特開 2024-17007 記憶装置及び導電層

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024017007

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】記憶装置及び導電層

(51)【国際特許分類】

   H10B 43/27 20230101AFI20240201BHJP

   H10B 63/10 20230101ALI20240201BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20240201BHJP

   H01L 21/28 20060101ALI20240201BHJP

   H01L 29/423 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

H01L27/11582

H01L27/105 449

H01L29/78 371

H01L21/28 301R

H01L29/58 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】26

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022119359

(22)【出願日】2022-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(74)【代理人】

【識別番号】100178984

【弁理士】

【氏名又は名称】高下 雅弘

(72)【発明者】

【氏名】井野 恒洋

【テーマコード（参考）】

4M104

5F083

5F101

【Ｆターム（参考）】

4M104AA01

4M104AA08

4M104BB29

4M104BB37

4M104BB39

4M104CC05

4M104DD43

4M104EE02

4M104EE16

4M104FF18

4M104GG16

4M104HH20

5F083EP18

5F083EP22

5F083EP33

5F083EP34

5F083EP42

5F083EP47

5F083EP48

5F083EP76

5F083ER03

5F083ER09

5F083ER14

5F083ER19

5F083ER22

5F083FZ10

5F083GA10

5F083GA30

5F083JA31

5F083JA39

5F083JA40

5F083JA60

5F083KA01

5F083KA05

5F083KA11

5F083LA12

5F083LA16

5F083LA20

5F083MA06

5F083MA16

5F083PR21

5F101BA45

5F101BB04

5F101BC02

5F101BD16

5F101BD22

5F101BD30

5F101BD34

5F101BE07

5F101BH02

(57)【要約】

【課題】耐熱性の高い導電性の物質を含む記憶装置を提供する。
【解決手段】実施形態の記憶装置は、第１の方向に延びる半導体層と、第１の物質又は第２の物質を含むゲート電極層であって、第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度が、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さく、第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度が、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい、ゲート電極層と、半導体層とゲート電極層との間に設けられた電荷蓄積層と、半導体層と電荷蓄積層との間に設けられた第１の絶縁層と、電荷蓄積層とゲート電極層との間に設けられた第２の絶縁層と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に延びる半導体層と、
第１の物質又は第２の物質を含むゲート電極層であって、前記第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さく、前記第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい、ゲート電極層と、
前記半導体層と前記ゲート電極層との間に設けられた電荷蓄積層と、
前記半導体層と前記電荷蓄積層との間に設けられた第１の絶縁層と、
前記電荷蓄積層と前記ゲート電極層との間に設けられた第２の絶縁層と、
を備える記憶装置。

【請求項2】

前記第１の物質の窒素の原子濃度は、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下であり、
前記第２の物質の窒素の原子濃度は、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下である、請求項１記載の記憶装置。

【請求項3】

前記第１の物質のタンタルの原子濃度は、タングステンの原子濃度の３０％以上３３０％以下であり、
前記第２の物質のニオブの原子濃度は、モリブデンの原子濃度の３０％以上３３０％以下である、請求項１記載の記憶装置。

【請求項4】

前記第１の物質及び前記第２の物質は、酸素（Ｏ）を更に含む、請求項１記載の記憶装置。

【請求項5】

前記第１の物質及び前記第２の物質は、多結晶質部分を含み、前記多結晶質部分において、結晶粒中の酸素の原子濃度は、結晶粒界の酸素の原子濃度よりも低い、請求項４記載の記憶装置。

【請求項6】

前記第１の物質及び前記第２の物質は、炭素（Ｃ）、塩素（Ｃｌ）、水素（Ｈ）、及び重水素（Ｄ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を、更に含む、請求項１記載の記憶装置。

【請求項7】

前記第１の物質及び前記第２の物質のＣｕ－Ｋα線によるＸ線回折において、回折角２θが１５度以上３０度以下の範囲に存在する回折ピークの半値幅が１．３度以上５度以下である、請求項１記載の記憶装置。

【請求項8】

前記ゲート電極層は、第１の領域と、前記第１の領域と前記第２の絶縁層との間に設けられた第２の領域と、を含み、前記第２の領域は前記第１の物質又は前記第２の物質を含む、請求項１記載の記憶装置。

【請求項9】

前記第１の領域は窒素を含むか又は含まず、前記第１の領域の窒素の原子濃度は前記第２の領域の窒素の原子濃度よりも低い、請求項８記載の記憶装置。

【請求項10】

第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた抵抗変化領域と、を備え、
前記第１の電極は、第１の物質又は第２の物質を含み、前記第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さく、前記第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい、記憶装置。

【請求項11】

前記第１の物質の窒素の原子濃度は、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下であり、
前記第２の物質の窒素の原子濃度は、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下である、請求項１０記載の記憶装置。

【請求項12】

前記第１の物質のタンタルの原子濃度は、タングステンの原子濃度の３０％以上３３０％以下であり、
前記第２の物質のニオブの原子濃度は、モリブデンの原子濃度の３０％以上３３０％以下である、請求項１０記載の記憶装置。

【請求項13】

前記第１の物質及び前記第２の物質は、酸素（Ｏ）を更に含む、請求項１０記載の記憶装置。

【請求項14】

前記第１の物質及び前記第２の物質は、多結晶質部分を含み、前記多結晶質部分において、結晶粒中の酸素の原子濃度は、結晶粒界の酸素の原子濃度よりも低い、請求項１３記載の記憶装置。

【請求項15】

前記第１の物質及び前記第２の物質は、炭素（Ｃ）、塩素（Ｃｌ）、水素（Ｈ）、及び重水素（Ｄ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を、更に含む、請求項１０記載の記憶装置。

【請求項16】

前記第１の物質及び前記第２の物質のＣｕ－Ｋα線によるＸ線回折において、回折角２θが１５度以上３０度以下の範囲に存在する回折ピークの半値幅が１．３度以上５度以下である、請求項１０記載の記憶装置。

【請求項17】

前記第１の電極と前記抵抗変化領域との間、又は、前記第２の電極と前記抵抗変化領域との間に設けられ、前記抵抗変化領域の化学組成と異なる化学組成を有する中間領域を、更に備える請求項１０記載の記憶装置。

【請求項18】

前記中間領域は、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、及びチタン（Ｔｉ）からなる群から選ばれる第１の元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及びテルル（Ｔｅ）からなる群から選ばれる第２の元素と、を含む、請求項１７記載の記憶装置。

【請求項19】

前記抵抗変化領域は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、及びテルル（Ｔｅ）を含む、請求項１８記載の記憶装置。

【請求項20】

第１の物質又は第２の物質を含み、前記第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さく、前記第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい、導電層。

【請求項21】

前記第１の物質の窒素の原子濃度は、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下であり、
前記第２の物質の窒素の原子濃度は、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下である、請求項２０記載の導電層。

【請求項22】

前記第１の物質のタンタルの原子濃度は、タングステンの原子濃度の３０％以上３３０％以下であり、
前記第２の物質のニオブの原子濃度は、モリブデンの原子濃度の３０％以上３３０％以下である、請求項２０記載の導電層。

【請求項23】

前記第１の物質及び前記第２の物質は、酸素（Ｏ）を含む、請求項２０記載の導電層。

【請求項24】

前記第１の物質及び前記第２の物質は、多結晶質部分を含み、前記多結晶質部分において、結晶粒中の酸素の原子濃度は、結晶粒界の酸素の原子濃度よりも低い、請求項２３記載の導電層。

【請求項25】

前記第１の物質及び前記第２の物質は、炭素（Ｃ）、塩素（Ｃｌ）、水素（Ｈ）、及び重水素（Ｄ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を、更に含む、請求項２０記載の導電層。

【請求項26】

前記第１の物質及び前記第２の物質のＣｕ－Ｋα線によるＸ線回折において、回折角２θが１５度以上３０度以下の範囲に存在する回折ピークの半値幅が１．３度以上５度以下である、請求項２０記載の導電層。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、記憶装置及び導電層に関する。

【背景技術】

【0002】

記憶装置では、製造途中の熱処理により導電層の電気抵抗が変化する場合がある。熱処理による電気抵抗変化を抑制するために、耐熱性の高い物質を導電層に用いることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－６０９４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、耐熱性の高い導電性の物質を含む記憶装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の記憶装置は、第１の方向に延びる半導体層と、第１の物質又は第２の物質を含むゲート電極層であって、前記第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さく、前記第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい、ゲート電極層と、前記半導体層と前記ゲート電極層との間に設けられた電荷蓄積層と、前記半導体層と前記電荷蓄積層との間に設けられた第１の絶縁層と、前記電荷蓄積層と前記ゲート電極層との間に設けられた第２の絶縁層と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１の実施形態の記憶装置のメモリセルアレイの回路図。

【図2】第１の実施形態の記憶装置のメモリセルアレイの模式断面図。

【図3】第１の実施形態の記憶装置のメモリセルの一部の拡大図。

【図4】第１の実施形態の変形例の記憶装置のメモリセルの一部の拡大図。

【図5】第２の実施形態の記憶装置のメモリセルアレイの回路図。

【図6】第２の実施形態の記憶装置のメモリセルアレイの一部の模式断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する。

【0008】

本明細書中の記憶装置を構成する部材の化学組成の定性分析及び定量分析は、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＩＭＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＸ）、電子エネルギー損失分光法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌｏｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＥＬＳ）、又はＸ線光電分光分析（Ｘ－ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）などにより行うことが可能である。また、記憶装置を構成する部材の厚さ、部材間の距離等の測定には、例えば、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）を用いることが可能である。また、記憶装置を構成する部材の構成物質の結晶系の同定、結晶系の存在割合の大小比較には、例えば、透過型電子顕微鏡、Ｘ線回折分析（Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）、電子線回折分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＥＢＤ）、又はＸ線光電分光分析や放射光Ｘ線吸収微細構造解析（Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｘ－ｒａｙ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｆｉｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＸＡＦＳ）を用いることが可能である。

【0009】

（第１の実施形態）
第１の実施形態の記憶装置は、第１の方向に延びる半導体層と、第１の物質又は第２の物質を含むゲート電極層であって、第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さく、第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい、ゲート電極層と、半導体層とゲート電極層との間に設けられた電荷蓄積層と、半導体層と電荷蓄積層との間に設けられた第１の絶縁層と、電荷蓄積層とゲート電極層との間に設けられた第２の絶縁層と、を備える。

【0010】

第１の実施形態の記憶装置は、３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリである。第１の実施形態の記憶装置のメモリセルは、いわゆる、Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｎｉｔｒｉｄｅ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ型（ＭＯＮＯＳ型）のメモリセルである。

【0011】

図１は、第１の実施形態の記憶装置のメモリセルアレイの回路図である。

【0012】

第１の実施形態の３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリのメモリセルアレイ１００は、図１に示すように複数のワード線ＷＬ、共通ソース線ＣＳＬ、ソース選択ゲート線ＳＧＳ、複数のドレイン選択ゲート線ＳＧＤ、複数のビット線ＢＬ、及び、複数のメモリストリングＭＳを備える。

【0013】

複数のワード線ＷＬが、互いに離間してｚ方向に配置される。複数のワード線ＷＬがｚ方向に積層して配置される。複数のメモリストリングＭＳは、ｚ方向に延びる。複数のビット線ＢＬは、例えば、ｘ方向に延びる。

【0014】

以下、ｘ方向を第３の方向、ｙ方向を第２の方向、ｚ方向を第１の方向と定義する。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は互いに交差し、例えば、互いに垂直である。

【0015】

図１に示すように、メモリストリングＭＳは、共通ソース線ＣＳＬとビット線ＢＬとの間に直列接続されたソース選択トランジスタＳＳＴ、複数のメモリセル、及び、ドレイン選択トランジスタＳＤＴを備える。１本のビット線ＢＬと１本のドレイン選択ゲート線ＳＧＤを選択することにより１本のメモリストリングＭＳが選択され、１個のワード線ＷＬを選択することにより１個のメモリセルが選択可能となる。ワード線ＷＬは、メモリセルを構成するメモリセルトランジスタＭＴのゲート電極である。

【0016】

図２（ａ）、図２（ｂ）は、第１の実施形態の記憶装置のメモリセルアレイの模式断面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１のメモリセルアレイ１００の中の、一個のメモリストリングＭＳの中の複数のメモリセルの断面を示す。

【0017】

図２（ａ）は、メモリセルアレイ１００のｙｚ断面図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＢＢ’断面である。図２（ｂ）は、メモリセルアレイ１００のｘｙ断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡＡ’断面である。図２（ａ）中、破線で囲まれた領域が、１個のメモリセルである。

【0018】

図３は、第１の実施形態の記憶装置のメモリセルの一部の拡大図である。図３は、図２（ａ）の一部の拡大図である。

【0019】

メモリセルアレイ１００は、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３に示すように、ワード線ＷＬ、半導体層１０、層間絶縁層１３、トンネル絶縁層１４、電荷蓄積層１６、ブロック絶縁層１８、コア絶縁領域２０を備える。複数のワード線ＷＬと複数の層間絶縁層１３が積層体３０を構成する。

【0020】

ワード線ＷＬは、ゲート電極層の一例である。ワード線ＷＬは、導電層の一例である。トンネル絶縁層１４は、第１の絶縁層の一例である。ブロック絶縁層１８は、第２の絶縁層の一例である。

【0021】

メモリセルアレイ１００は、例えば、図示しない半導体基板の上に設けられる。半導体基板は、例えば、ｘ方向及びｙ方向に平行な表面を有する。

【0022】

ワード線ＷＬと層間絶縁層１３は、半導体基板の上に、ｚ方向に交互に積層される。ワード線ＷＬは、互いに離間してｚ方向に繰り返し配置される。ワード線ＷＬは、メモリセルトランジスタＭＴの制御電極として機能する。

【0023】

ワード線ＷＬは、板状の導電体である。

【0024】

ワード線ＷＬは、第１の物質又は第２の物質を含む。例えば、ワード線ＷＬの全領域が第１の物質又は第２の物質で形成される。

【0025】

第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さい。また、第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい。

【0026】

ワード線ＷＬは、例えば、第１の物質を含む。第１の物質の主成分は、タンタル、タングステン、及び窒素である。第１の物質の主成分がタンタル、タングステン、及び窒素であるとは、第１の物質に含まれる元素の中で、タンタル、タングステン、又は窒素よりも原子濃度が高い元素が存在しないことを意味する。第１の物質に含まれるタンタル、タングステン、及び窒素の原子濃度の総和は、例えば、８０％以上である。

【0027】

第１の物質は、例えば、窒化タンタルタングステンを含む。第１の物質は、例えば、窒化タンタルタングステンである。

【0028】

ワード線ＷＬは、例えば、第１の物質で形成される。ワード線ＷＬは、例えば、窒化タンタルタングステンを含む。ワード線ＷＬは、例えば、窒化タンタルタングステン層である。

【0029】

第１の物質の窒素の原子濃度は、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さい。第１の物質の窒素の原子濃度は、例えば、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下である。

【0030】

第１の物質のタンタルの原子濃度は、例えば、タングステンの原子濃度の３０％以上３３０％以下である。

【0031】

ワード線ＷＬは、例えば、第２の物質を含む。第２の物質の主成分は、ニオブ、モリブデン、及び窒素である。第２の物質の主成分がニオブ、モリブデン、及び窒素であるとは、第２の物質に含まれる元素の中で、ニオブ、モリブデン、又は窒素よりも原子濃度が高い元素が存在しないことを意味する。第２の物質に含まれるニオブ、モリブデン、及び窒素の原子濃度の総和は、例えば、８０％以上である。

【0032】

第２の物質は、例えば、窒化ニオブモリブデンを含む。第２の物質は、例えば、窒化ニオブモリブデンである。

【0033】

ワード線ＷＬは、例えば、第２の物質で形成される。ワード線ＷＬは、例えば、窒化ニオブモリブデンを含む。ワード線ＷＬは、例えば、窒化ニオブモリブデン層である。

【0034】

第２の物質の窒素の原子濃度は、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい。第２の物質の原子濃度は、例えば、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下である。

【0035】

第２の物質のニオブの原子濃度は、例えば、モリブデンの原子濃度の３０％以上３３０％以下である。

【0036】

第１の物質及び第２の物質は、例えば、酸素（Ｏ）を含む。第１の物質及び第２の物質に含まれる酸素の原子濃度は、例えば、５原子％以上２０原子％以下である。

【0037】

第１の物質及び第２の物質は、例えば、多結晶質部分を含む。例えば、第１の物質及び第２の物質の全部が、多結晶質部分である。

【0038】

第１の物質及び第２の物質の多結晶質部分において、例えば、結晶粒中の酸素の原子濃度は、結晶粒界の酸素の原子濃度よりも低い。第１の物質及び第２の物質の多結晶質部分において、例えば、酸素は結晶粒界に偏析している。

【0039】

第１の物質及び第２の物質は、例えば、炭素（Ｃ）、塩素（Ｃｌ）、水素（Ｈ）、及び重水素（Ｄ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む。第１の物質及び第２の物質に含まれる上記少なくとも一つの元素の原子濃度は、例えば、５原子％以上２０原子％以下である。

【0040】

第１の物質及び第２の物質は、例えば、多結晶質である。第１の物質及び第２の物質のＣｕ－Ｋα線によるＸ線回折において、例えば、回折角２θが１５度以上３０度以下の範囲に存在する回折ピークの半値幅が１．３度以上５度以下である。

【0041】

ワード線ＷＬのｚ方向の厚さは、例えば、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

【0042】

ワード線ＷＬは、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により第１の物質の膜又は第２の物質の膜を堆積することで形成される。ワード線ＷＬをＣＶＤ法により形成する際の原料ガスの組成を調整することで、所望の化学組成の第１の物質の膜又は第２の物質の膜を堆積することが可能である。

【0043】

層間絶縁層１３は、ワード線ＷＬのｚ方向に設けられる。ワード線ＷＬと層間絶縁層１３は、ｚ方向に配列される。

【0044】

層間絶縁層１３は、ワード線ＷＬとワード線ＷＬを分離する。層間絶縁層１３は、ワード線ＷＬとワード線ＷＬを電気的に分離する。

【0045】

層間絶縁層１３は、例えば、酸化物、酸窒化物、又は、窒化物である。層間絶縁層１３は、例えば、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む。層間絶縁層１３は、例えば、酸化シリコンを含む。層間絶縁層１３は、例えば、酸化シリコン層である。層間絶縁層１３のｚ方向の厚さは、例えば、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

【0046】

半導体層１０は、積層体３０の中に設けられる。半導体層１０は、ｚ方向に延びる。半導体層１０は、半導体基板の表面に垂直な方向に延びる。

【0047】

半導体層１０は、積層体３０を貫通して設けられる。半導体層１０は、複数のワード線ＷＬに囲まれる。半導体層１０は、例えば、円筒状である。半導体層１０は、メモリセルトランジスタＭＴのチャネルとして機能する。

【0048】

半導体層１０は、例えば、多結晶の半導体である。半導体層１０は、例えば、多結晶シリコンである。

【0049】

トンネル絶縁層１４は、半導体層１０とワード線ＷＬとの間に設けられる。トンネル絶縁層１４は、半導体層１０と電荷蓄積層１６との間に設けられる。トンネル絶縁層１４は、ワード線ＷＬと半導体層１０との間に印加される電圧に応じて電荷を通過させる機能を有する。

【0050】

トンネル絶縁層１４は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）、及び酸素（Ｏ）を含む。トンネル絶縁層１４は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、又は酸窒化シリコンを含む。トンネル絶縁層１４は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、又は酸窒化シリコン層である。トンネル絶縁層１４の厚さは、例えば、１ｎｍ以上８ｎｍ以下である。

【0051】

電荷蓄積層１６は、トンネル絶縁層１４とブロック絶縁層１８との間に設けられる。

【0052】

電荷蓄積層１６は、電荷をトラップして蓄積する機能を有する。電荷は、例えば、電子である。電荷蓄積層１６に蓄積される電荷の量に応じて、メモリセルトランジスタＭＴの閾値電圧が変化する。この閾値電圧の変化を利用することで、１個のメモリセルがデータを記憶することが可能となる。

【0053】

例えば、メモリセルトランジスタＭＴの閾値電圧が変化することで、メモリセルトランジスタＭＴがオンする電圧が変化する。例えば、閾値電圧が高い状態をデータ“０”、閾値電圧が低い状態をデータ“１”と定義すると、メモリセルは“０”と“１”の１ビットデータを記憶することが可能となる。

【0054】

電荷蓄積層１６は、例えば、絶縁体である。電荷蓄積層１６は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、及び窒素（Ｎ）を含む。電荷蓄積層１６は、例えば、窒化シリコンを含む。電荷蓄積層１６は、例えば、窒化シリコン層である。電荷蓄積層１６の厚さは、例えば、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。

【0055】

ブロック絶縁層１８は、トンネル絶縁層１４とワード線ＷＬとの間に設けられる。ブロック絶縁層１８は、電荷蓄積層１６とワード線ＷＬとの間に設けられる。ブロック絶縁層１８は、電荷蓄積層１６とワード線ＷＬとの間に流れる電流を阻止する機能を有する。

【0056】

ブロック絶縁層１８は、絶縁層である。ブロック絶縁層１８は、例えば、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む。ブロック絶縁層１８は、例えば、酸化シリコンを含む。ブロック絶縁層１８は、例えば、酸化シリコン層である。

【0057】

ブロック絶縁層１８は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）及び酸素（Ｏ）を含む。ブロック絶縁層１８は、例えば、酸化アルミニウムを含む。ブロック絶縁層１８は、例えば、酸化アルミニウム層である。

【0058】

ブロック絶縁層１８は、例えば、酸化シリコン層と酸化アルミニウム層との積層構造である。

【0059】

ブロック絶縁層１８の、半導体層１０からワード線ＷＬに向かうｙ方向の厚さは、例えば、１ｎｍ以上８ｎｍ以下である。

【0060】

コア絶縁領域２０は、積層体３０の中に設けられる。コア絶縁領域２０は、ｚ方向に延びる。コア絶縁領域２０は、積層体３０を貫通して設けられる。コア絶縁領域２０は、半導体層１０に囲まれる。コア絶縁領域２０は、複数のワード線ＷＬに囲まれる。コア絶縁領域２０は、柱状である。コア絶縁領域２０は、例えば、円柱状である。

【0061】

コア絶縁領域２０は、例えば、酸化物、酸窒化物、又は、窒化物である。コア絶縁領域２０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む。コア絶縁領域２０は、例えば、酸化シリコンを含む。コア絶縁領域２０は、例えば、酸化シリコン層である。

【0062】

次に、第１の実施形態の記憶装置の作用及び効果について説明する。

【0063】

３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリを製造する際、メモリセルの形成中または形成後に、熱処理が行われる。例えば、メモリセル中のブロック絶縁層１８の改質などの目的や、メモリセルの上に設けられる多層配線層の形成のために、熱処理が行われる。熱処理の温度は、例えば、８００℃以上１１５０℃以下である。

【0064】

メモリセルの形成後の熱処理により、ワード線ＷＬの電気抵抗が変化する場合がある。例えば、熱処理によりワード線ＷＬの電気抵抗が高くなる場合がある。ワード線ＷＬの電気抵抗が変化すると、例えば、メモリセルの動作が不安定になる。メモリセルの動作を安定化させるために、熱処理による電気抵抗変化の小さい、耐熱性の高い物質をワード線ＷＬの材料として用いることが望まれる。また、熱処理によりワード線ＷＬの電気抵抗が変化しているということは、ワード線ＷＬと接するブロック絶縁層１８の構成材料とワード線ＷＬの構成材料が熱処理により混合していることを意味する場合がある。ワード線ＷＬの構成材料とブロック絶縁層１８の構成材料が熱処理により混合してしまうと、ブロック絶縁層１８の特性が劣化することによってメモリセルの特性が劣化する。そのようなメモリセルの劣化を防ぐために、熱処理による電気抵抗変化の小さい、耐熱性の高い物質をワード線ＷＬの材料として用いることが望まれる。

【0065】

第１の実施形態の３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリのワード線ＷＬは、第１の物質又は第２の物質を含む。

【0066】

第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さい。また、第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい。

【0067】

第１の実施形態の３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリのワード線ＷＬは、第１の物質又は第２の物質を含む。第１の物質及び第２の物質は、耐熱性が高く、熱処理が加えられた場合の電気抵抗変化が小さい。

【0068】

ワード線ＷＬに第１の物質又は第２の物質を用いることにより、熱処理による電気抵抗変化の小さいワード線ＷＬが実現できる。ワード線ＷＬに第１の物質又は第２の物質を用いることにより、特に、熱処理によりワード線ＷＬの電気抵抗が高くなることが抑制される。

【0069】

ワード線ＷＬに第１の物質又は第２の物質を用いることにより、特に、ワード線ＷＬのｚ方向の厚さが薄くなった場合に、熱処理によりワード線ＷＬの電気抵抗が高くなることを抑制することができる。ワード線ＷＬに第１の物質又は第２の物質を用いることにより、特に、ワード線ＷＬのｚ方向の厚さが１０ｎｍ以下となった場合に、熱処理によりワード線ＷＬの電気抵抗が高くなることを抑制することができる。

【0070】

物質の相変態（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が起こるには系に存在する相が平衡状態で存在する相（平衡相）よりも不安定である必要がある。一定圧力条件下での相の安定性はギブスの自由エネルギー（Ｇｉｂｂｓ ｆｒｅｅ ｅｎｅｒｇｙ）によって定義される。ギブスの自由エネルギーＧは、下記式で定義される。下記式において、Ｕは内部エネルギー、Ｔは絶対温度、Ｓはエントロピー、Ｐは圧力、Ｖは体積である。
Ｇ＝Ｕ－ＴＳ＋ＰＶ

【0071】

一定温度及び一定圧力下の閉じた系において、ギブスの自由エネルギーＧが最小値の場合、系は平衡状態（ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）といえる。言い換えれば、ギブスの自由エネルギーＧが最小値の場合、系が最も安定な状態にある。

【0072】

上記式からも分かるように、エントロピーＳが大きいほど、ギブスの自由エネルギーＧは小さくなる。したがって、エントロピーＳの大きい物質はギブスの自由エネルギーＧが小さく、更にギブスの自由エネルギーＧが小さくなる状態が存在しにくい。この効果は系の温度Ｔが高くなるほど大きい。したがって、エントロピーＳの大きい物質は高温における安定性が高く、耐熱性が高いと考えられる。

【0073】

エントロピーＳは、系の微視的な乱雑さを表す物理量である。エントロピーＳが大きい物質とは、例えば、多数の元素が混じっている物質、均質に混合されている物質、相分離していない物質、又は欠陥サイトが存在する物質である。

【0074】

第１の実施形態の第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含む。第１の物質は、例えば、窒化タンタルタングステンである。三元素で構成される窒化タンタルタングステンは、例えば、二元素で構成される窒化タンタルや窒化タングステンよりもエントロピーＳが大きい物質である。

【0075】

また、第１の物質は、窒素の原子濃度が、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さい。第１の物質は、例えば、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さい窒化タンタルタングステンである。窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さい窒化タンタルタングステンは、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和と等しい窒化タンタルタングステンよりも窒素の欠陥サイトが多くエントロピーＳが大きい物質である。

【0076】

第１の実施形態の第１の物質は、エントロピーＳが大きい物質であることにより、耐熱性が高く、熱処理が加えられた場合に電気抵抗変化が生じにくいと考えられる。

【0077】

第１の実施形態の第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含む。第２の物質は、例えば、窒化ニオブモリブデンである。三元素で構成される窒化ニオブモリブデンは、例えば、二元素で構成される窒化ニオブや窒化モリブデンよりもエントロピーＳが大きい物質である。

【0078】

また、第２の物質は、窒素の原子濃度が、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい。第２の物質は、例えば、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい窒化ニオブモリブデンである。窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい窒化ニオブモリブデンは、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和と等しい窒化ニオブモリブデンよりも窒素の欠陥サイトが多くエントロピーＳが大きい物質である。

【0079】

第１の実施形態の第２の物質は、エントロピーＳが大きい物質であることにより、耐熱性が高く、熱処理が加えられた場合に電気抵抗変化が生じにくいと考えられる。

【0080】

第１の物質の窒素の原子濃度は、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下であることが好ましい。上記範囲を充足することにより、エントロピーＳの大きい物質を実現できる。したがって、第１の物質の耐熱性が向上する。

【0081】

第２の物質の窒素の原子濃度は、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下であることが好ましい。上記範囲を充足することにより、エントロピーＳの大きい物質を実現できる。したがって、第２の物質の耐熱性が向上する。

【0082】

第１の物質のタンタルの原子濃度は、タングステンの原子濃度の３０％以上３３０％以下であることが好ましい。上記範囲を充足することにより、エントロピーＳの大きい物質を実現できる。したがって、第１の物質の耐熱性が向上する。

【0083】

第２の物質の窒素のニオブの原子濃度は、モリブデンの原子濃度の和の３０％以上３３０％以下であることが好ましい。上記範囲を充足することにより、エントロピーＳの大きい物質を実現できる。したがって、第２の物質の耐熱性が向上する。

【0084】

第１の物質及び第２の物質は、酸素（Ｏ）を含むことが好ましい。第１の物質及び第２の物質が四元素以上含むことで、更にエントロピーＳの大きい物質を実現できる。したがって、第１の物質及び第２の物質の耐熱性が向上する。

【0085】

第１の物質及び第２の物質に含まれる酸素の原子濃度は、５原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。上記下限値よりも酸素の原子濃度が高いことで、エントロピーＳが大きくなり第１の物質及び第２の物質の耐熱性が向上する。また、上記上限値よりも酸素の原子濃度が低いことで、第１の物質及び第２の物質の電気抵抗を低くできる。

【0086】

第１の物質及び第２の物質が多結晶質部分を含み、多結晶質部分において、結晶粒中の酸素の原子濃度は、結晶粒界の酸素の原子濃度よりも低いことが好ましい。第１の物質及び第２の物質の耐熱性が向上する。

【0087】

第１の物質及び第２の物質に含まれる、炭素（Ｃ）、塩素（Ｃｌ）、水素（Ｈ）、及び重水素（Ｄ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素の原子濃度は、５原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。上記下限値よりも上記少なくとも一つの元素の原子濃度が高いことで、エントロピーＳが大きくなり第１の物質及び第２の物質の耐熱性が向上する。また、上記上限値よりも上記少なくとも一つの元素の原子濃度が低いことで、第１の物質及び第２の物質の電気抵抗を低くできる。

【0088】

第１の物質及び第２の物質のＣｕ－Ｋα線によるＸ線回折において、例えば、回折角２θが１５度以上３０度以下の範囲に存在する回折ピークの半値幅が１．３度以上５度以下であることが好ましい。第１の物質及び第２の物質が、完全な結晶性を備えず、かつ、非晶質ではないことで、第１の物質及び第２の物質の耐熱性が向上する。

【0089】

（変形例）
第１の実施形態の変形例の記憶装置は、ゲート電極層は、第１の領域と、第１の領域と第２の絶縁層との間に設けられた第２の領域と、を含み、第２の領域は第１の物質又は第２の物質を含む点で、第１の実施形態の記憶装置と異なる。

【0090】

図４は、第１の実施形態の変形例の記憶装置のメモリセルの一部の拡大図である。図４は、第１の実施形態の図３に対応する図である。

【0091】

ワード線ＷＬは、メインメタル領域ＷＬａ及びバリアメタル領域ＷＬｂを含む。メインメタル領域ＷＬａは、第１の領域の一例である。バリアメタル領域ＷＬｂは、第２の領域の一例である。バリアメタル領域ＷＬｂは、導電層の一例である。

【0092】

メインメタル領域ＷＬａは、例えば、金属である。メインメタル領域ＷＬａは、例えば、タングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）を含む。メインメタル領域ＷＬａは、例えば、タングステン層又はモリブデン層である。

【0093】

バリアメタル領域ＷＬｂは、メインメタル領域ＷＬａとブロック絶縁層１８との間に設けられる。バリアメタル領域ＷＬｂは、第１の物質又は第２の物質を含む。バリアメタル領域ＷＬｂのｙ方向の厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。

【0094】

メインメタル領域ＷＬａは、例えば、第１の物質及び第２の物質を含まない。メインメタル領域ＷＬａは、窒素（Ｎ）を含むか又は含まない。メインメタル領域ＷＬａの窒素の原子濃度は、例えば、バリアメタル領域ＷＬｂの窒素の原子濃度よりも低い。

【0095】

バリアメタル領域ＷＬｂに第１の物質又は第２の物質を用いることにより、熱処理による電気抵抗変化の小さいバリアメタル領域ＷＬｂが実現できる。バリアメタル領域ＷＬｂに第１の物質又は第２の物質を用いることにより、熱処理によりバリアメタル領域ＷＬｂの電気抵抗が高くなることが抑制される。

【0096】

以上、第１の実施形態の３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリによれば、耐熱性の高い導電性の物質を含むゲート電極層を備えた記憶装置を提供できる。

【0097】

（第２の実施形態）
第２の実施形態の記憶装置は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に設けられた抵抗変化領域と、を備える。第１の電極は、第１の物質又は第２の物質を含み、第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さく、第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい。第２の実施形態の記憶装置は、メモリセル構造が異なる点で、第１の実施形態の記憶装置と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

【0098】

第２の実施形態の記憶装置は、抵抗変化メモリである。第２の実施形態の抵抗変化メモリは、例えば、相変化メモリや超格子型構造を利用したメモリである。

【0099】

相変化メモリや超格子型構造を利用したメモリは、例えば、抵抗変化領域にカルコゲナイトを主成分とする物質を用いる。これらのメモリは、例えばカルコゲナイトを主成分とする物質における主たる抵抗変化機構、すなわち抵抗変化領域内の結晶構造の変化又は結晶構造中の原子の変位に伴う抵抗変化を利用してデータを記憶する。

【0100】

図５は、第２の実施形態の記憶装置のメモリセルアレイの回路図である。図５は、メモリセルアレイ内の配線構造を模式的に示す。第２の実施形態のメモリセルアレイ２００は、メモリセルＭＣが立体的に配置された三次元構造を備える。

【0101】

図５に示すように、メモリセルアレイ２００内には、複数のメモリセルＭＣが立体的に配置される。図５中、点線で囲まれた領域が１個のメモリセルＭＣに対応する。

【0102】

メモリセルアレイ２００は、例えば、複数のワード線ＷＬと複数のビット線ＢＬを備える。ワード線ＷＬはｘ方向に延びる。ビット線ＢＬはｚ方向に延びる。ワード線ＷＬとビット線ＢＬは垂直に交差する。ワード線ＷＬとビット線ＢＬとの交差部に、メモリセルＭＣが配置される。

【0103】

図６（ａ）、図６（ｂ）は、第２の実施形態の記憶装置のメモリセルアレイの一部の模式断面図である。図６（ａ）は、メモリセルアレイ２００のｙｚ断面図である。図６（ｂ）は、メモリセルアレイ２００のｘｙ断面図である。図６（ａ）は、図６（ｂ）のＤＤ’断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣＣ’断面図である。例えば、図６（ａ）において、破線で囲まれた領域が一つのメモリセルＭＣである。

【0104】

メモリセルアレイ２００は、複数のワード線ＷＬ、複数のビット線ＢＬ、第１の層間絶縁層５１、第２の層間絶縁層５２、抵抗変化層５４、及びセレクタ層５６を備える。

【0105】

ワード線ＷＬは、第１の電極の一例である。ワード線ＷＬは、導電層の一例である。抵抗変化層５４は、抵抗変化領域の一例である。セレクタ層５６は、中間領域の一例である。

【0106】

ワード線ＷＬは第１の層間絶縁層５１と、ｚ方向に交互に積層される。ワード線ＷＬはｘ方向に延びる。

【0107】

ワード線ＷＬは、第１の物質又は第２の物質を含む。例えば、ワード線ＷＬの全領域が第１の物質又は第２の物質で形成される。

【0108】

第１の物質は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がタンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さい。また、第２の物質は、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、及び窒素（Ｎ）を含み、窒素の原子濃度がニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい。

【0109】

ワード線ＷＬは、例えば、第１の物質を含む。第１の物質の主成分は、タンタル、タングステン、及び窒素である。第１の物質の主成分がタンタル、タングステン、及び窒素であるとは、第１の物質に含まれる元素の中で、タンタル、タングステン、又は窒素よりも原子濃度が高い元素が存在しないことを意味する。第１の物質に含まれるタンタル、タングステン、及び窒素の原子濃度の総和は、例えば、８０％以上である。

【0110】

第１の物質は、例えば、窒化タンタルタングステンを含む。第１の物質は、例えば、窒化タンタルタングステンである。

【0111】

ワード線ＷＬは、例えば、第１の物質で形成される。ワード線ＷＬは、例えば、窒化タンタルタングステンを含む。ワード線ＷＬは、例えば、窒化タンタルタングステン層である。

【0112】

第１の物質の窒素の原子濃度は、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和よりも小さい。第１の物質の窒素の原子濃度は、例えば、タンタルの原子濃度とタングステンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下である。

【0113】

第１の物質のタンタルの原子濃度は、例えば、タングステンの原子濃度の３０％以上３３０％以下である。

【0114】

ワード線ＷＬは、例えば、第２の物質を含む。第２の物質の主成分は、ニオブ、モリブデン、及び窒素である。第２の物質の主成分がニオブ、モリブデン、及び窒素であるとは、第２の物質に含まれる元素の中で、ニオブ、モリブデン、又は窒素よりも原子濃度が高い元素が存在しないことを意味する。第２の物質に含まれるニオブ、モリブデン、及び窒素の原子濃度の総和は、例えば、８０％以上である。

【0115】

第２の物質は、例えば、窒化ニオブモリブデンを含む。第２の物質は、例えば、窒化ニオブモリブデンである。

【0116】

ワード線ＷＬは、例えば、第２の物質で形成される。ワード線ＷＬは、例えば、窒化ニオブモリブデンを含む。ワード線ＷＬは、例えば、窒化ニオブモリブデン層である。

【0117】

第２の物質の窒素の原子濃度は、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和よりも小さい。第２の物質の原子濃度は、例えば、ニオブの原子濃度とモリブデンの原子濃度の和の８０％以上９５％以下である。

【0118】

第２の物質のニオブの原子濃度は、例えば、モリブデンの原子濃度の３０％以上３３０％以下である。

【0119】

第１の物質及び第２の物質は、例えば、酸素（Ｏ）を含む。第１の物質及び第２の物質に含まれる酸素の原子濃度は、例えば、５原子％以上２０原子％以下である。

【0120】

第１の物質及び第２の物質は、例えば、多結晶質部分を含む。第１の物質及び第２の物質の全部が、例えば、多結晶質部分である。

【0121】

第１の物質及び第２の物質の多結晶質部分において、例えば、結晶粒中の酸素の原子濃度は、結晶粒界の酸素の原子濃度よりも低い。第１の物質及び第２の物質の多結晶質部分において、例えば、酸素は結晶粒界に偏析している。

【0122】

第１の物質及び第２の物質は、例えば、炭素（Ｃ）、塩素（Ｃｌ）、水素（Ｈ）、及び重水素（Ｄ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む。第１の物質及び第２の物質に含まれる上記少なくとも一つの元素の原子濃度は、例えば、５原子％以上２０原子％以下である。

【0123】

第１の物質及び第２の物質は、例えば、多結晶質である。第１の物質及び第２の物質のＣｕ－Ｋα線によるＸ線回折において、例えば、回折角２θが１５度以上３０度以下の範囲に存在する回折ピークの半値幅が１．３度以上５度以下である。

【0124】

ワード線ＷＬのｚ方向の厚さは、例えば、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

【0125】

ワード線ＷＬは、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）により第１の物質の膜又は第２の物質の膜を堆積することで形成される。ワード線ＷＬをＣＶＤ法により形成する際の原料ガスの組成を調整することで、所望の化学組成の第１の物質の膜又は第２の物質の膜を堆積することが可能である。

【0126】

第１の層間絶縁層５１は、ワード線ＷＬとワード線ＷＬとの間に設けられる。第１の層間絶縁層５１は、例えば、酸化シリコンを含む。第１の層間絶縁層５１は、例えば、酸化シリコン層である。

【0127】

ビット線ＢＬは、ワード線ＷＬと交差する。ビット線ＢＬは、ワード線ＷＬとワード線ＷＬとの間に設けられる。

【0128】

ビット線ＢＬは、ｚ方向に延びる。ｚ方向はｘ方向と交差する。ｚ方向は、例えば、ｘ方向と直交する。ビット線ＢＬは、例えば、金属を含む。ビット線ＢＬは、例えば、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、又は、白金（Ｐｔ）を含む。

【0129】

第２の層間絶縁層５２は、ビット線ＢＬとビット線ＢＬとの間に設けられる。第２の層間絶縁層５２は、ワード線ＷＬとワード線ＷＬとの間に設けられる。第２の層間絶縁層５２は、例えば、酸化シリコンを含む。第２の層間絶縁層５２は、例えば、酸化シリコン層である。

【0130】

抵抗変化層５４は、抵抗状態の変化によってデータを記憶する。また、抵抗変化層５４は、電圧又は電流の印加によってデータを書き換え可能である。

【0131】

抵抗変化層５４は、電圧又は電流の印加によって高抵抗状態と抵抗状態との間を遷移する。例えば、高抵抗状態をデータ“０”、低抵抗状態をデータ“１”と定義する。メモリセルＭＣは“０”と“１”の１ビットデータを記憶する。

【0132】

抵抗変化層５４は、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）を含む化合物である。抵抗変化層５４は、例えば、Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５の化学組成の合金である。

【0133】

抵抗変化層５４は、例えば、超格子構造を備える。抵抗変化層５４は、例えば、Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５であり、Ｇｅ_２Ｔｅ_２領域とＳｂ_２Ｔｅ_３領域とが交互に積層される超格子構造を備える。電圧又は電流の印加により、超格子構造内でゲルマニウム（Ｇｅ）の位置が変化し、高抵抗状態と低抵抗状態が遷移する。

【0134】

セレクタ層５６は、ビット線ＢＬとワード線ＷＬとの間に設けられる。セレクタ層５６は、例えば、ワード線ＷＬと抵抗変化層５４との間に設けられる。セレクタ層５６は、例えば、ビット線ＢＬと抵抗変化層５４との間に設けられても構わない。

【0135】

セレクタ層５６は、特定の電圧（閾値電圧）で電流が急峻に立ち上がる非線形な電流電圧特性を有する。セレクタ層５６は、半選択セルに流れる半選択リーク電流の増加を抑制する機能を有する。セレクタ層５６は、スイッチング素子として機能する。

【0136】

セレクタ層５６の化学組成は、抵抗変化層５４の化学組成と異なる。セレクタ層５６を形成する物質は、抵抗変化層５４を形成する物質と異なる。

【0137】

セレクタ層５６は、例えば、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、及び、チタン（Ｔｉ）からなる群から選ばれる第１の元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、及び、テルル（Ｔｅ）からなる群から選ばれる第２の元素と、を含む。

【0138】

セレクタ層５６は、例えば、酸化ニオブ、酸化バナジウム、酸化タンタル、酸化チタン、硫化ニオブ、硫化バナジウム、硫化タンタル、硫化チタン、セレン化ニオブ、セレン化バナジウム、セレン化タンタル、セレン化チタン、テルル化ニオブ、テルル化バナジウム、テルル化タンタル、又は、テルル化チタンを含む。

【0139】

セレクタ層５６のビット線ＢＬからワード線ＷＬに向かう方向の厚さは、例えば、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

【0140】

第２の実施形態のメモリセルアレイ２００を製造する際、例えば、ワード線ＷＬを形成した後に、セレクタ層５６、抵抗変化層５４、及びビット線ＢＬを形成する。セレクタ層５６の電流電圧特性を安定させる観点から、例えば、セレクタ層５６の形成の際に８００℃以上の熱処理が加えられる。

【0141】

第２の実施形態の記憶装置では、ワード線ＷＬに耐熱性の高い第１の物質又は第２の物質を用いることにより、熱処理による電気抵抗変化の小さいワード線ＷＬが実現できる。ワード線ＷＬに第１の物質又は第２の物質を用いることにより、特に、熱処理によりワード線ＷＬの電気抵抗が高くなることが抑制される。

【0142】

以上、第２の実施形態の抵抗変化メモリによれば、耐熱性の高い導電性の物質を含むワード線ＷＬを備えた記憶装置を提供できる。

【0143】

第１の実施形態では、ワード線ＷＬの間に、層間絶縁層１３が設けられる場合を例に説明したが、ワード線ＷＬの間は、例えば、空洞であっても構わない。

【0144】

また、第１の実施形態では、半導体層１０がワード線ＷＬに囲まれる構造を例に説明したが、半導体層１０が２つに分割されたワード線ＷＬに挟まれる構造とすることも可能である。この構造の場合、積層体３０の中のメモリセルの数を２倍にすることが可能となる。

【0145】

また、第１の実施形態では、１つのメモリ穴に１つの半導体層１０を設ける構造を例に説明したが、１つのメモリ穴に２つ以上に分割された複数の半導体層１０を設ける構造とすることも可能である。この構造の場合、積層体３０の中のメモリセルの数を２倍以上にすることが可能となる。

【0146】

また、第１の実施形態では、電荷蓄積層が絶縁体である場合を例に説明したが、電荷蓄積層は導電体、例えば互いに電気的に分離された複数のフローティングの導電体であっても構わない。

【0147】

また、第２の実施形態では、抵抗変化メモリが超格子構造を備える場合等を、例に説明したが、記憶装置は、抵抗変化層に電流を流す２端子の記憶装置であれば、これに限定されない。記憶装置は、例えば、超格子構造を備える抵抗変化メモリ以外の相変化メモリ、抵抗変化型メモリ、磁気抵抗メモリ、又は、強誘電体メモリであっても構わない。

【0148】

また、第１及び第２の実施形態では、導電層の一例として、ワード線ＷＬを例示したが、導電層はワード線ＷＬに限定されるものではない。

【0149】

また、第１及び第２の実施形態では、３次元構造のメモリセルアレイを例に説明したが、メモリセルアレイは２次元構造であっても構わない。

【0150】

以上、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。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。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】

【0151】

１０ 半導体層
１４ トンネル絶縁層（第１の絶縁層）
１６ 電荷蓄積層
１８ ブロック絶縁層（第２の絶縁層）
５４ 抵抗変化層（抵抗変化領域）
５６ セレクタ層（中間領域）
ＢＬ ビット線（第２の電極）
ＷＬ ワード線（ゲート電極層、第１の電極、導電層）
ＷＬａ メインメタル領域（第１の領域）
ＷＬｂ バリアメタル領域（第２の領域）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】