(57)【要約】  追記型記憶装置（１３０）は、第１および第２の電極（１３２、１４８）、第１および第２の電極間の不動態層（１３４）および第１および第２の電極（１３２、１３８）間の活性層（１３６）からなる。記憶装置（１３０）は、荷電種を不動態層（１３４）から活性層（１３６）内へと印加することによってプログラムされる。記憶装置（１３０）は、プログラムされた記憶装置（１３０）について第１の消去活性化エネルギを有するようにプログラムし得る。本方法は、プログラムされた記憶装置（１３０）について、第１の消去活性化エネルギより大きい第２の消去活性化エネルギを与える。
2008536307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶装置（１３０）に対して動作を行なう方法であって、前記記憶装置（１３０）は、第１および第２の電極（１３２、１３８）と、前記第１および第２の電極（１３２、１３８）間の不動態層（１３４）と、前記第１および第２の電極間の活性層（１３６）とを含み、前記記憶装置（１３０）は、荷電種を前記不動態層（１３４）から前記活性層（１３６）内へと与えることによってプログラムされ、前記記憶装置（１３０）は、プログラムされた記憶装置（１３０）について第１の消去活性化エネルギを有するようにプログラムでき、前記方法は、前記プログラムされた記憶装置（１３０）について前記第１の消去活性化エネルギより大きい第２の消去活性化エネルギを与えるステップを含む、記憶装置に対して動作を行なう方法。
【請求項２】
前記第１の消去活性化エネルギより大きい第２の消去活性化エネルギを与える前記ステップは、電位を前記記憶装置（１３０）に印加するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記記憶装置（１３０）に印加される電位は、前記記憶装置（１３０）をプログラムするのに十分である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記活性層（１３６）は、無機材料を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記活性層（１３６）は、Ｃｕ２Ｏ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＴｉＯ２およびＳｉＯＮ、ならびにこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記活性層（１３６）は、ポリイミド、ポリ（アリーレンエーテル）、ベンゾシクロブテンおよびパリレン−Ｆ、ならびにこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記活性層（１３６）は、ポリ（フェニレン）、ポリ（ピリジン）、ポリ（パラフェニレンビニレン）、ポリアセチレンおよびポリピロール、ならびにこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記プログラムされた記憶装置（１３０）について前記第１の消去活性化エネルギより大きい第２の消去活性化エネルギを与えるステップは、前記記憶装置（１３０）の温度を、前記第２の消去活性化エネルギが前記第１の消去活性化エネルギより大きくなるようにするのに十分な温度にするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
記憶装置（１３０）をプログラムする方法であって、前記記憶装置（１３０）は、第１および第２の電極（１３２、１３８）と、前記第１および第２の電極（１３２、１３８）間の不動態層（１３４）と、前記第１および第２の電極（１３２、１３８）間の活性層（１３６）とを含み、前記記憶装置（１３０）は、必要な電位を前記記憶装置（１３０）に印加することによってプログラムでき、前記方法は、前記記憶装置（１３０）を、前記必要な電位より実質的に大きい電位を前記記憶装置（１３０）に印加することによってプログラムするステップを含む、記憶装置をプログラムする方法。
【請求項１０】
第１および第２の電極（１３２、１３８）と、前記第１および第２の電極（１３２、１３８）間の不動態層（１３４）と、前記第１および第２の電極（１３２、１３８）間の活性層（１３６）とを含む、追記型メモリ（１３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
本発明は、一般的には記憶装置に関し、より特定的には追記型（write-once read-many
times）メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
２．背景技術
追記型メモリは、データの書込は１回しかできないが読出は多数回可能な記憶媒体である。このような記憶媒体は、磁気記憶媒体よりも「貯蔵寿命」が実質的に長いため、データを長期間保存する必要があるときには非常に便利である。典型的には、このようなメモリは光ディスクの形状であり、たとえば書込プロセスの間データの永久的なエッチングが行なわれるコンパクトディスクである。このメモリは、長期データ保持に加えて、高密度であり電力使用量が少なく、これらに速い書込および読出速度が伴なうことが望ましい。
【０００３】
この追記型メモリの形態は有利であることが立証されているが、データ密度、電力使用量ならびに書込および読出速度の改良が常に求められていることが理解されるであろう。
【０００４】
図１は、プログラム可能消去可能記憶装置３０を示す。記憶装置３０は、Ｃｕ電極３２、電極３２上のＣｕ２Ｓ不動態層３４、層３４上のＣｕ２Ｏ活性層３６、および活性層３６上のＴｉ電極３８を含む。まず、記憶装置３０はまだプログラムされていないと仮定し、記憶装置３０をプログラムするために、増大する負電圧を電極３８に印加する一方で、電極３２を接地に保ち、増大する電位を、記憶装置３０を通して、高電位から低電位へと、電極３２から電極３８への方向において、電位Ｖｐｇ（記憶装置３０をプログラムするのに必要な電位）に達するまで、印加する（図２参照、電流対記憶装置３０を通して印加される電位の図）。この電位Ｖｐｇは、銅イオンを、超イオン層３４から電極３８に向かって引き寄せて活性層３６に入れ、活性層３６（および記憶装置３０全体）を低抵抗または導電状態（Ａ）に切り替えるのに十分である。このような電位を除去すると（Ｂ）、プログラムステップの間活性層３６内へと引き入れられた銅イオンはその中に留まるので、活性層３６（および記憶装置３０）は、抵抗特性（Ｂ）で示されるように、導電または低抵抗状態のままである。
【０００５】
この先行技術の記憶装置を消去するには（図２）、増大する正電圧を電極３８に印加する一方で、電極３２を接地に保ち、増大する電位を、電位Ｖｅｒ（「消去」電位）に達するまで、記憶装置３０を通して、高電位から低電位へと、逆方向に印加する。銅イオンと活性層との結合は強くないので、この電位Ｖｅｒは、銅イオンを活性層３６から電極３２に向かってはじき出して超イオン層３４に入れ（Ｃ）、今度は活性層３６（および記憶装置３０全体）を高抵抗または実質的に非導電状態にするのに十分である。この状態は、このような電位を記憶装置３０から除去すると、持続される。
【０００６】
図２はまた、プログラムされた（導電）状態およびその消去（非導電）状態にある記憶装置３０の読出ステップを示す。電位Ｖｒ（「読出」電位）が、記憶装置３０を通して、高電位から低電位へと、電位Ｖｐｇと同一方向に、印加される。この電位は、プログラムのために記憶装置３０を通して印加される電位Ｖｐｇより低い（上記参照）。この状況において、記憶装置３０がプログラムされていると、記憶装置３０は容易に電流を通し（レベルＬ１）、これは、記憶装置３０がプログラムされた状態にあることを示す。記憶装置３０が消去されていると、記憶装置３０は電流を通さず（レベルＬ２）、これは、記憶装
置３０が消去された状態にあることを示す。
【０００７】
A.F.ライト（A.F. Write）およびJ.S.ネルソン（J.S. Nelson）による文献「酸化銅における銅空位の理論（THEORY OF COPPER VACANCY IN CUPROUS OXIDE）」、Journal of Applied Physics, Volume 92, Number 10, pages 5849-5851, November 15, 2002を参照し、これを本明細書に引用により援用する。この文献は、Ｃｕ２Ｏを通して銅イオンが拡散するプロセスを説明している。この拡散プロセスは、典型的には原子が第１の（原子）状態から第２の（空白）状態へと飛び移る空白メカニズムを含み、このプロセスにおいて、原子は、隣接するものとの結合を断つためのエネルギ、および、これらの状態の間における材料の必要な歪みをもたらすためのエネルギを必要とする。上記文献は、Ｃｕ２Ｏにおける銅イオンをある状態から次の状態へと移動させるための活性化エネルギＥａが約０．３ｅＶであることを示している。図３は、この移動を示すグラフであり、状態１（プログラムされていない）から状態２（プログラムされている）への移動（矢印Ｆ）を示す。このようなプロセスにおける活性化エネルギが矢印Ｅａ１で示される。図４は、状態２（プログラムされている）から状態１（プログラムされていない）への移動を示す。このようなプロセスにおける活性化エネルギが矢印Ｅａ２で示される。銅イオンを状態２（プログラムされている）から状態１（プログラムされていない）に移動させるのに必要な比較的低い活性化エネルギＥａ２で、プログラムされたデータは容易に失われ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この種の記憶装置には、数多くの利点、特に、非常に高い密度、低い電力要求および非常に高速の読出および書込機能がある。しかしながら、上記のように容易に消去される記憶装置３０は、追記型メモリの仕様を満たすことを意図していない。
【０００９】
上記の記憶装置３０の利点、すなわち高い密度、少ない電力使用量および速い読出書込速度を含むとともに、追記型メモリである記憶装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の開示
概して、記憶装置に対して動作を行なう本方法において、記憶装置は、第１および第２の電極と、第１および第２の電極間の不動態層と、第１および第２の電極間の活性層とを含む。記憶装置は、荷電種を不動態層から活性層内へと与えることによってプログラムされる。記憶装置は、プログラムされた記憶装置について第１の消去活性化エネルギを有するようにプログラムできる。この方法は、プログラムされた記憶装置について、第２の、増大させた消去活性化エネルギを与えるステップを含む。
【００１１】
本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面と関連付けて考慮すればよりよく理解される。当業者には下記の説明から容易に明らかになるように、示され説明されている本発明の実施例は、本発明を実施するためのベストモードを示したものにすぎない。本発明にはそれ以外の実施例が可能でありそのいくつかの詳細事項には変形が可能であるとともに種々の明らかな局面があり、それらはすべて本発明の範囲から逸脱するものではないことが理解されるであろう。したがって、図面および詳細な説明は本質的に例示であって限定ではないとみなされるであろう。
【００１２】
本発明に特有のものであると考えられる新規の特徴が、前掲の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、本発明そのもの、上記好ましい使用モード、ならびに本発明のさらに他の目的および利点は、以下の実施例の詳細な説明を添付の図面と関連付けて参照すれば、最もよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明を実施するためのベストモード
発明者らが現在考える、本発明を実施するためのベストモードを示す本発明の特定の実施例について詳細に述べる。
【００１４】
図５は、先に述べた記憶装置３０と同様の本記憶装置１３０を示す。したがって、記憶装置１３０は、Ｃｕ電極１３２、電極１３２を覆いその上にある硫化銅不動態層１３４（ＣｕＸＳ、１．７５＜Ｘ＜２）、不動態層１３４を覆いその上にある活性層１３６、および活性層１３６を覆いその上にあるＴｉ電極１３８を含み、不動態層および活性層１３４、１３６は電極１３２、１３８の間にある。活性層１３６は、Ｃｕ２Ｏ，ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、ＴｉＯ２またはＳｉＯＮなどの無機誘電材料、ポリイミド、ポリ（アリーレンエーテル）、ベンゾシクロブテンおよびパリレン−Ｆなどの有機誘電体層、ポリ（フェニレン）、ポリ（ピリジン）、ポリ（パラフェニレンビニレン）、ポリアセチレンおよびポリピロールなどの有機低導電半導体材料、ならびにこれら無機および有機材料のうちいずれかの混合物である。
【００１５】
第１の実施例において、この記憶装置１３０をプログラムする際、増大する負電圧を電極１３８に印加する一方で、電極１３２を接地に保ち、増大する電位を、記憶装置１３０を通して、高電位から低電位へと、電極１３２から電極１３８の方向に印加する。しかしながら、上記のように、記憶装置１３０を、記憶装置をプログラムするのに必要な電位Ｖｐｇでプログラムする代わりに、印加した電位を、電位Ｖｐｇより実質的に高いレベルＶｐｇ１に増大させる。この実質的に増大した電位Ｖｐｇ１は、記憶装置１３０のプログラムをより高速にするものであり、銅イオンと活性層との間の強い化学結合および／または強いイオン結合を生じさせるのに十分である。図４に関して先に述べ図６において繰り返されるように、（先行技術の）状態２のエネルギレベルからの活性化エネルギは矢印Ｅａ２で示される。しかしながら、本方策においては、銅イオンと活性層１３６との間の結合が強く、または、導電経路のような安定した金属クラスタを形成するのに十分なＣｕがあるので、状態２Ａエネルギレベルからの活性化エネルギは、矢印Ｅａ３で示されるように、活性化エネルギＥａ２を超えて大幅に増大する。この、消去方向において大幅に増大した活性化エネルギは、銅イオンが、活性層１３６の中でかつ活性層を通して、状態２Ａ（プログラムされた状態）から状態１（プログラムされていない状態）へと移動し不動態層１３４に入ることを大きく妨げる。この大幅に増大した消去エネルギ要求のため、記憶装置１３０が一旦プログラムされると、記憶装置１３０は、そのプログラムされ、導電性で、低抵抗状態を長期間にわたって保つので、記憶装置１３０のプログラムされた状態を、データの損失を伴わずに何度も読出すことができる。このように、記憶装置１３０は高速でプログラムされ、このようにプログラムされると、長期間にわたり何度も読出すことが可能な非常に安定した状態にある。
【００１６】
別の実施例では、記憶装置１３０をプログラムするとき、記憶装置１３０の温度を、周囲、たとえば室温より実質的に高いレベルに、装置を流れる電流を増すことおよび／またはプログラム時間を延ばすことによって、上昇させる。この状況において、本来の電位Ｖｐｇを用いて記憶装置１３０をプログラムすると、この上昇させた温度が、銅イオンと活性層１３６との間に、強い化学結合および／または強いイオン結合を生じさせる。ここでもまた、この銅イオンと層１３６との間の強い結合によって、状態２Ａエネルギレベルからの活性化エネルギは、矢印Ｅａ３で示されるように、状態２からの活性化エネルギと比較すると大幅に増大する。この消去方向における大幅に増大した活性化エネルギは、活性層１３６内でこの層を通して銅イオンが状態２Ａ（プログラムされた状態）から状態１（プログラムされていない状態）へと移動し不動態層１３４に入ることを大きく妨げる。このように消去エネルギ要求条件が大幅に増大しているため、記憶装置１３０は、一旦プログラムされると、そのプログラムされ、導電性で低抵抗の状態を長期間にわたって保持す
るので、記憶装置１３０のプログラムされた状態を、データ損失を伴わずに何度も読出すことができる。このように、記憶装置１３０は高速でプログラムされ、そのようにプログラムされると、長期間にわたって何度も読出すことができる非常に安定した状態にある。
【００１７】
上記の方法、すなわち、電界の増大および（電流の増大による）温度の上昇を、所望であれば組み合わせて同時に使用することにより、この方法の効率を高められることが理解されるであろう。
【００１８】
記憶装置１３０が異なる形態を取ることができることが理解されるであろう。たとえば、不動態層は、Ａｇイオンが、含まれる荷電種である硫化銀（ＡｇＸＳ、Ｘ〜２）、または、硫化銅および硫化銀の混合物とすることができることが理解されるであろう。
【００１９】
図７は、上記の種類のメモリセル３０を取り入れたメモリセルアレイ４０を示す。図７に示されるように、メモリセルアレイ４０は、第１の複数４２の並列導体（ビット線）ＢＬ０、ＢＬ１、...ＢＬｎ、および、第１の複数の導体４２の上にあり、これらから間隔を置くとともに、これらに直交し、交差する、第２の複数４４の並列導体（ワード線）ＷＬ０、ＷＬ１、...ＷＬｎを含む。上記の種類の複数のメモリセル３０が含まれ、各々が、（順方向）しきい値Ｖｔおよび（逆方向）降伏電圧Ｖｂを有する選択ダイオード５０と関連付けられてメモリセル−ダイオード構造を形成する。各メモリセル３０は、第１の複数の導体４２の導体ＢＬと、第２の複数の導体４４の導体ＷＬとの間において、これら導体の交差部分で、選択ダイオード５０と直列接続され、ダイオード５０は、第１の複数の導体４２の導体ＢＬから第２の複数の導体４４の導体ＷＬへの順方向に方向付けられている。たとえば、図３に示されるように、直列のメモリセル３０００およびダイオード５０００は、第１の複数の導体４２の導体ＢＬ０と第２の複数の導体４４の導体ＷＬ０とを、これら導体ＢＬ０、ＷＬ０の交差点で接続し、直列のメモリセル３０１０およびダイオード５０１０は、第１の複数の導体４２の導体ＢＬ１と第２の複数の導体４４の導体ＷＬ０とを、これら導体ＢＬ１、ＷＬ０の交差点で接続するといったことである（選択トランジスタを選択ダイオード５０の代わりに使用してもよいことが理解されるであろう）。個々のメモリセル３０は、適切な電圧を、関連するビット線およびワード線に印加することによってプログラムできる。
【００２０】
ここでは、記憶装置の高速プログラムが達成される方策が提供されているが、記憶装置のプログラムされた状態が、そのプログラムされた状態を非常に安定してすなわち最小の劣化で保持することが保証されている。その結果、長期間にわたり多数回読出すことが可能な記憶装置となり、このような記憶装置からなる記憶構造の動作効率が高まる。
【００２１】
本発明の実施例についての上記説明は、例示および説明を目的として示されている。網羅的または本発明を開示されたまさにその形態に限定することは意図されていない。他の変形または変更は、上記の教示に鑑み可能である。
【００２２】
実施例は、本発明の原理およびその実際の応用例を最もよく示すことにより、当業者が本発明を種々の実施例においてかつ意図される特定の用途に適するよう種々の変形を伴なって利用できるように選択され説明されている。このような変形および変更は、添付の特許請求の範囲が公正に法的にかつ公平に権利が与えられる範囲にしたがって解釈されたときにこの請求の範囲によって決まる本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】典型的な記憶装置の断面図である。
【図２】図１の記憶装置のプログラム、消去および読出における電流対電圧の図である。
【図３】図１の装置の活性化エネルギを示すグラフである。
【図４】図１の装置の活性化エネルギを示すグラフである。
【図５】本記憶装置の断面図である。
【図６】本方法を示すグラフである。
【図７】図５の発明を取り入れたメモリアレイの概略図である。
【図１】
2008536307.tif 000003
【図２】
2008536307.tif 000004
【図３】
2008536307.tif 000005
【図４】
2008536307.tif 000006
【図５】
2008536307.tif 000007
【図６】
2008536307.tif 000008
【図７】
2008536307.tif 000009
【国際調査報告】
2008536307.tif 000010
2008536307.tif 000011
2008536307.tif 000012
2008536307.tif 000013