电流抑制元件、存储元件及它们的制造方法技术

本发明专利技术一种电流抑制元件、存储元件及它们的制造方法。该存储元件（３）包括：电阻变化元件（１），其呈矩阵状地配置在存储装置上，其电阻值由于极性为正或负的电脉冲的施加而变化，并且该电阻变化元件（１）维持该变化后的电阻值；和电流抑制元件（２），其在电脉冲被施加至电阻变化元件（１）时，抑制流动的电流，电流抑制元件（２）包括第一电极、第二电极、以及配置在第一电极和第二电极之间的电流抑制层。电流抑制层由ＳｉＮｘ构成，第一电极和第二电极中的至少一方由α－钨构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种适于高集成化和高速化的非易失性存储元件使用的电流抑制元 件、使用该电流抑制元件的存储元件及其制造方法。
技术介绍
近年来，随着数字技术的进展，便携式信息设备及信息家电等电子设备正在进一 步高功能化。伴随这些电子设备的高功能化，所使用的非易失性存储装置的大规模化、高集 成化、高速化快速推进，并且其用途也正在迅速扩大。其中，也已提案利用非易失性的电阻变化元件作为存储元件，以及将其配置成矩 阵状的方式的存储装置，作为三维存储器期待更加大规模化、高集成化、高速化。该电阻变化元件具有主要用金属氧化物构成的材料构成的薄膜。向该薄膜施加电 脉冲时，其电阻值发生变化，并且保存其变化后的电阻值。因而，使该薄膜的高电阻状态和 低电阻状态分别对应例如二值数据的“ 1”和“0”时，能够将二值数据存储在电阻变化元件 中。另外，施加在电阻变化元件的薄膜上的电脉冲的电流密度及通过施加电脉冲而产生的 电场的大小，只要能够足以使薄膜的物理性状态发生变化、并且不会破坏薄膜的程度即可。另外，在取二值的电阻变化元件中，有通过施加相同极性且不同电压的电脉冲来 改变电阻值的电阻变化元件(所谓单极型)、和通过施加不同极性的电脉冲来改变电阻值 的电阻变化元件(所谓双极型)。通常，单极型电阻变化元件具有如下特性由低电阻状态 变为高电阻状态(所谓的复位)时，比由高电阻状态变为低电阻状态(所谓的置位)时需 要写入时间。另一方面，在双极型电阻变化元件中，进行置位/复位时，均能够以短的时间 写入。在各自相互不接触而正交的多个字线和多个位线的各个立体交叉部配置有多个 电阻变化元件的存储装置(所谓的交叉点型的存储装置)中，在向某电阻变化元件写入数 据时，有时会发生其它电阻变化元件的电阻值因迂回电流而变化之类的问题(以下将该问 题称为“写入干扰”)。因此，在构成这种交叉点型的存储装置时，需要另外设置用于防止写 入干扰的发生的特别的结构。在单极型电阻变化元件中，因为能够用相同极性的电脉冲使电阻变化元件发生电 阻变化，所以，通过将p-n结二极管或肖特基二极管这样的单极性的电流抑制元件(具有在 一个电压极性的电压范围内具有高电阻状态和低电阻状态的非线形的电压电流特性)与 电阻变化元件串联配置，能够防止写入干扰的发生。 作为这种能够防止写入干扰的发生的存储装置，已公开有由电阻变化元件和肖特 基二极管(电流抑制元件)的串联电路构成存储元件的存储装置(例如，参照专利文献1)。在这种已提案的存储装置中，在应写入数据的存储元件(选择存储元件)以外的 存储元件中，利用肖特基二极管阻止流向电阻变化元件的迂回电流。由此，在交叉点型的存 储装置中，可防止写入干扰的发生。在此，在该提案的存储装置中，通过在电阻变化元件上 施加相同极性的电脉冲，向电阻变化元件写入数据。因而，数据的写入不会被与电阻变化元件串联连接的肖特基二极管阻碍。另一方面，使用双极型电阻变化元件时，对电阻变化元件进行写入时使用双极性 的电脉冲，因此需要在电阻变化元件上串联配置双极性的电流抑制元件(具有在正/负极 性的电压范围内，分别保持高电阻状态和低电阻状态的非线形的电压电流特性)。作为具备 这种特性的元件，例如已知有MIM 二极管(Metal-Insulator-Metal 金属-绝缘体-金属 的意思)、MSM 二极管(Metal-Semiconductor-Metal 金属-半导体-金属的意思)、或者变 阻器等二端子元件。图17是示意性地表示电流抑制元件的电流-电压特性的特性图，图17(a)是MIM、 MSM、或变阻器等双极性的电流抑制元件的电压-电流特性图，图17(b)是肖特基二极管的 电压-电流特性图。如图17(b)所示，肖特基二极管虽然表示非线形的电阻特性，但是其电流_电压特 性相对于施加电压的极性完全不对称。相对于此，如图17(a)所示，MIM 二极管、MSM 二极管、变阻器等二端子元件显示非 线形的电阻特性，并且其电流-电压特性相对于施加电压的极性实质上为对称。即，相对于 正的施加电压的电流的变化和相对于负的施加电压的电流的变化，相对于原点O实质上为 点对称。另外，这些二端子元件在施加电压为第一临界电压(范围A的下限电压)以下且 为第二临界电压(范围B的上限电压)以上的范围(也就是范围C)中，电阻非常高，另一 方面，当超过第一临界电压或低于第二临界电压时，电阻急剧降低。即，这些二端子元件具 有在施加电压超过第一临界电压或低于第二临界电压的情况下流过大电流这样的非线形 的电阻特性。因而，如果作为这些双极性的电流抑制元件进行利用，则在使用双极型电阻变化 元件的交叉点型的非易失性存储装置中，能够避免写入干扰的发生，其中，该双极型电阻变 化元件在置位/复位(set/reset)中均能够进行高速动作。但是，在电阻变化型的存储装置中，向电阻变化元件写入数据时，通过在电阻变化 元件上施加电脉冲使其电阻值改变，从而使电阻变化元件的状态成为高电阻状态或低电阻 状态，为此，大幅依赖于电阻变化元件的材料及其结构等，通常，需要在电阻变化元件中流 动大电流。例如，公开有如下情况在具备电阻变化元件的存储装置的动作中，使用变阻器 向电阻变化元件写入数据时，以30000A/cm2以上的电流密度流动电流(例如，参照专利文 献2)。另外，钨存在α态、β态、非晶态三类。专利文献3中，作为用作配线材料的钨， 使用β-钨。现有技术文献专利文献1 (日本)特开2004-319587号公报专利文献2 (日本)特开2006-203098号公报专利文献3 (日本)特开平3-57214号公报如现有技术文献所示，为了实现使用双极型电阻变化元件的交叉点型的非易失性存储装置，其中，该双极型电阻变化元件能够以高速动作，需要上述的双极性的电流抑制元 件，但在向存储装置所具备的电阻变化元件写入数据时，为了通过在电阻变化元件上施加 电脉冲而使其电阻值改变，从而使电阻变化元件的状态变为高电阻状态或低电阻状态，较大地依赖电阻变化元件的材料及其结构等，通常需要在电阻变化元件中流动大电流。根据 该观点，MIM二极管为在电极间设置有绝缘膜的结构，存在不能流过大的电流的问题。另外， 变阻器利用夹在电极间的材料的结晶粒界的特性而获得整流特性，因此，在应用于层叠结 构的多层存储器等时，存在电流抑制元件特性发生偏差这样的问题。另外，MSM 二极管为在 金属电极间设置有半导体的结构，能够期待比MIM 二极管更高的电流供给能力，此外，因为 不使用结晶粒界等的特性，所以能够期待获得不易被制造工序中的热过程等左右、且偏差 少的电流抑制元件，但能够供给专利文献2中公开的那样的30000A/cm2以上的电流的MSM 二极管还没有被公开。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述问题而提供一种组合双极型电阻变化元件而成的交叉点型的非 易失性存储装置，该非易失性存储装置公开了对同时具有大电流密度的电流供给能力和工 艺稳定性的双极性的MSM 二极管有用的半导体材料和电极材料。S卩，本专利技术公开了一种MSM 二极管及其制造方法，该MSM 二极管为上述已说明的双 极性的电流抑制元件、并且能够供给30000A/cm2以上的电流，本法盲的目的在于提供一种 电流抑制元件、使用该电流抑制元件的存储元件以及其制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流抑制元件，其抑制在极性为正或负的电脉冲施加时流动的电流，该电流抑制元件的特征在于：包括第一电极、电流抑制层和第二电极，所述电流抑制层由ＳｉＮ↓［ｘ］构成，所述第一电极和所述第二电极中的至少一方由α－钨构成。

【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：有田浩二，三河巧，饭岛光辉，冈田崇志，
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]