本发明专利技术涉及一种能够同时满足重复操作次数和低压操作性能这两种存在平衡制约关系的要求的存储元件。该存储元件在底部电极３和顶部电极６之间具有高电阻层４和离子源层５。高电阻层４由含Ｔｅ的氧化物制成。除Ｔｅ之外的任何其它元素，例如Ａｌ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ和Ａｕ也可以加入。在向Ｔｅ中加入Ａｌ同时加入Ｃｕ和Ｚｒ的情况下，高电阻层４的组成比优选地被调整为如下范围：３０≤Ｔｅ≤１００原子％，０≤Ａｌ≤７０原子％，且０≤Ｃｕ＋Ｚｒ≤３６原子％，不考虑氧。离子源层５由至少一种金属元素和至少一种选自Ｔｅ、Ｓ和Ｓｅ的氧族元素制成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在两个电极之间具有高电阻层和离子源层的存储元件，其中所述高电 阻层的电阻值主要由电压施加来改变，还涉及包括该元件的存储装置。
技术介绍
在诸如计算机的信息设备中，广泛使用高密度、高速运行的DRAM(动态随机存储 器)。但是，DRAM的问题是制造成本很高，因为相对于诸如逻辑电路和信号处理电路等用于 电子设备的通用电路来说其制造过程复杂。此外，DRAM是易失性存储器，当关闭电源时其 中的信息丢失，所以需要频繁进行刷新操作。于是，提出了非易失性存储器，当关闭电源时其中的信息并不丢失，例如 !^eRAM(铁电随机存储器)、MRA(磁阻随机存储器)等。在这些存储器中，在不提供电力的 情况下写入的信息可以保持很长时间，由于不需要刷新操作，因而能耗大为降低。然而，在 上述这些非易失性存储器中，随着存储单元尺寸的减小，确保存储器的性能变得越发困难。 于是，提出了适应存储单元微型化的存储器，例如专利文献1和非专利文献1、2中描述的新 型存储元件。例如，专利文献1和非专利文献1中描述的存储元件中，在两个电极之间提供含有 Cu(铜)、Ag(银)和Si(锌)的至少一种金属元素和S(硫)和义(硒)的至少一种氧族 元素的离子源层。两个电极中的一个含有在离子源层中的金属元素。在这种构造的存储元 件中，当电压施加在两个电极之间时，包含在一个电极中的上述金属元素作为离子扩散进 入离子源层，导致离子源层的诸如电阻值、电容值等电性质发生变化。结果，利用这种电性 质的改变，可以实现存储功能。此外，例如在非专利文献2中描述的存储单元中，在两个电极之间提供由Cr (铬) 掺杂SrfrO3制成的晶体氧化物材料层。一个电极由SrRuO3或Pt (钼)制成，另一个电极由 Au(金)或Pt (钼)制成。但是，这种存储元件的操作原理的细节并不为人所知。同时，在专利文献1和非专利文献1中描述的存储元件中，离子源层自身的性质决 定了存储器的质量性能。存储器的性能包括，例如，操作速度(写入速度和擦除速度)、擦 除性能(在重复操作中的写入/擦除进行之前的电阻与在写入/擦除进行之后的电阻之比 值，也称为擦除电阻恢复性能)、记录性能、数据保持性能(在热加速测试之前和之后记录 电阻和擦除电阻的变化)、重复操作次数、和记录/擦除时的功耗。但是，在调整离子源层中 一种元素的组成比时，这些性能中的许多存在平衡制约的关系(tradeoff relationship)。 结果，例如，当为了改善写入速度而调整离子源层中的一种元素的组成比时，擦除性能有可 能变差。与此类似，仅靠调整离子源层中一种元素的组成比，不太容易同时改善存在平衡制 约关系的多种性能。为了解决这个问题，例如，在专利文献2中，使用了一种利用另外提供 一个高电阻层(氧化物层)来改善数据保持性能的方法。引用文献专利文献专利文献1 日本专利申请特表2002-536840号公报专利文献2 日本专利申请特开2004_3似843号公报非专利文献非专利文献1 《日经电子》，2003年1月20日，第104页非专利文献2 :A. Beck 等人的 Appl. Phys. Lett.，77，(2000), p. 139
技术实现思路
为了通过提供高电阻层来增加重复操作次数，必须选择不容易被操作电流等破坏 的氧化物材料。然而，决定操作电压的一个因素是离子渗透进氧化物等的容易程度，并且离 子通常不容易渗透进固体氧化物。因此，为了同时满足增加重复操作次数和改善低压操作 性能的要求，氧化物材料的选择是至关重要的。鉴于上述问题而实现了本专利技术，本专利技术的一个目的是提供一种能够同时增加重复 操作次数和改善低压操作性能的存储元件，以及使用该元件的存储装置。本专利技术的存储元件包含在第一电极和第二电极之间的由含有Te (碲)的氧化物制 成的高电阻层，和含有至少一种金属元素和至少一种选自Te、S和％的氧族元素的离子源 层。本专利技术的存储装置包括排列成阵列或矩阵的这种存储元件。在本专利技术的存储元件和存储装置中，通过向第一电极和第二电极之间施加预定的 电压，主要地，高电阻层的电阻值改变，于是信息被相应地写入或擦除。因为高电阻层由Te 氧化物制成，所以重复操作次数得以增加，同时也允许低压操作。在本专利技术的存储元件和存储装置中，离子源层含有至少一种金属元素和至少一种 选自Te、S和％的氧族元素，并且高电阻层由含Te的氧化物制成。结果，存在平衡制约关 系的重复操作次数和低压操作性能可以同时得到改善。附图说明图1是示出了根据本专利技术一个实施方式的存储元件的构造的截面图。图2是使用图1的存储元件的存储单元的电路构造图。图3是示出了使用图1的存储元件的存储单元阵列的示意性构造的截面图。图4是这种存储单元阵列的平面图。图5是解释低压操作性能的示意图(实验1)。图6是解释重复操作次数的示意图(实验2)。图7是用于解释同时满足低压操作特性和重复操作次数的组成范围的特性图。 具体实施例方式下面将参照附图详细描述本专利技术的实施方式。图1示出了根据本专利技术一个实施方式的存储元件的截面构造。存储元件10包括 在底部电极3和顶部电极6之间的高电阻层4和离子源层5。底部电极3例如提供在其内 形成有CMSO (互补氧化物半导体)电路(其制造方法在后面参照图3详述)的硅衬底1上， 并且作为连接CMOS电路部件的连接部件。存储元件10通过在硅衬底1上按顺序堆积底部电极3、高电阻层4、离子源层5、顶部电极6而形成。底部电极3包埋于形成在硅衬底1上的绝缘层2的开口中。高电阻层 4、离子源层5和顶部电极6以相同的平面图案形成。底部电极3比高电阻层4狭窄，并且 电连接至高电阻层4的一部分。图2示出了由存储元件10和晶体管20 (开关元件)构成的存储单元30。存储元 件10的底部电极3电连接至源极线S，且顶部电极6电连接至晶体管20的漏极。晶体管 20的源极电连接至位线(bit line)B，而晶体管20的栅极电连接至字线(word line)ff0对于底部电极3和顶部电极6，可以使用用于半导体工艺的导线材料，如TiW、Ti、 W、Cu、Al、Mo、Ta、WN、TaN、硅化物或其它材料。绝缘层2例如由固化的光刻胶、通常用于半 导体器件的SW2或Si3N4、或其它材料(诸如SiON、SiOF, A1203、Ta2O5, HfO2, ZrO2的无机材 料或含氟有机材料或芳香族有机材料)等制成。高电阻层4由含Te的氧化物制成，这是因为通过施加电压来改变高电阻层4的电 阻值而记录信息(如后详述)。Te的熔点为449. 570C，而氧化物1^ 的熔点为733°C，这 都相对较低。通过使高电阻层4包含Te或Te氧化物，重复操作次数可以提高，且使低压操 作成为可能。优选地，Te氧化物还含有不同于Te的元素，例如Al。通过使用Al来形成绝缘体， 可以形成诸如Al2O3的稳定氧化物。例如，Al2O3的熔点为2046. 5°C，这高于Te或Te02。通 过使低熔点材料混入由高熔点材料制成的稳定结构内，使得低压操作成为可能，且可以提高重复操作次数。除了上述之外，还可以向高电阻层4中添加Zr (锆)、Ta (钽)、Hf (铪)、Si (硅)、 Ge(锗)、Ni(镍)、Co(钴)、Cu或Au等。通过这种添加，可以控制氧化物的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种存储元件，其包含在第一电极和第二电极之间的由至少含有Ｔｅ的氧化物制成的高电阻层、和含有至少一种金属元素和选自Ｔｅ、Ｓ和Ｓｅ的至少一种氧族元素的离子源层。
【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：水口彻也，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP
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