存储器单元制造技术

本发明专利技术提供了一种存储器单元，其中，电阻值被适当控制，从而可变电阻元件可以被施加有将元件改变为高或低电阻状态所需的电压。存储元件（１０）、非线性电阻元件（２０）和ＭＯＳ晶体管（３０）串联电连接。存储元件（１０）具有与ＭＯＳ晶体管（３０）的非线性电流－电压特性相反的非线性电流－电压特性，并且根据施加电压的极性改变为高或低电阻状态。非线性电阻元件（２０）具有与存储元件（１０）类似的非线性电流－电压特性的非线性电流－电压特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有可变电阻元件的存储器单元。
技术介绍
NOR或NAND闪存已经被普遍用作用于数据存储的半导体非易失性存储器。但是， 这种闪存需要用于写入和擦除的高电压，此外，被限制了要注入浮置栅极的电子数。因此， 具有闪存尺寸减小受限的问题。当前，提出了诸如PRAM(相变随机存取存储器)或PMC(可编程金属化单元)的电 阻改变存储器，其作为下一代的非易失性存储器，可以突破非易失性存储器在尺寸减小方 面的限制(专利文件1和2、以及非专利文件1 3)。在专利文件2和非专利文件1 3中 所描述的每个存储器均具有电阻改变层被夹在电极之间的简单结构，并且在专利文件1中 所描述的存储器具有离子源层和电阻改变层被夹在电极之间的结构。在PMC或PRAM中，认 为通过加热或电场来移动原子或离子，从而形成导电通路，因此，表现出电阻改变。专利文件1 日本未审查专利申请公开第2006-196537号专利文件2 日本未审查专利申请公开第2006-322188号非专利文件 1 :Szot, et al.，Nature Material, 1614，p. 312(2006)非专利文件 2 :Sakamoto，et al.，Solid Electrolyte Memory, 0Y0BUTURI, 75, p. 1126，September 2006非 专 利 文 件 3 :Sawa, Resistance-Change Nonvolatile MemoryUsing Transition-Metal Oxide, 0Y0 BUTURI，75，p. 1109,September200
技术实现思路
为了制造与闪存相比便宜的电阻改变存储器，记录数据需要被多值化。尽管多数 电阻改变存储器原理上可以被多值化，但是为了在存储器中实际实现多值化，需要适当地 控制电阻改变存储器的电阻值。通常，在电阻改变存储器中，将作为存储元件的可变电阻元件与晶体管或电流限 制保护电阻串联连接，使得晶体管或电流限制保护电阻对流入可变电阻元件的电流进行限 制，从而确定可变电阻元件的电阻值。例如，如图19所示，电阻改变存储器包括作为存储器单元以矩阵形式配置的存储 器单元100，每个存储器单元包括彼此串联连接的存储元件110和晶体管120，其中，存储元 件110的一端电连接至源极线S，并且存储元件110的另一端电连接至晶体管120的漏极 (未示出)。此外，晶体管120的源极(未示出)电连接至位线B，并且晶体管120的栅极 (未示出)电连接至字线W。在电阻改变存储器中，晶体管120限制流入存储元件110的电 流。但是，可变电阻元件的电流-电压特性不是欧姆特性的，而是非线性的，电流正比 于电压的大于1的指数次幂。这就导致了一个问题，即，当被施加至电阻改变存储器的电压升高时，由于晶体管的电流限制，电阻改变元件不是简单地被施加有将元件改变为高或低电阻状态所需的电压。另外，电阻改变存储器已经具有这样一个问题，S卩，当写入电压和擦除电压被重复 施加至电阻改变元件时，擦除电阻随着重复率的增加而逐渐增大。鉴于上述问题，本专利技术的一个目的为提供一种存储器单元，其中，电阻值被适当地 控制，从而可变电阻元件可以被施加有将元件改变为高或低电阻状态所需的电压，或者可 以实现不依赖于重复率的稳定的擦除电阻。本专利技术的第一存储器单元包括串联电连接的MOS晶体管、存储元件以及第一非线 性电阻元件。存储元件具有与MOS晶体管的非线性电流_电压特性相反的非线性电流_电 压特性，并且根据施加电压的极性改变为高或低电阻状态。另一方面，第一非线性电阻元件 具有与存储元件的非线性电流_电压特性类似的非线性电流_电压特性。在本专利技术的第一存储器单元中，具有与MOS晶体管的非线性电流_电压特性相反 的非线性电流_电压特性的第一非线性电阻元件与MOS晶体管和具有与MOS晶体管的非线 性电流_电压特性相反的非线性电流_电压特性的存储元件串联电连接。因此，当第一存 储器单元被施加电压以使得存储元件被施加了将存储元件改变为高或低电阻状态所需的 电压时，MOS晶体管被施加了存储元件和第一非线性电阻元件所分压的电压。因此，施加至 第一存储元件的电压可以被控制为具有在电流没有被MOS晶体管显著限制的范围内的值。本专利技术的第二存储器单元包括与存储元件串联电连接的MOS晶体管，该存储元件 与非线性电阻元件并联电连接。存储元件具有与MOS晶体管的非线性电流_电压特性相反 的非线性电流_电压特性，并且根据施加电压的极性改变为高或低电阻状态。另一方面，非 线性电阻元件具有与存储元件的非线性电流-电压特性类似的非线性电流-电压特性，并 且具有比存储元件的高电阻状态下存储元件的电阻值低的电阻值。在本专利技术的第二存储器单元中，具有与MOS晶体管的非线性电流_电压特性相反 的非线性电流-电压特性、并具有比存储元件的电阻值低的电阻值的非线性电阻元件与存 储元件并联电连接，并且与MOS晶体管串联电连接。非线性电阻元件具有比存储元件的电 阻值低的电阻值。因此，在存储元件的高电阻状态下，对于第二存储元件的总体电阻值，与 存储元件并联连接的非线性电阻元件的电阻值与存储元件的电阻值相比占主导地位。本专利技术的第三存储器单元包括串联电连接的MOS晶体管、存储元件以及非线性电 阻元件。存储元件具有第一电极；层间分隔膜，具有开口并与第一电极接触；电阻改变层， 与层间分隔膜接触并通过开口与第一电极接触；离子源层，与电阻改变层接触；以及第二 电极，与离子源层接触。电阻改变层具有与MOS晶体管的非线性电流-电压特性相反的非 线性电流-电压特性，并且根据施加电压的极性改变为高或低电阻状态。非线性电阻元件 具有与电阻改变层的非线性电流-电压特性类似的非线性电流-电压特性。在本专利技术的第三存储器单元中，具有与MOS晶体管的非线性电流_电压特性相反 的非线性电流-电压特性的非线性电阻元件与MOS晶体管和具有与MOS晶体管的非线性 电流_电压特性相反的非线性电流_电压特性的存储元件串联电连接。因此，当第三存储 器被施加电压以使得存储元件被施加了将存储元件改变为高或低电阻状态所需的电压时， MOS晶体管被施加了通过存储元件和非线性电阻元件所分压的电压。因此，施加至第三存储 器单元的电压可以被控制为具有在电流没有被MOS晶体管显著限制的范围内的值。本专利技术的第四存储器单元包括彼此串联电连接的MOS晶体管和存储元件。该存储 元件具有第一电极；层间分隔膜，具有开口并与第一电极接触；电阻改变层，与层间分隔 膜接触并通过开口与第一电极接触；离子源层，与电阻改变层接触；以及第二电极，与离子 源层接触。电阻改变层具有与MOS晶体管的非线性电流_电压特性相反的非线性电流_电 压特性，并且根据施加电压的极性改变为高或低电阻状态。层间分隔膜具有与电阻改变层 的非线性电流-电压特性类似的非线性电流-电压特性，并且具有比电阻改变层的高电阻 状态下电阻改变层的电阻值低的电阻值。在本专利技术的第四存储器单元中，具有与MOS晶体管的非线性电流_电压特性相反 的非线性电流-电压特性并具有比电阻改变层的电阻值低的电阻值的层间分隔膜与电阻 改变层并联电连接，并且与MOS晶体管串联电连接。层间分隔膜具有比电阻改变层的电阻 值低的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器单元，包括：串联电连接的ＭＯＳ晶体管、存储元件以及第一非线性电阻元件，其中，所述存储元件具有与所述ＭＯＳ晶体管的非线性电流－电压特性相反的非线性电流－电压特性，并且根据施加电压的极性改变为高电阻状态或低电阻状态，以及所述第一非线性电阻元件具有与所述存储元件的非线性电流－电压特性类似的非线性电流－电压特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-11-29 2007-308916一种存储器单元，包括串联电连接的MOS晶体管、存储元件以及第一非线性电阻元件，其中，所述存储元件具有与所述MOS晶体管的非线性电流-电压特性相反的非线性电流-电压特性，并且根据施加电压的极性改变为高电阻状态或低电阻状态，以及所述第一非线性电阻元件具有与所述存储元件的非线性电流-电压特性类似的非线性电流-电压特性。2.根据权利要求1所述的存储器单元，其中，所述MOS晶体管具有由I = aVb所表示的非线性电流-电压特性，其中I为流过 所述MOS晶体管的电流、V为施加至所述MOS晶体管的电压、a为系数、以及b为小于1的指 数，所述存储元件具有由I = cVd所表示的非线性电流-电压特性，其中I为流过所述存 储元件的电流、V为施加至所述存储元件的电压、c为系数、以及d为大于1的指数，以及所述第一非线性电阻元件具有由I = eVf所表示的非线性电流-电压特性，其中I为 流过所述第一非线性电阻元件的电流、V为施加至所述第一非线性电阻元件的电压、e为系 数、以及f为大于1的指数。3.根据权利要求2所述的存储器单元， 其中，所述指数f小于所述指数d。4.根据权利要求1所述的存储器单元，还包括 第二非线性电阻元件，与所述存储元件并联电连接，其中，所述第二非线性电阻元件具有与所述存储元件的非线性电流_电压特性类似的 非线性电流-电压特性，并且具有比在所述存储元件的高电阻状态下所述存储元件的电阻 值低的电阻值。5.根据权利要求1所述的存储器单元，其中，所述第二非线性电阻元件具有由I = gVh所表示的非线性电流-电压特性，其中 I为流过所述第二非线性电阻元件的电流、V为施加至所述第二非线性电阻元件的电压、g 为系数、以及h为大于1的指数。6.根据权利要求5所述的存储器单元， 其中，所述指数h小于所述指数d。7.一种存储器单元，包括MOS晶体管，与存储元件串联电连接，所述存储元件与非线性电阻元件并联电连接， 其中，所述存储元件具有与所述MOS晶体管的非线性电流-电压特性相反的非线性电 流-电压特性，并且根据施加电压的极性改变为高电阻状态或低电阻状态，以及所述非线性电阻元件具有与所述存储元件的非线性电流-电压特性类似的非线性电 流-电压特性，并且具有比在所述存储元件的高电阻状态下所述存储元件的电阻值低的电 阻值。8.根据权利要求7所述的存储器单元，其中，所述MOS晶体管具有由I = aVb所表示的非线性电流-电压特性，其中I为流过 所述MOS晶体管的电流、V为施加至所述MOS晶体管的电压、a为系数、以及b为小于1的指 数，所述存储元件具有由I = CVd所表示的非线性电流-电压特性，其中I为流过所述存 储元件的电流、V为施加至所述存储元件的电压、c为系数、以及d为大于1的指数，以及所述非线性电阻元件具有由I = eVf所表示的非线性电流-电压特性，其中I为流过 所述非线性电阻元件的电流、V为施加至所述非线性电阻元件的电压、e为系数、以及f为大 于1的指数。9.根据权利要求8所述的存...

【专利技术属性】
技术研发人员：保田周一郎，荒谷胜久，河内山彰，水口徹也，佐佐木智，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]