存儲元件、制造存儲元件的方法以及存儲裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種存儲元件、制造所述存儲元件的方法以及存儲裝置，其中所述存儲元件依次包括第一電極、存儲層以及第二電極。所述存儲層包括：電阻變化層，其設置在第一電極側；以及離子源層，其包含一種以上金屬元素，并且所述離子源層設置在第二電極側。所述離子源層包括第一離子源層和第二離子源層，所述第一離子源層包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一種以上并設置在電阻變化層側，并且所述第二離子源層中的硫族元素的含量不同于第一離子源層中的硫族元素的含量，并且所述第二離子源層設置在第二電極側。根據本發明專利技術，離子源層可免于劣化，且存儲元件的耐熱性提高。換言之，所形成的存儲裝置的可靠性高。

【技術實現步驟摘要】
存儲元件、制造存儲元件的方法以及存儲裝置相關申請的交叉引用本申請包含與2011年6月30日向日本專利局提交的日本專利申請JP2011-146113中公開的相關主題并要求其優先權，將其全部內容通過引用并入此處。
本專利技術涉及一種基于在包括離子源層和電阻變化層的存儲層中觀察到的電氣特性的任何變化而存儲信息的存儲元件、制造所述存儲元件的方法以及存儲裝置。
技術介紹
在諸如計算機等信息設備中，廣泛使用的隨機存取存儲器為運行速度高且密度大的DRAM(動態隨機存取存儲器)。然而，相比于通常用于電子設備中的邏輯電路LSI(大規模集成電路)或信號處理電路，由于DRAM的制造工藝復雜，故DRAM的制造成本高。因為DRAM為易失性存儲器，當切斷電源時，DRAM中的任何所存信息會丟失，故DRAM還必需頻繁進行刷新操作、即讀出任何所寫信息(數據)并將所述信息再次放大以進行重寫的操作。此前，作為即使切斷電源也不會從中擦除信息的非易失性存儲器，人們提出了閃存、FeRAM(鐵電隨機存取存儲器)、MRAM(磁阻隨機存取存儲器)等。這些類型的存儲器能夠在不供電的情況下長時間保持任何所寫信息。然而，這些類型的存儲器各有優缺點。具體來說，閃存的集成度高，但在運行速度方面不強。FeRAM受到微細加工方面的限制而難以實現更高集成度，并且還有制造工藝方面的問題。MRAM有功耗方面的缺點。為克服這些缺點，當前提出的下一代非易失性存儲器包括作為新型存儲元件的ReRAM(電阻隨機存取存儲器)或PCM(相變存儲器)(例如，參照日本專利申請2006-322188號以及日本未審查專利申請2009-43873號公報)。
技術實現思路
然而，當上述存儲元件長時間處于記錄狀態(低電阻狀態)下或擦除狀態(高電阻狀態)下時，或者當上述存儲元件處于比室溫高的溫度環境下時，會出現因電阻變化層出現電阻值變化而可能導致數據丟失的問題。因此，期望提供一種耐熱性提高的存儲元件、制造存儲元件的方法以及存儲裝置。根據本專利技術的實施方式，提供了一種存儲元件，該存儲元件依次包括第一電極、存儲層以及第二電極。存儲層包括：電阻變化層，其設置在第一電極側；以及離子源層，其包含一種以上金屬元素，并且離子源層設置在第二電極側。離子源層包括第一離子源層和第二離子源層，第一離子源層包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一種以上并設置在電阻變化層側，而第二離子源層中的硫族元素的含量不同于第一離子源層中的硫族元素的含量，并且第二離子源層設置在第二電極側。根據本專利技術的實施方式，提供了一種存儲裝置，該存儲裝置包括：多個存儲元件，所述多個存儲元件的每一個依次包括第一電極、存儲層以及第二電極；以及脈沖施加部，其對存儲元件選擇性地施加電壓脈沖或電流脈沖。存儲層包括：電阻變化層，其設置在第一電極側；以及離子源層，其包含一種以上金屬元素，并且離子源層設置在第二電極側。離子源層包括第一離子源層和第二離子源層，第一離子源層包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一種以上并設置在電阻變化層側，而第二離子源層中的硫族元素的含量不同于第一離子源層中的硫族元素的含量，并且第二離子源層設置在第二電極側。根據本專利技術的實施方式，提供了一種制造存儲元件的方法。該方法包括：在基板上形成第一電極；在第一電極上形成電阻變化層；在電阻變化層上形成包含金屬元素以及硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一種以上的第一離子源層；在第一離子源層上形成其中硫族元素的含量與第一離子源層中的硫族元素的含量不同的第二離子源層；并且在第一離子源層上形成第二電極。通過本專利技術的實施方式的存儲元件(存儲裝置)，當對初始狀態(高電阻狀態)下的元件施加“正方向”(例如，第一電極側處于負電位，而第二電極側處于正電位)的電壓脈沖或電流脈沖時，離子源層中包含的任何金屬元素被電離并擴散至電阻變化層中，隨后，通過在第一電極處與電子結合而析出，或者保持在電阻變化層中并形成雜質能級(impuritylevel)。結果，在存儲層中形成包含金屬元素的低電阻部(導電路徑)，從而電阻變化層的電阻下降(記錄狀態)。當對這種低電阻狀態下的元件施加“負方向”(例如，第一電極側處于正電位，而第二電極側處于負電位)的電壓脈沖時，在第一電極上析出的金屬元素被電離，隨后溶解于離子源層中。結果，包含金屬元素的導電路徑消失，并且電阻變化層的電阻升高(初始狀態或擦除狀態)。這里，離子源層包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一種以上。離子源層為多層結構，該多層結構包括：第一離子源層，其設置在電阻變化層側；以及第二離子源層，其設置在第二電極側，第二離子源層中的硫族元素的含量不同于第一離子源層中的硫族元素的含量。通過這種結構，離子源層可免于劣化。根據本專利技術的實施方式的存儲元件、制造存儲元件的方法以及存儲裝置，離子源層為多層結構，該多層結構包括其中硫族元素的含量各不相同的第一離子源層和第二離子源層。因此，離子源層可免于劣化，且存儲元件的耐熱性提高。換言之，所形成的存儲裝置的可靠性高。應當理解，以上一般性說明和以下詳細說明均為示例性的，旨在對要求保護的技術方案作進一步解釋。附圖說明將附圖包括在內以供進一步理解本專利技術，將附圖并入以構成本申請文件的一部分。附圖圖示了各實施方式，且與說明書一起用于說明本專利技術的原理。圖1為表示本專利技術的第一實施方式的存儲元件的構造的橫截面圖。圖2為表示采用圖1的存儲元件的存儲單元陣列的構造的橫截面圖。圖3為圖2的存儲單元陣列的平面圖。圖4為表示本專利技術的變型例的存儲元件的構造的橫截面圖。圖5A和圖5B各為表示本專利技術的第二實施方式的存儲元件的構造的橫截面圖。圖6為表示本專利技術的第二實施方式的存儲元件的第一離子源層中的濃度分布的示意圖。圖7A~圖7D各為表示實施例1的重復特性的圖。圖8A~圖8E各自同樣為表示實施例1的重復特性的圖。圖9A~圖9C各自同樣為表示實施例1的重復特性的圖。圖10A~圖10C各自同樣為表示實施例1的重復特性的圖。圖11A~圖11C各為表示實施例2的重復特性的圖。具體實施方式下面，參照附圖，以下列順序說明本專利技術的實施方式。[第一實施方式]1.存儲元件(其中離子源層包括第一離子源層和第二離子源層的存儲元件)2.制造存儲元件的方法3.存儲裝置[變型例][包括彼此層疊布置的兩層電阻變化層的存儲元件][第二實施方式][其中第二離子源層具有多層結構的存儲元件][實施例][第一實施方式][存儲元件]圖1為表示本專利技術的第一實施方式的存儲元件1的構造的橫截面圖。該存儲元件1依次包括下部電極10(第一電極)、存儲層20以及上部電極30(第二電極)。下部電極10例如設置于形成有后述(圖4)的CMOS(互補金屬氧化物半導體)電路的硅基板41上，從而用作與CMOS電路部分的連接部。該下部電極10由半導體工藝中用于布線的材料制成，所述材料例如為鎢(W)、氮化鎢(WN)、銅(Cu)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鉭(Ta)以及硅化物。當下部電極10由可能在電場中引起離子導電的材料(例如Cu)制成時，下部電極10的表面可覆蓋有幾乎不會引起離子導電或熱擴散的材料，例如W、WN、氮化鈦(TiN)以及氮化鉭(TaN)。當后述的離子源層22包含Al時，優選地使用包含比Al更不易電離的鉻本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種存儲元件，其依次包括第一電極、存儲層以及第二電極，其中，所述存儲層包括：電阻變化層，其設置在所述第一電極側；以及離子源層，其包含一種以上金屬元素，并且所述離子源層設置在所述第二電極側，并且所述離子源層包括第一離子源層和第二離子源層，所述第一離子源層包含硫族元素碲、硫、硒中的一種以上并設置在所述電阻變化層側，而所述第二離子源層中的硫族元素的含量不同于所述第一離子源層中的硫族元素的含量，并且所述第二離子源層設置在所述第二電極側。

【技術特征摘要】
2011.06.30 JP 2011-1461131.一種存儲元件，其依次包括第一電極、存儲層以及第二電極，其中，所述存儲層包括：電阻變化層，其設置在所述第一電極側；以及離子源層，其包含一種以上金屬元素，并且所述離子源層設置在所述第二電極側，并且所述離子源層包括第一離子源層和第二離子源層，所述第一離子源層包含硫族元素碲、硫、硒中的一種以上并設置在所述電阻變化層側，而所述第二離子源層中的硫族元素的含量不同于所述第一離子源層中的硫族元素的含量，并且所述第二離子源層設置在所述第二電極側，其中，所述金屬元素包括鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬以及鎢組成的過渡金屬的組中的一種以上金屬元素，并且所述第二離子源層包含的由鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬以及鎢組成的過渡金屬的組中的一種以上金屬元素的含量高于所述第一離子源層。2.如權利要求1所述的存儲元件，其中，所述第一離子源層包括一個以上第一層和一個以上第二層，所述第一層包含硫族元素碲、硫、硒中的一種以上以及易于在所述存儲層中移動的易移動元素，并具有從所述第一電極向所述第二電極的所述易移動元素的濃度梯度，并且所述第二層包含難以在所述存儲層中移動的難移動元素。3.如權利要求1或2所述的存儲元件，其中，所述金屬元素為還包含銅、鋁、鍺以及鋅中的一種以上。4.如權利要求1或2所述的存儲元件，其中，所述第二離子源層中的硫族元素的含量低于所述第一離子源層中的硫族元素的含量。5.如權利要求3所述的存儲元件，其中，所述第二離子源層中的銅、鋁、鍺以及鋅中的一種以上金屬元素的含量高于所述第一離子源層中的銅、鋁、鍺以及鋅中的一種以上金屬元素的含量。6.如權利要求1或2所述的存儲元件，其中，所述第二離子源層的熔點高于所述第一離子源層的熔點。7.如權利要求1或2所述的存儲元件，其中，所述第二離子源層的電阻值低于所述第一離子源層的電阻值。8.如權利要求1或2所述的存儲元件，其中，所述第二離子源層中的氧的含量大于所述第一離子源層中的氧的含量。9.如權利要求1或2所述的存儲元件，其中，所述第一離...

【專利技術屬性】
技術研發人員：紫牟田雅之，保田周一郎，水口徹也，大場和博，荒谷勝久，
申請(專利權)人：索尼公司，
類型：發明
國別省市：