存储器件和半导体器件制造技术

一种存储器件，包括：存储元件，具有这样的特性：作为被施加大于或等于第一门限信号的电信号的结果，其电阻值从高状态向低状态改变，并且作为被施加大于或等于第二门限信号的电信号的结果，其电阻值从低状态向高状态改变，其中所述第二门限信号的极性与第一门限信号的极性不同；以及电路元件，与存储元件串联，并且作为负荷，所述存储元件和电路元件形成存储单元，并且多个所述存储单元以矩阵排列，其中，在读取存储元件时的电路元件的电阻值与在写入或擦除存储元件时的电阻值不同。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存储器件和半导体器件，更具体而言，涉及这样的一种存储器件和半导体器件，它们包括存储单元，所述存储单元使用存储元件，用于按照电阻状态来存储和保持信息。
技术介绍
在诸如计算机的信息设备中，作为随机存取存储器，高速度运行且具有高密度的DRAM(动态随机存取存储器)被广泛地使用。但是，因为DRAM是在关闭电源时擦除信息的易失性存储器，因此需要不擦除信息的非易失性存储器。作为被认为是在未来大有希望的非易失性存储器，已经提出了FeRAM(铁电存储器)、MRAM(磁存储器)、相变存储器和诸如PMC(可编程金属化单元)和RRAM(电阻RAM)之类的电阻改变型存储器。在这些存储器的情况下，即使不提供电源，也可以长时间地保存所写入的信息。而且，在这些存储器的情况下，作为被形成为非易失性的结果，考虑取消刷新操作，并且可以对应地降低功耗。另外，诸如PMC和RRAM之类的电阻改变型非易失性存储器被以下述形式相当简单地配置具有作为被施加电压和电流的结果而其电阻值改变的特性的材料被用于用以存储和保持信息的存储层，提供两个电极并且所述存储层在其间，以及向这两个电极施加电压和电流。因此，容易实现存储元件的精细布局(fine patterning)。PMC被构造使得将包含预定的金属的离子导电体夹在两个电极之间，并且利用这样的特性作为使得在离子导电体中包含的金属进一步被包含在所述两个电极之一中的结果，当在两个电极之间施加电压时，离子导电体的电阻或电容的电特性改变。更具体而言，所述离子导电体由硫族化物(chalcogenide)和金属的固溶体(例如非晶体的GeS或非晶体的GeSe)构成，并且两个电极之一包含Ag、Cu或Zn(例如参见PCT日本翻译专利公开物第2002-536840号)。对于RRAM的构成，例如介绍有一种构成，其中，多晶PrCaMnO3薄膜被夹在两个电极之间，并且在两个电极之间施加电压脉冲或电流脉冲，使得作为记录膜的PrCaMnO3的电阻值大大地改变(例如参见W.W.Zhuang，“新型大磁阻薄膜非易失性电阻随机存取存储器(RRAM)”，技术文摘“国际电子器件会议”，2002年，第193页(W.W.Zhuang，”Novel ColossalMagnetoresistiVe Thin Film Nonvolatile Resistance Random Access Memory(RRAM)”，Technical Digest“International Electron Devices Meeting”，2002，p.193))。因此，在当记录(写入)信息时和当擦除信息时之间极性不同的电压脉冲被施加。而且，对于RRAM的另一种构成，例如介绍有一种构成，其中，掺杂少量Cr的SrZrO3(单晶或多晶)被夹在两个电极之间，并且使得电流从这些电极流动，使得记录膜的电阻改变(例如参见A.Beck，“在用于存储器应用的薄氧化物膜中的可再现的转换效果”，应用物理文献，2000年，第77卷，第139-141页(A.Beck，“Reproducible switching effect in thin oxide films formemory applications”，Applied Physics Letters，2000，Vol.77，p.139-141))。在这个“在用于存储器应用的薄氧化物膜中的可再现的转换效果”中，示出了存储层的电流I对电压V的特性，并且在记录和擦除期间的门限电压是±0.5V。而且，在这种结构中，通过电压脉冲的施加，记录和擦除信息是可能的，必要的脉冲电压被设置在±1.1V，而必要的电压脉冲宽度被设置在2ms。另外，高速记录和擦除是可能的，并且有报道在100ns的电压脉冲宽度的操作。在这种情况下，必要的脉冲电压是±5V。
技术实现思路
但是，在当前的情况下，对于FeRAM，其非破坏性读取困难，并且因为需要执行破坏性的读取，因此读取速度慢。而且，因为由于读取或记录而导致的极化反转的次数受限，因此重写的次数可能有限制。MRAM需要用于记录的磁场，并且被使得流过布线的电流产生所述磁场。结果，在记录期间需要大量的电流。相变存储器件是这样的存储器，其中，通过施加具有相同极性和不同幅度的电压脉冲来执行记录。因为这种相变存储器按照温度来使得转换产生，因此存在问题这种相变存储器对于环境温度的改变敏感。在PCT日本翻译专利公开物第2002-536840号中所描述的PMC中，非晶体GeS或非晶体GeSe的结晶温度是大约摄氏200度，并且当离子导电体结晶时，所述特性变差。因此，PMC具有问题不能在当实际地制造存储元件的步骤——例如在形成CVD绝缘膜、保护膜等的步骤——中承受高温。在W.W.Zhuang，“新型大磁阻薄膜非易失性电阻随机存取存储器(RRAM)”，技术文摘“国际电子器件会议”，2002年，第193页和A.Beck，“在用于存储器应用的薄氧化物膜中的可再现的转换效果”，应用物理文献，2000年，第77卷，第139-141页中所述的RRAM的构成中提出的存储层的材料都是结晶材料，因此产生这样的问题需要大约摄氏600度的热处理，所提出的材料的单晶体的制造非常困难，并且精细布局变得困难，这是因为当使用多晶体时有晶界(grain boundary)的影响。另外，在上述的RRAM中，已经提出了通过施加脉冲电压而记录或擦除信息。但是，在所提出的结构中，在记录后的存储层的电阻值根据所施加的脉冲电压的脉冲宽度而改变。在记录后的电阻值以这种方式依赖于记录的脉冲宽度间接地意味着所述电阻值即使在重复地施加同一脉冲时也改变。例如，在上述的“新型大磁阻薄膜非易失性电阻随机存取存储器(RRAM)”中，已经有报告当施加相同极性的脉冲时，根据其脉冲宽度而极大地改变在记录后的电阻值。RRAM具有这样的特征当脉冲宽度小于或等于50ns时，由于记录而导致的电阻的变化率减小，并且当脉冲宽度大于或等于100ns时，当脉冲宽度提高时，电阻值不是在固定值饱和，而是相反地接近在记录之前的电阻值。在上述的“新型大磁阻薄膜非易失性电阻随机存取存储器(RRAM)”中，介绍了存储器结构的特性，其中，存储层和用于控制存取的MOS晶体管彼此串联，并且它们以阵列排列。在此，已经有报告当在10ns至100ns的范围内改变脉冲宽度时，在记录后的存储层的电阻值按照脉冲宽度而改变。当进一步增加脉冲宽度时，预期所述电阻由于存储层的特性而再次减小。具体而言，在RRAM中，因为在记录后的电阻值依赖于脉冲电压的幅度及其脉冲宽度，因此如果在脉冲电压的幅度及其脉冲宽度中有变化，则在记录后的电阻值变化。因此，在小于或等于大约100ns的脉冲电压，由于记录而导致的电阻改变率小，并且容易受到在记录后的电阻值中的变化的影响。因此，难于稳定地执行记录。于是，当在这样的短脉冲电压上执行记录时，为了可靠地执行记录，需要执行在记录后确认(验证)信息的内容的步骤。例如，在记录之前，执行读取和确认已经在存储元件中存储的信息的内容(存储层的电阻值)的步骤，并且对应于在所确认的内容(电阻值)和要记录的内容(电阻值)之间的关系执行记录。或者，在记录后，执行读取和确认在存储元件中存储的信息的内容的步骤，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器件，包括：存储元件，具有这样的特性：作为被施加大于或等于第一门限信号的电信号的结果，其电阻值从高状态向低状态改变，并且作为被施加大于或等于第二门限信号的电信号的结果，其电阻值从低状态向高状态改变，其中所述第二门限信号的极性 与第一门限信号的极性不同；以及电路元件，与所述存储元件串联，并且作为负荷，所述存储元件和电路元件形成存储单元，并且多个所述存储单元以矩阵排列，其中，在读取存储元件时的电路元件的电阻值与在写入或擦除存储元件时的电阻值不同。

【技术特征摘要】
JP 2004-10-13 298289/041.一种存储器件，包括存储元件，具有这样的特性作为被施加大于或等于第一门限信号的电信号的结果，其电阻值从高状态向低状态改变，并且作为被施加大于或等于第二门限信号的电信号的结果，其电阻值从低状态向高状态改变，其中所述第二门限信号的极性与第一门限信号的极性不同；以及电路元件，与所述存储元件串联，并且作为负荷，所述存储元件和电路元件形成存储单元，并且多个所述存储单元以矩阵排列，其中，在读取存储元件时的电路元件的电阻值与在写入或擦除存储元件时的电阻值不同。2.按照权利要求1的存储器件，其中，在读取存储元件时施加到存储单元的电压等于在写入或擦除存储元件时施加到存储单元的电压。3.按照权利要求1的存储器件，其中，在读取存储元件时的电路元件的电阻值是在其中存储元件的电阻值不改变的范围内可以向存储元件施加最大电压处的电阻值。4.按照权利要求1的存储器件，其中，以这样的方式来形成存储元件将存储层夹在第一电极和第二电极之间，作为在第一电极和第二电极之间施加大于或等于第一门限信号的电信号的结果，存储元件的电阻值从高状态向低状态改变，并且作为在第一电极和第二电极之间施加大于或等于第...

【专利技术属性】
技术研发人员：长尾一，八野英生，相良敦，森宽伸，岡崎信道，大塚涉，对马朋人，中岛智惠子，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]