(57)【要約】【課題】動作が安定した記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る記憶装置は、イオン化する金属を含む第１電極と、前記金属よりもイオン化しにくい導電性材料を含む第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、絶縁性材料からなる絶縁部と、を備え、前記第１電極と前記第２電極の間には、前記絶縁部の側面に隣接して空孔が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化する金属を含む第１電極と、
前記金属よりもイオン化しにくい導電性材料を含む第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、絶縁性材料からなる絶縁部と、
を備え、
前記第１電極と前記第２電極の間には、前記絶縁部の側面に隣接して空孔が形成されている記憶装置。
【請求項２】
前記絶縁性材料は、シリコン及び窒素を含む請求項１記載の記憶装置。
【請求項３】
前記第１電極は、銀、銅、ニッケル、コバルト、チタン、アルミニウム及び金からなる群より選択された１種類以上の金属材料を含む請求項１記載の記憶装置。
【請求項４】
前記絶縁部における前記空孔に面した側面と前記第２電極との間に介在する絶縁層をさらに備えた請求項１記載の記憶装置。
【請求項５】
前記絶縁層は、シリコン又はゲルマニウムを含む請求項４記載の記憶装置。
【請求項６】
前記第１電極を正極とし、前記第２電極を負極とする電圧を印加したときに、前記絶縁部における前記空孔に面した側面上に、前記第１電極から前記第２電極に向けてフィラメントが形成される請求項１記載の記憶装置。
【請求項７】
銀を含む第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、窒素を含むシリコン酸化物からなる絶縁部と、
を備え、
前記第１電極と前記第２電極の間には、前記絶縁部の側面に隣接して空孔が形成されている記憶装置。
【請求項８】
前記第１電極を正極とし、前記第２電極を負極とする電圧を印加したときに、前記絶縁部における前記空孔に面した側面上に、前記第１電極から前記第２電極に向けてフィラメントが形成される請求項７記載の記憶装置。
【請求項９】
第１方向に延びるビット線と、
前記第１方向に対して交差した第２方向に延びるワード線と、
前記ビット線とワード線との間に配置され、イオン化する金属を含む電極と、
前記電極と前記ワード線との間に設けられた絶縁層と、
前記電極と前記絶縁層との間に設けられ、絶縁性材料からなる絶縁部と、
を備え、
前記電極と前記絶縁層との間には、前記絶縁部の側面に隣接して空孔が形成されている記憶装置。
【請求項１０】
前記絶縁性材料は、シリコン及び窒素を含む請求項９記載の記憶装置。
【請求項１１】
前記電極は、銀、銅、ニッケル、コバルト、チタン、アルミニウム及び金からなる群より選択された１種類以上の金属材料を含む請求項９記載の記憶装置。
【請求項１２】
前記絶縁層は、シリコン又はゲルマニウムを含む請求項９記載の記憶装置。
【請求項１３】
前記ビット線を正極とし、前記ワード線を負極とする電圧を印加したときに、前記絶縁部における前記空孔に面した側面上に、前記電極側からフィラメントが形成される請求項９記載の記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ：Resistance Random Access Memory）は、可変抵抗層を２つの電極で挟んだ２端子構造で記憶素子部が構成される不揮発性メモリである。セル構造が簡易なことから、他のメモリと比較して、スケーリングが容易であると考えられている。そのため、大容量半導体記憶装置として広く製品化されているＮＡＮＤフラッシュメモリに代わる次世代の大容量記憶装置の有力候補として、注目されている。
【０００３】
抵抗変化型メモリの可変抵抗層の材料としては、遷移金属酸化物、硫化物、ペロブスカイト酸化物系、半導体材料等の様々な材料が検討されている。中でも、可変抵抗層の材料にアモルファスシリコン等の半導体材料を用いた記憶装置は、ＣＭＯＳプロセスとの親和性が高いことなどから、実用化が期待されている。しかしながら、このような記憶装置においては、書き込み状態の保持特性が十分ではないなど、安定した動作が実現できていないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開公報ＵＳ２００９／００１４７０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、動作が安定した記憶装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る記憶装置は、イオン化する金属を含む第１電極と、前記金属よりもイオン化しにくい導電性材料を含む第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、絶縁性材料からなる絶縁部と、を備え、前記第１電極と前記第２電極の間には、前記絶縁部の側面に隣接して空孔が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る記憶装置を例示する断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係る記憶装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は書込動作を示し、（ｂ）は消去動作を示す。
【図３】横軸に電圧をとり、縦軸に電流をとって、抵抗変化素子の電流電圧特性を例示するグラフ図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、各状態の抵抗変化素子を観察したＴＥＭ（transmission electron microscopy：透過型電子顕微鏡）写真をトレースした図である。
【図５】第２の実施形態に係る記憶装置を例示する断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係る記憶装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は書込動作を示し、（ｂ）は消去動作を示す。
【図７】第３の実施形態に係る記憶装置を例示する断面図である。
【図８】（ａ）は第３の実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【図９】（ａ）は第３の実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【図１０】（ａ）は第３の実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【図１１】（ａ）は第３の実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【図１２】（ａ）は第３の実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【図１３】（ａ）は第３の実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。
【図１４】第３の実施形態に係る記憶装置の書込動作を示す断面図である。
【図１５】第４の実施形態に係る記憶装置を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る記憶装置を例示する断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る記憶装置１においては、イオン源電極１１及び対向電極１３が設けられており、イオン源電極１１と対向電極１３との間に絶縁層１２が設けられている。絶縁層１２においては、絶縁性材料からなる絶縁部１２ａが設けられており、絶縁部１２ａ間には空孔１２ｂが形成されている。すなわち、空孔１２ｂは、イオン源電極１１と対向電極１３との間に、絶縁部１２ａの側面１２ｃに隣接して形成されている。絶縁部１２ａ及び空孔１２ｂは、それぞれ、イオン源電極１１と対向電極１３との間にわたって連続的に配置されている。このため、絶縁部１２ａにおける空孔１２ｂに面した側面１２ｃ、すなわち、固相部分である絶縁部１２ａと気相部分である空孔１２ｂとの界面は、イオン源電極１１から対向電極１３にわたって連続的に形成されている。イオン源電極１１、絶縁層１２及び対向電極１３により、抵抗変化素子１０が形成されている。
【００１０】
絶縁部１２ａを形成する絶縁性材料は、例えばシリコン（Ｓｉ）を含む材料であり、例えば、シリコンの他に、酸素（Ｏ）及び窒素（Ｎ）のうち少なくとも一方を含む材料である。このような材料の例としては、ＣＭＯＳプロセスで層間絶縁膜の材料として用いられているシリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）又はシリコン窒化物（ＳｉＮ）等が挙げられる。絶縁部１２ａのイオン伝導性を低減し、絶縁性を高めるためには、絶縁部１２ａを形成する絶縁材料に、シリコン及び窒素が含まれていることが好ましい。本実施形態においては、絶縁部１２ａは窒素を含有したシリコン酸化物により形成されている。空孔１２ｂ内は、真空であることが好ましいが、窒素等の非酸化性ガスによって充填されていてもよい。
【００１１】
イオン源電極１１の材料には、イオン化しやすい金属材料を用いる。例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）等を用いる。本実施形態においては、イオン源電極１１を銀により形成する。対向電極１３の材料は、イオン源電極１１の材料よりもイオン化しにくい不活性な導電性材料を用いる。例えば、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属、又は、チタン窒化物（ＴｉＮ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タングステン窒化物（ＷＮ）等の金属窒化物を用いてもよく、不純物が高濃度にドープされた半導体材料、例えば高濃度ドープシリコン、高濃度ドープゲルマニウム等を用いてもよい。
【００１２】
次に、記憶装置１の動作について説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る記憶装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は書込動作を示し、（ｂ）は消去動作を示す。
抵抗変化素子１０は、電圧の印加により絶縁層１２の電気抵抗が変化する素子であり、書込電圧の印加により絶縁層１２が高抵抗状態から低抵抗状態に遷移し、消去電圧の印加により絶縁層１２が低抵抗状態から高抵抗状態に遷移する。また、抵抗変化素子１０は、書込電圧の印加方向と消去電圧の印加方向とが互いに逆向きとなる、いわゆる、バイポーラ動作する抵抗変化素子である。
【００１３】
抵抗変化素子１０の書込動作について説明する。
図２（ａ）に示すように、抵抗変化素子１０に対して、書込電圧として、イオン源電極１１が正極となり、対向電極１３が負極となるような所定の正電圧を印加する。これにより、イオン源電極１１を構成する金属原子、例えば銀原子がイオン化して、絶縁部１２ａにおける空孔１２ｂに面した側面１２ｃ上を、対向電極１３に向かって移動する。一方、電子が側面１２ｃ上を対向電極１３からイオン源電極１１に向かって移動する。そして、銀イオンが電子と結合することにより、側面１２ｃ上で単体の銀原子として析出する。これにより、銀からなるフィラメント１４が形成される。このとき、側面１２ｃ上において、電子の移動度の方が銀イオンの移動度よりも高いため、フィラメント１４はイオン源電極１１を起点として対向電極１３に向かって延びる。そして、フィラメント１４が対向電極１３に達すると、抵抗変化素子１０は低抵抗状態となる。
【００１４】
次に、抵抗変化素子１０の消去動作について説明する。
図２（ｂ）に示すように、抵抗変化素子１０に対して、消去電圧として、イオン源電極１１が負極となり、対向電極１３が正極となるような所定の逆電圧を印加する。これにより、フィラメント１４を構成する金属原子、例えば銀原子がイオン化して、側面１２ｃ上をイオン源電極１１に向かって移動する。このとき、フィラメント１４の先端部、すなわち、対向電極１３側の端部に電界が集中するため、この部分の銀原子が優先的にイオン化する。このため、フィラメント１４は、イオン源電極１１に向かって縮む。これにより、フィラメント１４の少なくとも一部が消失し、対向電極１３から絶縁されるため、抵抗変化素子１０は高抵抗状態となる。
【００１５】
次に、読出動作について説明する。
抵抗変化素子１０に対して、イオン源電極１１が正極となり、対向電極１３が負極となるような正電圧であって、書込電圧よりも低い電圧を印加する。そして、絶縁層１２に流れる電流量を検出することにより、絶縁層１２が低抵抗状態であるか高抵抗状態であるかを判定する。
【００１６】
次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、本実施形態に係る記憶装置１においては、絶縁層１２における絶縁部１２ａの側面１２ｃ上にフィラメント１４が形成される。このため、フィラメント１４が絶縁部１２ａ内に形成される場合と比較して、フィラメント１４が形成される際に、絶縁部１２を形成している原子を押し退ける必要がない。この結果、フィラメント１４が絶縁部１２ａから反力を受けることがなく、太いフィラメント１４を容易に形成することができる。また、形成後のフィラメント１４が絶縁部１２ａから反力を受けないため、フィラメント１４が分断されにくく、低抵抗状態を保持しやすい。
【００１７】
また、フィラメント１４が絶縁部１２ａ内に形成される場合は、フィラメント１４を繰り返し形成することにより、絶縁部１２ａが損傷を受け、特性が劣化する可能性がある。これに対して、本実施形態においては、フィラメント１４を絶縁部１２ａの側面１２ｃ上に形成しているため、絶縁部１２ａに印加される電界の強度が低く、絶縁部１２ａ内への金属元素の侵入量が少ないため、絶縁部１２ａが損傷を受けにくい。このため、抵抗変化素子１０の特性が劣化しにくい。
【００１８】
更に、本実施形態においては、絶縁部１２ａをシリコン及び窒素を含む材料によって形成しているため、絶縁部１２ａの内部に金属イオンが伝導することを、より効果的に抑制できる。これにより、絶縁部１２ａの内部にフィラメントが形成されることをより確実に防止できる。また、側面１２ｃにおける金属イオンの伝導も抑制できるため、書込動作において、フィラメント１４を確実にイオン源電極１１から対向電極１３に向かって伸ばすことができる。この結果、上述の書込動作を確実に実現することができる。
【００１９】
これに対して、仮に、絶縁部１２ａを絶縁材料ではなく、イオン伝導材料によって形成すると、側面１２ｃ上ではなく、絶縁部１２ａの内部にフィラメントが形成されてしまう。また、側面１２ｃ上に形成される場合でも、対向電極１３からイオン源電極１１に向かってフィラメントが伸びてしまう。このため、上述の書込動作を実現できない。
【００２０】
次に、本実施形態の試験例について説明する。
図３は、横軸に電圧をとり、縦軸に電流をとって、抵抗変化素子の電流電圧特性を例示するグラフ図である。
図４（ａ）〜（ｃ）は、各状態の抵抗変化素子を観察したＴＥＭ写真をトレースした図である。
なお、図３の縦軸は対数表示である。
【００２１】
本試験例においては、イオン源電極１１を銀により形成し、絶縁部１２ａを窒素を含むシリコン酸化物により形成し、対向電極１３を不純物を高濃度に含有したシリコンにより形成した抵抗変化素子１０を作製し、その電流電圧特性を測定した。また、各状態の抵抗変化素子１０について、絶縁部１２ａの側面１２ｃを空孔１２ｂ側からＴＥＭによりその場観察した。
【００２２】
図３の手順＜１＞に示すように、高抵抗状態である抵抗変化素子１０に対して、イオン源電極１１を正極とした正電圧を印加し、その電圧を連続的に増加させた。このとき、図４（ａ）に示すように、フィラメント１４はイオン源電極１１側から延びているものの、対向電極１３には到達していなかった。そして、正電圧が一定値に達すると、抵抗変化素子１０が低抵抗状態に遷移した。このとき、図４（ｂ）に示すように、フィラメント１４は対向電極１３に到達していた。
【００２３】
次に、図３の手順＜２＞に示すように、抵抗変化素子１０に印加する正電圧を連続的にゼロまで低減し、その後、イオン源電極１１を負極とする逆電圧を連続的に増加させた。この間、抵抗変化素子１０は低抵抗状態のままであった。そして、逆電圧が一定値に達すると、抵抗変化素子１０が高抵抗状態に遷移した。このとき、図４（ｃ）に示すように、フィラメント１４は対向電極１３から離隔していた。
次に、図３の手順＜３＞に示すように、抵抗変化素子１０に印加する逆電圧を連続的にゼロまで低減した。この間、抵抗変化素子１０は高抵抗状態のままであった。
【００２４】
このように、本試験例によれば、イオン源電極１１からフィラメント１４が成長し、フィラメント１４の先端部が対向電極１３に到達すると低抵抗状態になり、対向電極１３から離隔すると高抵抗状態になることが確認された。
【００２５】
（第２の実施形態）
図５は、本実施形態に係る記憶装置を例示する断面図である。
図５に示すように、本実施形態に係る記憶装置２においては、絶縁層１２と対向電極１３との間に、整流層２１が設けられている。整流層２１は、絶縁層１２の絶縁部１２ａにおける空孔１２ｂに面した側面１２ｃと、対向電極１３との間に介在した絶縁層である。イオン源電極１１、絶縁層１２、整流層２１及び対向電極１３により、可変抵抗素子２０が形成されている。
【００２６】
整流層２１の材料には、シリコン（Ｓｉ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ゲルマニウム酸化物（ＧｅＯ）、ゲルマニウム窒化物（ＧｅＮ）、ゲルマニウム酸窒化物（ＧｅＯＮ）等の絶縁性材料が用いられる。また、整流層２１の材料に絶縁部１２ａと同じ材料を用いてもよい。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００２７】
次に、記憶装置２の動作について説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る記憶装置の動作を示す断面図であり、（ａ）は書込動作を示し、（ｂ）は消去動作を示す。
【００２８】
図６（ａ）に示すように、抵抗変化素子２０に対して、イオン源電極１１が正極となり、対向電極１３が負極となるような所定の書込電圧を印加する。これにより、絶縁部１２ａの側面１２ｃ上にフィラメント２４ａが形成され、更に、整流層２１内にフィラメント２４ｂが形成される。フィラメント２４ｂはフィラメント２４ａの延長上にある。そして、フィラメント２４ｂの先端が対向電極１３に到達すると、抵抗変化素子２０は低抵抗状態となる。
【００２９】
しかしながら、整流層２１内に形成されるフィラメント２４ｂは、整流層２１を形成する原子を押し退けて形成されるため、強靭になりにくく、不安定である。このため、図６（ｂ）に示すように、書込電圧の遮断とともに、フィラメント２４ｂの少なくとも一部が消失し、電流経路が分断される。これにより、整流層２１は自然に高抵抗状態に戻る。この結果、抵抗変化素子２０をクロスポイントアレイ構造に組み込んだ場合に、抵抗変化素子２０内を迷走電流が流れることを抑制することができる。
【００３０】
また、フィラメント２４ｂの少なくとも一部分が切断されることで、消去電圧を印加したときに、電界がフィラメント２４ｂの切断部分に印加され易くなり、消去動作を効率よく実現することができる。逆に言うと、整流層２１の材料としては、このような機能をもたらす材料、すなわち、生成されるフィラメントが電圧の遮断とともに自発的に消失するような材料を用いる。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３１】
次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、本実施形態によれば、抵抗変化素子２０をクロスポイントアレイ構造に組み込んだときに、抵抗変化素子２０内を迷走電流が流れることを抑制できる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３２】
（第３の実施形態）
図７は、本実施形態に係る記憶装置を例示する断面図である。
図７に示すように、本実施形態に係る記憶装置３においては、イオン源電極１１、絶縁部１２ａ及び空孔１２ｂの三重境界部に、突起部３１が設けられている。突起部３１は、導電性材料からなり、例えば、イオン源電極１１と同じ材料からなる。また、突起部３１の形状は、対向電極１３に向かって先細りした形状であることが好ましく、例えば、対向電極１３側に頂点が配置された円錐形又は多角錐形である。突起部３１は、側面１２ｃにおけるイオン源電極１１に接した領域のうち、どこか一ヶ所のみに形成されていることが好ましいが、複数ヶ所に形成されていてもよい。イオン源電極１１及び対向電極１３の形状はそれぞれ配線状であり、相互に直交する方向に延びている。イオン源電極１１間には層間絶縁膜３５（図１３（ａ）参照）が設けられており、対向電極１３間には層間絶縁膜３２が設けられている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３３】
次に、本実施形態に係る記憶装置の製造方法について説明する。
図８（ａ）〜図１３（ｂ）は、本実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する図である。
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すＡ−Ａ’線による断面図である。図９（ａ）〜図１３（ｂ）についても、同様である。
【００３４】
先ず、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン基板（図示せず）上に層間絶縁膜３２を形成し、層間絶縁膜３２の上部に、一方向に延びる配線状の対向電極１３を複数本形成する。次に、層間絶縁膜３２及び対向電極１３の上方に、例えばシリコン窒化物からなるダミー層３３を堆積させ、リソグラフィー法等の手法を用いてパターニングする。これにより、対向電極１３上に複数の島状のダミー層３３をマトリクス状に形成する。このとき、各ダミー層３３の幅は、対向電極１３の幅よりも狭くする。これにより、上方から見て、各ダミー層３３の側面は、対向電極１３の内部に位置する。
【００３５】
次に、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、高密度プラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition：化学気相成長）等の手法を用いて、絶縁材料を堆積させる。これにより、層間絶縁膜３２及び対向電極１３の上方に、ダミー層３３を覆うように、絶縁部１２ａが形成される。
【００３６】
次に、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing：化学的機械研磨）等の手法を用いて、絶縁部１２ａの上面に対して平坦化処理を施す。これにより、絶縁部１２ａの上面において、ダミー層３３の上面が露出する。
【００３７】
次に、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、リソグラフィー法及びドライエッチング法等の手法を用いることにより、絶縁部１２ａとダミー層３３の境界の一部を含む領域に、凹部３４を形成する。凹部３４の形状は、下方に向かって細くなるような形状とし、例えば、円錐状又は角錐状とする。
【００３８】
次に、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、スパッタ法等の手法を用いて、全面に導電性材料を堆積させて、導電膜を形成する。このとき、この導電膜は凹部３４内にも埋め込まれ、突起部３１を形成する。次に、ドライエッチング法等の手法により、導電膜を選択的に除去する。これにより、配線状のイオン源電極１１が複数本形成される。イオン源電極１１は、対向電極１３が延びる方向に対して交差、例えば直交する方向に延びている。また、このドライエッチングにより、イオン源電極１１間のスペースにおいて、絶縁部１２ａを除去する。このドライエッチングは、対向電極１３が露出するまで行ってもよく、その前に停止してもよい。これにより、ダミー層３３が外部に露出する。
【００３９】
次に、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ウェットエッチング等の手法を用いて、ダミー層３３を除去する。例えば、ダミー層３３がシリコン窒化物により形成されている場合は、エッチング液にホットリン酸を使用する。これにより、ダミー層３３を除去したあとの空間が空孔１２ｂとなる。次に、空孔１２ｂが埋め込まれないように、イオン源電極１１間に層間絶縁膜３５を埋め込む。このようにして、本実施形態に係る記憶装置３が製造される。
【００４０】
次に、本実施形態の効果について説明する。
図１４は、本実施形態に係る記憶装置の書込動作を示す断面図である。
図１４に示すように、本実施形態においては、書込動作において、突起部３１に電界が集中するため、この突起部３１を始点としてフィラメント１４が形成される。このため、書込動作を繰り返す場合に、毎回同じ位置にフィラメント１４が形成されるため、書込動作間におけるセット電圧及びオン電流のばらつきが少なく、動作が安定する。また、突起部３１を形成した少数の位置にフィラメント１４を形成することができるため、太くて強靱なフィラメント１４を確実に形成できる。この結果、低抵抗状態の保持特性が良好である。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
なお、本実施形態においても、前述の第２の実施形態のように、絶縁層１２と対向電極１３の間に整流層２１を設け、迷走電流抑止機能を持たせてもよい。
【００４１】
（第４の実施形態）
図１５は、本実施形態に係る記憶装置を例示する断面図である。
図１５に示すように、本実施形態に係る記憶装置４は、前述の第２の実施形態における抵抗変化素子２０を、クロスポイントアレイに適用した例である。
【００４２】
記憶装置４においては、一方向に延びる複数本のビット線４１と、ビット線４１が延びる方向に対して交差、例えば直交する方向に延びる複数本のワード線４６とが設けられている。ビット線４１の下方には、ビット線４１に接し、ビット線４１と同じ方向に延びるイオン源電極４２が設けられている。そして、ビット線４１とワード線４６との最近接部分には、空孔４４及び整流層４５が形成されている。また、ビット線４１、イオン源電極４２、整流層４５及びワード線４６の相互間であって、空孔４４以外の部分には、層間絶縁膜４３が配置されている。空孔４４の上部はイオン源電極４２に達し、下部は整流層４５に達している。このため、層間絶縁膜４３における空孔４４に面した側面は、イオン源電極４２から整流層４５にわたって連続的に形成されている。
【００４３】
ビット線４１及びワード線４６の材料としては、イオン化しにくい不活性な導電性材料、例えば、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）若しくはモリブデン（Ｍｏ）等の金属、又は、チタン窒化物（ＴｉＮ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タングステン窒化物等の金属窒化物を用いる。イオン源電極４２の材料は、前述の第１の実施形態におけるイオン源電極１１の材料と同様である。層間絶縁膜４３の材料は、前述の第１の実施形態における絶縁部１２ａの材料と同様である。空孔４４内の雰囲気は、前述の第１の実施形態における空孔１２ｂ内の雰囲気と同様である。整流層４５の材料は、前述の第２の実施形態における整流層２１の材料と同様である。整流層４５の材料は、層間絶縁膜４３の材料と同じであってもよい。
【００４４】
本実施形態によれば、抵抗変化素子２０を３次元的に集積させることができるため、記憶装置４の記憶密度を高くすることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２の実施形態と同様である。
【００４５】
なお、本実施形態においては、第２の実施形態における抵抗変化素子２０をクロスポイント構造に適用する例を示したが、第１の実施形態における抵抗変化素子１０、又は、第３の実施形態における抵抗変化素子３０をクロスポイント構造に適用してもよい。
【００４６】
以上説明した実施形態によれば、動作が安定した記憶装置を実現することができる。
【００４７】
以上、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及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１、２、３、４：記憶装置、１０：抵抗変化素子、１１：イオン源電極、１２：絶縁層、１２ａ：絶縁部、１２ｂ：空孔、１２ｃ：側面、１３：対向電極、１４：フィラメント、２０：抵抗変化素子、２１：整流層、２４ａ、２４ｂ：フィラメント、３０：抵抗変化素子、３１：突起部、３２：層間絶縁膜、３３：ダミー層、３４：凹部、３５：層間絶縁膜、４１：ビット線、４２：イオン源電極、４３：層間絶縁膜、４４：空孔、４５：整流層、４６：ワード線
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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