(57)【要約】【課題】本発明の第一の目的は、信頼性の高い相変化メモリを提供することにある。また、本発明の第二の目的は、書換え繰返し耐性の高い相変化メモリを提供することにある。【解決手段】基板の一主面側に形成された相変化記録膜を含む相変化メモリにおいて、相変化記録膜のアモルファス相の原子配列と同様の原子配列を持つアモルファス材料を相変化記録膜に接触させ、なおかつ相変化記録膜に引張りひずみを与える。【選択図】図１
2006120810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶相とアモルファス相との間を変化することで情報を記録する相変化記録膜と、前記相変化記録膜に引張ひずみを与える手段とを有することを特徴とする相変化メモリ。
【請求項２】
請求項１において、前記相変化記録膜がGe、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つを構成元素として含むことを特徴とする相変化メモリ。
【請求項３】
請求項２において、前記引張ひずみを与える手段は、ピエゾ素子であることを特徴とする相変化メモリ。
【請求項４】
請求項３において、前記ピエゾ素子は、前記相変化記録膜を挟む第1及び第2の強誘電体と、前記相変化記録膜と前記第1及び第2の強誘電体を挟む第1及び第2の電極を有することを特徴とする相変化メモリ。
【請求項５】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜がGe、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つを構成元素として含み、前記第一電極の主構成材料がTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【請求項６】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜がGe、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つを構成元素として含み、前記第一電極の主構成材料がTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記誘電体膜の主構成材料がTiOxNyまたはTaOxNyまたはTiSixOyNzまたはTaSixOyNzであり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【請求項７】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜がGe、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つを構成元素として含み、前記第一電極の主構成材料が化学気相蒸着法またはメッキ法で形成されたTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記誘電体膜の主構成材料がTiOxNyまたはTaOxNyまたはTiSixOyNzまたはTaSixOyNzであり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【請求項８】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜がGe、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つを構成元素として含み、前記第一電極の主構成材料がTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記誘電体膜の主構成材料がTiOxNyまたはTaOxNyまたはTiSixOyNzまたはTaSixOyNzであり、前第二電極が酸化処理、窒化処理、酸窒化処理の少なくとも一つを受けて形成された膜であり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【請求項９】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜がGe、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つを構成元素として含み、前記第一電極の主構成材料が化学気相蒸着法またはメッキ法で形成されたTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記誘電体膜の主構成材料がTiOxNyまたはTaOxNyまたはTiSixOyNzまたはTaSixOyNzであり、前第二電極が酸化処理、窒化処理、酸窒化処理の少なくとも一つを受けて形成された膜であり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【請求項１０】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜がGe、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つを構成元素として含み、前記相変化記録膜がZnを構成元素として含み、前記第一電極の主構成材料がTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【請求項１１】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜の主構成材料がZnSbxTeyまたはZnGexTeyまたはZnGexSbyTezまたはGeSbxTeyであり、前記第一電極の主構成材料がTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【請求項１２】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜の主構成材料がZnSbxTeyまたはZnGexTeyまたはZnGexSbyTezまたはGeSbxTeyであり、前記第一電極の主構成材料がTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記誘電体膜の主構成材料がTiOxNyまたはTaOxNyまたはTiSixOyNzまたはTaSixOyNzであり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【請求項１３】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜の主構成材料がZnSbxTeyまたはZnGexTeyまたはZnGexSbyTezまたはGeSbxTeyであり、前記第一電極の主構成材料が化学気相蒸着法またはメッキ法で形成されたTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記誘電体膜の主構成材料がTiOxNyまたはTaOxNyまたはTiSixOyNzまたはTaSixOyNzであり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【請求項１４】
基板と、前記基板の一主面側に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜に接触して形成された第一電極と、前記第一電極に接触して形成された相変化記録膜と、前記相変化記録膜に接触して形成された第二電極を備え、前記相変化記録膜の主構成材料がZnSbxTeyまたはZnGexTeyまたはZnGexSbyTezまたはGeSbxTeyであり、前記第一電極の主構成材料が化学気相蒸着法またはメッキ法で形成されたTiSixNyまたはTaSixNyであり、前記第一電極におけるSiの濃度が0.07at.%以上33at.%以下であり、前記誘電体膜の主構成材料がTiOxNyまたはTaOxNyまたはTiSixOyNzまたはTaSixOyNzであり、前第二電極が酸化処理、窒化処理、酸窒化処理の少なくとも一つを受けて形成された膜であり、前記第一電極と前記第二電極の間に強誘電体が挟まれた構造を持つ相変化メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化を用いて情報を記録、消去、書き換え、再生することが可能な相変化メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば非特許文献１までに記載されているように、相変化記録方式では、記録膜材料が結晶相−アモルファス相の相変化を起こすことを利用して書き込みを行い、結晶相かアモルファス相かを判定することによって読取りを行う。この方式で最もよく使用されているカルコゲナイド（例えばGeSbxTey系材料）の記録膜材料を用いた場合、アモルファス相の安定性が低く、時間とともに結晶化してしまうことがある。この不具合は、温度が高い環境下でより深刻となる。また、上述の文献にも記載されているように、アモルファス相−結晶相の体積変動率が大きい場合に、書換えの繰返しによって特性が劣化してしまうという問題がある。この文献には、格子欠損濃度の高い組成ほど書換えの際の体積変動が小さく、繰返し耐性が高いことが記載されている。さらに、非特許文献１にも記載されているように相変化速度の高速化による書換え速度の向上が重要な課題となっている。
【０００３】
【非特許文献１】応用物理Vol. 71，No.5（2002年）の562ページから565ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の第一の目的は、信頼性の高い相変化メモリを提供することにある。また、本発明の第二の目的は、アモルファス状態の安定した相変化メモリを提供することにある。また、本発明の第四の目的は、書換え繰返し耐性の高い相変化メモリを提供することにある。また、第四の目的は、書換え速度の速い相変化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】
【０００５】
発明者らは、相変化記録膜のアモルファス相の安定性を向上させる手段を得るために鋭意研究を行った結果、相変化記録膜のアモルファス相の原子配列と同様の原子配列を持つアモルファス材料を相変化記録膜に接触させることが有効であることを見出した。
【０００６】
また、発明者らは、前述の非特許文献１の知見を利用し、より格子欠損濃度の高い組成を用いることによって繰返し耐性を向上しようとした場合、格子欠損が多いことによる副作用として、結晶状態（消去状態）における原子配列の規則性が悪くなり、アモルファス相との区別が難しくなることを明らかにした。そこで、発明者らは、格子欠損濃度の高い組成を用いずに繰返し耐性を向上させる手段を得るために鋭意研究を行った結果、記録膜に引張ひずみを持たせることが有効であることを見出した。さらに引張ひずみを持たせることにより、書換え速度を向上させる効果が得られることを見出した。
【０００７】
本願発明の課題は例えば、下記の構成を備えた相変化メモリにより解決される。
結晶相とアモルファス相との間を変化することで情報を記録する相変化記録膜と、前記相変化記録膜に引張ひずみを与える手段とを有する構造を持つこと。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性の高い相変化メモリを提供することができる。また、アモルファス相の安定した相変化メモリを提供することができる。また、書換え繰返し耐性の高い相変化メモリを提供することができる。また、書換え速度の速い相変化メモリを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図に示した実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
まず、次に、本発明における第一の実施例である相変化メモリにおける主要部分の断面構造を図１に示す。シリコン基板１０１の上に配線膜１０２a、下部電極膜１０２、絶縁膜１０３、相変化記録膜１０４、強誘電体１０４p、強誘電体１０４q、上部電極膜１０５、配線膜１０６、絶縁膜１０７、配線膜１０８、絶縁膜１０９がこの順序で形成されることによって構成されている。これらは、例えばスパッタ法や化学気相蒸着法(Chemical Vapor Deposition、CVD)やメッキ法を用いて形成する。相変化記録膜１０４は、Ge、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つを構成元素として含み、例えば、GeSb2Te4、Ge2Sb2Te5、Ge6Sb2Te9あるいはZnSbxTey、ZnGexTey、ZnGexSbyTez、GeSbxTeyを主構成材料とする。この場合、GeSb2Te4、Ge2Sb2Te5、Ge6Sb2Te9は相変化速度が速いという利点がある。一方、ZnSbxTey、ZnGexTey、ZnGexSbyTez、GeSbxTeyは機械的強度が強いという利点がある。下部電極膜１０２の材料としては、相変化記録膜１０４のアモルファス相の原子配列と同様の原子配列を持つアモルファス材料を用いることが、記録膜１０４のアモルファス相を安定化する上で好ましい。記録膜１０４のアモルファス相の原子配列と同様の原子配列を持つアモルファス材料は、例えばTiSixNyやTaSixNyである。TiSixNyやTaSixNyは接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmのアモルファス材料であり、相変化記録膜１０４の主構成材料（例えばGeSb2Te4、Ge2Sb2Te5、Ge6Sb2Te9、ZnSbxTey、ZnGexTey、ZnGexSbyTez、GeSbxTey）のアモルファス相も接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmであるため、TiSixNyやTaSixNyが相変化記録膜１０４に接触していると、記録膜１０４のアモルファス相が安定化する。この効果を示すために、相変化記録膜１０４のアモルファス相が結晶化するのに必要な活性化エネルギーを分子動力学シミュレーションにより解析した。分子動力学シミュレーションとは、例えばジャーナルオブアプライドフィジックス(Journal of Applied Physics)の第５４巻(１９８３年発行)の４８７７ページに記述されているように、原子間ポテンシャルを通して各原子に働く力を計算し、この力を基にニュートンの運動方程式を解くことによって各時刻における各原子の位置を算出する方法である。なお、本実施例では、上記の分子動力学法に電荷移動を取り入れて異種元素間の相互作用を計算することにより、後述の関係を求めることができた。
【００１１】
記録膜１０４のアモルファス相が結晶化するのに必要な活性化エネルギーを分子動力学により解析する手続きは次の通りである。記録膜１０４の初期状態をアモルファス相とし、結晶相に変化するまでの時間（結晶化時間）を例えば600℃と700℃の場合について求めた。この後は通常実施されているように、これらの結果をアレニウスプロットとして表示し、２つの温度での結果を表す２つの点を直線で結ぶ。直線の傾きから活性化エネルギーが計算できる。
【００１２】
相変化記録膜１０４の主構成材料としてGeSb2Te4を用いた場合の活性化エネルギーが、下部電極１０２の主構成材料にどのように依存するかを図２に示す。接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmのアモルファス材料であるTiSixNyやTaSixNyが下部電極材料である場合に、活性化エネルギーが顕著に大きく、相変化記録膜１０４のアモルファス相が安定化されることがわかる。なお、この例では、TiSixNyはTiNにSiが1at.%添加された材料である。また、TaSixNyはTaNにSiが1at.%添加された材料である。
【００１３】
記録膜１０４の主構成材料としてGe2Sb2Te5を用いた場合の活性化エネルギーが、下部電極１０２の主構成材料にどのように依存するかを図３に示す。図２の場合と同様に、接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmのアモルファス材料であるTiSixNyやTaSixNyが下部電極材料である場合に、活性化エネルギーが顕著に大きく、相変化記録膜１０４のアモルファス相が安定化されることがわかる。結果は図示しないが、Ge、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つの元素を含み、Ge、Sb、Teから選ばれる１つの元素が主構成元素である場合には、図２や図３で示した効果と同様の効果が得られることが解析により確認された。
【００１４】
相変化記録膜１０４の主構成材料としてZnGeTeを用いた場合の活性化エネルギーが、下部電極１０２の主構成材料にどのように依存するかを図４に示す。図２や図３の場合と同様に、接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmのアモルファス材料であるTiSixNyやTaSixNyが下部電極材料である場合に、活性化エネルギーが顕著に大きく、相変化記録膜１０４のアモルファス相が安定化されることがわかる。そして、図２や図３の場合よりも安定化の効果が高いことがわかる。結果は図示はしないが、Ge、Sb、Teから選ばれる少なくとも２つの元素を含み、Ge、Sb、Teから選ばれる１つの元素が主構成元素であり、さらにZnを構成元素として含有する場合には、アモルファス相を安定化する効果が高いことが解析により確認された。
【００１５】
ここまでの例では、TiSixNyとしてTiNにSiが1at.%添加された材料を用い、TaSixNyとしてはTaNにSiが1at.%添加された材料を用いてアモルファス相が安定化される効果を示した。次に、この効果がSiの濃度にどのように依存するかを図５、図６、図７、図８に示す。Siの濃度が0.07at.%以上33at.%以下において活性化エネルギーが大きく、相変化記録膜１０４のアモルファス相を安定化する効果が高い。したがって、Siの濃度はこの範囲にあることが望ましい。この理由は次の通りである。Siの0.07at.%以上の添加はTiNやTaNをアモルファス状態にしやすいという効果があるため、相変化記録膜１０４のアモルファス相を安定化する効果がある。しかし、33at.%よりも高い濃度でSiを添加してしまうと、接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmよりも顕著に小さくなるため、相変化記録膜１０４のアモルファス相を安定化する効果が弱くなる。
【００１６】
図１に示したように、下部電極１０２の幅が相変化記録膜１０４の幅よりも小さい場合には、幅の狭い下部電極１０２を形成する必要があるため、化学気相蒸着法またはメッキ法により下部電極１０２を形成することが緻密な電極を製造する上で好ましい。また、下部電極１０２の幅が相変化記録膜１０４の幅よりも小さい場合には、絶縁膜１０３は下部電極１０２に接触するため、絶縁膜１０３は接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmのアモルファス材料であることが電極１０２と相変化記録膜１０４のアモルファス相を安定化する上で有効である。理由は、接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmのアモルファス材料を下部電極１０２として用いた場合に相変化記録膜１０４のアモルファス相を安定化する理由と同じであり、すでに図２〜図４を用いて説明した通りである。接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmのアモルファス材料で、絶縁膜１０３に用いることができる材料は、例えばTiOxNy、TaOxNy、TiSixOyNz、TaSixOyNzである。
【００１７】
本実施例では、相変化記録膜１０４の書換え機能を向上させるために、相変化を起こす際に相変化記録膜１０４に引張ひずみを持たせるための、ピエゾ素子が形成されている。これは、引張ひずみにより、相変化を起こす際の応力を緩和させ、書換え耐性を向上させることができるためである。また、引張りひずみが相変化記録膜１０４の相変化を起こす際の原子移動を速やかにさせるため，書換え速度が速くなるという効果がある。図１において、ピエゾ素子は、強誘電体１０４p，１０４qを下部電極１０２と上部電極膜１０５で挟んだ構造を持つ。
【００１８】
このピエゾ素子によって、相変化を起こす際、すなわち下部電極１０２と上部電極膜１０５の間に電圧がかかった際に、相変化記録膜１０４に引張ひずみが与えられる。引張りひずみを与えることによる効果を図９に示す。図９の(a)および(b)は、それぞれ記録膜１０４の主構成材料としてGe2Sb2Te5およびZnGeTeを用いた場合の相変化時間を示している。図９においては、結晶化時間およびアモルファス化時間を、ひずみがゼロの値を１として規格化して示した。薄いグレーの棒グラフが結晶化時間を表し、濃いグレーの棒グラフがアモルファス化時間を表している。これらのグラフより、引張りひずみが大きくなると、結晶化時間およびアモルファス化時間が短くなり、書換え速度が速くなることがわかる。図には示さないが、他の組成比においても同様の効果が得られる。
【００１９】
なおこの実施例において、相変化記録膜１０４にあらかじめ引張ひずみを持たせるために、上部電極膜１０５は、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理の少なくとも一つを受けて形成された膜であることがより好ましい。これは、上部電極膜１０５に酸化処理、窒化処理、酸窒化処理を施すことによって、酸素や窒素を割り込ませることになるので、上部電極膜１０５に圧縮ひずみを与えることになり、この結果、下にある相変化記録膜１０４には引張ひずみが働くためである。特に、酸化処理の場合には、酸化膜でありながら導電体であるRuO2膜あるいはIrO2膜を上部電極膜１０５として用いることが好ましい。上部電極膜１０５は導電性がないと機能しないためである。また、窒化処理の場合には、窒化膜でありながら導電体であるTiN膜あるいはWN膜などを上部電極膜１０５として用いることが好ましい。上部電極膜１０５は導電性がないと機能しないためである。以上で説明した本実施例の効果は、計算条件を変えても同様に示された。
【実施例２】
【００２０】
次に、本発明における第二の実施例である相変化メモリにおける主要部分の断面構造を図１０に示す。第二の実施例と第一の実施例との違いは、第二の実施例では、下部電極１０２が、１０２bと１０２cの二層構造となっている点である。この場合、第一下部電極１０２bは配線膜１０２aと密着性の良い材料を選ぶことが好ましく、第二下部電極１０２cの材料としては、相変化記録膜１０４のアモルファス相の原子配列と同様の原子配列を持つアモルファス材料を用いることが、記録膜１０４のアモルファス相を安定化する上で好ましい。記録膜１０４のアモルファス相の原子配列と同様の原子配列を持つアモルファス材料で第二下部電極１０２cの材料として好ましい材料は、上述したように、例えばTiSixNyやTaSixNyである。
【実施例３】
【００２１】
次に、本発明における第三の実施例である相変化メモリにおける主要部分の断面構造を図１１に示す。第三の実施例と第一の実施例との違いは、第三の実施例では、絶縁膜１０３が、１０３aと１０３bの二層構造となっている点である。この場合、第一絶縁膜１０３aは配線膜１０２aと密着性の良い材料を選ぶことが好ましく、第二絶縁膜１０３bの材料としては、相変化記録膜１０４のアモルファス相の原子配列と同様の原子配列を持つアモルファス材料を用いることが、下部電極１０２と記録膜１０４のアモルファス相を安定化する上で好ましい。記録膜１０４のアモルファス相の原子配列と同様の原子配列を持つアモルファス材料で第二絶縁膜１０３bの材料として好ましい材料は、上述したように、例えばTiOxNy、TaOxNy、TiSixOyNz、TaSixOyNzである。
【００２２】
次に、上述の実施例の層構造が適用された相変化メモリにおける主要部分の断面構造を図１２に示す。本実施例の相変化メモリでは、例えばシリコン基板２０１の上にトランジスタを構成するゲート絶縁膜２０２とゲート電極２０６が形成され、さらに、拡散層２０３、２０４に配線が形成されている。配線２０８a、２０８b、２１５、２１７、２１９と下部電極２１０、相変化記録膜２１２、強誘電体２１２p、強誘電体２１２q、上部電極２１３は、絶縁膜２０７、２０９、２１１、２１４、２１６、２１８により仕切られている。下部電極２１０、強誘電体２１２p、強誘電体２１２q、上部電極２１３からなるピエゾ素子は、第一の実施例と同様に、書換え耐性と書換え速度を向上させる効果を得るためのものである。図１２において、ゲート電極２０６、ゲート絶縁膜２０２、基板２０１からなるトタンジスタは、例えば図１３に示すようなメモリ回路の１つのトランジスタに相当する。例えば、図１３の相変化記録膜２２３を挟む電極２２１、２２３は、トランジスタ２２０によりオン・オフでき、指定したアドレスのメモリセルにアクセスできるようになっている。また、下部電極２１０の幅が相変化記録膜２１２の幅よりも小さい場合には、絶縁膜２０９は下部電極２１０に接触するため、絶縁膜２０９は接触界面面内の平均最近接原子間距離が約0.3 nmのアモルファス材料であることが下部電極２１０および相変化記録膜２１２のアモルファス相を安定化する上で有効である。
【００２３】
また、図１３のようにトランジスタを用いた回路構造とする代わりに、図１４に示したようにメモリセルを選択するためのダイオード２２４を用いた構造であってもよい。図１４の２２５と２２７は電極を示し、２２６は相変化記録膜を示す。
【００２４】
断面構造の一例を図１５に示す。図１５の構造では、基板３０１の上に配線３０２が形成され、この上に例えば多結晶シリコンからなる半導体膜３０３、３０５が形成され、さらに絶縁膜３０７、下部電極３０８、絶縁膜３０９、相変化記録膜３１０、強誘電体３１０p、強誘電体３１０q、上部電極３１１、絶縁膜３１２、配線３１３が形成されている。メモリセルを選択するためのダイオードは、例えば半導体膜３０３にｎ型不純物をイオン注入してｎ＋領域３０４を形成し、半導体膜３０５にｐ型不純物をイオン注入してｐ＋型領域３０６を形成することによって作る。ここでも、下部電極３０８の材料としては、相変化記録膜３１０のアモルファス相の原子配列と同様の原子配列を持つアモルファス材料を用いることが、記録膜３１０のアモルファス相を安定化する上で有効である。下部電極３０８、強誘電体３１０p、強誘電体３１０q、上部電極３１１からなるピエゾ素子は、第一の実施例と同様に、書換え耐性と書換え速度を向上させる効果を得るためのものである。
【００２５】
フラッシュメモリ等の不揮発性メモリに救済アドレス情報やトリミング情報を記憶する仕組みを備えた半導体装置に以上の実施例で説明した相変化メモリを用いて半導体装置を構成すると、前記の効果を持った信頼性の良いものが得られる。このような半導体装置の回路図の例を図１６に示す。この例は、欠陥救済回路を装備したSRAMメモリの例を示している。図１６の４０３はチップ、４０１はプログラム素子としての相変化メモリ、４０２は救済デコーダ、４０４は入出力回路部（I/O部）、４０５はコア部である。コア部４０５にはCPU４０７とSRAMセルアレー部４０６が含まれる。相変化メモリプログラム素子４０１はI/O部４０４の中にあることが面積低減のために好ましい。
【００２６】
なお、明細書において、主構成材料とは、最も大きな濃度で存在する材料のことを意味する。また、例えば、GeSb2Te4の正確な組成比はGe：Sb：Te＝1：2：4であるが、1：2.2：4のように、10%以内でずれているものも実質的に同等とみなす。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、相変化メモリとして情報記録装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明における第一の実施例である相変化メモリの主要部の断面図である。
【図２】GeSb2Te4を記録膜１０４として用いた場合について、アモルファス相から結晶相へ変化させるための活性化エネルギーが下部電極材料にどのように存性するかを示した図である。
【図３】Ge2Sb2Te5を記録膜１０４として用いた場合について、アモルファス相から結晶相へ変化させるための活性化エネルギーが下部電極材料にどのように存性するかを示した図である。
【図４】ZnGeTeを記録膜１０４として用いた場合について、アモルファス相から結晶相へ変化させるための活性化エネルギーが下部電極材料にどのように存性するかを示した図である。
【図５】Ge2Sb2Te5を記録膜１０４として用い、TiNを下部電極１０２として用いた場合について、アモルファス相から結晶相へ変化させるための活性化エネルギーがTiN中のSi濃度にどのように存性するかを低濃度領域について示した図である。
【図６】Ge2Sb2Te5を記録膜１０４として用い、TiNを下部電極１０２として用いた場合について、アモルファス相から結晶相へ変化させるための活性化エネルギーがTiN中のSi濃度にどのように存性するかを高濃度領域について示した図である。
【図７】Ge2Sb2Te5を記録膜１０４として用い、TaNを下部電極１０２として用いた場合について、アモルファス相から結晶相へ変化させるための活性化エネルギーがTaN中のSi濃度にどのように存性するかを低濃度領域について示した図である。
【図８】Ge2Sb2Te5を記録膜１０４として用い、TaNを下部電極１０２として用いた場合について、アモルファス相から結晶相へ変化させるための活性化エネルギーがTaN中のSi濃度にどのように存性するかを高濃度領域について示した図である。
【図９】本発明において、引張りひずみの相変化時間に対する効果を示す図である。
【図１０】本発明における第二の実施例である相変化メモリの主要部の断面図である。
【図１１】本発明における第三の実施例である相変化メモリの主要部の断面図である。
【図１２】メモリセルを選択するためのトランジスタを用いた相変化メモリの主要部の断面構造を示す図である。
【図１３】メモリセルを選択するためのトランジスタを用いた相変化メモリの回路構造を示す図である。
【図１４】メモリセルを選択するためのダイオードを用いた相変化メモリの回路構造を示す図である。
【図１５】メモリセルを選択するためのダイオードを用いた相変化メモリの主要部の断面構造を示す図である。
【図１６】欠陥救済回路を装備したSRAMメモリのチップのブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１…基板、１０２a…配線膜、１０２…下部電極膜、１０３…絶縁膜、１０４…相変化記録膜、１０４p…強誘電体、１０４q…強誘電体、１０５…上部電極膜、１０６…絶縁膜、１０７…絶縁膜、１０８…配線膜、１０９…絶縁膜、２０１…基板、２０２…ゲート絶縁膜、２０３、２０４…拡散層、２０５…素子分離膜、２０６…ゲート電極、２０７、２０９、２１１、２１４、２１６、２１８…絶縁膜、２０８a、２０８b、２１５…縦配線、２１０、２１３、２２１、２２３、２２５、２２７…電極、２１２、２２２、２２６…相変化記録膜、２１２p…強誘電体、２１２q…強誘電体、２１７、２１９…配線、２２０…トランジスタ、２２４…ダイオード、３０１…基板、３０２…配線、３０３、３０５…半導体膜、３０４…ｎ＋領域、３０６…ｐ＋領域、３０７、３０９、３１２…絶縁膜、３１０…相変化記録膜、３１１…電極、４０１…プログラム素子、４０２…救済デコーダ、４０３…チップ、４０４…I/O部、４０５…コア部、４０６…SRAMセルアレー部、４０７…CPU。
【図１】
2006120810.tif 000003
【図２】
2006120810.tif 000004
【図３】
2006120810.tif 000005
【図４】
2006120810.tif 000006
【図５】
2006120810.tif 000007
【図６】
2006120810.tif 000008
【図７】
2006120810.tif 000009
【図８】
2006120810.tif 000010
【図９】
2006120810.tif 000011
【図１０】
2006120810.tif 000012
【図１１】
2006120810.tif 000013
【図１２】
2006120810.tif 000014
【図１３】
2006120810.tif 000015
【図１４】
2006120810.tif 000016
【図１５】
2006120810.tif 000017
【図１６】
2006120810.tif 000018