[發明專利]非易失性存儲元件和具備該非易失性存儲元件的半導體存儲裝置

有效

• 申請號: 201080001974.1
• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN102077348A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 魏志強;高木剛;飯島光輝
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L27/10
• 分類號: H01L27/10;G11C13/00;H01L45/00;H01L49/00
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及非易失性存儲元件和具備該非易失性存儲元件的半導體存儲裝置，特別涉及具有通過施加電壓脈沖在低電阻狀態和電阻值比該低電阻狀態高的高電阻狀態之間可逆地轉換的電阻變化元件的非易失性存儲元件和半導體存儲裝置。

背景技術

近年來，伴隨數字技術的發展，移動信息設備和信息家電等電子設備進一步高功能化。伴隨這些電子設備的高功能化，所使用的半導體元件的微細化和高速化也急速發展。其中，以閃存為代表的大容量的非易失性存儲器的用途急速擴大。進而，作為代替閃存的下一代新型非易失性存儲器，使用所謂的電阻變化元件的電阻變化型半導體存儲裝置(ReRAM)的研究開發有所發展。此處，電阻變化元件指的是具有電阻值根據電子信號可逆地變化的性質，進而能夠將與該電阻值對應的信息非易失地存儲的元件。電阻變化元件與以利用由電刺激產生的熱使結晶狀態改變為原因而使電阻值變化的相變型元件(PCRAM)不同，通過電刺激直接地、即通過電子的傳遞使電阻變化材料的氧化還原狀態變化，改變元件的電阻值。

作為搭載有該電阻變化元件的大容量的半導體存儲裝置的一例，可知有交叉點型的半導體存儲裝置。該交叉點型的ReRAM的情況下，讀取在字線和位線立體交叉的交叉部形成的電阻變化元件的電阻值時，為了避免其他行和其他列的存儲元件的影響，對于電阻變化元件串聯地插入作為電流控制元件的二極管，成為非易失性存儲元件(也稱為存儲器單元)(例如，參照專利文獻1)。

圖13是表示搭載有由現有的電阻變化元件和電流控制元件構成的存儲器單元的半導體存儲裝置的圖。該圖中，在具有位線210、字線220和在它們的各交點形成的存儲器單元280的交叉點型存儲器單元陣列中，將利用由電應力引起的電阻的變化來存儲信息的電阻變化元件260和在雙向上流通電流的具有非線性的電流-電壓特性的雙端子的電流控制元件270串聯連接，從而形成存儲器單元280。作為上部配線的位線210與電流控制元件270電連接，作為下部配線的字線220與電阻變化元件260電連接。在該電流控制元件270，通過使用由于在存儲器單元280改寫時雙向上流過電流而例如在雙向(正電壓一側和負電壓一側雙方)上具有對稱的非線性的電流-電壓特性的電流控制元件(例如可變電阻等)，能夠實現大容量化。

專利文獻1：日本特開2006-203098號公報

發明內容

但是，在使用專利文獻1記載的電流控制元件的交叉點型存儲器單元陣列中，通過對非易失性存儲元件(存儲器單元)施加的電壓脈沖而在電阻變化元件和電流控制元件中流過較大的電流，因此非易失性存儲元件被電破壞實質上成為短路狀態，可能產生非易失性存儲元件的不良。在某個非易失性存儲元件產生不良的情況下，非易失性存儲元件實質上成為短路狀態(成為非常低的電阻值的狀態)，訪問與不良的非易失性存儲元件同一行或同一列的其他非易失性存儲元件時的電流全都流過實質上為短路狀態的不良的非易失性存儲元件，存在對于與不良的非易失性存儲元件同一行或同一列的其他所有非易失性存儲元件無法進行寫入讀出的問題。

本發明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供非易失性存儲元件和具備該非易失性存儲元件的半導體存儲裝置，即使在某個非易失性存儲元件產生不良的情況下，也能夠有效防止對于與不良的非易失性存儲元件同一行或同一列的其他非易失性存儲元件無法進行寫入讀出。

為了達成上述目的，本發明的非易失性存儲元件，其特征在于，包括：具有非線性的電流-電壓特性的電流控制元件；基于施加的電壓脈沖在低電阻狀態和電阻值比該低電阻狀態高的高電阻狀態之間可逆地轉換的電阻變化元件；和熔斷器，其中，上述電流控制元件、上述電阻變化元件和上述熔斷器串聯連接，上述熔斷器在上述電流控制元件實質上成為短路狀態時斷開。