(57)【要約】【課題】低コストな抵抗変化素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子１は、下部電極層３と、上部電極層５と、酸化物半導体層４とを具備する。上部電極層５は、炭素材料で形成される。酸化物半導体層４は、第１の金属酸化物層４１と、第２の金属酸化物層４２とを有する。第１の金属酸化物層４１は、下部電極層３と上部電極層５との間に形成され、第１の抵抗率を有する。第２の金属酸化物層４２は、第１の金属酸化物層４１と上部電極層５との間に形成され、第１の抵抗率とは異なる第２の抵抗率を有する。【選択図】図５
2015125449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極層と、
炭素材料で形成された第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に形成され、第１の抵抗率を有する第１の金属酸化物層と、前記第１の金属酸化物層と前記第２の電極層との間に形成され、前記第１の抵抗率とは異なる第２の抵抗率を有する第２の金属酸化物層とを有する酸化物半導体層と
を具備する抵抗変化素子。
【請求項２】
請求項１に記載の抵抗変化素子であって、
前記炭素材料は、ダイヤモンドライクカーボンである
抵抗変化素子。
【請求項３】
請求項２に記載の抵抗変化素子であって、
前記ダイヤモンドライクカーボンの密度の値は２．３ｇ／ｃｍ３以上２．６ｇ／ｃｍ３以下の範囲である
抵抗変化素子。
【請求項４】
基板上に第１の電極層を形成し、
前記第１の電極層の上に、第１の抵抗率を有する第１の金属酸化物層を形成し、
前記第１の金属酸化物層の上に、前記第１の抵抗率とは異なる第２の抵抗率を有する第２の金属酸化物層を形成し、
前記第２の金属酸化物層の上に、ダイヤモンドライクカーボンで構成された第２の電極層をＲＦスパッタリング又はパルスＤＣスパッタリングによって形成する
抵抗変化素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不揮発性メモリ等として使用される抵抗変化素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリには、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性メモリとフラッシュメモリ等の不揮発性メモリがある。不揮発性メモリとして、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリが主流であるが、２０ｎｍ以降のデザインルールでは微細化の限界とされており、さらに微細化が可能なデバイスとして、ＲｅＲＡＭ（Resistance RAM）が注目されている。【０００３】
従来のＲｅＲＡＭは、所望の抵抗値を有する金属酸化物層を上部及び下部白金（Ｐｔ）電極層で挟んだ構造であり、上部電極層に電圧を印加し、金属酸化物層の抵抗を変化させることでメモリスイッチングを行う（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電極層の材料として用いられるＰｔは高価な金属であるため、抵抗変化素子のコストを下げ生産性を向上させるためには、非貴金属電極材料の開発が必要とされている。【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、低コストな抵抗変化素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る抵抗変化素子は、第１の電極層と、第２の電極層と、酸化物半導体層とを具備する。
上記第２の電極層は、炭素材料で形成される。
上記酸化物半導体層は、第１の金属酸化物層と、第２の金属酸化物層とを有する。上記第１の金属酸化物層は、上記第１の電極層と上記第２の電極層との間に形成され、第１の抵抗率を有する。上記第２の金属酸化物層は、上記第１の金属酸化物層と上記第２の電極層との間に形成され、上記第１の抵抗率とは異なる第２の抵抗率を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の構成を示す概略側断面図である。
【図２】実験において作製した抵抗変化素子の電流−電圧特性を示す図である。
【図３】実験において作製した抵抗変化素子の電流−電圧特性を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の電流−電圧特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の電流−電圧特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子は、第１の電極層と、第２の電極層と、酸化物半導体層とを具備する。
上記第２の電極層は、炭素材料で形成される。
上記酸化物半導体層は、第１の金属酸化物層と、第２の金属酸化物層とを有する。上記第１の金属酸化物層は、上記第１の電極層と上記第２の電極層との間に形成され、第１の抵抗率を有する。上記第２の金属酸化物層は、上記第１の金属酸化物層と上記第２の電極層との間に形成され、上記第１の抵抗率とは異なる第２の抵抗率を有する。
【００１０】
上記抵抗変化素子において、第２の電極層は炭素材料で形成されている。炭素材料はＰｔ等の貴金属と比べて安価であり、これによりコストの低減を図ることができる。
【００１１】
上記炭素材料は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）であってもよい。
【００１２】
ＤＬＣは、ダイヤモンドの有するｓｐ３混成軌道と、黒鉛（グラファイト）の有するｓｐ２混成軌道とを有し非晶質（アモルファス）構造をとっており、耐摩耗性・耐薬品性・耐吸湿性・耐酸素透過性等に優れた炭素材料である。この構成によれば、酸素を透過及び吸収し難い電極層となるため、酸化物半導体層中の酸素の引き抜きを抑制し、酸化物半導体層の低抵抗化を防ぐことが可能となる。これにより、抵抗変化素子のスイッチング特性を向上させることが可能となる。
【００１３】
上記ＤＬＣの密度の値は２．３ｇ／ｃｍ３以上２．６ｇ／ｃｍ３以下の範囲であってもよい。
【００１４】
ＤＬＣは上記の密度範囲で高密度かつ低抵抗率を有するため、第２の電極層の材料に上記の密度範囲のＤＬＣを用いることで、より酸化物半導体層の酸素を吸収し難く導電性に優れた電極層とすることが可能となる。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の製造方法は、基板上に第１の電極層を形成することを含む。
上記第１の電極層の上に、第１の抵抗率を有する第１の金属酸化物層が形成される。
上記第１の金属酸化物層の上に、上記第１の抵抗率とは異なる第２の抵抗率を有する第２の金属酸化物層が形成される。
上記第２の金属酸化物層の上に、ＤＬＣで構成された第２の電極層が、ＲＦスパッタリング又はパルスＤＣスパッタリングによって形成される。
【００１６】
この製造方法によれば、電極に貴金属を用いた場合と比べてコストが低く、かつ、良好なスイッチング特性を有する抵抗変化素子を製造することが可能となる。
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る抵抗変化素子の構成を示す概略断面図である。本実施形態の抵抗変化素子１は、基板２と、下部電極層３（第１の電極層）と、酸化物半導体層４と、上部電極層５（第２の電極層）とを有する。
【００１９】
基板２としては、典型的にはシリコンウェーハ等の半導体基板が用いられるが、これに限られず、ガラス基板等の絶縁性セラミックス基板が用いられてもよい。
【００２０】
酸化物半導体層４は、第１の金属酸化物層４１と、第２の金属酸化物層４２とを有する。第１の金属酸化物層４１及び第２の金属酸化物層４２は、それぞれ同種の材料で構成されているが、異種の材料で構成されてもよい。第１の金属酸化物層４１及び第２の金属酸化物層４２のうち、一方は、化学量論組成に近い酸化物材料（以下「化学量論組成材料」ともいう。）で構成され、他方は、酸素欠損を多数含む酸化物材料（以下「酸素欠損材料」ともいう。）で構成される。本実施形態では、第１の金属酸化物層４１が酸素欠損材料で構成され、第２の金属酸化物層４２が化学量論組成材料で構成される。
【００２１】
第１の金属酸化物層４１は、下部電極層３上に形成され、本実施形態では酸化タンタル（ＴａＯｘ）で形成される。第１の金属酸化物層４１に用いられる酸化タンタルは、第２の金属酸化物層４２を形成する酸化タンタルよりも酸化度が低く、その抵抗率は、例えば１Ω・ｃｍよりも大きく、１×１０６Ω・ｃｍ以下である。
【００２２】
第１の金属酸化物層４１を構成する材料は上記に限られず、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、酸化鉄（ＦｅＯｘ）、酸化ニッケル（ＮｉＯｘ）、酸化コバルト（ＣｏＯｘ）、酸化マンガン（ＭｎＯｘ）、酸化錫（ＳｎＯｘ）、酸化亜鉛（ＺｎＯｘ）、酸化バナジウム（ＶＯｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、酸化銅（ＣｕＯｘ）、Ｐｒ（Ｃａ，Ｍｎ）Ｏ３、ＬａＡｌＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ（Ｓｒ，Ｍｎ）Ｏ３等の二元系あるいは三元系以上の酸化物材料が用いられる。
【００２３】
第２の金属酸化物層４２は、第１の金属酸化物層４１の上に形成され、本実施形態では酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）で形成される。第２の金属酸化物層４２に用いられる酸化タンタルは、化学量論組成あるいはそれに近い組成を有し、例えば、１×１０６（１Ｅ＋０６）Ω・ｃｍより大きい抵抗率を有する。第２の金属酸化物層４２を構成する材料はこれに限られず、上述したような二元系あるいは三元系以上の酸化物材料が適用可能である。
【００２４】
第１の金属酸化物層４１及び第２の金属酸化物層４２は、例えば、酸素との反応性スパッタリング法によって形成することができる。本実施形態では、酸素が導入された真空チャンバにおいて金属（Ｔａ）ターゲットをスパッタすることで、酸化タンタルからなる金属酸化物層４１，４２を基板２（下部電極層３）上に順次形成する。各金属酸化物層４１，４２の酸化度は、真空チャンバに導入される酸素の流量（分圧）によって制御される。
【００２５】
抵抗変化素子１の第２の金属酸化物層４２は、第１の金属酸化物層４１よりも酸化度が高いため、第１の金属酸化物層４１よりも高い抵抗率を有する。ここで、上部電極層５に正電圧、下部電極層３に負電圧をそれぞれ加えると、高抵抗である第２の金属酸化物層４２中の酸素イオン（Ｏ２−）が低抵抗である第１の金属酸化物層４１中に拡散し、第２の金属酸化物層４２の抵抗が低下する（低抵抗状態）。一方、下部電極層３に正電圧、上部電極層５に負電圧をそれぞれ加えると、第１の金属酸化物層４１から第２の金属酸化物層４２へ酸素イオンが拡散し、再び第２の金属酸化物層４２の酸化度が高まり、抵抗が高くなる（高抵抗状態）。
【００２６】
上述のように、酸化物半導体層４は、下部電極層３と上部電極層５との間の電圧を制御することにより、低抵抗状態と高抵抗状態とを可逆的にスイッチングする。さらに、低抵抗状態及び高抵抗状態は、電圧が印加されていなくても保持されるため、高抵抗状態でデータの書込み、低抵抗状態でデータの読出しというように、抵抗変化素子１は不揮発性メモリ素子として利用可能となる。
【００２７】
従来の抵抗変化素子の上部電極層及び下部電極層には、耐腐食性が高く良導電性を有することからＰｔ等の貴金属が材料に用いられている。しかしながら、Ｐｔ等の貴金属は高価であり、またエッチング等の微細加工も難しく大量生産には向いていない。このため、抵抗変化素子のコストを下げ生産性を向上させるためには、非貴金属材料による電極層の開発が必要となる。
【００２８】
図２は、上部電極層にＰｔ、下部電極層にＴｉＮを用いた抵抗変化素子の電流−電圧特性を示す一実験結果であり、横軸は電圧、縦軸は電流を示している。図２に示すように、本発明者らは、代表的な非貴金属電極材料としてバリアメタル等に用いられるＴｉＮを下部電極層として用いたところ、Ｐｔ下部電極層と同等のスイッチング特性を確認した。
【００２９】
一方、図３は、上部及び下部電極層にＴｉＮを用いた抵抗変化素子の電流−電圧特性を示す一実験結果である。ＴｉＮを上部電極層としてスパッタ法により成膜したところ、窒素プラズマによりＴｉＮ上部電極層と酸化物半導体層との界面に、絶縁性の高い膜（ＴａＮＯ膜）が形成された。この場合、抵抗変化素子として使用するには、図３に示すようにスイッチング動作電圧以上の高い電圧を酸化物半導体層に印加し、絶縁破壊に類似する現象を生じさせるフォーミングと呼ばれる素子初期化処理が必要となる。フォーミングによりフィラメントと呼ばれる電流パスが酸化物半導体層に生成することで、酸化物半導体層のスイッチ動作を発現させるものと考えられている。ところが、フォーミングはフィラメントの大きさや位置を適切に制御することができないため動作電流を低減できず、素子の動作電流が高くなるという問題がある。
【００３０】
さらに、ＴｉＮ（具体的にはＴｉＮ中のＴｉ）は酸化物半導体層中の酸素と反応しやすいため、ＴｉＮが酸化物半導体層中の酸素を引き抜き、酸化物半導体層の絶縁性を下げてしまい、素子の低電圧低電流駆動の良好なスイッチングが得られない恐れがある。
【００３１】
そこで本発明者らは、成膜に窒素プラズマを必要とせず、酸化物半導体層中の酸素と反応し難い非貴金属電極材料として、ＤＬＣを見出した。
【００３２】
ＤＬＣは、耐摩耗性・耐薬品性・耐吸湿性・耐酸素透過性等に優れた炭素材料であり、これらの性質から、例えば、切削工具やペットボトルのコーティング材として用いられている。また、ＤＬＣは、ダイヤモンドを構成する炭素の有するｓｐ３混成軌道と、グラファイトを構成する炭素の有するｓｐ２混成軌道とを有し、アモルファス構造をとっている。これにより、ＤＬＣは高密度かつ導電性を有する。
【００３３】
上部電極層５は、炭素材料で構成される。上部電極層５に用いられる炭素材料は、導電性を有するものであれば特に限られず、例えば、グラファイト、ＤＬＣ等が用いられる。これら炭素材料は、Ｐｔ等の貴金属に比べ安価であり、これにより素子のコスト低減を図ることができる。
【００３４】
本実施形態では、上部電極層５はＤＬＣで構成される。これにより、上部電極層５は酸化物半導体層４（主に第２の金属酸化物４２）中の酸素を透過及び吸収し難くなり、酸化物半導体層４からの酸素の引き抜きが抑制されるため、酸化物半導体層４の低抵抗化を防ぐことが可能となる。
【００３５】
上部電極層５としてＤＬＣ層を形成する方法としては、例えば、スパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によって形成することができる。本実施形態では、ＲＦスパッタリング又はパルスＤＣスパッタリングにより、ＤＬＣ層が第２の金属酸化物層４２上に形成される。上記の各スパッタ法におけるターゲットには、高純度で高密度のグラファイトが用いられる。
【００３６】
ＤＬＣ層の密度は、温度（２０℃〜３００℃）、ＲＦバイアス（０Ｗ〜３００Ｗ）によって制御され、その値の範囲は１．０ｇ／ｃｍ３以上３．０ｇ／ｃｍ３以下となる。同値が、１．９ｇ／ｃｍ３以上２．６ｇ／ｃｍ３以下の範囲では、耐酸素透過性が高く、低抵抗であるため電極として適している。さらに、同値が２．３ｇ／ｃｍ３以上２．６ｇ／ｃｍ３以下の範囲では、より耐酸素透過性が高く、より低抵抗となるため電極として好適である。同値が１．０ｇ／ｃｍ３以上１．９ｇ／ｃｍ３未満の範囲では、耐酸素透過性が若干低下するが低抵抗であり、電極としての利用が可能である。一方、同値が２．６ｇ／ｃｍ３よりも高密度の範囲では、耐酸素透過性は高いが抵抗が上昇するため、電極としての利用には適さない。
【００３７】
下部電極層３を構成する材料は、特に限られず、上部電極層５と同種の材料が用いられてもよく、異種の材料が用いられてもよい。本実施形態では、下部電極層３はＴｉＮで構成される。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る抵抗変化素子１によれば、上部電極層５が炭素材料であるＤＬＣにより構成されているため、上部電極層がＰｔ等の貴金属材料で構成されている場合と比べて、コストの低減を図ることができる。さらに、ＤＬＣは耐酸素透過性を有する炭素材料であることから、上部電極層５は酸化物半導体層４中の酸素を透過及び吸収し難くなり、酸化物半導体層４中の酸素の引き抜きが抑制されるため、酸化物半導体層４の低抵抗化を防ぐことが可能となる。これにより、抵抗変化素子のスイッチング特性を向上させることが可能となる。
【００３９】
次に、図１に示す抵抗変化素子１の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、基板２上に下部電極層３が形成される。下部電極層３は、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法などの各種成膜方法を用いて形成することができる。下部電極層３は、粒界がなく、平坦であることが好ましい。
【００４１】
本実施形態では、窒素とアルゴン雰囲気におけるＴｉターゲットの反応性スパッタ法により、下部電極層３として窒化チタン（ＴｉＮ）が形成される。厚みは特に限定されず、例えば５０ｎｍである。
【００４２】
次に、下部電極層３の上に酸化物半導体層４が形成される。まず、第１の金属酸化物層４１として、化学量論組成より酸素量が少ないタンタル酸化物層を例えば真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法などにより作製する。厚みは特に限定されず、例えば２０ｎｍである。本実施形態では、酸素との反応性スパッタリングによって、第１の金属酸化物層４１が形成される。
【００４３】
続いて、第１の金属酸化物層４１の上に第２の金属酸化物層４２が形成される。本実施形態では、第２の金属酸化物層４２として、化学量論組成あるいはそれに近い酸素組成比のタンタル酸化物層が成膜される。厚みは特に限定されず、例えば１０ｎｍである。成膜方法は特に限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法などにより作製する。本実施形態では、酸素との反応性スパッタリングによって、第２の金属酸化物層４２が形成される。
【００４４】
次に、酸化物半導体層４の上に上部電極層５が形成される。本実施形態では、上部電極層５としてＤＬＣ層が、ＲＦスパッタリング又はパルスＤＣスパッタリングにより成膜される。
【００４５】
ＲＦスパッタリングの条件は特に限定されず、例えば以下の条件で実施される。
ガス（Ａｒ）流量：５０［ｓｃｃｍ］
ＲＦパワー：２０００［Ｗ］
ＲＦ周波数：１３．５６［ＭＨｚ］
【００４６】
また、パルスＤＣスパッタリングの条件は特に限定されず、例えば以下の条件で実施される。
ガス（Ａｒ）流量：５０［ｓｃｃｍ］
パルスＤＣパワー：２０００［Ｗ］
パルスＤＣ周波数：２０［ｋＨｚ］
【００４７】
ここで、上記各スパッタ法において成膜温度を２０℃〜３００℃、ＲＦバイアスを０Ｗ〜３００Ｗに制御することで、ＤＬＣ層の密度の値を１．９ｇ／ｃｍ３以上２．８ｇ／ｃｍ３以下の範囲で調整することができる。ＤＬＣ層の厚みは特に限定されず、例えば５０ｎｍである。
【００４８】
抵抗変化素子１は、所定の素子サイズに形成される。各層のパターニングには、リソグラフィ及びドライエッチング技術が用いられてもよいし、リソグラフィ及びウェットエッチング技術が用いられてもよいし、レジストマスク等を介して各層の成膜が行われてもよい。エッチング技術を用いる場合、下部配線層と上部配線層との間の層間絶縁膜に、当該抵抗変化素子１が作り込まれてもよい。
【００４９】
上記製造方法によれば、上部電極層５の成膜に窒素プラズマを用いず、第２の金属酸化物層４２中に絶縁性の高い膜が形成されないため、フォーミングに必要な電圧を下げることができるか、もしくはフォーミングが不要となる。これにより、素子の動作電流上昇を防ぐことが可能となる。また、上部電極層５が、酸素を透過及び吸収し難い炭素材料であるＤＬＣで構成されているため、酸化物半導体層４中の酸素の引き抜きが抑制され、酸化物半導体層４の低抵抗化を防ぐことが可能となる。従って、電極層に貴金属を用いた場合と比べてコストが低く、良好なスイッチング特性を有する抵抗変化素子を製造することが可能となる。
【００５０】
＜実験例＞
上述の抵抗変化素子１の製造方法によって、密度の異なる４枚のＤＬＣ膜をスパッタ法により熱酸化膜付きＳｉ基板上に成膜した。実験例１及び実験例２はパルスＤＣスパッタリングにより成膜し、実験例３及び実験例４はＲＦスパッタリングにより成膜した。ＤＬＣ膜の厚みは５０ｎｍ、パルスＤＣスパッタリングにおける電源周波数は２０ｋＨｚ、ＲＦスパッタリングにおける電源周波数は１３．５６ＭＨｚとした。その後、成膜した４枚のＤＬＣ膜の密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）及び抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）を測定した。
【００５１】
表１は、実験例において成膜されたＤＬＣ膜とその密度及び抵抗率を示す表である。なお、表１に記載の参考例は、密度２．８ｇ／ｃｍ３のＤＬＣ膜の参考値である。
【００５２】
【表１】
2015125449.tif 000003
【００５３】
表１に示すように、実験例１ではｄ＝１．９、ρ＝０．２１、実験例２ではｄ＝２．２、ρ＝０．０７であり、パルスＤＣスパッタリングにより成膜されたＤＬＣ膜は、高密度かつ低抵抗率となった。また、実験例３ではｄ＝２．４、ρ＝０．０５５、実験例４ではｄ＝２．５、ρ＝０．０３であり、ＲＦスパッタリングにより成膜されたＤＬＣ膜は、より高密度かつ低抵抗率となった。一方、参考例のｄ＝２．８のＤＬＣ膜は、ρ＝８．００Ｅ＋０６であり、高抵抗率であった。
【００５４】
なお、密度は、Ｘ線反射率法（ＸＲＲ）により求めた。また、抵抗率は、４端子法により測定したシート抵抗値と膜厚の積から求めた。
【００５５】
以上の結果から、ＤＬＣ膜は、密度の値が１．９ｇ／ｃｍ３以上２．５ｇ／ｃｍ３以下の範囲では、耐酸素透過性が高く、低抵抗であるため、抵抗変化素子の電極として適すると考えられる。さらに、同値が２．４ｇ／ｃｍ３以上２．５ｇ／ｃｍ３以下の範囲では、より耐酸素透過性が高く、より低抵抗となるため、抵抗変化素子の電極として好適であると考えられる。一方、同値が２．８ｇ／ｃｍ３以上の高密度のＤＬＣ膜は、耐酸素透過性は高いが抵抗が上昇するため、電極としての利用には適さないことがわかった。
【００５６】
図４及び図５は、上述の抵抗変化素子１の製造方法によって得られた抵抗変化素子１ａ及び抵抗変化素子１ｂの電流−電圧特性を示す図である。抵抗変化素子１ａ及び抵抗変化素子１ｂは、上部電極層５のみ異なる構造となっている。即ち、図４に示す電流−電圧特性を有する抵抗変化素子１ａは、パルスＤＣスパッタリングにより成膜された密度１．９ｇ／ｃｍ３のＤＬＣ層を上部電極層５として有し、図５に示す電流−電圧特性を有する抵抗変化素子１ｂは、ＲＦスパッタリングにより成膜された密度２．４ｇ／ｃｍ３のＤＬＣ層を上部電極層５として有する。
【００５７】
図４及び図５に示すように、抵抗変化素子１ａ及び抵抗変化素子１ｂは良好なスイッチング特性を有することがわかった。特に、抵抗変化素子１ｂは、ＯＦＦ電流が低く、また駆動電圧も低いことから、低電圧低電流駆動の良好なスイッチング特性を有することがわかる。この結果から、抵抗変化素子１ｂは、抵抗変化素子１ａと比べてより高密度のＤＬＣ層を有することで耐酸素透過性が向上し、第２の金属酸化物層４２中の酸素の引き抜きが抑制されるため、酸化物半導体層４の低抵抗化が防止され、良好なスイッチング特性が得られると考えられる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５９】
例えば以上の実施形態では、酸化物半導体層４を構成する第１及び第２の金属酸化物層４１，４２に関して、第２の金属酸化物層４２は第１の金属酸化物層４１よりも高抵抗の金属酸化物層で構成されたが、これに代えて、第１の金属酸化物層４１が第２の金属酸化物層４２よりも高抵抗の金属酸化物層で構成されてもよい。
【００６０】
以上の実施形態では、下部電極層３はＴｉＮで構成されたが、ＤＬＣで構成されてもよい。この場合、下部電極層３が酸化物半導体層４中の酸素を透過及び吸収し難くなり、素子の低抵抗化をより防ぐことができる。
【００６１】
以上の実施形態では、上部電極層５全体が炭素材料により構成されたが、上部電極層５の第２の金属酸化物４２との界面のみ炭素材料としてもよい。この構成によっても、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この場合、例えば上部電極層５は、炭素材料で形成された薄膜と、当該薄膜上に形成された電極層とから構成されたものとすることができ、電極層には任意の電極材料を用いることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…抵抗変化素子
２…基板
３…下部電極層（第１の電極層）
４…酸化物半導体層
５…上部電極層（第２の電極層）
４１…第１の金属酸化物層
４２…第２の金属酸化物層
【図１】
2015125449.tif 000004
【図２】
2015125449.tif 000005
【図３】
2015125449.tif 000006
【図４】
2015125449.tif 000007
【図５】
2015125449.tif 000008
【国際調査報告】
2015125449.tif 000009
2015125449.tif 000010
2015125449.tif 000011
2015125449.tif 000012