[go: up one dir, main page]

JP2008182156A - Metal oxide device and manufacturing method thereof - Google Patents

Metal oxide device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2008182156A
JP2008182156A JP2007016123A JP2007016123A JP2008182156A JP 2008182156 A JP2008182156 A JP 2008182156A JP 2007016123 A JP2007016123 A JP 2007016123A JP 2007016123 A JP2007016123 A JP 2007016123A JP 2008182156 A JP2008182156 A JP 2008182156A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal oxide
metal
layer
oxide layer
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007016123A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshito Jin
好人 神
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2007016123A priority Critical patent/JP2008182156A/en
Publication of JP2008182156A publication Critical patent/JP2008182156A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

【課題】より安定な記憶保持が行えるメモリを実現するため、強誘電特性を示す金属酸化物層を半導体基板上に配置した金属酸化物素子、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板101の上に、中間電極層102と、この上に形成され、ビスマス(Bi)とチタン(Ti)と酸素とから構成された例えば膜厚100nmの金属酸化物層103と、上部電極104とを備え、また、半導体基板101の一部にオーミックコンタクト105を備える。例えば、金属酸化物層104は、Bi4Ti312の化学量論的組成に比較して過剰なTiを含む基部層の中に、Bi4Ti312の化学量論的組成の3nm〜15nm程度の複数の微結晶粒から構成されている。また、金属酸化物層104は、30〜180℃と低温条件のスパッタ法により形成されている。
【選択図】 図1
To provide a memory capable of more stable memory retention, a metal oxide element in which a metal oxide layer exhibiting ferroelectric characteristics is arranged on a semiconductor substrate, and a method for manufacturing the same are provided.
An intermediate electrode layer is formed on a semiconductor substrate, and a metal oxide layer having a thickness of, for example, 100 nm formed of bismuth (Bi), titanium (Ti), and oxygen is formed thereon. The upper electrode 104 is provided, and an ohmic contact 105 is provided on a part of the semiconductor substrate 101. For example, the metal oxide layer 104 may be 3 nm of Bi 4 Ti 3 O 12 stoichiometric composition in a base layer containing excess Ti compared to the stoichiometric composition of Bi 4 Ti 3 O 12. It is composed of a plurality of fine crystal grains of about 15 nm. The metal oxide layer 104 is formed by sputtering at a low temperature of 30 to 180 ° C.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、本発明は、例えば強誘電特性を示す金属酸化物層を、半導体よりなる基体(基板)の上に配置した金属酸化物素子及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a metal oxide element in which, for example, a metal oxide layer exhibiting ferroelectric characteristics is disposed on a substrate (substrate) made of a semiconductor, and a method for manufacturing the same.

従来、ネットワーク機器や情報端末に搭載されて情報を記憶する装置(メモリ)には、主に半導体材料が用いられてきた。半導体を用いたメモリの1つとして、DRAM(Dynamic Random Access Memory)が広く使用されている(非特許文献1参照)。DRAMの単位記憶素子(以下、メモリセルという)では、1個の蓄積容量と1個のMOSFET(Metal-oxide-semiconductor field effect transistor)からなり、選択されたメモリセルの蓄積容量に蓄えられた電荷の状態に対応する電圧を、ビット線から電気的なデジタル信号の「on」あるいは「off」として取り出すことで、記憶されているデータを読み出すようにしている。   Conventionally, semiconductor materials have been mainly used for devices (memory) that are mounted on network devices and information terminals and store information. As one of the memories using a semiconductor, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) is widely used (see Non-Patent Document 1). A unit storage element (hereinafter referred to as a memory cell) of a DRAM is composed of one storage capacitor and one MOSFET (Metal-oxide-semiconductor field effect transistor), and the charge stored in the storage capacitor of the selected memory cell. The voltage corresponding to the state is taken out as “on” or “off” of the electrical digital signal from the bit line, so that the stored data is read out.

しかし、DRAMでは、電源を切ると蓄積容量の状態を維持することが不可能となり、蓄積された情報が消去されてしまう。言い換えると、DRAMは揮発性のメモリ素子である。また、よく知られているように、DRAMでは、データを再び書き込むリフレッシュ動作が必要となり、動作速度が低下するという欠点もある。   However, in the DRAM, when the power is turned off, it is impossible to maintain the state of the storage capacity, and the stored information is erased. In other words, DRAM is a volatile memory element. As is well known, a DRAM requires a refresh operation for rewriting data, and has a drawback that the operation speed is reduced.

昨今のマルチメディア情報化社会の拡大、さらには、ユビキタスサービスを実現するためには、より高機能なメモリが必要とされてきている。例えば、ユビキタス端末に搭載されるメモリに求められる機能として、高速,長期保持期間,環境耐性,低消費電力などがあり、さらに、電源を切っても蓄積された情報を保持し続ける不揮発性が必須とされている。不揮発性メモリとしては、ROM(Read only Memory)がよく知られているが、一度記憶された(書き込まれた)データは、消去不可能であり、また、再書き込みができないという大きな欠点を持っている。   In order to realize the recent expansion of the multimedia information society, and further to realize ubiquitous services, more sophisticated memories are required. For example, the functions required of the memory installed in ubiquitous terminals include high speed, long-term retention period, environmental resistance, low power consumption, and non-volatility that keeps stored information even when the power is turned off. It is said that. ROM (Read only Memory) is well known as a non-volatile memory, but once stored (written) data cannot be erased, and has a major disadvantage that it cannot be rewritten. Yes.

これに対し、ROMの一種ではあるが、限定された回数のデータ消去と書き込みとを可能としたEEPROM(Electrically erasable programmable read only memory)を用いたフラッシュメモリ(Flash memory)が開発されている(特許文献1,非特許文献1,2参照)。このフラッシュメモリは、実用的な不揮発性メモリとして、多くの分野で使用されている。   On the other hand, although it is a kind of ROM, a flash memory using an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) capable of erasing and writing a limited number of times has been developed (patent) Reference 1, Non-Patent Documents 1 and 2). This flash memory is used in many fields as a practical non-volatile memory.

代表的なフラッシュメモリのメモリセルは、MOSFETのゲート電極部が、制御ゲート電極と浮遊ゲート電極を有した複数の層からなるスタックゲート(Stack gate)構造となっている。フラッシュメモリでは、浮遊ゲートに蓄積された電荷の量により、MOSFETの閾値が変化することを利用して、データの記録を可能としている。   In a memory cell of a typical flash memory, a gate electrode portion of a MOSFET has a stack gate structure including a plurality of layers each having a control gate electrode and a floating gate electrode. In the flash memory, data can be recorded by utilizing the fact that the threshold value of the MOSFET changes depending on the amount of charge accumulated in the floating gate.

フラッシュメモリのデータの書き込みは、ドレイン領域に高電圧を印加して発生したホットキャリアがゲート絶縁膜のエネルギー障壁を乗り越えることで行う。また、ゲート絶縁膜に高電界を印加してF−N(Fowler-Nordheim)トンネル電流を流すことで、半導体基板から浮遊ゲートに電荷(一般的には電子)を注入することで、データの書き込みが行われる。データの消去は、ゲート絶縁膜に逆方向の高電界を印加することで、浮遊ゲートから電荷を引き抜くことにより行われる。   Writing data in the flash memory is performed by hot carriers generated by applying a high voltage to the drain region overcoming the energy barrier of the gate insulating film. In addition, data is written by injecting electric charges (generally electrons) from the semiconductor substrate to the floating gate by applying a high electric field to the gate insulating film to flow an FN (Fowler-Nordheim) tunnel current. Is done. Data is erased by extracting charges from the floating gate by applying a high electric field in the opposite direction to the gate insulating film.

フラッシュメモリは、DRAMのようなリフレッシュ動作が不要な反面、F−Nトンネル現象を用いるために18V程度の高電圧が必要となり、また、DRAMに比べてデータの書き込み及び消去に要する時間が桁違いに長くなってしまうというの問題がある。さらに、データの書き込み・消去を繰り返すと、ゲート絶縁膜が劣化するので、書き換え回数がある程度制限されているという問題もある。   A flash memory does not require a refresh operation like a DRAM, but requires a high voltage of about 18 V in order to use the FN tunnel phenomenon, and the time required for writing and erasing data is orders of magnitude higher than that of a DRAM. There is a problem of becoming longer. Further, when data writing / erasing is repeated, the gate insulating film deteriorates, so that the number of rewrites is limited to some extent.

上述したフラッシュメモリに対し、新たな不揮発性メモリとして、強誘電体の分極を用いた強誘電体メモリ(以下、FeRAM(Ferroelectric RAM)や、強磁性体の磁気抵抗を用いた強磁性体メモリ(以下、MRAM(Magnetoresist RAM)という)などが注目されており、盛んに研究されている。この中で、FeRAMは、既に実用化されていることもあり、諸処の課題を解決できれば、可搬型メモリだけでなくロジックのDRAMも置き換えできると期待されている。   In contrast to the flash memory described above, as a new non-volatile memory, a ferroelectric memory using ferroelectric polarization (hereinafter referred to as FeRAM (Ferroelectric RAM)) or a ferromagnetic memory using ferromagnetic resistance ( MRAM (Magnetoresist RAM) has been attracting attention and has been actively researched.FeRAM has already been put into practical use, and if it can solve various problems, it will be a portable memory. It is expected that not only logic DRAMs can be replaced.

このようにフラッシュメモリの代わりとして期待されるFeRAMには、主に、スタック型とFET型に分類される。スタック型は、1トランジスタ1キャパシタ型FeRAMとも呼ばれ、この構造からスタック型キャパシタを持つものと、プレーナ型キャパシタを持つもの、立体型キャパシタを持つものがある。また、スタック型には、1トランジスタ1キャパシタ型FeRAMやこれを2つ重ねて安定動作化させた2トランジスタ2キャパシタ型FeRAMがある。   Thus, FeRAM expected as a substitute for flash memory is mainly classified into a stack type and an FET type. The stack type is also called a one-transistor one-capacitor FeRAM, and there are a stack type capacitor, a planar type capacitor, and a three-dimensional type capacitor. The stack type includes a one-transistor one-capacitor FeRAM and a two-transistor two-capacitor FeRAM in which two are stacked for stable operation.

例えば、スタック型FeRAMは、図14に示すように、半導体基板1401の上に、ソース1402,ドレイン1403,ゲート絶縁膜1404を介して設けられたゲート電極1405よりなるMOSトランジスタを備え、MOSトランジスタのソース1402に、下部電極1411,強誘電体からなる誘電体層1412,上部電極1413からなるキャパシタが接続している。図14に示すFeRAMの例では、ソース電極1406により上記キャパシタがソース1402に接続している。また、ドレイン1403にはドレイン電極1407が接続し、電流計が接続している。   For example, as shown in FIG. 14, the stack type FeRAM includes a MOS transistor including a gate electrode 1405 provided on a semiconductor substrate 1401 via a source 1402, a drain 1403, and a gate insulating film 1404. A capacitor composed of a lower electrode 1411, a dielectric layer 1412 made of a ferroelectric material, and an upper electrode 1413 is connected to the source 1402. In the example of FeRAM shown in FIG. 14, the capacitor is connected to the source 1402 by the source electrode 1406. A drain electrode 1407 is connected to the drain 1403, and an ammeter is connected to the drain 1403.

このFeRAMでは、強誘電体からなる誘電体層1412の分極の向きをソース−ドレイン間(チャネル1421)に流れる電流として検出することで、「on」あるいは「off」のデータとして取り出す機能を持っている。強誘電体の分極は、電圧を印加してなくても保持できることから不揮発性を有するが、上記構造では、データ読み出し時にデータを破壊してしまい、データの再書き込みが必要となり高速性にかけるという問題や、1つの素子に占有される面積が大きいために、高集積化には向かないという欠点がある。   This FeRAM has a function of extracting “on” or “off” data by detecting the direction of polarization of the dielectric layer 1412 made of a ferroelectric material as a current flowing between the source and the drain (channel 1421). Yes. The ferroelectric polarization is non-volatile because it can be maintained without applying a voltage, but with the above structure, data is destroyed when data is read, and it is necessary to rewrite the data, resulting in high speed. There is a problem and a disadvantage that it is not suitable for high integration due to a large area occupied by one element.

上述したスタック型FeRAMに対し、FET型FeRAMは、次世代を担うFeRAMとして期待されている。FET型FeRAMでは、動作原理からデータ読み出しを行っても、強誘電体の分極量は変化しないことから非破壊読み出しが可能であり、高速動作が期待されている。また、専有面積も小さくできることから、高集積化に有利である特徴を持つ。   In contrast to the above-described stack type FeRAM, the FET type FeRAM is expected as the next-generation FeRAM. The FET type FeRAM is capable of nondestructive reading because the amount of polarization of the ferroelectric material does not change even when data is read from the operation principle, and high speed operation is expected. In addition, since the exclusive area can be reduced, it is advantageous for high integration.

特開平8−031960号公報JP-A-8-031960 サイモン・ジー著、「フィジクス・オブ・セミコンダクター・デバイス」、1981年、(S.M.Sze,"Physics of Semiconductor Devices",John Wiley and Sons,Inc.)Simon G., Physics of Semiconductor Devices, 1981 (S.M.Sze, "Physics of Semiconductor Devices", John Wiley and Sons, Inc.) 舛岡富士雄著、「不揮発性メモリーの現状と展望」、応用物理、73巻、第9号、頁1166−1171、2004年。Fujio Tsujioka, “Current Status and Prospects of Non-Volatile Memory”, Applied Physics, Vol. 73, No. 9, pp. 1166-1171, 2004.

しかしながら、実際には、FET型FeRAMのうちMFIS型FeRAMでは、強誘電体膜と半導体の間にゲート絶縁膜があるために、強誘電体の分極量を打ち消すような減分極電界が発生する。さらに、一般的に非晶質(アモルファス)である絶縁膜の上に分極特性と配向性を持つ高品質な高誘電体を成膜しなければならない。しかし、後に説明する既存の成膜手法を用いては、絶縁膜上に高配向性の強誘電体を形成することが難しかった。   Actually, however, the MFIS type FeRAM among the FET type FeRAMs has a gate insulating film between the ferroelectric film and the semiconductor, so that a depolarizing electric field that cancels the polarization amount of the ferroelectric substance is generated. Furthermore, a high-quality high-dielectric material having polarization characteristics and orientation must be formed on an insulating film that is generally amorphous. However, it has been difficult to form a highly oriented ferroelectric on the insulating film by using an existing film formation method described later.

このため、従来のFET型FeRAMでは、減分極電界により分極が持ちこたえることができず、長時間のデータ保持ができなかった。さらに、半導体の上に形成する絶縁膜の品質が低い場合、電界により生じるリーク電流によって、強誘電体の分極量がさらに低下してしまう。これらのため、従来のMFIS型FeRAMにおいては、メモリとしての動作のデータ保持期間(データ寿命)は10日程度に留まっており、実用にはほど遠いのが現状である。   For this reason, in the conventional FET type FeRAM, the polarization cannot be sustained by the depolarizing electric field, and the data cannot be retained for a long time. Furthermore, when the quality of the insulating film formed on the semiconductor is low, the amount of polarization of the ferroelectric material further decreases due to the leakage current generated by the electric field. For these reasons, in the conventional MFIS type FeRAM, the data retention period (data life) of the operation as a memory is only about 10 days, which is far from practical use.

ところで、FET型FeRAMのなかで、MFMIS型FeRAMにおいては、結晶の金属電極(PtやSrRuO2などが一般的)の上に強誘電体を形成できるため、MFIS型FeRAM構造のように絶縁膜の上に強誘電体を形成する必要がなく高品質な強誘電体の層が形成できる。しかしながら、金属の上に対しても、未だ、安定した成膜方法が提案されておらず、やはり、半導体の上の絶縁膜による減分極電界による分極低下が問題となり長期のメモリ保持は実現されていない。 By the way, among the FET type FeRAMs, in the MFMIS type FeRAM, since a ferroelectric can be formed on a crystalline metal electrode (Pt, SrRuO 2 or the like is generally used), an insulating film like the MFIS type FeRAM structure is used. A high-quality ferroelectric layer can be formed without the need for forming a ferroelectric layer thereon. However, a stable film formation method has not yet been proposed for metal, and long-term memory retention has been realized due to the problem of polarization degradation due to a depolarizing electric field caused by an insulating film on a semiconductor. Absent.

一方、FET型FeRAMのなかでMFS型FeRAMは、半導体の上の絶縁膜を必要としないために、原理的に減分極電界による分極の低下を回避できる。ところが、強誘電体の層をゾルゲル法やMOCVD法などにより形成しているため、高温の成膜温度が必要となり、シリコン(Si)などの半導体の表面が酸化又は変質していまい、界面に酸化膜や欠陥を多く形成してしまう。この結果、半導体と強誘電体との界面に酸化膜(界面酸化膜)が形成されてしまった場合、MFIS型FeRAMと同様に減分極電界が生じてしまう。   On the other hand, the MFS type FeRAM among the FET type FeRAMs does not require an insulating film on the semiconductor, so that a decrease in polarization due to a depolarizing electric field can be avoided in principle. However, since the ferroelectric layer is formed by the sol-gel method or MOCVD method, a high film formation temperature is required, and the surface of a semiconductor such as silicon (Si) is not oxidized or denatured. Many films and defects are formed. As a result, when an oxide film (interface oxide film) is formed at the interface between the semiconductor and the ferroelectric, a depolarizing electric field is generated as in the MFIS type FeRAM.

界面酸化膜が形成されなくても、界面に欠陥準位を多く形成した場合、電荷蓄積の電荷の影響が大きくなり、正確なメモリ動作ができなくなる。また、膜の品質が低い場合、膜中にリーク電流が流れてしまい、長期間の分極特性を保持できないことが多く報告されている。   Even if the interfacial oxide film is not formed, if many defect levels are formed at the interface, the influence of the electric charge of charge accumulation becomes large, and an accurate memory operation cannot be performed. Further, it is often reported that when the quality of the film is low, a leakage current flows in the film and the polarization characteristics for a long time cannot be maintained.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より安定な記憶保持が行えるメモリが実現できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to realize a memory capable of more stable storage and holding.

本発明に係る金属酸化物素子は、半導体から構成された半導体基板と、この半導体基板の上に形成された中間電極層と、この中間電極層の上に形成されて電気抵抗が変化する金属酸化物層と、この金属酸化物層の上に形成された上部電極とを少なくとも備え、金属酸化物層は、少なくとも第1金属,及び酸素から構成された基部層と、第1金属,第2金属,及び酸素から構成されて基部層の中に分散された複数の微粒子とから構成されているものである。このように構成された金属酸化物素子では、半導体基板と上部電極との間に所定の電圧を印加して金属酸化物層の抵抗値を変化させ、安定な高抵抗モードと低抵抗モードを切り替えれば、2つの異なる状態が得られ、例えば、上部電極に、適当な電圧を印加したときの電流値の測定により、2つの異なる状態が読み取れる。   The metal oxide device according to the present invention includes a semiconductor substrate composed of a semiconductor, an intermediate electrode layer formed on the semiconductor substrate, and a metal oxide formed on the intermediate electrode layer and having a variable electric resistance. At least a top layer formed on the metal oxide layer, wherein the metal oxide layer includes a base layer composed of at least a first metal and oxygen, and a first metal and a second metal. And a plurality of fine particles composed of oxygen and dispersed in the base layer. In the metal oxide element configured as described above, a predetermined voltage is applied between the semiconductor substrate and the upper electrode to change the resistance value of the metal oxide layer, thereby switching between a stable high resistance mode and a low resistance mode. For example, two different states can be obtained. For example, two different states can be read by measuring a current value when an appropriate voltage is applied to the upper electrode.

上記金属酸化物素子において、微粒子は非結晶である。また、基部層は、第1金属,第2金属,及び酸素から構成され、化学量論的組成に比較して第2金属の組成比が小さいものであればよい。また、基部層は、第1金属,第2金属,及び酸素から構成されて非結晶であってもよい。なお、金属酸化物層は、第1電圧値を超える電圧印加により第1抵抗値を持つ第1状態となり、第1電圧とは極性の異なる第2電圧値を超える電圧印加により第1抵抗値より高い第2抵抗値を持つ第2状態となるものである。また、この場合、金属酸化物層は、第1状態において、異なる極性の電圧の印加により異なる抵抗値を備える。また、金属酸化物層は、スパッタ法により30℃以上180℃未満で形成されたものであるとよい。また、第1金属はチタンであり、第2金属はビスマスであり、基部層は、化学量論的組成に比較して過剰なチタンを含む層からなる非晶質状態であればよい。   In the metal oxide element, the fine particles are amorphous. Further, the base layer may be composed of the first metal, the second metal, and oxygen, and may have a smaller composition ratio of the second metal compared to the stoichiometric composition. The base layer may be made of a first metal, a second metal, and oxygen and may be amorphous. The metal oxide layer is in a first state having a first resistance value when a voltage exceeding the first voltage value is applied, and from the first resistance value when a voltage exceeding a second voltage value having a polarity different from that of the first voltage is applied. A second state having a high second resistance value is obtained. In this case, the metal oxide layer has different resistance values in the first state by application of voltages having different polarities. The metal oxide layer is preferably formed at 30 ° C. or higher and lower than 180 ° C. by sputtering. The first metal is titanium, the second metal is bismuth, and the base layer may be in an amorphous state composed of a layer containing excess titanium as compared with the stoichiometric composition.

また、本発明に係る金属酸化物素子の製造方法は、半導体基板の上に中間電極層を形成する第1工程と、所定の組成比で供給された不活性ガスと酸素ガスとからなるプラズマを生成し、少なくとも第1金属及び第2金属から構成されたターゲットに負のバイアスを印加してプラズマより発生した粒子をターゲットに衝突させてスパッタ現象を起こし、ターゲットを構成する材料を半導体基板の上に堆積することで、少なくとも第1金属及び酸素から構成された基部層と第1金属,第2金属,及び酸素から構成された複数の微粒子とを備える金属酸化物層を半導体基板の上に接して形成する第2工程と、金属酸化物層の上に上部電極を形成する第2工程とを備え、プラズマは、電子サイクロトロン共鳴により生成されて発散磁界により運動エネルギーが与えられた電子サイクロトロン共鳴プラズマであるようにしたものである。また、第2工程では、半導体基板の温度を30〜180℃とするようにしたものである。なお、第1金属はチタンであり、第2金属はビスマスであればよい。   The method for manufacturing a metal oxide element according to the present invention includes a first step of forming an intermediate electrode layer on a semiconductor substrate, and plasma comprising an inert gas and an oxygen gas supplied at a predetermined composition ratio. A negative bias is applied to a target composed of at least a first metal and a second metal to cause particles generated from the plasma to collide with the target to cause a sputtering phenomenon, and a material constituting the target is formed on the semiconductor substrate. By depositing on the semiconductor substrate, a metal oxide layer comprising at least a base layer composed of a first metal and oxygen and a plurality of fine particles composed of the first metal, the second metal, and oxygen is brought into contact with the semiconductor substrate. And a second step of forming an upper electrode on the metal oxide layer, and the plasma is generated by electron cyclotron resonance and kinetic energy is generated by a divergent magnetic field. Ghee in which is as is an electron cyclotron resonance plasma given. In the second step, the temperature of the semiconductor substrate is set to 30 to 180 ° C. The first metal may be titanium and the second metal may be bismuth.

以上説明したように、本発明によれば、半導体から構成された半導体基板と、この半導体基板の上に形成された中間電極層と、この中間電極層の上に形成されて電気抵抗が変化する金属酸化物層と、この金属酸化物層の上に形成された上部電極とから金属酸化物素子を構成するようにした。この結果、本発明によれば、半導体基板と上部電極との間に所定の電気信号を印加して金属酸化物層の抵抗値を変化させることが可能となり、安定な高抵抗モードと低抵抗モードとが切り替えられるようになり、安定して2つの異なる状態が得られるようになるので、より安定な記憶保持が行えるメモリが実現できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, a semiconductor substrate composed of a semiconductor, an intermediate electrode layer formed on the semiconductor substrate, and an electric resistance that is formed on the intermediate electrode layer changes. A metal oxide element was composed of a metal oxide layer and an upper electrode formed on the metal oxide layer. As a result, according to the present invention, it is possible to change the resistance value of the metal oxide layer by applying a predetermined electric signal between the semiconductor substrate and the upper electrode, and stable high resistance mode and low resistance mode. Can be switched and two different states can be stably obtained, so that an excellent effect of realizing a memory capable of more stable storage and holding can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る金属酸化物素子100の構成例を模式的に示す断面図である。図1に示す金属酸化物素子100は、半導体基板101の主表面の上に、中間電極層102と、金属酸化物層103と、上部電極104とを備え、また、半導体基板101の主表面の一部にオーミックコンタクト105を備えるようにしたものである。金属酸化物層103は、ビスマス(Bi)とチタン(Ti)と酸素とから構成され、例えば膜厚30〜200nmに形成され、また、中間電極層102の上に接して形成されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a metal oxide element 100 according to an embodiment of the present invention. A metal oxide element 100 shown in FIG. 1 includes an intermediate electrode layer 102, a metal oxide layer 103, and an upper electrode 104 on the main surface of a semiconductor substrate 101. A part is provided with an ohmic contact 105. The metal oxide layer 103 is composed of bismuth (Bi), titanium (Ti), and oxygen, and is formed to have a thickness of 30 to 200 nm, for example, and is in contact with the intermediate electrode layer 102.

半導体基板101は、例えば単結晶シリコンである。また、半導体基板101は、シリコンに限らず、ゲルマニウム(Ge)及びダイヤモンドなどの半導体や、GaAs,InP,及びGaNなどの化合物半導体のいずれから構成されていても良い。なお、オーミックコンタクト105は、例えば、シリサイドなどの合金層が形成されている領域である。上部電極104とオーミックコンタクト105との間に電源による電圧を印加することで、半導体基板101と上部電極104とに挟まれた金属酸化物層103に電圧を印加することができる。従って、半導体基板101が、上部電極104と対になる一方の電極となる。   The semiconductor substrate 101 is, for example, single crystal silicon. Further, the semiconductor substrate 101 is not limited to silicon, and may be composed of any of semiconductors such as germanium (Ge) and diamond, and compound semiconductors such as GaAs, InP, and GaN. The ohmic contact 105 is a region where an alloy layer such as silicide is formed. By applying a voltage from a power source between the upper electrode 104 and the ohmic contact 105, a voltage can be applied to the metal oxide layer 103 sandwiched between the semiconductor substrate 101 and the upper electrode 104. Therefore, the semiconductor substrate 101 becomes one electrode paired with the upper electrode 104.

なお、上部電極104は、例えば、白金(Pt),Ru,金(Au),銀(Ag)などの貴金属やタングステン(W)を含む遷移金属から構成されていればよい。また、窒化チタン(TiN),窒化ハフニウム(HfN),窒化タンタル(TaN),ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO2),酸化亜鉛(ZnO),鉛酸錫(IZO)、フッ化ランタン(LaF3)などの遷移金属の窒化物や酸化物、フッ化物などの化合物、さらに、これらを積層した複合層であっても良い。 The upper electrode 104 may be made of a noble metal such as platinum (Pt), Ru, gold (Au), silver (Ag), or a transition metal including tungsten (W). In addition, titanium nitride (TiN), hafnium nitride (HfN), tantalum nitride (TaN), strontium ruthenate (SrRuO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin lead oxide (IZO), lanthanum fluoride (LaF 3 ), etc. Compounds such as transition metal nitrides, oxides, and fluorides, and composite layers obtained by laminating these may also be used.

また、図2に示す金属酸化物素子200ように、半導体基板101の裏面にオーミックコンタクト205を備え、オーミックコンタクト205に接触して上部電極104と対になる一方の下部電極206を備えるようにしてもよい。なお、金属酸化物素子200においても、金属酸化物素子100と同様に、半導体基板101の主表面の上に、中間電極層102と、金属酸化物層103と、上部電極104とを備える。また、金属酸化物素子200においても、金属酸化物層103は、ビスマス(Bi)とチタン(Ti)と酸素とから構成され、例えば膜厚30〜200nmに形成されていればよい。   Further, like the metal oxide element 200 shown in FIG. 2, an ohmic contact 205 is provided on the back surface of the semiconductor substrate 101, and one lower electrode 206 that contacts the ohmic contact 205 and is paired with the upper electrode 104 is provided. Also good. Note that, similarly to the metal oxide element 100, the metal oxide element 200 includes an intermediate electrode layer 102, a metal oxide layer 103, and an upper electrode 104 on the main surface of the semiconductor substrate 101. Also in the metal oxide element 200, the metal oxide layer 103 is composed of bismuth (Bi), titanium (Ti), and oxygen, and may be formed to a thickness of, for example, 30 to 200 nm.

以上で説明した、中間電極層102,金属酸化物層103,及び上部電極104は、具体的な製法については後述するが、図3に示すようなECRスパッタ装置により金属ターゲットや金属ターゲットを、アルゴンガス、キセノンガス、酸素ガス、窒素ガスからなるECRプラズマをプラズマ源で発生させ、発生させたプラズマ中の粒子を用いてスパッタリングして形成すればよい。   Although the intermediate electrode layer 102, the metal oxide layer 103, and the upper electrode 104 described above will be described in detail later, an ECR sputtering apparatus as shown in FIG. ECR plasma composed of gas, xenon gas, oxygen gas, and nitrogen gas may be generated by a plasma source and sputtered using particles in the generated plasma.

ここで、ECRスパッタ装置について、図3の概略的な断面図を用いて説明する。図3に示すECRスパッタ装置は、先ず、処理室301とこれに連通するプラズマ生成室302とを備えている。処理室301は、図示していない真空排気装置に連通し、真空排気装置によりプラズマ生成室302とともに内部が真空排気される。   Here, the ECR sputtering apparatus will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG. The ECR sputtering apparatus shown in FIG. 3 first includes a processing chamber 301 and a plasma generation chamber 302 that communicates therewith. The processing chamber 301 communicates with an evacuation device (not shown), and the inside of the processing chamber 301 is evacuated together with the plasma generation chamber 302 by the evacuation device.

処理室301には、膜形成対象の半導体基板101が固定される基板ホルダ304が設けられている。基板ホルダ304は、図示しない回転機構により所望の角度に傾斜し、かつ回転可能とされている。基板ホルダ304を傾斜して回転させることで、堆積させる材料による膜の面内均一性と段差被覆性とを向上させることが可能となる。また、処理室301内のプラズマ生成室302からのプラズマが導入される開口領域において、開口領域を取り巻くようにリング状のターゲット305が備えられている。   The processing chamber 301 is provided with a substrate holder 304 to which the semiconductor substrate 101 to be formed is fixed. The substrate holder 304 is inclined at a desired angle by a rotation mechanism (not shown) and can be rotated. By tilting and rotating the substrate holder 304, it is possible to improve the in-plane uniformity of the film and the step coverage with the material to be deposited. Further, a ring-shaped target 305 is provided so as to surround the opening region in the opening region into which the plasma from the plasma generation chamber 302 in the processing chamber 301 is introduced.

ターゲット305は、絶縁体からなる容器305a内に載置され、内側の面が処理室301内に露出している。また、ターゲット305には、マッチングユニット321を介して高周波電源322が接続され、例えば、13.56MHzの高周波が印加可能とされている。ターゲット305が導電性材料の場合、直流を印加するようにしても良い。なお、ターゲット305は、上面から見た状態で、円形状だけでなく、多角形状態であっても良い。   The target 305 is placed in a container 305 a made of an insulator, and the inner surface is exposed in the processing chamber 301. In addition, a high frequency power source 322 is connected to the target 305 via a matching unit 321 so that, for example, a high frequency of 13.56 MHz can be applied. When the target 305 is a conductive material, direct current may be applied. The target 305 may be not only circular but also polygonal when viewed from above.

プラズマ生成室302は、真空導波管306に連通し、真空導波管306は、石英窓307を介して導波管308に接続されている。導波管308は、図示していないマイクロ波発生部に連通している。また、プラズマ生成室302の周囲及びプラズマ生成室302の上部には、磁気コイル(磁場形成手段)310が備えられている。これら、マイクロ波発生部、導波管308,石英窓307,真空導波管306により、マイクロ波供給手段が構成されている。なお、導波管308の途中に、モード変換器を設けるようにする構成もある。   The plasma generation chamber 302 communicates with the vacuum waveguide 306, and the vacuum waveguide 306 is connected to the waveguide 308 through the quartz window 307. The waveguide 308 communicates with a microwave generator (not shown). In addition, a magnetic coil (magnetic field forming means) 310 is provided around the plasma generation chamber 302 and at the top of the plasma generation chamber 302. These microwave generator, waveguide 308, quartz window 307, and vacuum waveguide 306 constitute a microwave supply means. There is also a configuration in which a mode converter is provided in the middle of the waveguide 308.

図3のECRスパッタ装置の動作例について説明すると、先ず、処理室301及びプラズマ生成室302内を真空排気した後、不活性ガス導入部311より不活性ガスであるArガス又はXeガスを導入し、また、反応性ガス導入部312より反応性ガスを導入し、プラズマ生成室302内を例えば10-5〜10-4Pa程度の圧力にする。この状態で、磁気コイル310よりプラズマ生成室302内に0.0875T(テスラ)の磁場を発生させた後、導波管308,石英窓307,及び真空導波管306を介してプラズマ生成室302内に2.45GHzのマイクロ波を導入し、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを発生させる。なお、1T=10000ガウスである。 The operation example of the ECR sputtering apparatus in FIG. 3 will be described. First, after the processing chamber 301 and the plasma generation chamber 302 are evacuated, Ar gas or Xe gas, which is an inert gas, is introduced from an inert gas introduction unit 311. In addition, a reactive gas is introduced from the reactive gas introduction unit 312 to bring the inside of the plasma generation chamber 302 to a pressure of about 10 −5 to 10 −4 Pa, for example. In this state, a magnetic field of 0.0875 T (Tesla) is generated in the plasma generation chamber 302 from the magnetic coil 310, and then the plasma generation chamber 302 is passed through the waveguide 308, the quartz window 307, and the vacuum waveguide 306. A 2.45 GHz microwave is introduced into the inside, and an electron cyclotron resonance (ECR) plasma is generated. Note that 1T = 10000 Gauss.

ECRプラズマは、磁気コイル310からの発散磁場により、基板ホルダ304の方向にプラズマ流を形成する。生成されたECRプラズマのうち、電子は磁気コイル310で形成される発散磁場によりターゲット305の中を貫通して半導体基板101の側に引き出され、半導体基板101の表面に照射される。このとき同時に、ECRプラズマ中のプラスイオンが、電子による負電荷を中和するように、すなわち、電界を弱めるように半導体基板101側に引き出され、成膜している層の表面に照射される。このように各粒子が照射される間に、プラスイオンの一部は電子と結合して中性粒子となる。   The ECR plasma forms a plasma flow in the direction of the substrate holder 304 by the divergent magnetic field from the magnetic coil 310. Among the generated ECR plasma, electrons penetrate through the target 305 by the divergent magnetic field formed by the magnetic coil 310 and are extracted to the semiconductor substrate 101 side and irradiated onto the surface of the semiconductor substrate 101. At the same time, positive ions in the ECR plasma are drawn out to the semiconductor substrate 101 side so as to neutralize the negative charge due to electrons, that is, to weaken the electric field, and are irradiated on the surface of the layer being formed. . Thus, while each particle is irradiated, some of the positive ions are combined with electrons to become neutral particles.

なお、図3の薄膜形成装置では、図示していないマイクロ波発生部より供給されたマイクロ波電力を、導波管308において一旦分岐し、プラズマ生成室302上部の真空導波管306に、プラズマ生成室302の側方から石英窓307を介して結合させている。このようにすることで、石英窓307に対するターゲット305からの飛散粒子の付着が、防げるようになり、ランニングタイムを大幅に改善できるようになる。また、処理対象の基板とターゲット305との間にシャッターなどを設け、基板に対する原料の到達を制御してもよい。   In the thin film forming apparatus of FIG. 3, microwave power supplied from a microwave generation unit (not shown) is once branched in the waveguide 308, and plasma is supplied to the vacuum waveguide 306 above the plasma generation chamber 302. The generation chamber 302 is coupled from the side through a quartz window 307. By doing so, it becomes possible to prevent the scattered particles from adhering to the quartz window 307 from the target 305, and the running time can be greatly improved. In addition, a shutter or the like may be provided between the substrate to be processed and the target 305 to control the arrival of the raw material with respect to the substrate.

次に、本実施の形態における図1に構成を示した金属酸化物素子100の製造方法例について、図4を用いて説明する。先ず、図4(a)に示すように、主表面が面方位(100)で抵抗率が1〜2Ω−cmのp型のシリコンよりなる半導体基板101を用意し、半導体基板101の表面を硫酸と過酸化水素水の混合液、及び純水と希フッ化水素水の混合液により洗浄し、この後で乾燥させる。   Next, an example of a method for manufacturing the metal oxide element 100 having the configuration shown in FIG. 1 in this embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 4A, a semiconductor substrate 101 made of p-type silicon having a main surface of plane orientation (100) and a resistivity of 1 to 2 Ω-cm is prepared, and the surface of the semiconductor substrate 101 is made of sulfuric acid. And a mixture of pure water and hydrogen peroxide, and a mixture of pure water and dilute hydrogen fluoride water, followed by drying.

次いで、図4(b)に示すように、洗浄・乾燥した半導体基板101の上に、前述した中間電極層102となる金属薄膜402が形成された状態とする。金属薄膜402の形成では、上述したECRスパッタ装置を用い、処理室301内の基板ホルダ304に半導体基板101を固定し、ターゲット305として純ルテニウム(Ru)を用い、プラズマガスとしてキセノン(Xe)を用いたECRスパッタ法により、表面を覆う程度にRu膜(金属薄膜402)が形成された状態とする。   Next, as shown in FIG. 4B, the above-described metal thin film 402 to be the intermediate electrode layer 102 is formed on the cleaned and dried semiconductor substrate 101. In forming the metal thin film 402, the above-described ECR sputtering apparatus is used, the semiconductor substrate 101 is fixed to the substrate holder 304 in the processing chamber 301, pure ruthenium (Ru) is used as the target 305, and xenon (Xe) is used as the plasma gas. The Ru film (metal thin film 402) is formed to cover the surface by the ECR sputtering method used.

上記Ru膜の形成について詳述すると、前述したECRスパッタ装置において、先ず、プラズマ生成室302の内部を10-4〜10-5Pa台の高真空状態に真空排気した後、プラズマ生成室302内に、不活性ガス導入部311より、例えばXeガスを流量26sccm導入し、プラズマ生成室302内の圧力を例えば10-1〜10-2Pa台に設定する。なお、sccmは流量の単位であり、0℃で1気圧の流体が1分間に1cm3流れることを示す。また、プラズマ生成室302内には、磁気コイル310にコイル電流を例えば26Aで供給することで電子サイクロトロン共鳴条件の磁場を与える。 The formation of the Ru film will be described in detail. In the ECR sputtering apparatus described above, first, the inside of the plasma generation chamber 302 is evacuated to a high vacuum state of the order of 10 −4 to 10 −5 Pa, and then the inside of the plasma generation chamber 302. In addition, for example, Xe gas is introduced at a flow rate of 26 sccm from the inert gas introduction unit 311, and the pressure in the plasma generation chamber 302 is set to, for example, about 10 −1 to 10 −2 Pa. Note that sccm is a unit of flow rate and indicates that 1 cm 3 of fluid at 1 atm flows at 0 ° C. per minute. Further, in the plasma generation chamber 302, a magnetic field of an electron cyclotron resonance condition is applied by supplying a coil current to the magnetic coil 310 at, for example, 26A.

加えて、図示していないマイクロ波発生部より、例えば2.45GHzのマイクロ波(例えば800W)を供給し、これを導波管308,石英窓307,真空導波管306を介してプラズマ生成室302内に導入し、このマイクロ波の導入により、プラズマ生成室302にプラズマ(ECRプラズマ)が生成された状態とする。   In addition, for example, a 2.45 GHz microwave (for example, 800 W) is supplied from a microwave generation unit (not shown), and this is supplied to the plasma generation chamber via the waveguide 308, the quartz window 307, and the vacuum waveguide 306. It introduce | transduces in 302, It is set as the state by which the plasma (ECR plasma) was produced | generated in the plasma production chamber 302 by introduction of this microwave.

この生成されたプラズマは、磁気コイル310の発散磁場によりプラズマ生成室302より処理室301の側に放出される。また、プラズマ生成室302の出口に配置されたRuよりなるターゲット305に、高周波電源322より高周波電力(例えば500W)を供給する。このことにより、ターゲット305にXe粒子が衝突してスパッタリング現象が起こり、Ru粒子がターゲット305より飛び出す。ターゲット305より飛び出したRu粒子は、半導体基板101に到達し、このことにより、半導体基板101の上にRuが堆積して金属薄膜402が形成される。   The generated plasma is emitted from the plasma generation chamber 302 to the processing chamber 301 side by the divergent magnetic field of the magnetic coil 310. Further, high frequency power (for example, 500 W) is supplied from a high frequency power source 322 to a target 305 made of Ru disposed at the outlet of the plasma generation chamber 302. As a result, Xe particles collide with the target 305 to cause a sputtering phenomenon, and Ru particles jump out of the target 305. The Ru particles that have jumped out of the target 305 reach the semiconductor substrate 101, whereby Ru is deposited on the semiconductor substrate 101 to form a metal thin film 402.

以上に説明したECRスパッタ法によるRuの堆積で、例えば、膜厚20nm程度の金属薄膜402が形成された状態が得られる(図4(b))。この後、前述したシャッターを閉じた状態としてスパッタされた原料が半導体基板101に到達しないようにすることで、成膜を停止する。この後、マイクロ波電力の供給を停止することなどによりプラズマ照射を停止し、各ガスの供給を停止し、半導体基板101の温度を所定の値までに低下させ、処理室301の内部より金属薄膜402が形成された半導体基板101を搬出する。なお、金属薄膜402の膜厚は、20nmに限るものではない。また、中間電極層102を形成する金属薄膜402は、Ruに限らず、例えば、金,白金,窒化チタンなど、他の金属材料や導電性材料から構成してもよい。   By the Ru deposition by the ECR sputtering method described above, for example, a state in which the metal thin film 402 with a film thickness of about 20 nm is formed (FIG. 4B). Thereafter, the film formation is stopped by preventing the sputtered raw material from reaching the semiconductor substrate 101 with the aforementioned shutter closed. Thereafter, the plasma irradiation is stopped by stopping the supply of microwave power, the supply of each gas is stopped, the temperature of the semiconductor substrate 101 is lowered to a predetermined value, and a metal thin film is formed from the inside of the processing chamber 301. The semiconductor substrate 101 on which the 402 is formed is unloaded. The film thickness of the metal thin film 402 is not limited to 20 nm. Further, the metal thin film 402 that forms the intermediate electrode layer 102 is not limited to Ru, and may be composed of other metal materials or conductive materials such as gold, platinum, and titanium nitride.

ところで、上述したECRスパッタ法によるRu膜の形成では、基板を加熱しないが、これに限るものではなく、基板を過熱した状態でRu膜などの金属薄膜を形成するようにしてもよい。例えば、加熱を行わずにRu膜を形成する場合、Ru膜のに酸化シリコンへの密着性が低下し、Ru膜に剥がれが生じる場合があるが、基板を加熱して形成することで、この問題を抑制できるようになる。   By the way, in the formation of the Ru film by the above-described ECR sputtering method, the substrate is not heated. However, the present invention is not limited to this, and a metal thin film such as a Ru film may be formed while the substrate is overheated. For example, when the Ru film is formed without heating, the adhesion of the Ru film to the silicon oxide may be reduced and the Ru film may be peeled off. The problem can be suppressed.

以上のようにして、所望の膜厚に金属薄膜402が形成された状態とした後、図4(c)に示すように、金属薄膜402の上に接して金属酸化物層103が形成された状態とする。金属酸化物層103の形成では、上述同様のECRスパッタ装置を用い、処理室301内の基板ホルダ304に半導体基板101を固定し、ターゲット305としてBiとTiの割合が4:3の焼結体(Bi−Ti−O)を用い、プラズマガスとしてArと酸素(O2)を用いたECRスパッタ法により、金属薄膜402の表面を覆う程度に金属酸化物層103が形成された状態とする。 As described above, after the metal thin film 402 was formed in a desired thickness, the metal oxide layer 103 was formed on and in contact with the metal thin film 402 as shown in FIG. State. In the formation of the metal oxide layer 103, the ECR sputtering apparatus similar to the above is used, the semiconductor substrate 101 is fixed to the substrate holder 304 in the processing chamber 301, and the sintered body having a Bi: Ti ratio of 4: 3 is used as the target 305. The metal oxide layer 103 is formed so as to cover the surface of the metal thin film 402 by ECR sputtering using (Bi—Ti—O) and using Ar and oxygen (O 2 ) as plasma gases.

金属酸化物層103の形成について詳述すると、前述したECRスパッタ装置において、先ず、プラズマ生成室302の内部を10-4〜10-5Pa台の高真空状態に真空排気した後、半導体基板101が30℃〜700℃に加熱された状態とし、また、プラズマ生成室302内に、不活性ガス導入部311より、例えばArガスを流量20sccm導入し、プラズマ生成室302内の圧力を例えば10-2〜10-3Pa台に設定する。また、プラズマ生成室302内には、磁気コイル310にコイル電流を例えば27Aで供給することで電子サイクロトロン共鳴条件の磁場を与える。 The formation of the metal oxide layer 103 will be described in detail. In the ECR sputtering apparatus described above, first, the inside of the plasma generation chamber 302 is evacuated to a high vacuum state of 10 −4 to 10 −5 Pa, and then the semiconductor substrate 101. Is heated to 30 ° C. to 700 ° C., and, for example, Ar gas is introduced at a flow rate of 20 sccm from the inert gas introduction unit 311 into the plasma generation chamber 302, and the pressure in the plasma generation chamber 302 is set to 10 −, for example. Set to 2 to 10 -3 Pa. In addition, a magnetic field under electron cyclotron resonance conditions is provided in the plasma generation chamber 302 by supplying a coil current to the magnetic coil 310 at 27 A, for example.

加えて、図示していないマイクロ波発生部より、例えば2.45GHzのマイクロ波(例えば500W)を供給し、これを導波管308,石英窓307,真空導波管306を介してプラズマ生成室302内に導入し、このマイクロ波の導入により、プラズマ生成室302にプラズマ(ECRプラズマ)が生成された状態とする。   In addition, a 2.45 GHz microwave (for example, 500 W) is supplied from a microwave generation unit (not shown), and this is supplied to the plasma generation chamber via the waveguide 308, the quartz window 307, and the vacuum waveguide 306. It introduce | transduces in 302, It is set as the state by which the plasma (ECR plasma) was produced | generated in the plasma production chamber 302 by introduction of this microwave.

この生成されたプラズマは、磁気コイル310の発散磁場によりプラズマ生成室302より処理室301の側に放出される。また、プラズマ生成室302の出口に配置されたターゲット305に、高周波電源322より高周波電力(例えば500W)を供給する。このことにより、ターゲット305にAr粒子が衝突してスパッタリング現象を起こし、Bi粒子とTi粒子がターゲット305より飛び出す。   The generated plasma is emitted from the plasma generation chamber 302 to the processing chamber 301 side by the divergent magnetic field of the magnetic coil 310. Further, high frequency power (for example, 500 W) is supplied from a high frequency power source 322 to the target 305 disposed at the outlet of the plasma generation chamber 302. As a result, Ar particles collide with the target 305 to cause a sputtering phenomenon, and Bi particles and Ti particles jump out of the target 305.

ターゲット305より飛び出したBi粒子とTi粒子は、プラズマ生成室302より放出されたプラズマ、及び、反応性ガス導入部312より導入されてプラズマにより活性化した酸素ガスとともに、金属薄膜402の表面に到達し、活性化された酸素により酸化される。酸素ガスは、反応性ガス導入部312より、例えば1sccm程度で導入されていればよい。ターゲット305は焼結体であり、酸素が含まれるが、酸素を供給することにより堆積している膜中の酸素不足を防ぐことができる。   Bi particles and Ti particles jumping out from the target 305 reach the surface of the metal thin film 402 together with the plasma released from the plasma generation chamber 302 and the oxygen gas introduced from the reactive gas introduction unit 312 and activated by the plasma. And oxidized by the activated oxygen. The oxygen gas may be introduced at about 1 sccm from the reactive gas introduction unit 312, for example. The target 305 is a sintered body and contains oxygen. However, supply of oxygen can prevent oxygen deficiency in the deposited film.

以上に説明したECRスパッタ法による膜の形成で、例えば、膜厚30nm程度の金属酸化物層103が、金属薄膜402の上に形成された状態が得られる(図4(b))。この後、前述したシャッターを閉じた状態としてスパッタされた原料が半導体基板101に到達しないようにすることで、成膜を停止する。この後、マイクロ波電力の供給を停止することなどによりプラズマ照射を停止し、各ガスの供給を停止し、半導体基板101温度を所定の値までに低下させ、処理室301の内部より金属酸化物層103が形成された半導体基板101を搬出する。なお、後述するように、半導体基板101の温度条件を、30℃〜180℃としてもよい。   By forming the film by the ECR sputtering method described above, for example, a state in which the metal oxide layer 103 with a film thickness of about 30 nm is formed on the metal thin film 402 is obtained (FIG. 4B). Thereafter, the film formation is stopped by preventing the sputtered raw material from reaching the semiconductor substrate 101 with the aforementioned shutter closed. Thereafter, the plasma irradiation is stopped by stopping the supply of microwave power, the supply of each gas is stopped, the temperature of the semiconductor substrate 101 is lowered to a predetermined value, and the metal oxide is supplied from the inside of the processing chamber 301. The semiconductor substrate 101 on which the layer 103 is formed is unloaded. As will be described later, the temperature condition of the semiconductor substrate 101 may be 30 ° C. to 180 ° C.

次いで、図4(c)に示すように、金属酸化物層103の上に所定の面積のRuからなる上部電極104が形成された状態とする。例えば、よく知られたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングでRu膜を加工することで、所定の面積の上部電極104が形成可能である。なお、上部電極104は、Ruに限らず、例えば金、白金、窒化チタンなどの他の金属材料や導電性材料から構成してもよい。   Next, as shown in FIG. 4C, the upper electrode 104 made of Ru having a predetermined area is formed on the metal oxide layer 103. For example, the upper electrode 104 having a predetermined area can be formed by processing the Ru film by patterning using a well-known photolithography technique and etching technique. Note that the upper electrode 104 is not limited to Ru, and may be made of another metal material such as gold, platinum, titanium nitride, or a conductive material.

この後、金属酸化物層103及び金属薄膜402の一部を除去して半導体基板101の一部を露出させ、図4(d)に示すように、中間電極層102が形成されてこの上に金属酸化物層103が配置され、また、一方の電極となる半導体基板101に配線などを接続するためのオーミックコンタクト105が形成された状態とする。以上のことにより、金属酸化物層103を用いた金属酸化物素子100が得られる。   Thereafter, a part of the metal oxide layer 103 and the metal thin film 402 is removed to expose a part of the semiconductor substrate 101, and an intermediate electrode layer 102 is formed thereon as shown in FIG. The metal oxide layer 103 is disposed, and an ohmic contact 105 for connecting a wiring or the like is formed on the semiconductor substrate 101 serving as one electrode. As described above, the metal oxide element 100 using the metal oxide layer 103 is obtained.

次に、本実施の形態における図2に構成を示した金属酸化物素子200の製造方法例について、図5を用いて説明する。先ず、図5(a)に示すように、主表面が面方位(100)で抵抗率が1〜2Ω−cmのp型のシリコンよりなる半導体基板101を用意し、半導体基板101の表面を硫酸と過酸化水素水の混合液、及び純水と希フッ化水素水の混合液により洗浄し、この後で乾燥させる。   Next, an example of a method for manufacturing the metal oxide element 200 having the configuration shown in FIG. 2 in this embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 5A, a semiconductor substrate 101 made of p-type silicon having a main surface of plane orientation (100) and a resistivity of 1 to 2 Ω-cm is prepared, and the surface of the semiconductor substrate 101 is made of sulfuric acid. And a mixture of pure water and hydrogen peroxide, and a mixture of pure water and dilute hydrogen fluoride water, followed by drying.

次いで、図5(b)に示すように、洗浄・乾燥した半導体基板101の主表面上に、中間電極層102が形成された状態とする。中間電極層102は、前述した金属薄膜402の形成と同様である。次に、前述した金属薄膜402の上への金属酸化物層103の形成と同様にして、図5(c)に示すように、中間電極層102の上に金属酸化物層103が形成された状態とする。金属酸化物層103は、中間電極層102の上に接して形成された状態とする。   Next, as shown in FIG. 5B, the intermediate electrode layer 102 is formed on the main surface of the cleaned and dried semiconductor substrate 101. The intermediate electrode layer 102 is the same as the formation of the metal thin film 402 described above. Next, similarly to the formation of the metal oxide layer 103 on the metal thin film 402 described above, the metal oxide layer 103 was formed on the intermediate electrode layer 102 as shown in FIG. State. The metal oxide layer 103 is formed in contact with the intermediate electrode layer 102.

次いで、図5(d)に示すように、金属酸化物層103の上に所定の面積のRuからなる上部電極104が形成された状態とする。ここにおける上部電極104の形成も、前述した金属酸化物素子100における上部電極104と同様である。   Next, as shown in FIG. 5D, the upper electrode 104 made of Ru having a predetermined area is formed on the metal oxide layer 103. The formation of the upper electrode 104 here is the same as that of the upper electrode 104 in the metal oxide element 100 described above.

次に、半導体基板101の裏面の自然酸化膜などを取り除いた後、図5(e)に示すように、半導体基板101の裏面にオーミックコンタクト205が形成された状態とし、また、オーミックコンタクト層205に接続する下部電極206が形成された状態とする。以上のことにより、金属酸化物層103を用いた金属酸化物素子200が得られる。   Next, after removing the natural oxide film and the like on the back surface of the semiconductor substrate 101, the ohmic contact 205 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 101 as shown in FIG. The lower electrode 206 to be connected to is formed. As described above, the metal oxide element 200 using the metal oxide layer 103 is obtained.

次に、上述したようにECRスパッタ法により形成される金属酸化物層103について、より詳細に説明する。発明者らは、ECRスパッタ法を用いたBiとTiと酸素からなる金属酸化物層の形成について注意深く観察を繰り返すことで、温度によって形成される金属酸化物層の膜特性が制御できることを見い出した。なお、このスパッタ成膜では、BiとTiが4:3の組成を持つように形成された酸化物焼結体ターゲットを用いている。   Next, the metal oxide layer 103 formed by ECR sputtering as described above will be described in more detail. The inventors have found that the film characteristics of the metal oxide layer formed by temperature can be controlled by carefully observing the formation of the metal oxide layer composed of Bi, Ti, and oxygen using the ECR sputtering method. . In this sputtering film formation, an oxide sintered body target formed so that Bi and Ti have a composition of 4: 3 is used.

図6に示す特性は、上記スパッタ成膜における基板温度に対する成膜速度と屈折率の変化を示したものである。図6には、前述したECRスパッタ法による金属酸化物層103の形成時と同じガス条件で成膜した場合が示してある。図6に示すように、成膜速度と屈折率が、温度とともに変化することがわかる。   The characteristics shown in FIG. 6 show changes in the deposition rate and refractive index with respect to the substrate temperature in the sputter deposition. FIG. 6 shows a case where the film is formed under the same gas conditions as those for forming the metal oxide layer 103 by the ECR sputtering method described above. As shown in FIG. 6, it can be seen that the deposition rate and the refractive index change with temperature.

先ず、屈折率に注目すると、約250℃程度までの低温領域では、屈折率は約2と小さくアモルファス的な特性を示している。300℃〜600℃での中間領域では、屈折率は約2.6と論文などで報告されているバルクに近い値となり、Bi4Ti312の結晶化が進んでいることがわかる。これらの数値に関しては、例えば、山口らのジャパニーズ・ジャーナル・アプライド・フィジクス、第37号、5166−5170頁、1998年、(M. Yamaguchi, et al. "Effect of Grain Size on Bi4Ti3O12 Thin Film Properties",Jpn.J.Appl.Phys.,37,pp.5166-5170,(1998).)などを参考にしていただきたい。 First, paying attention to the refractive index, the refractive index is as small as about 2 in the low temperature region up to about 250 ° C., and shows amorphous characteristics. In the intermediate region at 300 ° C. to 600 ° C., the refractive index is about 2.6, which is close to the bulk reported in the paper, and it can be seen that the crystallization of Bi 4 Ti 3 O 12 is progressing. Regarding these figures, for example, Yamaguchi et al., Japanese Journal Applied Physics, No. 37, 5166-5170, 1998, (M. Yamaguchi, et al. “Effect of Grain Size on Bi 4 Ti 3 O 12 Thin Film Properties ", Jpn. J. Appl. Phys., 37, pp. 5166-5170, (1998)).

しかし、約600℃を超える温度領域では、屈折率が大きくなり、表面モフォロジ(表面凹凸)が大きくなってしまい、結晶性が変化しているものと思われる。この温度はBi4Ti312のキュリー温度である675℃よりも低いが、成膜している基板表面にECRプラズマが照射されることでエネルギーが供給され、基板表面の温度が上昇して酸素欠損などの結晶性が悪化しているとすれば、上述した結果に矛盾はないものと考える。 However, in a temperature region exceeding about 600 ° C., the refractive index increases, the surface morphology (surface irregularities) increases, and the crystallinity seems to change. This temperature is lower than the Bi 4 Ti 3 O 12 Curie temperature of 675 ° C., but energy is supplied by irradiating the surface of the substrate on which the film is formed with ECR plasma, and the temperature of the substrate surface rises. If crystallinity such as oxygen deficiency is deteriorated, it is considered that there is no contradiction in the above results.

成膜速度の温度依存性についてみると、約180℃までは、温度とともに成膜速度が上昇する。しかし、約180℃から300℃の領域で、急激に成膜速度が低下する。約300℃に達すると成膜速度は600℃まで一定となる。この時の各酸素領域における成膜速度は、酸素領域Cが約3nm/minであった。   Looking at the temperature dependence of the deposition rate, the deposition rate increases with temperature up to about 180 ° C. However, the film formation rate rapidly decreases in the region of about 180 ° C. to 300 ° C. When the temperature reaches about 300 ° C., the deposition rate becomes constant up to 600 ° C. The film formation rate in each oxygen region at this time was about 3 nm / min in the oxygen region C.

次に、X線回折により、各温度領域で形成された膜の結晶性の解析を行った。室温約30℃から180℃までの低温領域においては、アモルファス(非晶質)であることが確認された。また、180℃から300℃の温度領域では、微結晶より構成されていることが確認された。また、300℃以上の温度領域では、(117)方向に配向した膜であることがわかった。   Next, the crystallinity of the film formed in each temperature region was analyzed by X-ray diffraction. In a low temperature range from room temperature of about 30 ° C. to 180 ° C., it was confirmed to be amorphous. Further, it was confirmed that the crystal was composed of microcrystals in a temperature range of 180 ° C. to 300 ° C. It was also found that the film was oriented in the (117) direction in the temperature range of 300 ° C. or higher.

300℃以上の温度領域における金属酸化物層の状態について、透過型電子顕微鏡により断面形状を観察すると、図7の構成図及び図8の顕微鏡写真に示すような結果を得た。膜の形成では、420℃の成膜温度で、シリコン基板701の上に直接BiとTiと酸素からなる金属酸化物を堆積した。   When the cross-sectional shape of the state of the metal oxide layer in the temperature region of 300 ° C. or higher was observed with a transmission electron microscope, the results shown in the configuration diagram of FIG. 7 and the micrograph of FIG. 8 were obtained. In forming the film, a metal oxide composed of Bi, Ti, and oxygen was directly deposited on the silicon substrate 701 at a deposition temperature of 420 ° C.

図7及び図8に示す結果から、形成された金属酸化物層704は、Bi4Ti312の化学量論的組成に比較して過剰なTiを含む基部層の中に、Bi4Ti312の化学量論的組成の3nm〜15nm程度の複数の微結晶粒から成り立っていることがわかった。微結晶粒への電子線回折により、微結晶粒はBi4Ti312の(117)面を持つことが確認された。なお、金属酸化物層704が、本実施の形態における金属酸化物素子100及び金属酸化物素子200の金属酸化物層103に対応する。言い換えると、金属酸化物層103も、Bi4Ti312の化学量論的組成に比較して過剰なTiを含む基部層の中に、Bi4Ti312の化学量論的組成の3nm〜15nm程度の複数の微結晶粒から構成されている。 From the results shown in FIGS. 7 and 8, the metal oxide layer 704 is formed, in the base layer containing excess Ti as compared to the stoichiometric composition of Bi 4 Ti 3 O 12, Bi 4 Ti It was found to be composed of a plurality of fine crystal grains having a stoichiometric composition of 3 O 12 of about 3 nm to 15 nm. Electron diffraction on the fine crystal grains confirmed that the fine crystal grains had a (117) plane of Bi 4 Ti 3 O 12 . Note that the metal oxide layer 704 corresponds to the metal oxide layer 100 of the metal oxide element 100 and the metal oxide element 200 in this embodiment. In other words, the metal oxide layer 103 also, in the base layer containing excess Ti as compared to the stoichiometric composition of Bi 4 Ti 3 O 12, of Bi 4 Ti 3 O 12 stoichiometry It consists of a plurality of fine crystal grains of about 3 nm to 15 nm.

しかし、図8の写真を詳細に観察することで、金属酸化物層704とシリコン基板701と界面には、シリコン基板701が酸化されて形成された界面酸化層702と、BiとTiがシリコンと反応して形成された界面反応層703が存在することがわかった。界面酸化層702及び界面反応層703などの界面層が形成されると、低誘電率の膜が形成されることになり、リーク電流が多く流れる原因となるなど、素子の性能を劣化させる可能性がある。   However, by observing the photograph of FIG. 8 in detail, an interface oxide layer 702 formed by oxidizing the silicon substrate 701 and Bi and Ti are formed on the interface between the metal oxide layer 704 and the silicon substrate 701. It was found that there was an interface reaction layer 703 formed by the reaction. When interface layers such as the interface oxide layer 702 and the interface reaction layer 703 are formed, a film having a low dielectric constant is formed, which may cause a large amount of leakage current to deteriorate the device performance. There is.

そこで、発明者らは、界面酸化層及び界面反応層が形成されないほどの十分低い温度領域での金属酸化物層の成膜について検討した。具体的には、図6に示した30℃から180℃の低温領域、つまり、屈折率は約2.0〜2.1で、成膜速度が温度上昇により大きくなる領域である。ただし、基板温度が30℃の場合、つまり、基板加熱を行わない場合、成膜される基板表面の実際の温度は、エネルギーを持ったECRプラズマが照射するため、約100℃まで上昇することが確認されている。しかし、基板温度を100℃〜150℃とした場合は、基板加熱する温度とプラズマにより加熱される温度が同程度となり、温度コントローラーの制御により基板加熱が抑制され、基板表面の温度は、約130℃〜180℃程度となる。   Therefore, the inventors examined the formation of a metal oxide layer in a sufficiently low temperature region such that the interface oxide layer and the interface reaction layer are not formed. Specifically, it is a low-temperature region of 30 ° C. to 180 ° C. shown in FIG. 6, that is, a region where the refractive index is about 2.0 to 2.1 and the film formation rate increases as the temperature rises. However, when the substrate temperature is 30 ° C., that is, when the substrate is not heated, the actual temperature of the substrate surface on which the film is formed may rise to about 100 ° C. because the ECR plasma with energy is irradiated. It has been confirmed. However, when the substrate temperature is set to 100 ° C. to 150 ° C., the substrate heating temperature and the plasma heating temperature are approximately the same, and the substrate heating is suppressed by the control of the temperature controller. It becomes about 180 ° C to 180 ° C.

この低温領域において、ECRスパッタ法を用いてBiとTiと酸素からなる金属酸化物層をシリコン基板上に形成した。この時の透過型電子顕微鏡の断面観察したものを図9の顕微鏡写真に示す。具体的には、基板加熱は行わず、上記に示したECRスパッタ法を用いた金属酸化物層のガス条件を用いて成膜した。図9に示すように、基板加熱を行わずに堆積したにも拘わらず、形成された金属酸化物層の中に3nm〜5nmの微粒子が存在していることがわかる。   In this low temperature region, a metal oxide layer made of Bi, Ti, and oxygen was formed on the silicon substrate using ECR sputtering. A cross-sectional observation of the transmission electron microscope at this time is shown in the photomicrograph of FIG. Specifically, the substrate was not heated, and the film was formed using the gas conditions of the metal oxide layer using the ECR sputtering method described above. As shown in FIG. 9, it can be seen that fine particles of 3 nm to 5 nm are present in the formed metal oxide layer despite being deposited without heating the substrate.

上記微粒子とこの周辺部分について、電子線を照射して照射箇所から発生した特性X線を、直接半導体検出器で検出し、電気信号に変えて分析する手法により組成を分析した結果、基部層(微粒子ではないところ)は、Bi4Ti312の化学量論的組成よりもTiが過剰に含まれていること、微粒子は、基部層よりもBiが多く含まれており、Bi4Ti312の化学量論的組成に近いことがわかった。測定した微粒子は、3nm〜5nmと極めて小さいために電子線回折での正確な組成を同定するのは難しいが、300℃以上の高温領域において観測された基部層及び微結晶と同様の構造が確認できた。 As a result of analyzing the composition of the fine particles and the peripheral portion by a technique in which characteristic X-rays generated from the irradiated portion by direct irradiation with an electron beam are directly detected by a semiconductor detector and converted into an electrical signal, the base layer ( Where the particles are not fine particles), Ti is contained more excessively than the stoichiometric composition of Bi 4 Ti 3 O 12 , and the fine particles contain more Bi than the base layer, and Bi 4 Ti 3 it was found close to the stoichiometric composition of O 12. The measured fine particles are very small, 3nm to 5nm, so it is difficult to identify the exact composition by electron diffraction, but the same structure as the base layer and microcrystals observed in the high temperature region above 300 ° C is confirmed. did it.

前述に図6を用いて説明したように、XRDの結果から、低温で成膜したものについては、アモルファス(非結晶)状態であることが確認されている。このような、低温成膜で微粒子が確認されることは今までになく、10〜30eV程度の適度なエネルギーを持つECRスパッタ法により成膜したために観測されたものと考えている。BiとTiと酸素からなる金属酸化物層を30℃〜180℃の低温領域でシリコン基板の上に成膜した場合、図7及び図8に見られたような、界面酸化層702と界面反応層703は観測されない。このように低温で成膜した場合、図10の模式的な断面図に示すように、シリコン1001と形成された金属酸化物層1004との界面は、良好な状態であった。   As described above with reference to FIG. 6, the XRD result confirms that the film formed at a low temperature is in an amorphous (non-crystalline) state. It is considered that the fine particles have not been confirmed in such a low temperature film formation, and it was observed because the film was formed by the ECR sputtering method having an appropriate energy of about 10 to 30 eV. When a metal oxide layer composed of Bi, Ti, and oxygen is formed on a silicon substrate in a low temperature region of 30 ° C. to 180 ° C., the interface oxide layer 702 and the interface reaction as seen in FIGS. Layer 703 is not observed. When the film was formed at such a low temperature, the interface between the silicon 1001 and the formed metal oxide layer 1004 was in a good state as shown in the schematic cross-sectional view of FIG.

さらに、発明者らは、上述したような低温領域で成膜したBiとTiと酸素からなる金属酸化物層を用いた素子の電気的特性を詳細に調べることによって、新しい現象が現れることを発見した。言い換えると、前述したような低温のスパッタ法により形成され、Bi4Ti312の化学量論的組成に比較して過剰なTiを含む基部層の中に、Bi4Ti312の化学量論的組成の3nm〜15nm程度の複数の微結晶粒から構成された金属酸化物層を用いた素子(金属酸化物素子100)によれば、後に説明するように、2つの状態が保持される機能素子が実現できることが判明した。 Furthermore, the inventors discovered that a new phenomenon appears by examining the electrical characteristics of a device using a metal oxide layer composed of Bi, Ti and oxygen formed in a low temperature region as described above. did. In other words, the chemistry of Bi 4 Ti 3 O 12 is formed in the base layer formed by the low-temperature sputtering method as described above and containing excess Ti compared to the stoichiometric composition of Bi 4 Ti 3 O 12 . According to an element (metal oxide element 100) using a metal oxide layer composed of a plurality of fine crystal grains having a stoichiometric composition of about 3 nm to 15 nm, two states are maintained as will be described later. It was found that a functional element can be realized.

以下、本実施の形態における金属酸化物素子100の特性について説明する。この特性は、半導体基板101(オーミックコンタクト105)と上部電極104との間に、適度な電圧を印加することで調査されたものである。オーミックコンタクト105と上部電極104との間に電源により電圧を印加し、電圧を印加したときの電流を電流計により観測すると、図11に示す結果が得られた。図11において、横軸に上部電極104に印加した電圧値を取り、縦軸に電流値の絶対値を対数表示してある。   Hereinafter, the characteristics of the metal oxide element 100 in the present embodiment will be described. This characteristic has been investigated by applying an appropriate voltage between the semiconductor substrate 101 (ohmic contact 105) and the upper electrode 104. When a voltage was applied between the ohmic contact 105 and the upper electrode 104 by a power source and the current when the voltage was applied was observed with an ammeter, the result shown in FIG. 11 was obtained. In FIG. 11, the horizontal axis represents the voltage value applied to the upper electrode 104, and the vertical axis represents the absolute value of the current value in logarithm.

以下、図11を用いて図1に示す金属酸化物素子100の特性について説明するが、ここで説明する電圧値や電流値は、実際の素子で観測されたものを例として使用している。従って、本現象は、以下に示す数値に限るものではない。実際に素子に用いる膜の材料や膜厚、その他の条件により、他の数値が観測されることがある。また、以下では、上部電極104に対する電圧印加を基準に、正の電圧印加と負の電圧印加を説明しているが、半導体基板101に対する電圧印加を基準とした場合は、正と負との関係が逆転する。   Hereinafter, the characteristics of the metal oxide element 100 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 11, but the voltage values and current values described here are used as examples observed in actual elements. Therefore, this phenomenon is not limited to the following numerical values. Other numerical values may be observed depending on the material and thickness of the film actually used for the element and other conditions. In the following, positive voltage application and negative voltage application are described with reference to voltage application to the upper electrode 104. However, when voltage application to the semiconductor substrate 101 is used as a reference, the relationship between positive and negative is described. Is reversed.

先ず、金属酸化物素子100を作製した時点(当初)の初期状態では、金属酸化物層103の抵抗は高い状態にある。図11中の[1]に示すように、上部電極104に対する−0.1Vの電圧印加に対し、測定される電圧値は10-11A程度である。しかし、上部電極104に、−1Vを超える負の電圧を印可すると、図11中の[2]に示すように、急に電流が流れるようになる。これは、「electrofoaming」及び「foaming」と呼ばれる現象である。この急激な電流の流れが起きた後に、可逆的な抵抗変化現象が現れる。 First, in the initial state when the metal oxide element 100 is manufactured (initially), the resistance of the metal oxide layer 103 is high. As shown in [1] in FIG. 11, the measured voltage value is about 10 −11 A when a voltage of −0.1 V is applied to the upper electrode 104. However, when a negative voltage exceeding −1 V is applied to the upper electrode 104, a current suddenly flows as indicated by [2] in FIG. This is a phenomenon called “electrofoaming” and “foaming”. After this rapid current flow occurs, a reversible resistance change phenomenon appears.

上述した「electrofoaming」現象が現れた後に、上部電極104に負の電圧を印可すると、図11中の[3]に示すように、0〜−2Vでは、−0.1Vに対して10-5A程度の電流が流れ、低抵抗状態(第1抵抗値を持つ第1状態)になっていることがわかる。また、上部電極104に正の電圧を印可しても、図11中の[4]に示すように、低抵抗状態である。 When a negative voltage is applied to the upper electrode 104 after the above-described “electrofoaming” phenomenon has occurred, as shown by [3] in FIG. 11, 10 −5 vs. −0.1 V at 0 to −2 V. It can be seen that a current of about A flows and is in a low resistance state (first state having a first resistance value). Further, even when a positive voltage is applied to the upper electrode 104, as shown in [4] in FIG.

しかし、図11中の[5]に示すように、上部電極104に0.8Vを超える正の電圧(第2電圧値を超える電圧)を印可すると、急に正電流が流れにくくなり高抵抗状態(第2状態)となる。しかしながら、0〜0.8Vの電圧を印可している状態では、図11中の[4]に示すように、金属酸化物層103は低抵抗状態を維持する。また、0.8Vを超える正の電圧を印可することで高抵抗状態となった後、再び上部電極104に正電圧を印可すると、図11中の[6]に示すように、1×10-6A程度の電流が流れ(測定され)て高抵抗状態であることがわかる。 However, as shown in [5] in FIG. 11, when a positive voltage exceeding 0.8 V (a voltage exceeding the second voltage value) is applied to the upper electrode 104, the positive current hardly suddenly flows and the high resistance state. (Second state). However, in a state where a voltage of 0 to 0.8 V is applied, the metal oxide layer 103 maintains a low resistance state as indicated by [4] in FIG. When a positive voltage exceeding 0.8 V is applied to achieve a high resistance state and then a positive voltage is applied to the upper electrode 104 again, as shown in [6] in FIG. 11, 1 × 10 − It can be seen that a current of about 6 A flows (measured) and is in a high resistance state.

続いて、図11中の[7]に示すように上部電極104に負電圧を印可すると、0〜−0.8V程度までは高抵抗の状態が維持されるが、上部電極104に−0.9Vを超える負電圧(第1電圧値を超える電圧)を印可すると、図11中の[8]に示すように、急激に電流が流れて低抵抗状態(第1状態)へと遷移する。この後、図11中の[3]に示すように上部電極104に負電圧を印可しても、−0.1V程度で10-5A程度の低抵抗状態が維持される。 Subsequently, when a negative voltage is applied to the upper electrode 104 as indicated by [7] in FIG. 11, a high resistance state is maintained up to about 0 to −0.8 V, but −0. When a negative voltage exceeding 9 V (a voltage exceeding the first voltage value) is applied, as shown in [8] in FIG. 11, a current flows suddenly and transitions to the low resistance state (first state). Thereafter, even when a negative voltage is applied to the upper electrode 104 as indicated by [3] in FIG. 11, a low resistance state of about 10 −5 A is maintained at about −0.1V.

さらに続いて、上部電極104に正電圧を印可すると、図11中の[4]に示すように、印加電圧が+0.8V程度までは低抵抗状態であるが、印加電圧が+0.8Vを超えると(第2電圧値を超える電圧印加)、図11中の[5]に示すように、高抵抗状態(第2状態)へと遷移する。このように、本実施の形態の金属酸化物素子100によれば、高抵抗状態と低抵抗状態とが、可逆的にスイッチする現象が安定に観測される。   Subsequently, when a positive voltage is applied to the upper electrode 104, as shown in [4] in FIG. 11, the applied voltage is in a low resistance state up to about + 0.8V, but the applied voltage exceeds + 0.8V. (Application of a voltage exceeding the second voltage value) makes a transition to the high resistance state (second state) as indicated by [5] in FIG. Thus, according to the metal oxide element 100 of the present embodiment, a phenomenon in which the high resistance state and the low resistance state are switched reversibly is stably observed.

加えて、図1に示した本実施の形態の金属酸化物素子100によれば、中間電極層102を設け、この上に金属酸化物層103を形成するようにしたので、半導体基板101の表面に上述した界面層などの低誘電率の膜が形成されることがほぼ抑制されることになる。このため、上述した抵抗値の変化が、より安定した状態で発現されるようになる。   In addition, according to the metal oxide element 100 of the present embodiment shown in FIG. 1, the intermediate electrode layer 102 is provided, and the metal oxide layer 103 is formed thereon. In addition, the formation of a low dielectric constant film such as the above-described interface layer is substantially suppressed. For this reason, the above-described change in resistance value is expressed in a more stable state.

ここで注目すべきは、上部電極104に、負の電圧を印加したときの低抵抗状態の電流値と、正の電圧を印加した時の低抵抗状態の電流値とが、大きく異なることである。図11に示されているように、正電圧印加時の低抵抗状態([4]低抵抗モード)の電流値が、負電圧印加時の低抵抗状態([3]低抵抗モード)の電流値よりも大きいことがわかる。言い換えると、負電圧印加時の低抵抗状態の抵抗値は、正電圧印加時の低抵抗状態の抵抗値よりも大きい。このように、金属酸化物層103は、低抵抗状態(第1状態)において、異なる極性の電圧の印加により異なる抵抗値を備える。   It should be noted here that the current value in the low resistance state when a negative voltage is applied to the upper electrode 104 and the current value in the low resistance state when a positive voltage is applied are greatly different. . As shown in FIG. 11, the current value in the low resistance state ([4] low resistance mode) when a positive voltage is applied is the current value in the low resistance state ([3] low resistance mode) when a negative voltage is applied. You can see that it is bigger than In other words, the resistance value in the low resistance state when the negative voltage is applied is larger than the resistance value in the low resistance state when the positive voltage is applied. Thus, the metal oxide layer 103 has different resistance values in the low resistance state (first state) by application of voltages having different polarities.

上述した現象は、図12及び図13に示すバンド図を用いて説明することができる。図12,図13は、図1に示した金属酸化物素子100の各層におけるバンドギャップを模式的に示したバンド図であり、図12は、金属酸化物層103が低抵抗状態の場合を示し、図13は、金属酸化物層103が高抵抗状態の場合を示している。   The phenomenon described above can be described with reference to the band diagrams shown in FIGS. 12 and 13 are band diagrams schematically showing band gaps in the respective layers of the metal oxide element 100 shown in FIG. 1, and FIG. 12 shows a case where the metal oxide layer 103 is in a low resistance state. FIG. 13 shows a case where the metal oxide layer 103 is in a high resistance state.

はじめに、金属酸化物層103が、低抵抗状態の場合について説明する。図12(a)に示すように、上部電極104に負電圧を印可すると、上部電極104のフェルミレベル(EF)が印加電圧に対応して上がり、金属酸化物層103との間にバリアが形成される。このため、上部電極104から半導体基板101へ流れる電流が制限され、電流が流れにくい状態となる。この電流が流れにくい状態は、キャリアが電子である電子電流でも、キャリアが正孔である正孔電流であっても説明できる。 First, the case where the metal oxide layer 103 is in a low resistance state will be described. As shown in FIG. 12A, when a negative voltage is applied to the upper electrode 104, the Fermi level (E F ) of the upper electrode 104 increases corresponding to the applied voltage, and a barrier is formed between the upper electrode 104 and the metal oxide layer 103. It is formed. For this reason, the current flowing from the upper electrode 104 to the semiconductor substrate 101 is limited, and the current hardly flows. This state in which current does not easily flow can be explained by either an electron current in which carriers are electrons or a hole current in which carriers are holes.

これに対し、上部電極104に正電圧を印加した場合、図12(b)に示すように、金属酸化物層103との間のバリアの高さが下がり、電流が流れやすくなるものと考えられる。   On the other hand, when a positive voltage is applied to the upper electrode 104, the height of the barrier between the metal oxide layer 103 is lowered as shown in FIG. .

次に、金属酸化物層103が高抵抗状態の場合について説明する。図13(a)に示すように、上部電極104に負電圧を印可すると、上部電極104のフェルミレベル(EF)が印加電圧に対して上がり、金属酸化物層103との間にバリアが形成される。また、金属酸化物層103の抵抗値が非常に高いため、上部電極104から半導体基板101へ流れる電流が制限され、電流が流れにくい状態となる。この電流が流れにくい状態は、キャリアが電子である電子電流でも、キャリアが正孔である正孔電流であっても説明できる。 Next, the case where the metal oxide layer 103 is in a high resistance state will be described. As shown in FIG. 13A, when a negative voltage is applied to the upper electrode 104, the Fermi level (E F ) of the upper electrode 104 increases with respect to the applied voltage, and a barrier is formed between the upper electrode 104 and the metal oxide layer 103. Is done. Further, since the resistance value of the metal oxide layer 103 is very high, the current flowing from the upper electrode 104 to the semiconductor substrate 101 is limited, and the current hardly flows. This state in which current does not easily flow can be explained by either an electron current in which carriers are electrons or a hole current in which carriers are holes.

またこの場合、上部電極104に正電圧を印可した場合でも、図13(b)に示すように、金属酸化物層103の抵抗値が非常に高いため、上部電極104から半導体基板101へ流れる電流が制限され、電流が流れにくい状態となる。   In this case, even when a positive voltage is applied to the upper electrode 104, the resistance value of the metal oxide layer 103 is very high as shown in FIG. Is limited, and the current hardly flows.

ところで、上述した例では、金属酸化物層103を、主にBi4Ti312(チタン酸ビスマス)よりなるBiとTiと酸素とから構成されたものとしたが、これに限るものではない。例えば、ペロブスカイト構造を持つ材料、又は、擬イルメナイト構造を持つ材料、さらに、タングステン・プロンズ構造を持つ材料、ビスマス層状構造を持つ材料、パイロクロア構造を持つ、少なくとも2つの金属を含む金属酸化物から構成されたものでもよい。 In the above-described example, the metal oxide layer 103 is composed of Bi, Ti, and oxygen mainly composed of Bi 4 Ti 3 O 12 (bismuth titanate), but is not limited thereto. . For example, a material with a perovskite structure, a material with a pseudo-ilmenite structure, a material with a tungsten bronze structure, a material with a bismuth layer structure, or a metal oxide containing at least two metals with a pyrochlore structure It may be done.

詳細には、ランタンとチタンと酸素からなる金属酸化物(La2Ti27),バリウムとチタンと酸素からなる金属酸化物(BaTiO3),鉛とチタンと酸素からなる金属酸化物(PbTiO3),鉛とジルコニアとチタンと酸素からなる金属酸化物(Pb(Zr1-xTix)O3),鉛とランタンとジルコニアとチタンと酸素からなる金属酸化物((Pb1-yLay)(Zr1-xTix)O3)などが挙げられる。 Specifically, a metal oxide composed of lanthanum, titanium, and oxygen (La 2 Ti 2 O 7 ), a metal oxide composed of barium, titanium, and oxygen (BaTiO 3 ), a metal oxide composed of lead, titanium, and oxygen (PbTiO 3 ). 3 ), a metal oxide composed of lead, zirconia, titanium and oxygen (Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 ), a metal oxide composed of lead, lanthanum, zirconia, titanium and oxygen ((Pb 1-y La y ) (Zr 1-x Ti x ) O 3 ) and the like.

また、図4を用いた製造方法の説明では、金属酸化物層103を形成した後、一旦大気に取り出していたが、金属酸化物層103と上部電極104となる層を形成する処理室を、連続的な処理により真空搬送室でつなげてもよい。これらのことにより、処理対象の半導体基板101を真空中で搬送できるようになり、水分などの外乱の影響を受けづらくなり、膜質と界面の特性の向上につながる。   In the description of the manufacturing method using FIG. 4, after forming the metal oxide layer 103, the processing chamber for forming the metal oxide layer 103 and the layer to be the upper electrode 104 was once taken out to the atmosphere. You may connect with a vacuum conveyance chamber by continuous processing. As a result, the semiconductor substrate 101 to be processed can be transported in a vacuum, and is less susceptible to disturbances such as moisture, leading to improved film quality and interface characteristics.

また、特開2003−077911号公報に示されているように、各層を形成した後、形成した層の表面にECRプラズマを照射し、特性を改善するようにしても良い。また、各層を形成した後に、特開2004−273730号公報に示されているように、適当なガス雰囲気でアニールし、形成した層の特性を改善してもよい。また、金属酸化物層103は、適宜最適な膜厚として用いた方がよい。例えば、金属酸化物層103の抵抗値を考慮すれば、この膜厚は10nm〜100nm程度とすればよい。発明者らの実験の結果、金属酸化物層103の厚さが10〜100nmであれば、実施の形態における金属酸化物素子100における2つの状態が保持される機能(メモリの動作)が確認された。   Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-077911, after each layer is formed, the surface of the formed layer may be irradiated with ECR plasma to improve the characteristics. Further, after forming each layer, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-273730, annealing may be performed in an appropriate gas atmosphere to improve the characteristics of the formed layer. The metal oxide layer 103 is preferably used as an optimal film thickness as appropriate. For example, considering the resistance value of the metal oxide layer 103, the film thickness may be about 10 nm to 100 nm. As a result of the experiments by the inventors, when the thickness of the metal oxide layer 103 is 10 to 100 nm, the function (memory operation) of maintaining two states in the metal oxide element 100 in the embodiment is confirmed. It was.

本発明の実施の形態に係る金属酸化物素子100の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural example of the metal oxide element 100 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る金属酸化物素子100の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural example of the metal oxide element 100 which concerns on embodiment of this invention. ECRスパッタ装置の構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of an ECR sputtering apparatus. 実施の形態における金属酸化物素子100の製造方法例を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the example of the manufacturing method of the metal oxide element 100 in embodiment. 実施の形態における金属酸化物素子200の製造方法例を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the example of the manufacturing method of the metal oxide element 200 in embodiment. スパッタ成膜における基板温度に対する金属酸化物層の成膜速度と屈折率の変化を示したものである。3 shows changes in the deposition rate and refractive index of the metal oxide layer with respect to the substrate temperature in sputter deposition. 300℃以上の温度領域で形成した金属酸化物層の状態について、透過型電子顕微鏡により断面形状を観察した結果を模式的に示す構成図である。It is a block diagram which shows typically the result of having observed the cross-sectional shape with the transmission electron microscope about the state of the metal oxide layer formed in the temperature range of 300 degreeC or more. 300℃以上の温度領域で形成した金属酸化物層の状態について、透過型電子顕微鏡により断面形状を観察した結果を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the result of having observed the cross-sectional shape with the transmission electron microscope about the state of the metal oxide layer formed in the temperature range of 300 degreeC or more. 180℃以下の低温領域において、ECRスパッタ法を用いてシリコン基板の上に形成したBiとTiと酸素からなる金属酸化物層の透過型電子顕微鏡による断面観察で得られた顕微鏡写真である。It is the microscope picture obtained by the cross-sectional observation by the transmission electron microscope of the metal oxide layer which consists of Bi, Ti, and oxygen formed on the silicon substrate using the ECR sputtering method in a low temperature region of 180 ° C. or lower. 図9に示す顕微鏡写真の状態を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the state of the microscope picture shown in FIG. 実施の形態における金属酸化物素子100の半導体基板101と上部電極104との間に電圧を印加したときの電流を電流計により観測した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having observed the electric current when a voltage is applied between the semiconductor substrate 101 of the metal oxide element 100 in embodiment, and the upper electrode 104 with the ammeter. 本実施の形態における金属酸化物素子100の各層におけるバンドギャップを模式的に示したバンド図である。It is the band figure which showed typically the band gap in each layer of the metal oxide element 100 in this Embodiment. 本実施の形態における金属酸化物素子100の各層におけるバンドギャップを模式的に示したバンド図である。It is the band figure which showed typically the band gap in each layer of the metal oxide element 100 in this Embodiment. スタック型FeRAMの構成例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structural example of stack type FeRAM.

符号の説明Explanation of symbols

101…半導体基板、102…中間電極層、103…金属酸化物層、104…上部電極、105…オーミックコンタクト。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Semiconductor substrate, 102 ... Intermediate electrode layer, 103 ... Metal oxide layer, 104 ... Upper electrode, 105 ... Ohmic contact.

Claims (12)

半導体から構成された半導体基板と、
この半導体基板の上に形成された中間電極層と、
この中間電極層の上に形成されて電気抵抗が変化する金属酸化物層と、
この金属酸化物層の上に形成された上部電極と
を少なくとも備え、
前記金属酸化物層は、第1金属,第2金属,及び酸素から構成されている
ことを特徴とする金属酸化物素子。
A semiconductor substrate composed of a semiconductor;
An intermediate electrode layer formed on the semiconductor substrate;
A metal oxide layer that is formed on the intermediate electrode layer and changes its electrical resistance;
And at least an upper electrode formed on the metal oxide layer,
The metal oxide layer is composed of a first metal, a second metal, and oxygen.
請求項1記載の金属酸化物素子において、
前記金属酸化物層は、少なくとも前記第1金属,及び酸素から構成された基部層と、前記第1金属,前記第2金属,及び酸素から構成されて前記基部層の中に分散された複数の微粒子と
から構成されていることを特徴とする金属酸化物素子。
The metal oxide device according to claim 1, wherein
The metal oxide layer includes a base layer composed of at least the first metal and oxygen, and a plurality of layers composed of the first metal, the second metal, and oxygen and dispersed in the base layer. A metal oxide device comprising fine particles.
請求項2記載の金属酸化物素子において、
前記微粒子は非結晶である
ことを特徴とする金属酸化物素子。
The metal oxide device according to claim 2, wherein
The metal oxide element, wherein the fine particles are non-crystalline.
請求項2又は3記載の金属酸化物素子において、
前記基部層は、前記第1金属,前記第2金属,及び酸素から構成され、化学量論的組成に比較して第2金属の組成比が小さい
ことを特徴とする金属酸化物素子。
The metal oxide element according to claim 2 or 3,
The base layer is composed of the first metal, the second metal, and oxygen, and the composition ratio of the second metal is smaller than the stoichiometric composition. The metal oxide element.
請求項2又は3記載の金属酸化物素子において、
前記基部層は、前記第1金属,前記第2金属,及び酸素から構成されて非結晶である
ことを特徴とする金属酸化物素子。
The metal oxide element according to claim 2 or 3,
The base layer is composed of the first metal, the second metal, and oxygen and is amorphous.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属酸化物素子において、
前記金属酸化物層は、
第1電圧値を超える電圧印加により第1抵抗値を持つ第1状態となり、
前記第1電圧とは極性の異なる第2電圧値を超える電圧印加により前記第1抵抗値より高い第2抵抗値を持つ第2状態となる
ことを特徴とする金属酸化物素子。
In the metal oxide element according to any one of claims 1 to 5,
The metal oxide layer is
When a voltage exceeding the first voltage value is applied, the first state having the first resistance value is obtained.
The metal oxide element, wherein a second state having a second resistance value higher than the first resistance value is obtained by applying a voltage exceeding a second voltage value having a polarity different from that of the first voltage.
請求項6記載の金属酸化物素子において、
前記金属酸化物層は、
前記第1状態において、異なる極性の電圧の印加により異なる抵抗値を備える
ことを特徴とする金属酸化物素子。
The metal oxide device according to claim 6, wherein
The metal oxide layer is
In the first state, the metal oxide element is provided with different resistance values by applying voltages of different polarities.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の金属酸化物素子において、
前記金属酸化物層は、スパッタ法により30℃以上180℃未満で形成されたものである
ことを特徴とする金属酸化物素子。
In the metal oxide element according to any one of claims 1 to 7,
The metal oxide layer is formed at 30 ° C. or higher and lower than 180 ° C. by a sputtering method.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の金属酸化物素子において、
前記第1金属はチタンであり、前記第2金属はビスマスであり、前記基部層は、化学量論的組成に比較して過剰なチタンを含む層からなる非晶質状態である
ことを特徴とする金属酸化物素子。
In the metal oxide element according to any one of claims 1 to 8,
The first metal is titanium, the second metal is bismuth, and the base layer is in an amorphous state composed of a layer containing excess titanium compared to the stoichiometric composition. Metal oxide element.
半導体基板の上に中間電極層を形成する第1工程と、
所定の組成比で供給された不活性ガスと酸素ガスとからなるプラズマを生成し、少なくとも第1金属及び第2金属から構成されたターゲットに負のバイアスを印加して前記プラズマより発生した粒子を前記ターゲットに衝突させてスパッタ現象を起こし、前記ターゲットを構成する材料を前記中間電極層の上に堆積することで、少なくとも前記第1金属及び酸素から構成された基部層と前記第1金属,前記第2金属,及び酸素から構成された複数の微粒子とを備える金属酸化物層を前記中間電極層の上に形成する第2工程と、
前記金属酸化物層の上に上部電極を形成する第3工程と
を備え、
前記プラズマは、電子サイクロトロン共鳴により生成されて発散磁界により運動エネルギーが与えられた電子サイクロトロン共鳴プラズマである
ことを特徴とする金属酸化物素子の製造方法。
A first step of forming an intermediate electrode layer on the semiconductor substrate;
A plasma composed of an inert gas and an oxygen gas supplied at a predetermined composition ratio is generated, and a negative bias is applied to a target composed of at least a first metal and a second metal to generate particles generated from the plasma. A base layer composed of at least the first metal and oxygen, the first metal, and the first metal, by causing a sputtering phenomenon by colliding with the target and depositing a material constituting the target on the intermediate electrode layer A second step of forming a metal oxide layer comprising a second metal and a plurality of fine particles composed of oxygen on the intermediate electrode layer;
A third step of forming an upper electrode on the metal oxide layer,
The method of manufacturing a metal oxide device, wherein the plasma is an electron cyclotron resonance plasma generated by electron cyclotron resonance and given kinetic energy by a divergent magnetic field.
請求項10記載の金属酸化物素子の製造方法において、
前記第2工程では、前記半導体基板の温度を30〜180℃とする
ことを特徴とする金属酸化物素子の製造方法。
In the manufacturing method of the metal oxide element according to claim 10,
In the second step, the temperature of the semiconductor substrate is set to 30 to 180 ° C. The method for manufacturing a metal oxide element.
請求項10又は11記載の金属酸化物素子の製造方法において、
前記第1金属はチタンであり、前記第2金属はビスマスである
ことを特徴とする金属酸化物素子の製造方法。
In the manufacturing method of the metal oxide element of Claim 10 or 11,
The method for manufacturing a metal oxide element, wherein the first metal is titanium and the second metal is bismuth.
JP2007016123A 2007-01-26 2007-01-26 Metal oxide device and manufacturing method thereof Pending JP2008182156A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007016123A JP2008182156A (en) 2007-01-26 2007-01-26 Metal oxide device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007016123A JP2008182156A (en) 2007-01-26 2007-01-26 Metal oxide device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008182156A true JP2008182156A (en) 2008-08-07

Family

ID=39725803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007016123A Pending JP2008182156A (en) 2007-01-26 2007-01-26 Metal oxide device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008182156A (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH069218A (en) * 1984-12-21 1994-01-18 Asahi Chem Ind Co Ltd Production of solid solution of barium strontium titanate
JP2004363604A (en) * 2003-06-03 2004-12-24 Samsung Electronics Co Ltd Nonvolatile memory device including one switching element and one resistor and method of manufacturing the same
JP2005311356A (en) * 2004-04-16 2005-11-04 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Deposition method for non-volatile resistance switching memory
JP2005347468A (en) * 2004-06-02 2005-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonvolatile memory
JP2006120701A (en) * 2004-10-19 2006-05-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Variable resistance element, driving method thereof, and semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH069218A (en) * 1984-12-21 1994-01-18 Asahi Chem Ind Co Ltd Production of solid solution of barium strontium titanate
JP2004363604A (en) * 2003-06-03 2004-12-24 Samsung Electronics Co Ltd Nonvolatile memory device including one switching element and one resistor and method of manufacturing the same
JP2005311356A (en) * 2004-04-16 2005-11-04 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Deposition method for non-volatile resistance switching memory
JP2005347468A (en) * 2004-06-02 2005-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonvolatile memory
JP2006120701A (en) * 2004-10-19 2006-05-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Variable resistance element, driving method thereof, and semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5189613B2 (en) Bistable resistance value acquisition device and manufacturing method thereof
US9496355B2 (en) Conductive nanoparticles
US8314456B2 (en) Apparatus including rhodium-based charge traps
KR20180105530A (en) Ferroelectric Memory Device and Cross Point Array Apparatus using the same
US12058871B2 (en) Semiconductor device including ferroelectric layer and metal particles embedded in metal-organic framework layer
JP2008182154A (en) Memory device
JP4978988B2 (en) Metal oxide element
JP2007335472A (en) Metal oxide device and manufacturing method thereof
JP2007042784A (en) Metal oxide element and manufacturing method thereof
JP2008182156A (en) Metal oxide device and manufacturing method thereof
JP5048350B2 (en) Memory device
JP2007335502A (en) Metal oxide device and manufacturing method thereof
JP2007332397A (en) Conductive thin film and manufacturing method thereof
JP2005228763A (en) Memory element and manufacturing method thereof
JP4795873B2 (en) Memory device
US7205595B2 (en) Polymer memory device with electron traps
JP2004080020A (en) Method for forming a ferroelectric semiconductor device
KR100363393B1 (en) Ndro-fram memory cell device and the fabrication method there of
JP2001028426A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR100967110B1 (en) Method for forming ferroelectric film with orientation of lower layer and ferroelectric capacitor forming method using same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090109

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110222

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110422

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111108

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20111125

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20111125

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120306