变阻型存储装置制造方法及图纸

提供了一种通/断比高的变阻型存储装置。根据一个实施方的变阻型存储装置包括：第一电极，包含第一元素；电阻变化层，设置于所述第一电极上，包含所述第一元素的氧化物；氧传导层，设置于所述电阻变化层上，包含第二元素和氧，具有氧离子传导性，并且其相对介电常数高于所述电阻变化层的相对介电常数；以及第二电极，设置于所述氧传导层上。在使所述第一电极和所述第二电极之间的电压从零连续地增加时，所述电阻变化层在所述氧传导层之前经历电介质击穿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】变阻型存储装置
本专利技术涉及变阻型存储装置。
技术介绍
近年来，已经发现这样一种现象，当对某些种金属氧化物施加电压时，该金属氧化物的电阻值在两种水平的值之间变化，并提出了利用该现象的存储装置。这种存储装置被称为变阻型存储装置(电阻随机存取存储器：ReRAM)。图14A-14C是示意性地示出了常规的变阻型存储装置的操作的图，图14A示出了初始状态，图14B示出了低电阻状态，而图14C示出了高电阻状态。图15是示出了常规的变阻型存储装置的I-V特性的图，其中横轴取电压，纵轴取电流。如图14A所示，在常规的变阻型存储装置101的存储器单元110中，下部电极111、电阻变化层112以及上部电极113按该顺序被层叠。另外，在变阻型存储装置101中设置有电源电路115，该电源电路115连接于下部电极111与上部电极113之间。电阻变化层112由金属氧化物构成，并包含大量的缺氧部114。缺氧部114是其中氧的浓度相对低而金属的浓度相对高的部分。在初始状态下，缺氧部114随机地分散在电阻变化层112中，并且电阻变化层112具有高的电阻值。在图15中，初始状态被示出为状态S0。如图15中的操作M1所示，当电源电路115对下部电极111和上部电极113之间施加使上部电极113成为正极而下部电极111成为负极的电压(正电压)时，如图14B所示，在电阻变化层112中形成由缺氧部114构成的电流路径。该电流路径被称为“细丝(filament)”，并且将在处于初始状态的电阻变化层112中形成细丝116的操作称为“成形”。由此，如在图15中的状态S1所示，电阻变化层112转变为低电阻状态(LRS)，流过大的电流。电源电路115设置有电流限制机构，流过存储器单元110的电流限制为例如5mA或更小。接着，如图15中操作M2所示，使施加在下部电极111和上部电极113之间的电压连续地减少为负电压。于是，如图15中状态S2所示，在电压达到规定的负的值时，电阻变化层112转变为高电阻状态(HRS)，流过的电流降低。将该操作称为“复位(reset)”。据推测，在高电阻状态下，缺氧部114从细丝116的一端部错位开，如图14C所示。之后，如图15中操作M3所示，当使电压持续地接近零时，I-V特性根据欧姆定律变化，而电阻变化层112仍保持高电阻状态。然后，当电压增加过零并达到某一正值时，如图15中状态S3所示，电阻变化层112回到低电阻状态，电流不连续地增加。该操作被称为“置位(set)”。此时，推测认为细丝116的缺失部被恢复并再次连续地布置在下部电极111与上部电极113之间，如图14B所示。此后，可以通过重复进行操作M2和M3，重复复位和置位，以在低电阻状态和高电阻状态之间任意切换。以这样的方式，能够在一个存储器单元上写入信息的两个值。可以通过检测在电极间施加规定的读取电压(例如，-0.1V的电压)时流过的电流的幅度，读取写入的信息。然而，这样的常规变阻型存储装置具有如下问题：电阻值的通/断比(ON/OFFratio)(即，在施加规定的读取电压时，在低电阻状态时流过的电流的幅度相对于在高电阻状态时流过的电流的幅度之比值)低。在图15所示的例子中，通/断比为约101。在该情况下，在将10个存储器单元串联连接并通过电流时，即使所有存储器单元都处于高电阻状态，也流过与一个存储器单元处于低电阻状态时基本等同的电流，并难以得到所存储的值。因此，如果通/断比低，则难以实现存储器单元的更高集成度。在其中在金属氧化物中形成细丝的常规系统的变阻型存储器单元中，通/断比最高为约102。另外，在常规的变阻型存储装置中，需对初始状态下的电阻变化层实施成形。成形是基于期待在电阻变化层内偶然形成细丝，因此控制是困难的。非专利文献1公开了这样的技术，其中将电阻变化层配置成薄膜来促进细丝的形成，而使得不需要进行成形。非专利文献1记载了如下内容：在(TiN/TiOx/HfOx/TiN)堆叠结构中，成形电压可以随着作为电阻变化层的HfOx膜的膜厚降低而降低，以及在将HfOx膜的膜厚设为3nm或更低时，能够使成形电压基本为零。非专利文献2公开了这样的技术，其中通过在电阻变化层中添加不同种类的元素来导入缺陷，使得细丝更容易成形。非专利文献2记载了如下内容：在(Al/AlO:N/Al)堆叠结构中，可以通过在作为电阻变化层的(AlO:N)膜中引入氮来使成形电压与置位电压相等。然而，非专利文献1和2中所公开的技术只能够使成形电压降低至与基本等于置位电压或其以下的程度，并且不能提高通/断比。因此，难以实现存储器单元的高度集成。[引用列表][非专利文献]非专利文献1：H.Y.Lee1,等人所著,TechnicalDigestofInternationalelectronDevicesMeeting(IEDM)2008,p.297-300非专利文献2：WankiKim,等人所著,2011SymposiumonVLSITechnologyDigestofTechnicalPapers.p.22-23专利技术概述[要解决的问题]本专利技术的目的之一在于提供一种通/断比高的变阻型存储装置。[用于解决问题的方案]根据一个实施方式的一种变阻型存储装置包括：第一电极，包含第一元素；电阻变化层，设置于所述第一电极上，并包含所述第一元素的氧化物；氧传导层，设置于所述电阻变化层上，包含第二元素和氧，具有氧离子传导性，并且其相对介电常数高于所述电阻变化层的相对介电常数；以及第二电极，设置于所述氧传导层上。在使所述第一电极和所述第二电极之间的电压从零连续地增加时，所述电阻变化层在所述氧传导层之前经历电介质击穿。附图说明图1是示出根据一个实施方式的变阻型装置的剖面图。图2A和2B是示出根据该实施方式的变阻型存储装置的操作的示意剖面图。图2A示出低电阻状态，图2B示出高电阻状态。图3A和3B是示意性地说明该实施方式的效果的图，横轴取状态，纵轴取在施加固定的读取电压时流过的电流的幅度。图3A示出常规的装置，图3B示出该实施方式的装置。图4是示出多晶二氧化铈(CeO2)和多晶的氧化钇稳定的氧化锆(poly-YSZ)的氧离子传导性的曲线图，横轴取温度，纵轴取氧离子的传导率。图5是示出使得不需要成形的电阻变化层的厚度与氧传导层的氧离子传导性之间的关系的曲线图，横轴取电阻变化层的厚度，纵轴取氧传导层的氧离子传导率。图6是示出不同因素对所需的置位电压的影响的曲线图，横轴取氧传导层的厚度，纵轴取置位电压。图7A是示出第一示例的试样的剖面图，而图7B是示出该试样的I-V特性的曲线图，横轴取电压，纵轴取电流。图8A是示出第一比较例的试样的剖面图，而图8B是示出该试样的I-V特性的曲线图，横轴取电压，纵轴取电流。图9A是示出第一示例的试样的剖面的TEM照片，而图9B是示出第一比较例的试样的剖面的TEM照片。图10A是示出第二示例的试样的剖面图，而图10B是示出该试样的I-V特性的曲线图，横轴取电压，纵轴取电流。图11A是示出第二比较例的试样的剖面图，而图11B是示出该试样的I-V特性的曲线图，横轴取电压，纵轴取电流。图12A是示出第三示例的试样的剖面图，而图12B是示出该试样的I-V特性的曲线图，横轴取电压，纵轴取电流。图13A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变阻型存储装置，包括：第一电极，包含第一元素；电阻变化层，设置于所述第一电极上，包含所述第一元素的氧化物；氧传导层，设置于所述电阻变化层上，包含第二元素和氧，具有氧离子传导性，并且其相对介电常数高于所述电阻变化层的相对介电常数；以及第二电极，设置于所述氧传导层上，并且变阻型存储装置被配置为使得在所述第一电极和所述第二电极之间的电压从零连续地增加时，所述电阻变化层先于所述氧传导层经历电介质击穿。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.14 JP 2012-0578711.一种变阻型存储装置，包括：第一电极，包含第一元素；电阻变化层，设置于所述第一电极上，包含所述第一元素的氧化物；氧传导层，设置于所述电阻变化层上，包含第二元素和氧，具有氧离子传导性，并且其相对介电常数高于所述电阻变化层的相对介电常数；以及第二电极，设置于所述氧传导层上，变阻型存储装置被配置为使得在所述第一电极和所述第二电极之间的电压从零连续地增加时，所述电阻变化层先于所述氧传导层经历电介质击穿，其中所述第一元素是硅，以及所述第二电极由不与所述氧传导层反应的材料形成。2.根据权利要求1所述的变阻型存储装置，还包括电源电路，该电源电路被配置来在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压，满足如下数学式，其中，Vapp是所述电源电路能够输出的电压，EVRBD是所述电阻变化层的电介质击穿所需的电场强度，tVR是所述电阻变化层的厚度，kVR是所述电阻变化层的相对介电常数，tOC为所述氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：角岛邦之，窦春萌，帕尔哈提·艾合买提，岩井洋，片冈好则，
申请(专利权)人：国立大学法人东京工业大学，东芝高新材料公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP