(57)【要約】【課題】記憶密度が向上できる記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、記憶装置は、第１導電層と、第２導電層と、第１酸化物層と、第２酸化物層と、中間層と、を含む。前記第１酸化物層は、前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられる。前記第２酸化物層は、前記第１酸化物層と前記第１導電層との間に設けられる。前記中間層は、前記第１酸化物層と前記第２酸化物層との間に設けられる。前記中間層は、前記シリコン窒化物及び複数の第１金属原子を含む。前記中間層における前記第１金属原子どうしの結合の第１密度は、前記中間層における前記第１金属原子と窒素原子との結合の第２密度よりも低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電層と、
第２導電層と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられた第１酸化物層と、
前記第１酸化物層と前記第１導電層との間に設けられた第２酸化物層と、
前記第１酸化物層と前記第２酸化物層との間に設けられた中間層であって、シリコン窒化物及び複数の第１金属原子を含み、前記中間層における前記第１金属原子どうしの結合の第１密度は、前記中間層における前記第１金属原子と窒素原子との結合の第２密度よりも低い、前記中間層と、
を備えた記憶装置。
【請求項２】
前記第１密度は、前記第２密度の１／４以下である、請求項１記載の記憶装置。
【請求項３】
前記複数の第１金属原子は、Ｔｉ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｔａ及びＭｏの少なくともいずれかを含む請求項１または２に記載の記憶装置。
【請求項４】
前記第１導電層から前記第２導電層に向かう第１方向に対して垂直な面内における前記複数の前記第１金属原子の面密度は、１×１０１３ｃｍ−２以下である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の記憶装置。
【請求項５】
前記第１密度は、前記中間層における前記第１金属原子と酸素原子との結合の第３密度よりも低い、請求項１〜４のいずれか１つに記載の記憶装置。
【請求項６】
前記第１酸化物層は、シリコン酸化膜を含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載の記憶装置。
【請求項７】
前記第２酸化物層は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム及び酸化タンタルの少なくともいずれかを含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の記憶装置。
【請求項８】
前記複数の第１金属原子は、前記第１導電層と前記第１酸化物層との間の第１界面に沿って並ぶ、請求項１〜７のいずれか１つに記載の記憶装置。
【請求項９】
前記第１導電層は、第２方向に延び、
前記第２導電層は、前記第２方向と交差する第３方向に延びた、請求項１〜８のいずれか１つに記載の記憶装置。
【請求項１０】
第２方向に延びる第１配線をさらに備え、
前記第１配線と前記第２導電層との間に前記第１導電層が設けられ、
前記第２導電層は、前記第２方向と交差する第３方向に延びた、請求項１〜８のいずれか１つに記載の記憶装置。
【請求項１１】
第２方向に延びる第１配線と、
前記第２方向と交差する第３方向に延びる第２配線と、
をさらに備え、
前記第１配線と前記第２配線との間に前記第１導電層が設けられ、
前記第１導電層と前記第２配線との間に前記第２導電層が設けられた、請求項１〜８のいずれか１つに記載の記憶装置。
【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】
記憶装置において記憶密度の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１９１６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、記憶密度が向上できる記憶装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、記憶装置は、第１導電層と、第２導電層と、第１酸化物層と、第２酸化物層と、中間層と、を含む。前記第１酸化物層は、前記第１導電層と前記第２導電層との間に設けられる。前記第２酸化物層は、前記第１酸化物層と前記第１導電層との間に設けられる。前記中間層は、前記第１酸化物層と前記第２酸化物層との間に設けられる。前記中間層は、前記シリコン窒化物及び複数の第１金属原子を含む。前記中間層における前記第１金属原子どうしの結合の第１密度は、前記中間層における前記第１金属原子と窒素原子との結合の第２密度よりも低い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る記憶装置を例示する模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る記憶装置の特性を例示するグラフ図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する工程順の模式的断面である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第２の実施形態に係る記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図５】第２の実施形態に係る記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る記憶装置を例示する模式図である。  
図１（ａ）は、断面図である。図１（ｂ）は、エネルギーバンド図であり、伝導帯端Ｅｃ及び価電子帯端Ｅｖを例示している。
【０００９】
図１（ａ）に示すように、実施形態に係る記憶装置１１０は、第１導電層２１と、第２導電層２２と、第１酸化物層３１と、第２酸化物層３２と、中間層５０と、を含む。第１酸化物層３１は、第１導電層２１と第２導電層２２との間に設けられ、酸化物を含む。第２酸化物層３２は、第１酸化物層３１と第２導電層２２との間に設けられ、酸化物を含む。中間層５０は、第１酸化物層３１と第２酸化物層３２との間に設けられる。
【００１０】
記憶装置１１０において、第１導電層２１と第２導電層２２とが交差する領域が１つのメモリ部となる。メモリ部に、第１酸化物層３１、第２酸化物層３２及び中間層５０を含む積層体が設けられる。
【００１１】
第１導電層２１から第２導電層２２に向かう方向を第１方向とする。図１（ａ）に示す例では、第１方向は、Ｘ軸方向である。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００１２】
中間層５０は、シリコン窒化物及び複数の第１金属原子５３Ｍを含む。
【００１３】
中間層５０は、例えば、抵抗変化層として機能する。第１酸化物層３１、第２酸化物層３２及び中間層５０を含む積層膜５５は、例えば、記憶部として機能する。
【００１４】
記憶装置１１０は、複数の抵抗状態を有する。例えば、記憶装置１１０において、電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）は、ヒステリシスを有する。複数の抵抗状態が、記憶状態に対応する。複数の抵抗状態を読み出すことで、記憶された情報が読み出される。
【００１５】
第１導電層２１及び第２導電層２２には、例えば、仕事関数が大きい導電性の材料が用いられる。第１導電層２１及び第２導電層２２には、例えば、Ｗ、Ｐｔ、ＴｉＮ及び、Ｒｕの少なくともいずれかを含む。第１導電層２１及び第２導電層２２には、半導体が用いられても良い。この半導体は、不純物を含んでも良い。後述するように、第１導電層２１及び第２導電層２２の一方がＷ、Ｐｔ、ＴｉＮ及び、Ｒｕの少なくともいずれかを含み、他方が、半導体を含んでも良い。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、第１酸化物層３１の電子障壁は、中間層５０の電子障壁よりも大きい。第１酸化物層３１の伝導帯端Ｅｃのエネルギーは、中間層５０の伝導帯端Ｅｃのエネルギーよりも高い。第１酸化物層３１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ、ＳｉＯ２を含む）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）及び酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の少なくともいずれかを含む。例えば、第１酸化物層３１の比誘電率は、中間層５０の比誘電率よりも低くても良い。第１酸化物層３１は、例えば、整流性の膜として機能しても良い。
【００１７】
第２酸化物層３２の電子障壁は、中間層５０の電子障壁よりも大きい。第２酸化物層３２の伝導帯端Ｅｃのエネルギーは、中間層５０の伝導帯端Ｅｃのエネルギーよりも高い。第２酸化物層３２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ、ＳｉＯ２を含む）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）及び酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の少なくともいずれかを含む。例えば、第２酸化物層３２の比誘電率は、中間層５０の比誘電率よりも高くても良い。第２酸化物層３２は、例えば、整流性の膜として機能しても良い。
【００１８】
中間層５０は、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）を含む。中間層５０には、金属を添加することによって深い準位を形成し得る材料が用いられる。添加する金属原子が、上記の複数の金属原子５３Ｍに対応する。金属原子５３の種類は、１つでも良く、複数でも良い。複数の第１金属原子５３Ｍは、例えば、Ｔｉ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｒｕ、Ｔａ及びＭｏの少なくともいずれかを含む。
【００１９】
例えば、図１（ａ）に示すように、中間層５０に、複数の第１金属原子５３Ｍが分散されている。
【００２０】
中間層５０において、第１金属原子５３Ｍと、窒素原子と、の結合が存在する。例えば、第１金属原子５３Ｍと窒素原子との結合に基づく準位は、シリコンと窒素との結合に基づく準位よりも深い。例えば、第１金属原子５３ＭがＴｉである場合、Ｔｉ−Ｎ結合が存在する。Ｔｉ−Ｎ結合に基づく準位は、Ｓｉ−Ｎ結合に基づく準位よりも深い。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、中間層５０において、浅い準位５０ａと、深い準位５０ｂと、が形成される。深い準位５０ｂは、浅い準位５０ａよりも深い。浅い準位５０ａは、例えば、ＳｉＮに起因する準位である。深い準位５０ｂは、金属原子５３Ｍにより起因する準位である。この深い準位５０ｂにトラップされた電荷（例えば電子）は、移動し難い。
【００２２】
例えば、中間層５０において、浅い準位と、深い準位と、が形成される。これにより、Ｉ−Ｖ特性にヒステリシスが生じる。以下、記憶装置１１０の特性の例について説明する。
【００２３】
図２は、第１の実施形態に係る記憶装置の特性を例示するグラフ図である。  
図２は、記憶装置１１０のＩ−Ｖ特性の測定結果の例を示している。測定試料において、第１導電層２１は、ｎ形Ｓｉである。第１酸化物層３１は、ＳｉＯ２膜（約７ｎｍの厚さ）である。中間層５０は、ＳｉＮ膜（約６ｎｍの厚さ）である。中間層５０に、複数のＴｉ原子（第１金属原子５３Ｍ）が分散されて設けられている。第２酸化物層３２は、ＳｉＯ２膜（約２ｎｍの厚さ）である。第２導電層２２は、Ａｌ膜である。上記において、厚さは、Ｘ軸方向に沿った長さである（図１（ａ）参照）。
【００２４】
図２の横軸は、第１導電層２１と第２導電層２２との間に印加する電圧Ｖａ（Ｖ）である。縦軸は、第１導電層２１と第２導電層２２との間に流れる電流の電流密度Ｊｇ（Ａ／／ｃｍ２）である。
【００２５】
図２に示すように、第１〜第５経路Ｍ１に従って電圧Ｖａがスイープされる。第１経路Ｍ１においては、電圧Ｖａが負の領域で、電圧Ｖａの絶対値が上昇する。第２経路Ｍ２においては、電圧Ｖａが負の領域で、電圧Ｖａの絶対値が減少する。第３経路Ｍ３においては、電圧Ｖａが正の領域で、電圧Ｖａの絶対値が上昇する。第４経路Ｍ４においては、電圧Ｖａが正の領域で、電圧Ｖａの絶対値が減少する。第５経路Ｍ５においては、再び、電圧Ｖａが負の領域で、電圧Ｖａの絶対値が上昇する。
【００２６】
図２に示すように、第１経路Ｍ１における電流密度Ｊｇは、第２経路Ｍ２における電流密度Ｊｇとは異なる。この例では、電圧Ｖａの絶対値を上昇させるときの電流密度Ｊｇよりも、電圧Ｖａの絶対値を減少させるときの電流密度Ｊｇは高い。第１経路Ｍ１においては、積層膜５５は、高抵抗状態である。第２経路Ｍ２においては、積層膜５５は、低抵抗状態である。低抵抗状態における第１導電層２１と第２導電層２２との間の抵抗は、高抵抗状態における第１導電層２１と第２導電層２２との間の抵抗よりも低い。そして、第５経路Ｍ５においては、第１経路Ｍ１と同様の特性を示す。
【００２７】
例えば、中間層５０において、浅い準位と、深い準位と、が形成されると考えられる。例えば、第１酸化物層３１、第２酸化物層３２及び中間層５０を含む積層膜５５に、電圧を印加すると、まず、深い準位に電荷がチャージされ、そして、浅い準位を介したプールフレンケル電流により電流が増加する。一方、逆極性の電圧を印加すると、デトラップによるディスチャージが生じる。これにより、Ｉ−Ｖ特性にヒステリシスが生じると考えられる。そして、整流性が得られる。
【００２８】
このように、実施形態に係る構成においては、Ｉ−Ｖ特性にヒステリシスが生じる。すなわち、異なる抵抗状態が得られる。この異なる抵抗状態を用いることで、記憶動作が可能なる。
【００２９】
実施形態において、複数の第１金属原子５３Ｍは、クラスター状ではなく、Ｚ−Ｙ平面に沿って、分散されている。このため、セルサイズ（積層膜５５のＹ軸方向の長さ及びＺ軸方向の長さ）が小さくなっても、良好なＩ−Ｖ特性は維持される。
【００３０】
例えば、クラスター状のＴｉを中間層５０に設ける参考例がある。この参考例においては、クラスターが存在する場所と、クラスターが存在しない場所と、の間で、特性が異なる。このため、このような参考例においては、セルサイズを小さくしたときに、複数のセルのそれぞれに存在するクラスターの数などが互いに異なる。このため、複数のセルにおいて、均一な特性を得ることが困難である。
【００３１】
これに対して、実施形態においては、複数の第１金属原子５３Ｍ（Ｔｉ原子など）は、クラスター状ではなく、Ｚ−Ｙ平面に沿って分散されている。このため、セルサイズが小さくなっても、複数のセルにおいて均一な特性が得やすい。
【００３２】
例えば、クラスター状のＴｉを設ける上記の参考例と、複数のＴｉ原子がＺ−Ｙ平面に沿って分散される実施形態と、において、Ｔｉの面密度が同じとする。このとき、クラスター状の部分ではＴｉの濃度が局所的に非常に高く、それ以外の部分ではＴｉは実質的に存在しない。クラスター状の部分と、それ以外の部分とで、得られる電気的特性が大きく異なる。これに対して、実施形態においては、クラスター状ではなく、Ｔｉ原子がＺ−Ｙ平面に分散されている。実施形態におけるＴｉ原子の密度の均一性は、参考例のそれよりも高い。実施形態においては、Ｚ−Ｙ平面内において均一な特性が得られる。このため、Ｚ−Ｙ平面に沿った長さ（セルサイズ）が小さくなったときも、所望の特性が得られる。実施形態によれば、記憶密度が向上できる記憶装置が提供できる。
【００３３】
上記のように、Ｔｉのクラスターを設ける場合、Ｔｉ−Ｔｉの結合が多く存在する。これに対して、実施形態においては、例えば、Ｔｉ−Ｔｉの結合は少ない、または、実質的に存在しない。すなわち、実施形態においては、第１金属原子５３Ｍどうしの結合は、少ない、または、実質的に存在しない。
【００３４】
このように、実施形態においては、中間層５０における第１金属原子５３Ｍどうしの結合の密度（第１密度）は、中間層５０における第１金属原子５３Ｍと窒素原子との結合の密度（第２密度）よりも低い。または、中間層５０においては、第１金属原子５３Ｍどうしの結合が無い。例えば、第１金属原子５３ＭとしてＴｉ（チタン）を用いる場合、Ｔｉ−Ｔｉ結合の密度（第１密度）は、Ｔｉ−Ｎ結合の密度（第２密度）よりも低い。例えば、第１密度は、第２密度の１／４以下である。第１密度は、前記第２密度の１／１０以下でも良い。換言すれば、第２密度は、第１密度よりも高い。
【００３５】
第１金属原子５３Ｍどうしの結合の密度、及び、中間層５０における第１金属原子５３Ｍと窒素原子との結合の密度に関する情報は、例えば、ＸＡＦＳ（Ｘ線吸収微細構造:X-ray absorption fine structure)分析により得られる。
【００３６】
中間層５０においては、複数の金属原子５３Ｍのそれぞれは、実質的に、互いに離れている。
【００３７】
図１（ａ）に示すように、例えば、複数の第１金属原子５３Ｍの一部は、第１導電層２１と第１酸化物層との間の第１界面Ｆ１に沿って並んでも良い。例えば、複数の第１金属原子５３Ｍの一部は、第２導電層２２と第２酸化物層３２との間の第２界面Ｆ２に沿って並んでも良い。複数の第１金属原子５３Ｍの一部は、第１酸化物層３１と中間層５０との間の第３界面Ｆ３に沿って並んでも良い。例えば、複数の第１金属原子５３Ｍの一部は、第２酸化物層３２と中間層５０との間の第４界面Ｆ４に沿って並んでも良い。複数の金属原子５３Ｍの一部は、例えば、第１方向（Ｘ軸方向）に対して垂直な面に沿って並んでも良い。例えば、この面は、Ｘ軸方向と交差する面に対して実質的に平行である。
【００３８】
中間層５０において、複数の金属原子５３Ｍは、例えば、クラスター状ではない。複数の金属原子５３Ｍは、例えば、ナノドット状ではない。もし、複数の金属原子５３Ｍがクラスター状、または、ナノドット状である場合は、第１金属原子５３Ｍどうしの結合が存在する。このため、第１金属原子５３Ｍどうしの結合の密度（第１密度）は、第１金属原子５３Ｍと窒素原子との結合の密度（第２密度）以上となる。
【００３９】
実施形態においては、中間層５０において、複数の第１金属原子５３Ｍが適切な面密度で分散されている。すなわち、複数の第１金属原子５３Ｍが互いに実質的に離れるような面密度が採用される。例えば、Ｘ軸方向（第１方向）に対して垂直な面内における、複数の第１金属原子５３Ｍの面密度は、例えば、１×１０１３ｃｍ−２以下である。面密度が１×１０１３ｃｍ−２よりも高いと、例えば、第１金属原子５３Ｍは、クラスター状になりやすい。１×１０１３ｃｍ−２以下の面密度により、第１金属原子５３Ｍどうしの結合を抑制できる。
【００４０】
このように、実施形態においては、中間層５０における複数の第１金属原子５３Ｍの面密度は、低く設定されている。これにより、中間層５０における第１金属原子５３Ｍどうしの結合の密度（第１密度）は、中間層５０における第１金属原子５３Ｍと窒素原子との結合の密度（第２密度）よりも低くできる。
【００４１】
このように、第１金属原子５３Ｍどうしの結合の密度は低く、複数の第１金属原子５３Ｍは、互いに離れて分散されていることにより、複数の第１金属原子５３Ｍどうしの間での電荷（例えば電子）の移動が抑制される。例えば、エネルギー準位間における電荷の移動が抑制される。例えば「横抜け」が抑制できる。
【００４２】
実施形態において、複数の第１金属原子５３Ｍの面密度は、例えば、２×１０１２ｃｍ−２以上である。複数の第１金属原子５３Ｍの面密度を２×１０１２ｃｍ−２以上とすることで、複数の抵抗状態の形成が効果的に得られる。
【００４３】
例えば、クラスター状の金属原子が設けられる参考例において、金属原子の面密度が約１×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１５ｃｍ−２程度の状態が考えられる。この場合の面密度は、クラスターがある部分とない部分との平均の密度である。参考例においては、クラスターのそれぞれのサイズが大きい（例えば０．４ナノメートルよりも大きい）。このため、もし平均した面密度が同様の範囲であった場合にも、クラスターのそれぞれが大きいことで、実施形態の構成と区別される。
【００４４】
実施形態において、中間層５０において第１金属原子５３Ｍと酸素との結合が存在しても良い。例えば、第１金属原子５３ＭとしてＴｉ（チタン）を用いる場合、Ｔｉ−Ｏ結合が存在しても良い。中間層５０においてＴｉ−Ｏ結合が存在することで、例えば、Ｔｉのダングリングボンドを終端し、不動態化することができる。このとき、Ｔｉ−Ｔｉ結合の密度は、Ｔｉ−Ｏの結合の密度よりも低い。例えば、第１金属原子５３Ｍどうしの結合の第１密度は、中間層５０における第１金属原子５３Ｍと酸素原子との結合の第３密度よりも低い。
【００４５】
中間層５０において、シリコンと窒素との結合が存在しても良い。図１（ａ）に示すように、中間層５０において、複数の第１金属原子５３Ｍが配置されていない領域がある。この領域は、窒化シリコン領域である。このため、中間層５０において、シリコンと窒素との結合が観測される。
【００４６】
実施形態において、中間層５０において、シリコンと酸素との結合が存在しても良い。中間層５０の一部が、例えば、ＳｉＯＮでも良い。これにより、中間層５０において、ＳｉＮよりも深い準位が形成できる。これにより保持特性がさらに向上する。
【００４７】
実施形態おいて、例えば、第１酸化物層３１の比誘電率は、中間層５０の比誘電率よりも小さくても良い。例えば、前者は、後者の０．５倍以上１倍未満である。これにより、第１酸化物層３１に電界が加わり易くなり、例えば、電子の書き込み特性を改善することができる。例えば、中間層５０が窒化シリコンを含む場合、第１酸化物層３１は、例えば、酸化シリコンを含む。
【００４８】
実施形態において、例えば、第２酸化物層３２の比誘電率は、中間層５０の比誘電率よりも高くても良い。例えば、前者は、後者の１倍を超え４倍以下である。これにより、中間層５０に電界が加わり易くなり、例えば、電子の消去特性を改善することができる。例えば、中間層５０が窒化シリコンを含む場合、第１酸化物層３１は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）及び酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の少なくともいずれかを含む。
【００４９】
実施形態においては、複数の第１金属原子５３Ｍにより、第１方向に対して交差する面内で実質的に均一な準位が、形成できる。複数の第１金属原子５３Ｍは、中間層５０に分散される。これにより、実質的に面の電流が、得られる。これにより、例えば、セルサイズが小さいときも、良好で均一な特性（例えば適切な電流密度）が維持できる。
【００５０】
実施形態において、第１金属原子５３Ｍを用いることで、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）中に深い準位が形成できる。例えば、窒化シリコン中にＴｉを添加することで、２．１ｅＶ〜２．２ｅＶの準位が増加する。例えば、窒化シリコン中にＴｉを添加すると、２．１ｅＶに対応するフォトルミネッセンス強度が、添加しないときのそれよりも上昇する。一方、窒化シリコン中にＴｉを添加すると、１．４ｅＶに対応するフォトルミネッセンス強度が、添加しないときのそれよりも低下する。このように、第１金属原子５３Ｍ（例えばＴｉ）を用いることで、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）中に深い準位が形成できる。これにより、良好な保持特性が得られる。
【００５１】
実施形態においては、電子障壁を高めつつ、準位を深くする、これにより、オフ電流を低減する。これにより、電流のオン／オフ比を高めることができる。一方、電流のオン／オフ比を高める際に、オン電流を大きくすると保持特性が低くなる。実施形態においては、オフ電流を低減するため、良好な保持特性を得つつ、電流のオン／オフ比を高めることができる。
【００５２】
実施形態においては、複数の第１金属原子５３Ｍを中間層５０に設けることより形成される準位（深い準位５０ｂ）には、電荷（例えば電子）は、直接遷移でトラップされる。例えば、欠損を介したトラッピング（フォノンモード）においては、絶縁層の劣化が進みやすい。これに対して、直接遷移のトラッピングが可能な準位を用いることで、中間層５０の劣化が抑制できる。
【００５３】
以下、実施形態に係る記憶装置１１０の製造方法の例について説明する。  
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る記憶装置の製造方法を例示する工程順の模式的断面である。  
図３（ａ）に示すように、第１導電膜ＦＭ１の上に、第１酸化物膜ＦＯ１が設けられ、さらにその上に、窒化物膜ＦＮが設けられている。窒化物膜ＦＮ中に、複数の第１金属原子５３Ｍを配置する。第１導電膜ＦＭ１は、例えば、第１導電層２１及び第２導電層２２の一方となる。第１酸化物膜ＦＯ１は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）である。窒化物膜ＦＮは、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜、例えばＳｉ３Ｎ４膜）である。第１金属原子５３Ｍは、例えば、Ｔｉである。第１金属原子５３Ｍの面密度は、例えば、１×１０１３ｃｍ−２以下である。
【００５４】
窒化物膜ＦＮにおいて、ＳｉＮよりも深い準位５０ｂが形成される。
【００５５】
図３（ｂ）に示すように、窒化物膜ＦＮの上に、第２酸化物膜ＦＯ２を形成し、さらにその上に、第２導電膜ＦＭ２を形成する。第２導電膜ＦＭ２は、第１導電層２１及び第２導電層２２の他方となる。これにより、記憶装置１１０が得られる。上記において、窒化物膜ＦＮを形成した後の、窒素及び酸素の少なくともいずれかを含む雰囲気中での上記の処理は、必要に応じて実施され、省略しても良い。  
上記の製造方法により、記憶密度が向上できる記憶装置の製造方法が提供できる。
【００５６】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態は、例えば、クロスポイント型の記憶装置に係る。第２の実施形態においては、第１の実施形態に関して説明した記憶装置の積層膜５５が、２つの配線の間に設けられる。
【００５７】
図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第１の実施形態に係る記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すように、本実施形態に係る記憶装置１２１〜１２４も、第１導電層２１、第２導電層２２、第１酸化物層３１、第２酸化物層３２及び中間層５０を含む。記憶装置１２１〜１２４において、第１酸化物層３１、第２酸化物層３２及び中間層５０を含む積層膜５５については、記憶装置１１０と同様である。
【００５８】
図４（ａ）に示すように、記憶装置１２１においては、第１導電層２１は、第２方向に延び、第２導電層２２は、第２方向と交差する第３方向に延びている。第２方向は、第１導電層２１から第２導電層２２に向かう第１方向と交差する。この例では、第２方向は、Ｚ軸方向であり、第３方向は、Ｙ軸方向である。
【００５９】
図４（ｂ）に示すように、記憶装置１２２は、第２方向に延びる第１配線６１をさらに含む。第１配線６１と第２導電層２２との間に第１導電層２１が設けられる。第２導電層２２は、第２方向と交差する第３方向に延びている。第２方向は、Ｚ軸方向であり、第３方向は、Ｙ軸方向である。
【００６０】
図４（ｃ）に示すように、記憶装置１２３は、第３向に延びる第２配線６２をさらに含む。第１導電層２１と第２配線６２との間に第２導電層２２が設けられる。第１導電層２１は、第２方向に延びている。第２方向は、第３方向と交差する。第２方向は、Ｚ軸方向であり、第３方向は、Ｙ軸方向である。
【００６１】
図４（ｄ）に示すように、記憶装置１２４は、第２方向に延びる第１配線６１と、第２方向と交差する第３方向に延びる第２配線６２と、をさらに含む。第２方向は、第１導電層２１から第２導電層２２に向かう第１方向と交差する。この例では、第２方向は、Ｚ軸方向であり、第３方向は、Ｙ軸方向である。第１配線６１と第２配線６２との間に第１導電層２１が設けられる。第１導電層２１と第２配線６２との間に第２導電層２２が設けられる。
【００６２】
図５は、第２の実施形態に係る記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図５に示すように、本実施形態に係る記憶装置１２５においては、基体１０の上に、絶縁層１０ｉが設けられる。基体１０は、例えば、半導体基板（シリコン基板など）である。基体１０は、メモリ部を動作させる回路を含んでも良い。基体１０の面に対して垂直な方向をＸ軸方向とする。
【００６３】
絶縁層１０ｉの上に、１つのＺ−Ｙ平面内で並ぶ複数の第１配線６１が設けられる。その上に、別の１つのＺ−Ｙ平面内で並ぶ複数の第２配線６２が設けられる。複数の第１配線６１は、例えばワード線ＷＬとなり、複数の第２配線６２は、例えばビット線ＢＬとなる。このような複数の第１配線６１及び複数の第２配線６２及びそれらの間の積層膜５５が、１組のメモリグループ層となる。このようなメモリグループ層が、複数設けられる。複数のメモリグループ層が、絶縁層１０ｉの上において、Ｘ軸方向に積層される。
【００６４】
記憶装置１２５において、第１配線６１が設けられず第１導電層２１が第２方向（例えばＺ軸方向）に沿って延びても良い。第２配線６２が設けられず第２導電層２２が第３方向（例えばＹ軸方向）に沿って延びても良い。
【００６５】
記憶装置１２１〜１２５においても、記憶密度が向上できる。
【００６６】
実施形態によれば、記憶密度が向上できる記憶装置を提供できる。
【００６７】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
【００６８】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、記憶装置に含まれる導電層、酸化物層、中間層及び配線などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【００６９】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００７０】
その他、本発明の実施の形態として上述した記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００７１】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００７２】
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とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１０…基体、  １０ｉ…絶縁層、  ２１、２２…第１、第２導電層、  ３１、３２…第１、第２酸化物層、  ５０…中間層、  ５０ａ…浅い準位、  ５０ｂ…深い準位、  ５３Ｍ…第１金属原子、  ５５…積層膜、  ６１、６２…第１、第２配線、  １１０、１２１〜１２５…記憶装置、  ＢＬ…ビット線、  Ｅｃ…伝導帯端、  Ｅｖ…価電子帯端、  Ｆ１〜Ｆ４…第１〜第４界面、  ＦＭ１、ＦＭ２…第１、第２導電膜、  ＦＮ…窒化物膜、  ＦＯ１、ＦＯ２…第１、第２酸化物膜、  Ｊｇ…電流密度、  Ｍ１〜Ｍ５…第１〜第５経路、  Ｖａ…印加電圧、  ＷＬ…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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