウム、マグネシウム酸クロム、クロム酸ニッケル、マグネシウム酸アルミニウム、バナジウム酸アルミニウム、コバルト酸鉄のうちのいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る不揮発性メモリによれば、メモリ・セル（メモリ領域）が金属酸化物の連続層で形成され、対向する電極の少なくとも一方に突起等の電界集中部を設けるという簡単な構成で、低消費電力駆動の低クロストークの大記憶容量不揮発性メモリを安価に提供できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の不揮発性メモリの実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る不揮発性メモリ１０の構成を示す断面図である。
【００２６】
シリコン、または表面がシリコン酸化物で被覆されたシリコン等の基板１１の上に、下部電極１２が配置され、その上に電気的手段により電気抵抗値が変化する金属酸化物（可変抵抗材料）１３が形成され、更にその上に上部電極１４が設けられている。下部電極１２と上部電極１４の金属酸化物１３と接触する対向面の中央部にはその金属酸化物１３に埋設状態で互いの先端面が対面する円錐台形状（断面形状が台形）の突起１２ａ、１４ａが一体に設けられている。
【００２７】
前記突起１２ａ、１４ａは電極１２、１４と同質材料であっても異質材料であってもよく、その電極１２、１４の形成時のその形成材料で同時に設けてもよく、或いは電極１２、１４とは別に設けて一体化してもよい。
【００２８】
そして、前記下部電極１２と上部電極１４は、ワード線またはビット線と接続されるが、その電極自体がワード線またはビット線で形成されるようにしてもよい。なお、下部電極１２がワード線自体であるかワード線と接続される場合は、上部電極１４がビット線自体であるかビット線と接続される。その逆の場合は、下部電極１２がビット線自体であるかビット線と接続され、上部電極１４がワード線自体であるかワード線と接続される。
【００２９】
そして、下部電極１２と上部電極１４との間に電圧パルスあるいは電流パルス等を電気的手段により印加することにより、両電極１２、１４の突起１２ａ、１４ａが接触している領域の金属酸化物１３の電気抵抗値を変化させ、その抵抗値が高抵抗状態を論理“０”に、低抵抗状態を論理“１”に関連付けることによって、デジタル情報を保存する。
【００３０】
この本発明の不揮発性メモリは、両電極１２，１４が金属酸化物１３と接触する面に突起を設けたことにより、電極間に電界を印加すると、その突起１２ａ、１４ａに電界が集中し、このため電極に突起が設けられていないものと比較して低消費電力で駆動させることができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る不揮発性メモリ２０の構成を示す断面図である。
【００３２】
この不揮発性メモリ２０は、シリコン、または表面がシリコン酸化物で被覆されたシリコン等の基板２１の上に、略同一平面内で間隔をおいて平行に、複数の下部電極２２が配置され、その上に電気的手段により電界を印加することにより電気抵抗値が変化する金属酸化物２３の連続層が形成され、更にその上に略同一平面内で間隔をおいて平行に配置した複数の上部電極２４が設けられている。前記下部電極２２と上部電極２４は、概ね互いに直交して配置され、互いに交差する領域の対向する面の中央部にはその金属酸化物２３に埋設状態で互いの先端面が対面する断面形状が台形の突起２２ａ、２４ａが設けられている。
【００３３】
前記突起２２ａ、２４ａは電極２２、２４と同質材料であっても、異質材料であってもよく、その電極２２、２４の形成時にその材料で同時に形成してもよく、或いは電極２２、２４とは別に設けて一体化してもよい。
【００３４】
そして、前記下部電極２２と上部電極２４は、上記実施の形態１と同様に、ワード線またはビット線と接続されるが、その電極自体がワード線またはビット線で形成されるようにしてもよい。なお、下部電極２２がワード線自体で形成されているかワード線と接続される場合は、上部電極２４がビット線自体で形成されるかビット線と接続される。その逆の場合は、下部電極２２がビット線自体で形成されるかビット線と接続され、上部電極２４がワード線自体で形成されるかワード線と接続される。
【００３５】
そして、複数の下部電極２２と上部電極２４において、任意の電極間に電圧パルスあるいは電流パルス等を電気的手段により印加することにより、その電界が印加された両電極の交点に位置する突起２２ａ、２４ａと接触している領域の金属酸化物の電気抵抗値を変化させ、その抵抗値が高抵抗状態を論理“０”に、低抵抗状態を論理“１”に関連付けることによって、デジタル情報を保存する。すなわち、金属酸化物２３の連続層と両電極の突起２２ａ、２４ａが接触している領域がメモリ・セルになる。
【００３６】
この実施の形態２においても上記実施の形態１と同様に、両電極の金属酸化物と接触する面、すなわち両電極が交差する面に突起を設けたため、電極間に電界を印加すると、その突起部分に電界が集中する。したがって、金属酸化物が連続層であっても、金属酸化物と電極の突起が接触している領域のみが、クロストークの影響を受けないメモリ・セルになる。そのため、複数の電極間の間隔を極めて狭く配した場合においても、メモリ・セル間のクロストークの影響を低減できるという効果を有する。
【００３７】
クロスポイントメモリ構造を有する低クロストークの不揮発性メモリにおいて、従来の不揮発性メモリでは下部電極と上部電極が交差する位置にペロブスカイト材料等の金属酸化物に開口部を設けることによってメモリビットを形成するようにしていたが、上記本発明の構成によれば、金属酸化物に開口部を設けることによってメモリビットを形成するような工程が不要となり、このため製造コストが安くなり、ビットコストを下げることができる。そして、実施の形態１と同様に、電極に突起部分が設けられていない従来の不揮発性メモリと比較して、低消費電力で駆動させることができるという利点を有する。
【００３８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る三次元構造を有する不揮発性メモリ３０について図３を用いて説明する。
【００３９】
この不揮発性メモリ３０は、シリコンまたは表面がシリコン酸化物で被覆されたシリコン等の基板３１の上に、複数の棒状の電極をそれぞれ間隔をおいて平行に、かつ略同一平面内に配した電極群を紙面と直角方向に、また紙面の左右方向にそれぞれ交互に積層状態に配置し、そして、これらの電極において、奇数番号の段にある電極３２１、３２３・・・と偶数番号の段にある電極３２２、３２４・・・は、概ね互いに直交し、各奇数番号の段の電極と偶数番号の段の電極間に電気抵抗値が変化する金属酸化物（可変抵抗材料）の連続層３３１、３３２、３３３、３３４・・・をそれぞれ設け、かつ、前記各電極の互いに交差する領域の対向する面の中央部には金属酸化物３３１、３３２、３３３、３３４・・・に埋設状態で互いの先端面が対面する断面形状が台形の突起３２１ａ、３２２ａ、３２２ｂ、３２３ａ、３２３ｂ、３２４ａ、３２４ｂ・・・が設けられている。
【００４０】
なお、この図３に示す例では、最上段の電極は偶数番号の段の電極を示しているが、最上段の電極は奇数番号の段の電極であってもよく、互いに対向する奇数番号の段の電極と偶数番号の段の電極の突起部分が共にこれらの電極の間に設けられた金属酸化物と接続している三次元構造を有する不揮発性メモリである。
【００４１】
前記突起は電極と同質材料であっても、異質材料であってもよく、その電極の形成材料で同時に設けても、或いは電極とは別に設けて一体化してもよい。なお、このことは後述の実施の形態４及び５においても同様である。
【００４２】
そして、前記各電極は、上記実施の形態１及び２と同様に、それ自体がワード線またはビット線そのもので形成されるか、あるいはワード線またはビット線とは別に形成されてこれらと接続されている。なお、奇数番号の段にある電極が、ワード線そのものに形成されているかワード線と接続されている場合は、偶数番号の段にある電極が、ビット線そのもので形成されるかビット線と接続されている。その逆の場合は、奇数番号の段にある電極が、ビット線そのものに形成されているかビット線と接続され、偶数番号の段にある電極が、ワード線そのものに形成されているかワード線と接続される。
【００４３】
上記の構成において、任意の電極間に電圧パルスあるいは電流パルス等を電気的手段により印加することにより、その電界が印加された両電極の交点に位置する突起と接触している領域の金属酸化物の電気抵抗値を変化させ、その抵抗値が高抵抗状態を論理“０”に、低抵抗状態を論理“１”に関連付けることによって、デジタル情報を保存する。すなわち、電極の突起と金属酸化物の連続層が接触している領域がメモリ・セルになる。
【００４４】
この実施の形態３においても上記各実施の形態と同様に、電極の金属酸化物と接触する面、すなわち電極が交差する面に突起を設けたため、電極間に電界を印加すると、その突起部分に電界が集中する。したがって、金属酸化物が連続層であっても、金属酸化物と電極の突起が接触している領域のみが、クロストークの影響を受けないメモリ・セルになる。そのため、複数の電極間の間隔を極めて狭く配した場合においても、メモリ・セル間のクロストークの影響を低減できるという効果を有する。
【００４５】
金属酸化物と接触する電極面に突起部分が設けられているため、電極間に電界を印加すると、その突起部分に電界が集中する。その為、金属酸化物が連続層であっても、金属酸化物と電極の突起部分が接触している領域のみが、クロストークの影響を受けないメモリ・セルになる。そのため、略同一平面内に配した電極間の間隔を極めて狭く配置しても、メモリ・セル間のクロストークの影響を低減できるという効果を有する。
【００４６】
従って、上記三次元構造を有する低クロストークの不揮発性メモリは、金属酸化物の連続層で形成されるため、製造プロセスコストが安くなり、ビットコストを下げることができる。更に、三次元構造を有しているため、大記憶容量で、低消費電力駆動の不揮発性メモリを提供することができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態１、２、３においては電極の突起を下部電極と上部電極、または奇数番号の段にある電極と偶数番号の段にある電極、すなわち、金属酸化物と接触する対向電極の対向面にそれぞれ突起を設けた場合について説明したが、この突起は対向する電極の少なくとも一方側にのみ設けてもその突起部分に電界が集中するため、同様に金属酸化物と電極の突起部分が接触している領域のみが、クロストークの影響を受けないメモリ・セルになる。
【００４８】
また、上記各実施の形態においては電極の突起の断面形状が台形からなるものについて述べたが、この断面形状は台形に限定されるものではなく、三角形、矩形、多角形、略半円形、略半楕円形等であってもよく、またはこれらの形状を組み合わせた形状であってもよく、電極間に電界を印加した時にその突起に電界が集中する形状であればよい。
【００４９】
（実施の形態４）
ここで、電界集中部を形成する突起の形状の例として、突起の断面形状が台形以外のものについて図４に示す。まず、図４（ａ）は電極の突起の断面形状が三角形の場合、図４（ｂ）は電極の突起の断面形状が略半楕円形の場合である。図４の符号４２は電極、４２ａ及び４２ｂはこの電極４２に設けられた突起である。
【００５０】
（実施の形態５）
また、上記各実施の形態においては電極の突起を金属酸化物の中に埋設状態にする場合を示したが、この実施の形態５は金属酸化物に埋設されずに先端部が金属酸化物と接触した構造であってもその突起に電界が集中するため、このような構成であってもよい。
【００５１】
図５は前記電極の突起が上記各実施の形態のように金属酸化物に埋設されず、その先端部が金属酸化物と接触している構造の一例であり、この図５において、符号５２は電極、５４は金属酸化物、５２ａは電極の突起である。なお、他は各実施の形態と同様であるため、これらを援用し、説明は省略する。
【００５２】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る三次元構造を有する不揮発性メモリについて図６及び図７を用いて説明する。図６は実施の形態６に係る不揮発性メモリ１００の構成を示す断面図であり、図７（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ電極の断面図である。
【００５３】
この不揮発性メモリ１００はシリコン、または表面がシリコン酸化物で被覆されたシリコン等の基板１０１の上に、略同一平面内で間隔をおいて平行に、複数の電極１０２１をスパッタリング法等により配列形成し、その上に、金属酸化物１０３１の薄膜が形成されている。
【００５４】
この金属酸化物１０３１の薄膜は、真空蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）、クラスターイオンビーム法（ＩＣＢ）、レーザアブレーション法等の真空中で行う物理堆積法（ＰＶＤ）、気相化学輸送法、有機金属堆積輸送法（ＭＯＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ法、金属気相化学反応法等の気相化学堆積法（ＣＶＤ）、及び融液、溶液を用いる液相エピタキシャル法（ＬＰＥ）、印刷焼結法、ゾル−ゲル法、有機金属分解法（ＭＯＤ）、スプレー法等の液体塗布焼結法により形成される。
【００５５】
その後、前記金属酸化物１０３１の上面に溝加工を施し、その溝内に電極１０２１と概ね互いに直交する複数の電極１０２２を上記電極１０２１と同様の方法により平行に形成し、更に、その上に金属酸化物１０３２の薄膜を前記金属酸化物１０３１と同様の方法により形成する。前記溝加工は、機械加工、レーザ光照射あるいは光、イオンビーム、電子線等を用いて切削等により行われる。
【００５６】
更に、上記金属酸化物１０３２の上に最下段の電極１０２１と同様の方法により略同一平面内で間隔をおいて平行に、複数の電極１０２３を形成し、その電極１０２３の上に上記と同様の方法により金属酸化物１０３３の薄膜、電極１０２４を形成し、以下前記の方法の繰り返しによって多層構造に順次積層する。
【００５７】
ここで、電極形状については、電極１０２１、１０２３・・・を図７（ｂ）に示すように断面形状が矩形の四角柱であり、電極１０２２、１０２４・・・は図７（ａ）に示すように断面形状が六角形の六角柱であり、その各六角柱の狭幅の平坦面が電極１０２１、１０２３・・・と対面するように配置され、これにより対向する電極の直交部分に電界が集中する。なお、電極１０２２、１０２４・・・の形状は前記溝の加工形状に倣うため、その溝の形状が六角柱を形成する形状に加工される。
【００５８】
前記の製造方法で製造された三次元構造を有する不揮発性メモリ１００は、基板１０１の上に、略同一平面内で間隔をおいて平行に、複数の電極が配置され、この電極は段を有し、奇数番号の段にある電極１０２１、１０２３・・・と偶数番号の段にある電極１０２２、１０２４・・・は、概ね互いに直交し、対向する電極間に電気的手段により電圧パルスあるいは電流パルス等を印加することにより、金属酸化物（可変抵抗材料）からなるメモリ・セル領域１０３、１０４・・・の電気抵抗値が変化する。
【００５９】
そして、前記各電極は、上記各実施の形態と同様に、それ自体がワード線またはビット線そのもので形成されるか、あるいはワード線またはビット線とは別に形成されてこれらと接続されている。なお、奇数番号の段にある電極が、ワード線そのものに形成されているかワード線と接続されている場合は、偶数番号の段にある電極が、ビット線そのもので形成されるかビット線と接続されている。その逆の場合は、奇数番号の段にある電極が、ビット線そのものに形成されているかビット線と接続され、偶数番号の段にある電極が、ワード線そのものに形成されているかワード線と接続される。
【００６０】
そして、任意の電極間に電圧パルスあるいは電流パルス等の電界を電気的手段により印加することにより、電極と接触しているメモリ・セル領域１０３、１０４・・・の金属酸化物の電気抵抗値を変化させ、その電気抵抗値が高抵抗状態を論理“０”に、低抵抗状態を論理“１”に関連付けることによって、デジタル情報を保存することができる。
【００６１】
なお、上記のように電極１０２２、１０２４・・・の断面形状を六角形とした構成により、電極間に電界を印加すると、電極１０２１、１０２３・・・に対面する電極１０２２、１０２４・・・の先端面部分に電界が集中するため、クロストークの影響を受けず、低消費電力で駆動させることが可能となる。
【００６２】
この三次元構造を有するクロストークの影響を受けない不揮発性メモリは、従来の不揮発性メモリのように、対向する電極が交差する位置にペロブスカイト材料等の金属酸化物を開口部に残して、メモリビットを形成する工程が必要なくなり、製造プロセスコストが安くなるため、ビットコストを下げることができる。更に、三次元構造を有しているため、大記憶容量で、低消費電力駆動の不揮発性メモリを提供することができる。
【００６３】
上記では、電極１０２２、１０２４・・・の断面形状が六角形の場合について述べたが、この断面形状は六角形に限られるものではなく、三角形、矩形、多角形、略半円形、略半楕円形、またはこれらの形状を組み合わせた形状あるいは合成した形状であってもよく、電極間に電界を印加した時に、電界が集中する電界集中形状であればよい。
【００６４】
上記各実施の形態における金属酸化物は、電圧パルスあるいは電流パルスの印加、直流電圧あるいは直流電流の印加、交流電圧あるいは交流電流の印加等の何れかによる電界の印加により、電気抵抗値が変化する金属酸化物であればよく、特に、ペロブスカイト型構造、イルメナイト型構造、あるいはスピネル型構造等の結晶構造を有するものが好ましく、ペロブスカイト型構造を有する場合は、強誘電体材料、超巨大磁気抵抗（ＣＭＲ）材料、及び高温超伝導（ＨＴＳＣ）材料のうち、少なくとも何れかであり、特に、チタン酸ストロンチウムバリウム、ジルコン酸ストロンチウム、マンガン酸カルシウムプラセオジウム、コバルト酸バリウムカルシウムガドリニウムのうち、少なくとも何れかであることが好ましい。更に、クロム、バナジウム、スカンジウムまたは他の遷移金属のうち、少なくとも一種以上の添加元素を含有していてもよい。
【００６５】
前記金属酸化物がイルメナイト型構造を有する場合は、強誘電体材料であることが好ましく、マグネシウム、インジウム、スカンジウム、亜鉛、銅、鉄のうち、少なくとも一種以上の添加元素を含有するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムがよい。
【００６６】
更に、前記金属酸化物がペロブスカイト型構造、またはイルメナイト型構造を有する場合の添加元素の濃度は、０ｍｏｌ％を超え１０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
【００６７】
また、金属酸化物がスピネル型構造を有する場合は、チタン酸マグネシウム、マグネシウム酸クロム、クロム酸ニッケル、マグネシウム酸アルミニウム、バナジウム酸アルミニウム、コバルト酸鉄の内、少なくとも何れかであることが好ましい。
【００６８】
なお、上記各実施の形態における各電極は、金属酸化物と化合物を形成しない材料、あるいは金属酸化物と拡散または化学反応しない材料であり、プラチナ、金、銀、銅、イリジウム、ルテニウム、アルミニウムの内、少なくとも何れかであることが好ましい。
【００６９】
また、上記各実施の形態における各電極及び金属酸化物の厚みは、ともに１０ｎｍ〜１μｍが好ましく、また、シリコン酸化物の厚みは、０.１〜１μｍが好ましい。
【００７０】
なお、上記各実施の形態における基板はシリコンに限定されるものではなく、アルミン酸ランタン、ニオブ酸リチウム、窒化チタン、または他の材料の非晶質、多結晶または単結晶のいずれかである任意の適切な基板材料である。
【００７１】
更に、各実施の形態において、基板と下部電極または最下段の電極の間には、チタンまたはタンタル等の酸化し易い材料、或いはチタン酸化物やタンタル酸化物等からなる密着層を形成してもよく、この密着層の厚みは、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。また、上部電極または最上段の電極はアルミニウム酸化物またはシリコン酸化物等の絶縁体で被覆されていることが好ましく、このように絶縁体で被覆することにより対候性の面から不揮発性メモリ素子の信頼性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、低消費電力で駆動する低コスト、大記憶容量の低クロストークの不揮発性メモリを提供することにあり、このため大きな情報量を扱う特に携帯用機器のメモリとして最適である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る不揮発性メモリの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る不揮発性メモリの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る不揮発性メモリの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る電極の突起部分の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る電極の突起部分と金属酸化物との関係を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態６に係る不揮発性メモリの構成を示す断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態６に係る電極の断面図である。
【図８】従来の不揮発性メモリの断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、２０、３０、１００  不揮発性メモリ
１１、２１、３１、１０１  基板
１２、２２  下部電極
１２ａ、２２ａ  突起
１４、２４  上部電極
１４ａ、２４ａ  突起
３２１、３２２、３２３、３２４、４２、５２、１０２１、１０２２、１０２３、１０２４  電極
１３、２３、３３１、３３２、３３３、３３４、５４  金属酸化物
３２１ａ、３２２ａ、３２２ｂ、３２３ａ、３２３ｂ、３２４ａ、３２４ｂ  突起
【図１】
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【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】
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【図８】
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