非易失性存储器件制造技术

本发明专利技术涉及一种非易失性存储器件。提供了一种元件结构，通过该元件结构，在可变电阻型非易失性存储器件中减小了操作电压变化和在关断状态下的泄漏电流。该非易失性存储器件的特征在于具有一层压结构，在该层压结构中层压了下电极、上电极、在下电极和上电极之间的一个或多个非晶绝缘层以及一个或多个可变电阻层。

【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器件，在所述非易失性存储器件中电阻 变化层的电阻在至少两个值之间改变，并且电阻值的变化作为信息而 存储。
技术介绍
近年来，已经积极地研究了非易失性存储器件，其中即使当外部 电源被切断时，存储的数据也不消失。作为现在主导相关市场的非易失性存储器件，已经提出了闪存、MONOS (金属氧化物-氮氧化物半导 体)、FeRAM (铁电存储器)、MRAM (磁存储元件)。然而，随着构成每一个存储器单元的存储器元件的小型化，已经 难以保证作为存储元件的非易失性存储器件的特性。例如，对于闪存， 在浮置栅极(FG)部分和半导体衬底之间氧化硅膜的厚度的减小可能 不利地影响存储器的电荷保持能力。S卩，当在最多lOnm厚度的薄氧化 硅膜上进行FN隧道注入时，可能产生被称为SILC (应力感应漏电流) 的低电场区域中的泄漏电流。然后，积累在FG中的电荷会通过该泄漏 路径流失。因此，对于在FG闪存中厚度减小的隧道氧化物膜，厚度的下限 需要设置到8nm以便于防止可能的SILC，从而允许维持电荷保持能力。 如上所述，对于FG闪存，难以同时实现基于小型化的操作电压减小和 电荷保持能力的维持。而且，同样对于诸如作为FG闪存的MONOS、 FeRAM、 MRAM的非易失性存储器件，小型化会减小作为信息保存的 电荷量，导致存储能力的降低。因此，已经开发了包括夹在电极之间的电阻变化层的可变电阻型 非易失性存储器件作为适于小型化的非易失性存储器件。该非易失性 存储器件特征在于，通过某种电刺激，由金属氧化物等构成的电阻变 化层的电阻在至少两种类型的值之间切换，从而该电阻值能够作为信 息来存储。对于其中电荷积累在电容器中的传统存储器件，小型化减小了积 累的电荷的量并且因此减小了信号电压。这降低了存储能力。相反， 利用电阻变化层的非易失性存储器件的特征在于，它适于小型化，因 为即使在小型化的情况下，电阻值也通常保持不变并且具有有限值。在日本专利特开No.2006-2108882， APPLIED PHYSICS LETTERS, 2006, 88, p. 202102-1至202102-3,和APPLIED PHYSICS LETTERS, 2005, 86, p. 093509-1至093509-3中，提出了使用镍氧化物作为电阻变 化层的非易失性存储器件。此外，这些文献描述了，在镍氧化物中形 成被称作细丝(filament)的电流路径，并且电阻变化层的电阻取决于 电流路径如何接合到上电极和下电极而变化。-
技术实现思路
然而，在日本专利特开No.2006-2108882， APPLIED PHYSICS LETTERS, 2006， 88， p. 202102-1至202102-3，和APPLIED PHYSICS LETTERS, 2005, 86, p. 093509-1至093509-3中，在现有技术中已经发 现与器件的安全性有关的下列问题。(1)首先，在日本专利特开No.2006-2108882， APPLIED PHYSICS LETTERS, 2006， 88, p. 202102-1至202102-3,和APPLIED PHYSICS LETTERS, 2005， 86, p. 093509-1至093509-3中描述的其中电阻变化层 被夹在电极之间的结构中，发生了下述问题，即改变电阻的电压阈值 不利地变化。认为，因为在器件的重复操作期间，在电阻变化层中形 成新的细丝，或者已经形成的细丝消失，导致阻止在电阻变化层中形成稳定的细丝，因此阈值电压变得不稳定。(2)第二，在APPLIED PHYSICS LETTERS, 2005, 86， p. 093509-1 至093509-3中描述的镍氧化物的电阻变化层具有多晶结构。在这种情 形下，即使存储器件被关断时，g卩，即使当在电阻变化层中的细丝在 电极之间被断开时，也会由于晶界导致泄漏电流。因此，泄漏电流会 妨碍维持预存储的电阻值、或者增加功耗。已经做出本专利技术以解决这些问题。本专利技术的目的是抑制由在电阻 变化层中形成的细丝引起的电流路径的数目中的变化，因此抑制操作 电压或阈值电压中的可能的变化。本专利技术的另外一个目的是在非易失 性存储器件关断(off)时，抑制由晶界引起的泄漏电流以防止电阻变 化层的电阻值的可能的变化，因而允许信息被稳定地存储并且防止功 耗的增加。为了解决上述问题，本专利技术的特征在于包括下面的构造。1. 一种非易失性存储器件，包括下电极； 上电极；以及层压结构，其中至少一个非晶绝缘层和至少一个电阻变化层被层 压在所述下电极和所述上电极之间。2. 根据l所述的非易失性存储器件，其中所述绝缘层由具有比构成所述电阻变化层的材料的介电常数 低的材料构成。3. 根据1或2所述的非易失性存储器件，其中所述绝缘层包含含有Al和Si之中至少一种元素的氧化物、 氮化物或氧氮化物。54. 根据1或2所述的非易失性存储器件，其中所述电阻变化层是至少包含所述绝缘层中所包含的元素的结 晶层°5. 根据l、 2或4所述的非易失性存储器件， 其中所述电阻变化层包含含有从由Ni、 V、 Zn、 Nb、 Ti、 W和Co组成的组中选择的至少一种类型的元素的氧化物。6. 根据l、 2、 4或5所述的非易失性存储器件， 其中所述电阻变化层包含结晶镍氧化物，并且 所述绝缘层包含非晶镍氧化物。7. 根据1到6的任一所述的非易失性存储器件， 其中所述下电极和所述上电极包含从由Pt、 Ru、 Ru02、 Ir、 Ti、TiN和WN组成的组中选择的至少一种类型的物质。在根据本专利技术的非易失性存储器件中，在电阻变化层的位于由于 非晶绝缘层的介电击穿导致电流流动的区域上的部分中，沿着该区域 形成对应于细丝的电流路径。因而，在非易失性存储器件的重复操作 期间，能够防止新的细丝的形成，因此允许引起稳定的细丝。因此， 能够稳定地保持电阻特性。结果，非易失性存储器件表现出稳定的存 储保持特性。此外，通过使电阻变化层是结晶层，能够抑制由晶界引起的泄漏 电流，因此防止了在非易失性存储器件关断时电阻变化层的电阻值的 可能的变化。结果，能够稳定地存储信息，并且能够防止功耗的可能 的增加。附图说明图1是示出根据本专利技术的非易失性存储器件的示例的截面图；图2是示出传统的非易失性存储器件和根据本专利技术的非易失性存 储器件的功能的图3是示出根据本专利技术的非易失性存储器件的示例的截面图； 图4是示出根据本专利技术的非易失性存储器件的示例的截面图； 图5是示出根据本专利技术的非易失性存储器件的示例的截面图； 图6是示出根据本专利技术的非易失性存储器件的示例的制造工艺的一部分的截面图7是示出根据本专利技术的非易失性存储器件的示例的制造工艺的 一部分的截面图8是示出根据本专利技术的非易失性存储器件的示例的制造工艺的 一部分的截面图9是示出根据本专利技术的非易失性存储器件的示例的制造工艺的 一部分的截面图IO是示出根据本专利技术的电阻变化层的特性的图。符号说明各符号具有下面的意义:I 硅衬底 2绝缘膜 3下电极4层间绝缘膜 5电阻变化层 6非晶绝缘层 7上电极 8 下电极 9非晶绝缘层 10电阻变化层II 上电极 12 下电极13非晶绝缘层714电阻变化层15非晶绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非易失性存储器件，包括：　下电极；　上电极；以及　层压结构，在该层压结构中，在所述下电极和所述上电极之间层压至少一个非晶绝缘层和至少一个电阻变化层。

【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：中川隆史，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]