非易失性存储元件制造技术

在非易失性存储元件（１００）中，电阻变化层（１０７）包含第一金属氧化物ＭＯｘ和第二金属氧化物ＭＯｙ，以公式１３来表示化学反应式且与所述第一金属氧化物、所述第二金属氧化物、氧离子以及电子相关的化学反应的反应能量在２ｅＶ以下，所述ＭＯｘ以及所述ＭＯｙ的组（ＭＯｘ，ＭＯｙ）是从由（Ｃｒ２Ｏ３，ＣｒＯ３）、（Ｃｏ３Ｏ４，Ｃｏ２Ｏ３）、（Ｍｎ３Ｏ４，Ｍｎ２Ｏ３）、（ＶＯ２，Ｖ２Ｏ５）、（Ｃｅ２Ｏ３，ＣｅＯ２）、（Ｗ３Ｏ８，ＷＯ３）、（Ｃｕ２Ｏ，ＣｕＯ）、（ＳｎＯ，ＳｎＯ２）、（ＮｂＯ２，Ｎｂ２Ｏ５）、以及（Ｔｉ２Ｏ３，ＴｉＯ２）而成的群中选择的一组。（公式１３）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及非易失性存储元件，尤其涉及按照施加的电信号发生电阻值的变化的 电阻变化型的非易失性存储元件。
技术介绍
近些年，随着数字技术的进展，进一步提高了移动信息设备以及信息家电等的电 子设备的功能化。因此，越来越提高了对非易失性存储元件的大容量化、写入电力的减少、 写入/读出时间的高速化、以及长寿命化的需求。对于这些需求，周知的是，利用了现有的浮动栅的闪存的细微化有限度。另一方 面，在将电阻变化层作为存储部的材料来利用的非易失性存储元件(电阻变化型存储器) 的情况下，能够构成为由电阻变化元件而成的单纯的构造的存储元件，因此，可以期待进一 步的细微化、高速化、以及低消耗电力化。在将电阻变化层作为存储部的材料来利用的情况下，例如，按照电脉冲的输入等， 将该电阻值从高电阻变为低电阻，或从低电阻变为高电阻。在此情况下需要的是，明确地区 别低电阻以及高电阻的2值，并且，使低电阻与高电阻之间高速稳定且发生变化，非易失性 地保持这些2值。以这些存储特性的稳定以及存储元件的细微化为目的，以往提出了各种方案。对于这些方案之一，在专利文献1公开一种存储元件，包括两个电极以及由这些 电极夹起的记录层，存储器单元由被构成为使该记录层的电阻值可逆地发生变化的电阻变 化层的电阻变化元件构成。图11是示出这些以往的存储元件的结构的截面图。如图11示出，构成存储器单元的多个电阻变化元件10被配置成矩阵状，从而构成 该存储元件。高电阻层2和离子源层3被夹在下部电极1和上部电极4之间，从而构成电 阻变化元件10。由这些高电阻层2以及离子源层3构成存储层，通过该存储层，能够将信息 记录到各个存储器单元的电阻变化元件10。而且，各个电阻变化元件10被配置在MOS晶体管18的上方，该MOS晶体管18被 形成在半导体基板11上。MOS晶体管18由源极/漏极区域13和栅极电极14构成，该源极 /漏极区域13被形成在由半导体基板11内的元件分离层12分离的区域。并且，栅极电极 14兼备作为存储元件的一方的地址布线的字符线的功能。经由柱塞层15、金属布线层16以及柱塞层17，MOS晶体管18的源极/漏极区域 13的一方与电阻变化元件10的下部电极1电连接。并且，MOS晶体管18的源极/漏极区 域13的另一方，经由柱塞层15连接于金属布线层16。该金属布线层16，连接于作为存储 元件的另一方的地址布线的位线。在如上构成的电阻变化元件10的下部电极1和上部电极4之间施加极性不同的 电位，从而使构成记录层的离子源层3的离子源移动到高电阻层2。或者，使该离子源从高 电阻层2移动到上部电极4。据此，电阻变化元件10的电阻值从高电阻状态变迁为低电阻 状态，或从低电阻状态变迁为高电阻状态，从而能够记录信息。并且，也有利用了与专利文献1所示的电阻变化材料不同的、二元系的过渡金属 氧化物的例子的报告。例如，在专利文献2中公开了 Ni0、V205、Zn0、Nb205、Ti02、W03、Co0，以 作为电阻变化材料。专利文献1 日本国特开2006-40946号公报专利文献2 日本国特开2004-363604号公报然而，所述的电阻变化材料有以下的问题。首先，在利用NiO等的过渡金属氧化物 的情况下，为了使电阻变化材料从低电阻状态变化为高电阻状态而需要的是，通过施加μ s 等级的长脉冲来发生焦耳热，从而恢复被形成在mo中的纤丝状的电路径。在将非易失性 存储元件作为存储器利用的情况下，设想根据细微的设计规则实现高密度的集成化，但是， 有可能因发生了的焦耳热而导致相邻的非易失性存储元件的误动作，因此，不适于细微化。并且，在将利用了电阻变化材料的非易失性存储元件作为存储器动作的情况下， 从消耗电力的观点，优选的是尽可能使施加电压的值降低。具体而言，优选的是，施加的脉 冲电压的绝对值在2V以下。这是因为，在将非易失性存储元件和现有的CMOS组合来利用 的情况下，对于在以高速且低消耗电力来动作的电路上利用的MOS晶体管，能够施加到非 易失性存储元件的电压的最大值为2V左右的缘故。目前，除了所述的电阻变化材料以外，还针对各种氧化物，为了确认电阻变化动作 的显现的有无，而继续进行探索。然而，还未公开从电阻变化动作的原理上的观点，以低电 压来能够动作的非易失性存储元件的设计方法。
技术实现思路
鉴于所述问题，本专利技术的目的在于提供一种非易失性存储元件，在电阻变化动作 时不需要发生焦耳热，并且以低电压来能够驱动电阻变化动作。为了解决所述的问题、专利技术的非易失性存储元件包括基板；下部电极层，该下部 电极层被形成在所述基板上；电阻变化层，该电阻变化层被形成在所述下部电极层上，且按 照被施加的电信号变化为高电阻状态和低电阻状态；以及上部电极层，该上部电极层被形 成在所述电阻变化层上；所述电阻变化层具有至少由第一金属氧化物层和第二金属氧化 物层这两层构成的多层构造，所述第一金属氧化物层包括具有第一电阻率的第一金属氧化 物，所述第二金属氧化物层包括具有第二电阻率的第二金属氧化物，该第二金属氧化物是 由与所述第一金属氧化物相同的金属元素构成的金属氧化物，所述第二金属氧化物层与所 述上部电极层以及所述下部电极层之中的至少一方相接，所述第一电阻率比所述第二电阻 率小，在将x、y作为满足1 < y的任意的正的数，将所述第一金属氧化物的组成作为MOx，将 所述第二金属氧化物的组成作为MOy时，以(公式1)MOx + O - x)02~ ^ MOy + 2(y - x)e~来表示的化学反应式的化学反应的反应能量的绝对值在2eV以下，所述化学反应 与所述第一金属氧化物、所述第二金属氧化物、氧离子以及电子相关，所述MOx以及所述MOy 的组(M0X,MOy)是从由(Cr2O3, CrO3)、(Co3O4, Co2O3)、(Mn3O4,Mn2O3)、(V02，V2O5)、(Ce2O3, CeO2)、(W308，WO3)、(Cu2O, CuO)、(SnO，SnO2)、(NbO2, Nb2O5)、以及(Ti2O3, TiO2)而成的群中选择的一组。据此，能够将电阻变化动作时的施加电压抑制在2V以下，能够实现电阻变化动作 的低电压化。进而，通过将施加电压在2V以下，从而能够与可共享于周围电路的现有的MOS 晶体管组合来进行电阻变化动作。并且，由于是利用了可逆的氧化还原反应的电阻变化动作，因此，不像以往的非易 失性存储元件那样，不需要通过焦耳热而恢复纤丝状的电路径，能够提供适于细微化的非 易失性存储元件。并且，根据多层构造，能够将进行氧化还原反应的地方限定为第一金属氧化物层 和第二金属氧化物层的界面，能够实现稳定的电阻变化动作。进而，第一金属氧化物和第二金属氧化物是相同的金属元素的氧化物，因此，电阻 变化层由二元系构成，与电阻变化层由三元系构成的情况相比，能够容易制造非易失性存 储元件。并且，在所述非易失性存储元件中也可以，所述MOx以及所述MOy的组(M0x，M0y)是 从由(VO2，V2O5)、(Cr2O3, CrO3)、(SnO，SnO2)、(Co3O4, Co2O3)、(W308，WO3)、以及(Cu2O，CuO)而 成的群中选择的一组。该群中的V、Cr、Sn、Co、W、Cu，与所述的其它的金属元素相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非易失性存储元件，包括：基板；下部电极层，该下部电极层被形成在所述基板上；电阻变化层，该电阻变化层被形成在所述下部电极层上，且按照被施加的电信号变化为高电阻状态和低电阻状态；以及上部电极层，该上部电极层被形成在所述电阻变化层上；所述电阻变化层具有至少由第一金属氧化物层和第二金属氧化物层这两层构成的多层构造，所述第一金属氧化物层包括具有第一电阻率的第一金属氧化物，所述第二金属氧化物层包括具有第二电阻率的第二金属氧化物，该第二金属氧化物是由与所述第一金属氧化物相同的金属元素构成的金属氧化物，所述第二金属氧化物层与所述上部电极层以及所述下部电极层之中的至少一方相接，所述第一电阻率比所述第二电阻率小，在将ｘ、ｙ作为满足ｘ＜ｙ的任意的正的数，将所述第一金属氧化物的组成作为ＭＯ↓［ｘ］，将所述第二金属氧化物的组成作为ＭＯ↓［ｙ］时，以（公式１１）ＭＯ↓［ｘ］＋（ｙ－ｘ）Ｏ↑［２－］＊ＭＯ↓［ｙ］＋２（ｙ－ｘ）ｅ↑［－］来表示的化学反应式的化学反应的反应能量的绝对值在２ｅＶ以下，所述化学反应与所述第一金属氧化物、所述第二金属氧化物、氧离子以及电子相关，所述ＭＯ↓［ｘ］以及所述ＭＯ↓［ｙ］的组（ＭＯ↓［ｘ］，ＭＯ↓［ｙ］）是从由（Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］，ＣｒＯ↓［３］）、（Ｃｏ↓［３］Ｏ↓［４］，Ｃｏ↓［２］Ｏ↓［３］）、（Ｍｎ↓［３］Ｏ↓［４］，Ｍｎ↓［２］Ｏ↓［３］）、（ＶＯ↓［２］，Ｖ↓［２］Ｏ↓［５］）、（Ｃｅ↓［２］Ｏ↓［３］，ＣｅＯ↓［２］）、（Ｗ↓［３］Ｏ↓［８］，ＷＯ↓［３］）、（Ｃｕ↓［２］Ｏ，ＣｕＯ）、（ＳｎＯ，ＳｎＯ↓［２］）、（ＮｂＯ↓［２］，Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］）、以及（Ｔｉ↓［２］Ｏ↓［３］，ＴｉＯ↓［２］）而成的群中选择的一组。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：二宫健生，高木刚，魏志强，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]