存储元件、制造存储元件的方法以及存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种存储元件、制造所述存储元件的方法以及存储装置，其中所述存储元件依次包括第一电极、存储层以及第二电极。所述存储层包括：电阻变化层，其设置在第一电极侧；以及离子源层，其包含一种以上金属元素，并且所述离子源层设置在第二电极侧。所述离子源层包括第一离子源层和第二离子源层，所述第一离子源层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上并设置在电阻变化层侧，并且所述第二离子源层中的硫族元素的含量不同于第一离子源层中的硫族元素的含量，并且所述第二离子源层设置在第二电极侧。根据本发明专利技术，离子源层可免于劣化，且存储元件的耐热性提高。换言之，所形成的存储装置的可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
存储元件、制造存储元件的方法以及存储装置相关申请的交叉引用本申请包含与2011年6月30日向日本专利局提交的日本专利申请JP2011-146113中公开的相关主题并要求其优先权，将其全部内容通过引用并入此处。
本专利技术涉及一种基于在包括离子源层和电阻变化层的存储层中观察到的电气特性的任何变化而存储信息的存储元件、制造所述存储元件的方法以及存储装置。
技术介绍
在诸如计算机等信息设备中，广泛使用的随机存取存储器为运行速度高且密度大的DRAM(动态随机存取存储器)。然而，相比于通常用于电子设备中的逻辑电路LSI(大规模集成电路)或信号处理电路，由于DRAM的制造工艺复杂，故DRAM的制造成本高。因为DRAM为易失性存储器，当切断电源时，DRAM中的任何所存信息会丢失，故DRAM还必需频繁进行刷新操作、即读出任何所写信息(数据)并将所述信息再次放大以进行重写的操作。此前，作为即使切断电源也不会从中擦除信息的非易失性存储器，人们提出了闪存、FeRAM(铁电随机存取存储器)、MRAM(磁阻随机存取存储器)等。这些类型的存储器能够在不供电的情况下长时间保持任何所写信息。然而，这些类型的存储器各有优缺点。具体来说，闪存的集成度高，但在运行速度方面不强。FeRAM受到微细加工方面的限制而难以实现更高集成度，并且还有制造工艺方面的问题。MRAM有功耗方面的缺点。为克服这些缺点，当前提出的下一代非易失性存储器包括作为新型存储元件的ReRAM(电阻随机存取存储器)或PCM(相变存储器)(例如，参照日本专利申请2006-322188号以及日本未审查专利申请2009-43873号公报)。
技术实现思路
然而，当上述存储元件长时间处于记录状态(低电阻状态)下或擦除状态(高电阻状态)下时，或者当上述存储元件处于比室温高的温度环境下时，会出现因电阻变化层出现电阻值变化而可能导致数据丢失的问题。因此，期望提供一种耐热性提高的存储元件、制造存储元件的方法以及存储装置。根据本专利技术的实施方式，提供了一种存储元件，该存储元件依次包括第一电极、存储层以及第二电极。存储层包括：电阻变化层，其设置在第一电极侧；以及离子源层，其包含一种以上金属元素，并且离子源层设置在第二电极侧。离子源层包括第一离子源层和第二离子源层，第一离子源层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上并设置在电阻变化层侧，而第二离子源层中的硫族元素的含量不同于第一离子源层中的硫族元素的含量，并且第二离子源层设置在第二电极侧。根据本专利技术的实施方式，提供了一种存储装置，该存储装置包括：多个存储元件，所述多个存储元件的每一个依次包括第一电极、存储层以及第二电极；以及脉冲施加部，其对存储元件选择性地施加电压脉冲或电流脉冲。存储层包括：电阻变化层，其设置在第一电极侧；以及离子源层，其包含一种以上金属元素，并且离子源层设置在第二电极侧。离子源层包括第一离子源层和第二离子源层，第一离子源层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上并设置在电阻变化层侧，而第二离子源层中的硫族元素的含量不同于第一离子源层中的硫族元素的含量，并且第二离子源层设置在第二电极侧。根据本专利技术的实施方式，提供了一种制造存储元件的方法。该方法包括：在基板上形成第一电极；在第一电极上形成电阻变化层；在电阻变化层上形成包含金属元素以及硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上的第一离子源层；在第一离子源层上形成其中硫族元素的含量与第一离子源层中的硫族元素的含量不同的第二离子源层；并且在第一离子源层上形成第二电极。通过本专利技术的实施方式的存储元件(存储装置)，当对初始状态(高电阻状态)下的元件施加“正方向”(例如，第一电极侧处于负电位，而第二电极侧处于正电位)的电压脉冲或电流脉冲时，离子源层中包含的任何金属元素被电离并扩散至电阻变化层中，随后，通过在第一电极处与电子结合而析出，或者保持在电阻变化层中并形成杂质能级(impuritylevel)。结果，在存储层中形成包含金属元素的低电阻部(导电路径)，从而电阻变化层的电阻下降(记录状态)。当对这种低电阻状态下的元件施加“负方向”(例如，第一电极侧处于正电位，而第二电极侧处于负电位)的电压脉冲时，在第一电极上析出的金属元素被电离，随后溶解于离子源层中。结果，包含金属元素的导电路径消失，并且电阻变化层的电阻升高(初始状态或擦除状态)。这里，离子源层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上。离子源层为多层结构，该多层结构包括：第一离子源层，其设置在电阻变化层侧；以及第二离子源层，其设置在第二电极侧，第二离子源层中的硫族元素的含量不同于第一离子源层中的硫族元素的含量。通过这种结构，离子源层可免于劣化。根据本专利技术的实施方式的存储元件、制造存储元件的方法以及存储装置，离子源层为多层结构，该多层结构包括其中硫族元素的含量各不相同的第一离子源层和第二离子源层。因此，离子源层可免于劣化，且存储元件的耐热性提高。换言之，所形成的存储装置的可靠性高。应当理解，以上一般性说明和以下详细说明均为示例性的，旨在对要求保护的技术方案作进一步解释。附图说明将附图包括在内以供进一步理解本专利技术，将附图并入以构成本申请文件的一部分。附图图示了各实施方式，且与说明书一起用于说明本专利技术的原理。图1为表示本专利技术的第一实施方式的存储元件的构造的横截面图。图2为表示采用图1的存储元件的存储单元阵列的构造的横截面图。图3为图2的存储单元阵列的平面图。图4为表示本专利技术的变型例的存储元件的构造的横截面图。图5A和图5B各为表示本专利技术的第二实施方式的存储元件的构造的横截面图。图6为表示本专利技术的第二实施方式的存储元件的第一离子源层中的浓度分布的示意图。图7A~图7D各为表示实施例1的重复特性的图。图8A~图8E各自同样为表示实施例1的重复特性的图。图9A~图9C各自同样为表示实施例1的重复特性的图。图10A~图10C各自同样为表示实施例1的重复特性的图。图11A~图11C各为表示实施例2的重复特性的图。具体实施方式下面，参照附图，以下列顺序说明本专利技术的实施方式。[第一实施方式]1.存储元件(其中离子源层包括第一离子源层和第二离子源层的存储元件)2.制造存储元件的方法3.存储装置[变型例][包括彼此层叠布置的两层电阻变化层的存储元件][第二实施方式][其中第二离子源层具有多层结构的存储元件][实施例][第一实施方式][存储元件]图1为表示本专利技术的第一实施方式的存储元件1的构造的横截面图。该存储元件1依次包括下部电极10(第一电极)、存储层20以及上部电极30(第二电极)。下部电极10例如设置于形成有后述(图4)的CMOS(互补金属氧化物半导体)电路的硅基板41上，从而用作与CMOS电路部分的连接部。该下部电极10由半导体工艺中用于布线的材料制成，所述材料例如为钨(W)、氮化钨(WN)、铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、钽(Ta)以及硅化物。当下部电极10由可能在电场中引起离子导电的材料(例如Cu)制成时，下部电极10的表面可覆盖有几乎不会引起离子导电或热扩散的材料，例如W、WN、氮化钛(TiN)以及氮化钽(TaN)。当后述的离子源层22包含Al时，优选地使用包含比Al更不易电离的铬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储元件，其依次包括第一电极、存储层以及第二电极，其中，所述存储层包括：电阻变化层，其设置在所述第一电极侧；以及离子源层，其包含一种以上金属元素，并且所述离子源层设置在所述第二电极侧，并且所述离子源层包括第一离子源层和第二离子源层，所述第一离子源层包含硫族元素碲、硫、硒中的一种以上并设置在所述电阻变化层侧，而所述第二离子源层中的硫族元素的含量不同于所述第一离子源层中的硫族元素的含量，并且所述第二离子源层设置在所述第二电极侧。

【技术特征摘要】
2011.06.30 JP 2011-1461131.一种存储元件，其依次包括第一电极、存储层以及第二电极，其中，所述存储层包括：电阻变化层，其设置在所述第一电极侧；以及离子源层，其包含一种以上金属元素，并且所述离子源层设置在所述第二电极侧，并且所述离子源层包括第一离子源层和第二离子源层，所述第一离子源层包含硫族元素碲、硫、硒中的一种以上并设置在所述电阻变化层侧，而所述第二离子源层中的硫族元素的含量不同于所述第一离子源层中的硫族元素的含量，并且所述第二离子源层设置在所述第二电极侧，其中，所述金属元素包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼以及钨组成的过渡金属的组中的一种以上金属元素，并且所述第二离子源层包含的由钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼以及钨组成的过渡金属的组中的一种以上金属元素的含量高于所述第一离子源层。2.如权利要求1所述的存储元件，其中，所述第一离子源层包括一个以上第一层和一个以上第二层，所述第一层包含硫族元素碲、硫、硒中的一种以上以及易于在所述存储层中移动的易移动元素，并具有从所述第一电极向所述第二电极的所述易移动元素的浓度梯度，并且所述第二层包含难以在所述存储层中移动的难移动元素。3.如权利要求1或2所述的存储元件，其中，所述金属元素为还包含铜、铝、锗以及锌中的一种以上。4.如权利要求1或2所述的存储元件，其中，所述第二离子源层中的硫族元素的含量低于所述第一离子源层中的硫族元素的含量。5.如权利要求3所述的存储元件，其中，所述第二离子源层中的铜、铝、锗以及锌中的一种以上金属元素的含量高于所述第一离子源层中的铜、铝、锗以及锌中的一种以上金属元素的含量。6.如权利要求1或2所述的存储元件，其中，所述第二离子源层的熔点高于所述第一离子源层的熔点。7.如权利要求1或2所述的存储元件，其中，所述第二离子源层的电阻值低于所述第一离子源层的电阻值。8.如权利要求1或2所述的存储元件，其中，所述第二离子源层中的氧的含量大于所述第一离子源层中的氧的含量。9.如权利要求1或2所述的存储元件，其中，所述第一离...

【专利技术属性】
技术研发人员：紫牟田雅之，保田周一郎，水口徹也，大场和博，荒谷胜久，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：