(57)【要約】【課題】  低コストで記憶容量が大きな低ビットコストの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複数の電極層を有する。各電極層には、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１２１，１２２，１２３，１２４…が配置されている。奇数番号の電極層に配置されている電極１２１，１２３…と偶数番号の電極層に配置されている電極１２２，１２４…とは概ね互いに直交し、連番号の電極層の電極間に、電気的手段により電気抵抗値が変化する金属酸化物１３１，１３２…が設けられ、最下段と最上段の電極を除き、奇数番号の電極層にある電極１２１，１２３…と偶数番号の電極層にある電極１２２，１２４…が共に、これらの電極の両面に設けられた金属酸化物１３１，１３２…と接続している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に設けられた第１の電極層と、
前記第１の電極層の上に設けられた第１の記録層と、
前記第１の記録層の上に設けられた第２の電極層と、
前記第２の電極層の上に設けられた第２の記録層と、
前記第２の記録層の上に設けられた第３の電極層と、
前記第３の電極層の上に設けられた第３の記録層と、
前記第３の記録層の上に設けられた第４の電極層とを備え、
前記第１から第４の電極層の各々は、
互いに平行に配置された複数の導体を含み、
前記第１から第３の記録層の各々は、
与えられる電気的手段に応答して電気抵抗値が変化する金属酸化物を含み、
前記第１の電極層に含まれる複数の導体は、前記第１の記録層に含まれる金属酸化物に電気的に接続されており、
前記第２の電極層に含まれる複数の導体は、前記第１の記録層に含まれる金属酸化物と前記第２の記録層に含まれる金属酸化物とに電気的に接続されており、
前記第３の電極層に含まれる複数の導体は、前記第２の記録層に含まれる金属酸化物と前記第３の記録層に含まれる金属酸化物とに電気的に接続されており、
前記第４の電極層に含まれる複数の導体は、前記第３の記録層に含まれる金属酸化物に電気的に接続されている、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１から第４の電極層のうちのある１つの電極層に含まれる複数の導体のうちの１つ（第１の導体）と、前記ある１つの電極層の直上または直下の電極層に含まれる複数の導体のうちの１つ（第２の導体）との間に前記電気的手段を与え、
前記第１から第４の電極層のうち前記第１の導体を含む電極層の直上または直下の電極層に含まれる複数の導体のうちの１つ（第３の導体）には、前記第１から第３の記録層のうち前記第１の導体と前記第３の導体との間に設けられた記録層に含まれる金属酸化物が前記電気的手段による影響を受けることを防ぐための電圧を与え、
前記第１から第４の電極層のうち前記第２の導体を含む電極層の直上または直下の電極層に含まれる複数の導体のうちの１つ（第４の導体）には、前記第１から第３の記録層のうち前記第２の導体と前記第４の導体との間に設けられた記録層に含まれる金属酸化物が前記電気的手段による影響を受けることを防ぐための電圧を与える、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の電極層に含まれる複数の導体と前記第２の電極層に含まれる複数の導体とは互いに交差しており、
前記第２の電極層に含まれる複数の導体と前記第３の電極層に含まれる複数の導体とは互いに交差しており、
前記第３の電極層に含まれる複数の導体と前記第４の電極層に含まれる複数の導体とは互いに交差している、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項４】
請求項１において、
前記第２の記録層に代えて絶縁層を備え、
前記絶縁層は、
前記第２の電極層に含まれる複数の導体と前記第３の電極層に含まれる複数の導体とを電気的に絶縁するものである、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項５】
請求項１において、
前記電気的手段は、
電圧パルスまたは電流パルスである、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項６】
請求項１において、
前記電気的手段は、
直流電圧または直流電流である、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項７】
請求項１において、
前記電気的手段は、
交流電圧または交流電流である、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項８】
請求項１において、
前記第１から第３の記録層のうちの少なくとも１つに含まれる金属酸化物は１つの膜で構成されている、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項９】
請求項１において、
前記第１から第３の記録層のうちの少なくとも１つに含まれる金属酸化物は、略同一平面内で互いに間隔をおいて配置された複数の膜で構成されている、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１０】
請求項１において、
前記金属酸化物は、ペロブスカイト型構造を有する、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記金属酸化物は、
強誘電体材料、超巨大磁気抵抗（ＣＭＲ）材料、高温超伝導（ＨＴＳＣ）材料のうちのいずれかである、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１２】
請求項１０または１１において、
前記金属酸化物は、
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のいずれかである、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記金属酸化物は、
クロム、バナジウム、スカンジウム又は他の遷移金属のうち少なくとも一種の添加元素を含有する、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１４】
請求項１において、
前記金属酸化物は、イルメナイト型構造を有する、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記金属酸化物は、強誘電体材料である、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１６】
請求項１４または１５において、
前記金属酸化物は、
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、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１７】
請求項１３または１６において、
前記添加元素の濃度は、０ｍｏｌ％を超え１０ｍｏｌ％以下である、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１８】
請求項１において、
前記金属酸化物は、スピネル型構造を有する、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記金属酸化物は、
チタン酸マグネシウム、マグネシウム酸クロム、マグネシ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、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２０】
請求項１において、
前記複数の導体は、
前記金属酸化物と化合物を形成しない材料で構成される、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２１】
請求項１において、
前記複数の導体は、
前記金属酸化物と拡散または化学反応しない材料で構成される、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２２】
請求項１において、
前記複数の導体は、
プラチナ、銀、イリジウムのうちのいずれかで構成される、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２３】
請求項１において、
前記基板は、シリコンで構成される、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２４】
請求項１または２３において、
前記基板の表面は、シリコン酸化物で被覆されている、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２５】
請求項１において、
前記基板と前記第１の電極層との間に形成された密着層をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ。
【請求項２６】
請求項２５において、
前記密着層は、チタン、タンタル、チタン酸化物、タンタル酸化物のうちのいずれかで構成される、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２７】
請求項１において、
最上段の電極層が絶縁体で被覆されている、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２８】
請求項２７において、
前記絶縁体がアルミニウム酸化物またはシリコン酸化物である、
ことを特徴とする不揮発性メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に動作するメモリに関し、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。
【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、大容量のデータを扱う必要性が増大している。そのデータを保存するために、高速で不揮発性のメモリの実現が期待されている。
【０００３】
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（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（ＤＳＣと称す）等で使うメモリ・カードが急進している。しかも、１Ｍバイト当りの単価は既に０.１５米ドルを切り、年率２倍の大容量化と半分の低コスト化を実現してきた。これまでメモリ・カードは、ＭＰ３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市場が拡大してきた。
【０００４】
最近では、例えば、ＤＶＤレコーダやテレビで録画した番組をメモリ・カード経由で携帯電話機や携帯型情報機器等に取り込み再生する、というような機器間でのデータ交換に用いるブリッジ媒体としての用途が出てきた。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、ユーザがより直感的な操作で扱え、携帯電話機など有料のネットワークを使う場合と比べて安価である。
【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・ソフトウェアや大半の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始めた。こうなると、メモリやソフトウェアばかりか、大半のハードウェアすらセット機器に搭載しておく必要がなく、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】
従来、例えば公表特許公報「特表２００２−５３０８５０号公報」に記載されたような、多段の柱部分をメモリ・セルとする三次元半導体メモリが教示されている。以下に、図面を用いて従来の技術を説明する。
【０００８】
図７は、従来の三次元半導体不揮発性メモリの断面図である。図７の第１の導体４１と直交して、第２の導体４２が配置され、メモリ・セルの柱部分４３は第１の導体４１と第２の導体４２が交差するすべての垂直方向部分に形成される。第２の導体４２と直交して、第３の導体４４が配置され、メモリ・セルの柱部分４３は第２の導体４２と第３の導体４４が交差するすべての場所で形成される。同様にして、奇数の導体が一方向に延び、偶数の導体はそれと直交する方向に延び、これらの導体間に三次元的にメモリ・セルの柱部分が形成される。
【０００９】
図８に、この従来の三次元半導体不揮発性メモリのメモリ・セル５０の透視図を示す。互いに直交する導体５１、５２に挟まれたメモリ・セルの柱部分５３は、ダイオード等から成るステアリング部５４とアンチヒューズ等から成る状態変化部５５で構成されている。
【特許文献１】特表２００２−５３０８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の三次元不揮発性メモリは、柱部分のメモリ・セルをステアリング部と状態変化部で構成するため、プロセスコストが高くなり、ビットコストを下げることが困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、低コストで記録容量を増大させた不揮発性のメモリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による不揮発性メモリは、基板と、前記基板の上に設けられた第１の電極層と、前記第１の電極層の上に設けられた第１の記録層と、前記第１の記録層の上に設けられた第２の電極層と、前記第２の電極層の上に設けられた第２の記録層と、前記第２の記録層の上に設けられた第３の電極層と、前記第３の電極層の上に設けられた第３の記録層と、前記第３の記録層の上に設けられた第４の電極層とを備え、前記第１から第４の電極層の各々は、互いに平行に配置された複数の導体を含み、前記第１から第３の記録層の各々は、与えられる電気的手段に応答して電気抵抗値が変化する金属酸化物を含み、前記第１の電極層に含まれる複数の導体は、前記第１の記録層に含まれる金属酸化物に電気的に接続されており、前記第２の電極層に含まれる複数の導体は、前記第１の記録層に含まれる金属酸化物と前記第２の記録層に含まれる金属酸化物とに電気的に接続されており、前記第３の電極層に含まれる複数の導体は、前記第２の記録層に含まれる金属酸化物と前記第３の記録層に含まれる金属酸化物とに電気的に接続されており、前記第４の電極層に含まれる複数の導体は、前記第３の記録層に含まれる金属酸化物に電気的に接続されている、ことを特徴とする。
【００１３】
上記不揮発性メモリに情報を記録する際には、ある１つの電極層（たとえば第２の電極層）に含まれる複数の導体のうちの１つ（第１の導体）を選択し、この電極層の直上または直下の電極層（たとえば第３の電極層）に含まれる複数の導体のうちの１つ（第２の導体）を選択し、第１の導体と第２の導体との間に電気的手段を与える。この電気的手段に応答して、これら２つの電極層の間に設けられた記録層（たとえば第２の記録層）に含まれる金属酸化物のうち第１の導体と第２の導体とで挟まれた領域（第１の導体からの垂線が第２の導体と交差する領域）の電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値の変化を利用して情報を記録する。すなわち、第１の導体と第２の導体とで挟まれた領域がメモリ・セル（メモリ領域）として機能する。このように、上記不揮発性メモリでは、メモリ・セル（メモリ領域）が金属酸化物層のみで形成されるため、低コストで記憶容量が増大する（低ビットコスト化）という効果が得られる。
【００１４】
上記不揮発性メモリにおいて、前記第１から第４の電極層のうちのある１つの電極層に含まれる複数の導体のうちの１つ（第１の導体）と、前記ある１つの電極層の直上または直下の電極層に含まれる複数の導体のうちの１つ（第２の導体）との間に前記電気的手段を与え、前記第１から第４の電極層のうち前記第１の導体を含む電極層の直上または直下の電極層に含まれる複数の導体のうちの１つ（第３の導体）には、前記第１から第３の記録層のうち前記第１の導体と前記第３の導体との間に設けられた記録層に含まれる金属酸化物が前記電気的手段による影響を受けることを防ぐための電圧を与え、前記第１から第４の電極層のうち前記第２の導体を含む電極層の直上または直下の電極層に含まれる複数の導体のうちの１つ（第４の導体）には、前記第１から第３の記録層のうち前記第２の導体と前記第４の導体との間に設けられた記録層に含まれる金属酸化物が前記電気的手段による影響を受けることを防ぐための電圧を与える、ことが好ましい。
【００１５】
上記不揮発性メモリにおいて、前記第１の電極層に含まれる複数の導体と前記第２の電極層に含まれる複数の導体とは互いに交差しており、前記第２の電極層に含まれる複数の導体と前記第３の電極層に含まれる複数の導体とは互いに交差しており、前記第３の電極層に含まれる複数の導体と前記第４の電極層に含まれる複数の導体とは互いに交差している、ことが好ましい。
【００１６】
上記不揮発性メモリにおいて、前記第２の記録層に代えて絶縁層を備え、前記絶縁層は、前記第２の電極層に含まれる複数の導体と前記第３の電極層に含まれる複数の導体とを電気的に絶縁するものである、ことが好ましい。
【００１７】
上記不揮発性メモリにおいて、前記電気的手段は、電圧パルスまたは電流パルスである、ことが好ましい。
【００１８】
上記不揮発性メモリにおいて、前記電気的手段は、直流電圧または直流電流である、ことが好ましい。
【００１９】
上記不揮発性メモリにおいて、前記電気的手段は、交流電圧または交流電流である、ことが好ましい。
【００２０】
上記不揮発性メモリにおいて、前記第１から第３の記録層のうちの少なくとも１つに含まれる金属酸化物は１つの膜で構成されている、ことが好ましい。
【００２１】
上記不揮発性メモリにおいて、前記第１から第３の記録層のうちの少なくとも１つに含まれる金属酸化物は、略同一平面内で互いに間隔をおいて配置された複数の膜で構成されている、ことが好ましい。
【００２２】
上記不揮発性メモリにおいて、前記金属酸化物は、ペロブスカイト型構造を有する、ことが好ましい。
【００２３】
上記ペロブスカイト型構造を有する金属酸化物は、強誘電体材料、超巨大磁気抵抗（ＣＭＲ）材料、高温超伝導（ＨＴＳＣ）材料のうちのいずれかである、ことが好ましい。
【００２４】
上記ペロブスカイト型構造を有する金属酸化物は、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のいずれかである、ことが好ましい。
【００２５】
上記ペロブスカイト型構造を有する金属酸化物は、クロム、バナジウム、スカンジウム又は他の遷移金属のうち少なくとも一種の添加元素を含有する、ことが好ましい。
【００２６】
上記不揮発性メモリにおいて、前記金属酸化物は、イルメナイト型構造を有する、ことが好ましい。
【００２７】
上記イルメナイト型構造を有する金属酸化物は、強誘電体材料である、ことが好ましい。
【００２８】
上記イルメナイト型構造を有する金属酸化物は、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、ことが好ましい。
【００２９】
上記添加元素の濃度は、０ｍｏｌ％を超え１０ｍｏｌ％以下である、ことが好ましい。
【００３０】
上記不揮発性メモリにおいて、前記金属酸化物は、スピネル型構造を有する、ことが好ましい。
【００３１】
上記スピネル型構造を有する金属酸化物は、チタン酸マグネシウム、マグネシウム酸クロム、マグネシ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、ことが好ましい。
【００３２】
上記不揮発性メモリにおいて、前記複数の導体は、前記金属酸化物と化合物を形成しない材料で構成される、ことが好ましい。
【００３３】
上記不揮発性メモリにおいて、前記複数の導体は、前記金属酸化物と拡散または化学反応しない材料で構成される、ことが好ましい。
【００３４】
上記不揮発性メモリにおいて、前記複数の導体は、プラチナ、銀、イリジウムのうちのいずれかで構成される、ことが好ましい。
【００３５】
上記不揮発性メモリにおいて、前記基板は、シリコンで構成される、ことが好ましい。
【００３６】
上記不揮発性メモリにおいて、前記基板の表面は、シリコン酸化物で被覆されている、ことが好ましい。
【００３７】
上記不揮発性メモリにおいて、前記基板と前記第１の電極層との間に形成された密着層をさらに備える、ことが好ましい。
【００３８】
上記密着層は、チタン、タンタル、チタン酸化物、タンタル酸化物のうちのいずれかで構成される、ことが好ましい。
【００３９】
上記不揮発性メモリにおいて、最上段の電極層が絶縁体で被覆されている、ことが好ましい。
【００４０】
上記絶縁体がアルミニウム酸化物またはシリコン酸化物である、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００４１】
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）が金属酸化物層のみで形成されるため、低コストで記憶容量が増大する（低ビットコスト化）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】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態に係る不揮発性メモリについて図面を用いて説明する。なお、図面において実質的に同一の部材には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、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。この三次元不揮発性メモリ１０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１１の上に電極層１が形成されている。電極層１には、略同一平面内で間隔をおいて平行に、複数の電極（導体）１２１が配置されている。電極層１の上には記録層１が形成されている。記録層１は、与えられる電気的手段に応答して電気抵抗値が変化する金属酸化物の連続層（１つの膜）１３１で構成されている。記録層１の上には電極層２が形成されている。電極層２には、略同一平面内で間隔をおいて平行に、複数の電極（導体）１２２が配置されている。電極層１に配置されている複数の電極１２１と電極層２に配置されている複数の電極１２２とは概ね互いに直交している。
【００４４】
電極層２の上には順に記録層２、電極層３、記録層３、電極層４、記録層４、…が形成されている。記録層２，３，…は、与えられる電気的手段に応答して電気抵抗値が変化する金属酸化物の連続層（１つの膜）１３２，１３３…で構成されている。電極層３，４，…には、略同一平面内で間隔をおいて平行に、複数の電極（導体）１２３，１２４…が配置されている。奇数番号の電極層に配置されている複数の電極１２３，…と偶数番号の電極層に配置されている複数の電極１２２，１２４…とは、概ね互いに直交し、連番号の電極層間に、電気的手段により電気抵抗値が変化する金属酸化物の連続層１３２，１３３，１３４…が設けられている。
【００４５】
最下層の電極１２１と最上層の電極を除き、奇数番号の電極層にある電極と偶数番号の電極層にある電極はともに、これらの電極の両面（上下の記録層）に設けられた金属酸化物と電気的に接続されている。
【００４６】
各電極１２１，１２２，…および各金属酸化物膜１３１，１３２，…の厚みは１０ｎｍ〜１μｍが好ましく、シリコン酸化物の厚みは０.１〜１μｍが好ましい。
【００４７】
この金属酸化物１３１，１３２，…は、電圧パルスあるいは電流パルス、直流電圧あるいは直流電流、交流電圧あるいは交流電流等の電気的手段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であれば良く、ペロブスカイト型構造、イルメナイト型構造、或はスピネル型構造等の結晶構造を有するものが好ましい。
【００４８】
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。さらに、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良い。
【００４９】
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であることが好ましい。
【００５０】
さらに、金属酸化物１３１，１３２，…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。
【００５１】
また、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、マグネシウム酸アルミニウム、コバルト酸鉄のうち少なくとも何れかであることが好ましい。
【００５２】
電極１２１，１２２，…は、金属酸化物１３１，１３２，…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、銀、イリジウムのうち少なくとも何れかであることが好ましい。
【００５３】
この電極１２１，１２２，…は、それ自体がワード線またはビット線であるか、ワード線またはビット線と接続されている。奇数番号の電極層にある電極１２１，１２３，…がワード線自体であるかワード線と接続されている場合は、偶数番号の電極層にある電極１２２，１２４，…がビット線自体であるかビット線と接続されている。その逆の場合は、奇数番号の電極層にある電極１２１，１２３，…がビット線自体であるかビット線と接続され、偶数番号の電極層にある電極１２２，１２４，…がワード線自体であるかワード線と接続されている。
【００５４】
そして、電極間に電圧パルスあるいは電流パルス等の電気的手段を与えることにより、これらの電極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、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。つまり、電極と金属酸化物の連続層１３１、１３２、１３３、１３４．．．の接触している領域がメモリ・セルになる。
【００５５】
たとえば図２（ａ）において○で囲った領域についてみると、図２（ｂ）に示すように、記録層１の金属酸化物膜１３１のうち電極層１の電極１２１と電極層２の電極１２２との両方に接触している領域Ｍ１、記録層２の金属酸化物膜１３２のうち電極層２の電極１２２と電極層３の電極１２３との両方に接触している領域Ｍ２、記録層３の金属酸化物膜１３３のうち電極層３の電極１２３と電極層４の電極１２４との両方に接触している領域Ｍ３がそれぞれメモリ・セルとなる。メモリ・セルＭ１〜Ｍ３と電極１２１〜１２４は図２（ｃ）に示すように簡略表記することができる。この簡略表記を用いて記録・読み出し動作の一例について説明する。
【００５６】
メモリ・セルＭ２に情報を記録する場合、図３（ａ）に示すように、電極１２１，１２４に接地電圧ＧＮＤを与え、電極１２３に電圧（−Ｅｃｃ）を与える。この状態で電極１２２に振幅（＋Ｅｃｃ）の記憶パルスを与える。これにより、メモリ・セルＭ２（金属酸化物膜の領域Ｍ２）には振幅（２Ｅｃｃ）の電圧パルスが印加される。本実施形態における金属酸化物膜は、所定のしきい値Ｔｈ（Ｅｃｃ＜Ｔｈ＜２Ｅｃｃ）よりも大きい振幅の電圧パルスが与えられるとその電気抵抗値が変化する特性を有している。したがって、この電圧パルスによりメモリ・セルＭ２（金属酸化物膜の領域Ｍ２）の電気抵抗値が変化する。あるいは、図３（ｂ）に示すように、電極１２１，１２４に接地電圧ＧＮＤを与え、電極１２３に電圧Ｅｃｃを与え、この状態で電極１２２に振幅（−Ｅｃｃ）の記憶パルスを与えてもよい。図３（ａ），（ｂ）ではともに、メモリ・セルＭ２（金属酸化物膜の領域Ｍ２）に振幅（２Ｅｃｃ）の電圧パルスが印加されるが、電圧パルスの極性が異なっている。与える電圧パルスの極性と抵抗値の変化（増減）の関係や電圧パルスの振幅等については、本願出願人による先願「特願２００３−４３５２６９」等に詳しく記載されている。図３（ａ），（ｂ）では、電極１２１，１２４に接地電圧ＧＮＤを与えているため、メモリ・セルＭ１，Ｍ３（金属酸化物膜の領域Ｍ１，Ｍ３）に与えられる電圧は上述のしきい値Ｔｈよりも小さくなる。これにより、メモリ・セルＭ２への電圧パルスの印加によってメモリ・セルＭ１，Ｍ３が影響を受ける（抵抗値が変化してしまう等）という不都合を回避できる。
【００５７】
一方、メモリ・セルＭ２から情報を読み出す場合、図３（ｃ）に示すように、電極１２３，１２４に接地電圧ＧＮＤを与え、電極１２１，１２２に電圧Ｅｃｃを与える。この状態で電極１２２，１２３間の電圧あるいは電流レベルを読み取ることによりメモリ・セルＭ２から情報を読み出す。あるいは図３（ｄ）に示すように、電極１２３，１２４に接地電圧ＧＮＤを与え、電極１２１，１２２に電圧（−Ｅｃｃ）を与え、この状態で電極１２２，１２３間の電圧あるいは電流レベルを読み取ることによりメモリ・セルＭ２から情報を読み出す。なお、読み出し時に与える電圧等についても本願出願人による先願「特願２００３−４３５２６９」等に詳しく記載されている。図３（ｃ），（ｄ）では、電極１２１に電圧Ｅｃｃまたは−Ｅｃｃを与え、電極１２４に接地電圧ＧＮＤを与えているため、メモリ・セルＭ１，Ｍ３（金属酸化物膜の領域Ｍ１，Ｍ３）には電圧および電流が印加されない。これにより、メモリ・セルＭ１，３に印加される電圧および／または電流によって電極１２２，１２３間の電圧あるいは電流レベルが変化してしまうという不都合を回避できる。
【００５８】
以上のように、実施の形態１の不揮発性メモリは、従来の三次元不揮発性メモリとは異なり、柱部分のメモリ・セルをステアリング部と状態変化部で構成する必要がなく、金属酸化物の連続層で構成することができるため、さらに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。
【００５９】
（実施の形態２）
図４は、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。この不揮発性メモリ２０では、記録層１，２，３，…は、与えられる電気的手段に応答して電気抵抗値が変化する金属酸化物の不連続層２３１，２３２，２３３…で構成されており、この点で図１の不揮発性メモリ１０と異なる。図４に示すように各記録層１，２，３，…は、直上の電極層に含まれる複数の電極と直下の電極層に含まれる複数の電極とで挟まれた領域（直上の電極層に含まれる電極からの垂線が直下の電極層に含まれる電極と交差する領域）にのみ金属酸化物膜が形成されている。
【００６０】
このように金属酸化物を不連続層で構成することにより、実施の形態１の連続層から成る金属酸化物の場合と比較して、略同一平面内で平行に配置された複数の電極の間隔が極めて狭くなった場合においても、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。
【００６１】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３に係る不揮発性メモリ３０の構成を示す断面図である。この不揮発性メモリ３０では、基板１１と最下段の電極層１との間に、チタン、タンタル、チタン酸化物、タンタル酸化物等の密着層３４が形成されている。この密着層３４の厚みは、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。また、最上段の電極層（ｎ＋１）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３５で被覆されている。以上の点で図１の不揮発性メモリ１０と異なる。
【００６２】
このように実施の形態３の不揮発性メモリ３０では密着層３４が設けられているため、基板１１と最下段の電極層１の電極１２１との付着強度が向上し、また、最上段の電極層（ｎ＋１）が絶縁体３５で被覆されているため、不揮発性メモリ素子の信頼性を高めることができる。
【００６３】
なお、ここでは、金属酸化物が連続層の場合について述べたが、実施の形態２に示したように、金属酸化物が不連続層の場合であっても同様の効果を有する。
【００６４】
（実施の形態４）
図６（ａ）は、実施の形態４に係る不揮発性メモリ４０の構成を示す断面図である。この不揮発性メモリ４０は、基板１１の上に電極層１、記録層１、電極層２が形成されている。そして電極層２の上には絶縁層３６が形成されている。この絶縁層３６の上に電極層３、記録層２、電極層４が形成されている。このように実施の形態４に係る不揮発性メモリ４０では、（電極層−記録層−電極層）の単位が繰り返されるごとに絶縁層３６が形成される構成になっている。図６（ａ）では、絶縁層３６の上下に隣接する電極層２，３の電極１２２，１２３は互いに直交しているが、図６（ｂ）に示すように絶縁層３６の上下に隣接する電極層２，３の電極１２２，１２３は互いに平行に配置されていてもよい。
【００６５】
このように絶縁層３６を設けることにより、ある記録層（たとえば記録層１）の金属酸化物（１３１）への電気的手段の印加によって他の記録層（たとえば記録層２）の金属酸化物１３２が影響を受ける（抵抗値が変化してしまう等）という不都合を回避できる。
【００６６】
なお、実施の形態３で示したように、基板１１と最下段の電極層１との間に、チタン、タンタル、チタン酸化物、タンタル酸化物等の密着層が形成されていることが好ましく、また、最上段の電極層（ｎ＋１）が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い。
【００６７】
なお、ここでは、金属酸化物が連続層の場合について述べたが、実施の形態２に示したように、金属酸化物が不連続層の場合であっても同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明によれば低コストで大容量（低ビットコスト）の不揮発性メモリを実現することができ、この不揮発性メモリを用いればセット機器の小型、軽量、薄型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【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】図１に示した不揮発性メモリの記録・読み出し動作を説明するための図である。
【図３】図１に示した不揮発性メモリの記録・読み出し動作を説明するための図である。
【図４】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５】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６】本発明の実施の形態４に係る不揮発性メモリの構成を示す断面図である。
【図７】従来の三次元半導体不揮発性メモリの断面図である。
【図８】図７のメモリ・セルの透視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，２０，３０，４０  不揮発性メモリ
１１  基板
１２１，１２２，１２３，１２４  電極
１３１，１３２，１３３，１３４，２３１，２３２，２３３，２３４  金属酸化物
３４  密着層
３５  絶縁体
【図１】
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【図２】
2005347468.tif 000004
【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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