存储元件、其制造方法以及存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可降低发生膜分离与膜剥落的可能性的存储元件、其制造方法以及存储装置，所述存储元件依次包括第一电极、存储层和第二电极。所述存储层包括：电阻变化层，其包含氧化物，并且所述电阻变化层设置在第一电极侧；以及离子源层，其设置在第二电极侧并且具有两个以上单位离子源层的层叠结构，所述单位离子源层包括第一层和第二层，所述第一层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上以及在存储层中易于移动的易移动元素，并且具有从第一电极向第二电极的易移动元素的浓度分布，并且第二层包含在存储层中难以移动的难移动元素。

【技术实现步骤摘要】

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特性的任何变化而存储信息的存储元件、该存储元件的制造方法以及存储装置。
技术介绍
一般来说，用于数据存储的半导体非易失性存储器一直为NOR 型或NAND型闪存。关于这种半导体非易失性存储器，通过对其中的存储元件和驱动晶体管进行微细加工而作出了很多尝试以提高其容量。然而，考虑到写入和擦除期望高等级的电压，故半导体非易失性存储器被指出存在微细加工方面的限制，并在待注入浮动栅中的电子数方面存在限制。为克服这种微细加工方面的限制，目前提出的下一代非易失性存储器例如为ReRAM(电阻随机存取存储器)或PRAM(相变随机存取存储器)(例如，参照Waseret. al. ,Advanced Materials, 21，p2932 (2009)以及日本未审查专利申请 2006-196537 号公报)。这些存储器各为在两个电极之间包括电阻变化层的简单结构。在日本未审查专利申请2006-196537号公报的存储器中，作为对电阻变化层的替代，在第一电极和第二电极之间设有离子源层和氧化膜(存储用薄膜)。在这些电阻变化型存储器中，原子或离子在热或电场的作用下发生迁移，由此形成导电路径，从而认为电阻值发生变化。上述电阻变化型存储器设有离子源层，该离子源层包含铝(Al)、铜(Cu)、锆(Zr)、碲(Te)等元素。为形成这种包含上述元素的离子源层，一种选择为通过共溅射或利用任何合金靶而形成均一成分的混合膜，或者通过形成各个元素的膜而形成多层膜。形成多层膜具有这样的优点，即，即使所用的成膜装置例如不能实现共溅射，仍可形成具备良好的操作性能的离子源层。然而，所形成的多层膜在存储元件的微细加工步骤中具有导致膜分离与膜剥落的缺点。
技术实现思路
因此，本专利技术期望提供一种可降低发生膜分离与膜剥落的可能性的存储元件、所述存储元件的制造方法以及存储装置。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、存储层和第二电极。所述存储层包括电阻变化层，其包含氧化物，并且所述电阻变化层设置在第一电极侧；以及离子源层，其设置在所述第二电极侧并且具有两个以上单位离子源层的层叠结构，所述单位离子源层包括第一层和第二层，第一层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上以及在存储层中易于移动的易移动元素，并具有从第一电极向第二电极的易移动元素的浓度分布，并且第二层包含在存储层中难以移动的难移动元素。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，每个所述多个存储元件依次包括第一电极、存储层和第二电极；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。所述存储层包括电阻变化层，其包含氧化物，并且所述电阻变化层设置在第一电极侧；以及离子源层，其具有两个以上单位离子源层的层叠结构，所述单位离子源层包括第一层和第二层，第一层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上以及在存储层中易于移动的易移动元素，并且具有从第一电极向第二电极的易移动元素的浓度分布，并且第二层包含在存储层中难以移动的难移动元素。根据本专利技术的实施方式，提供了一种存储元件的制造方法。该方法包括在基板上形成第一电极；在第一电极上形成包含氧化物的电阻变化层；在所述电阻变化层上形成包括两个以上单位离子源层的离子源层，所述单位离子源层中的至少部分为硫族元素层、移动层和固定层依次层叠的结构，所述硫族元素层包含硫族元素碲、硫、硒中的一种以上，所述移动层包含在电解质中易于移动的一种以上易移动元素，所述固定层包含在所述电解质 中难以移动的一种以上难移动元素；并且在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)下的兀件施加“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，然后通过与第一电极处的电子结合而沉积，或者保留在电阻变化层中并形成杂质能级。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，第一电极上所沉积的金属元素被电离，然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。离子源层为包括两个以上单位离子源层的层叠结构，每个所述单位离子源层为第一层和第二层的组合，所述第一层包含在存储层中易于移动的易移动元素，所述第二层包含在存储层中难以移动的难移动元素。在第一层中，易移动元素具有从第一电极向第二电极的浓度分布。这种结构提高了各层间的粘合性。根据本专利技术的实施方式的存储元件及其制造方法以及存储装置，离子源层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上，并且为包括两个以上单位离子源层的层叠结构，每个所述单位离子源层为第一层和第二层的组合，所述第一层包含在存储层中易于移动的易移动元素，所述第二层包含在存储层中难以移动的难移动元素。而且，在第一层中，易移动元素的浓度从第一电极向第二电极变化。通过这种结构，提高了存储元件中的各层间的粘合性，并且降低了膜分离与膜剥落的可能性。具体来说，所形成的存储装置的产量大且可靠性高。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I为表不本专利技术的第一实施方式的存储兀件的一种构造的横截面图。图2为表示本专利技术的第一实施方式的存储元件的另一构造的横截面图。图3为表示在图I的存储元件的离子源层中观察到的浓度分布的示意图。图4为表示采用图I的存储元件的存储单元阵列的构造的横截面图。 图5为图4的存储单元阵列的平面图。图6为表示本专利技术的第二实施方式的存储元件的一种构造的横截面图。图7A和图7B各为表示实施例I和比较例I的电流-电压特性的图。图8为表示实施例2的数据保持特性的图。图9A和图9B各为表示实施例2的电流-电压特性的图。具体实施例方式下面，参照附图，以下列顺序说明本专利技术的实施方式I.存储元件(其中存储层包括电阻变化层和离子源层的存储元件)2.存储元件的制造方法3.存储装置(其中存储层包括电阻变化层、中间层和离子源层的存储元件)图I和图2各为表示本专利技术的第一实施方式的存储元件I的构造的横截面图。该存储元件I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例如设置于由后述(图4)的CMOS (互补金属氧化物半导体)电路形成的硅基板41上，从而用作与CMOS电路部分的连接部。该下部电极10由半导体工艺中使用的布线材料制成，所述布线材料例如为钨(W)、氮化钨(WN)、铜(Cu)、铝(Al)、钥(Mo)、钽(Ta)以及硅化物。当下部电极10由在电场中可能导致离子导电的材料(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、存储层和第二电极，其中，所述存储层包括：电阻变化层，其包含氧化物，并且所述电阻变化层设置在所述第一电极侧；以及离子源层，其设置在所述第二电极侧并且具有两个以上单位离子源层的层叠结构，所述单位离子源层包括第一层和第二层，所述第一层包含硫族元素碲、硫、硒中的一种以上以及在所述存储层中易于移动的易移动元素，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分布，并且所述第二层包含在所述存储层中难以移动的难移动元素。

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