[發明專利]存儲元件、制造存儲元件的方法以及存儲裝置

有效

• 申請號: 201210210924.5
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102855929B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H01L45/00
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司11290
• 代理人: 褚海英,武玉琴

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。

技術領域

本發明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。

背景技術

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)。

發明內容

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。

根據本發明的實施方式，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。

根據本發明的實施方式，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。

根據本發明的實施方式，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。

通過本發明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(impurity?level)。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)。