[發明專利]電阻變化型非易失性存儲器件及其操作方法、半導體器件

有效

• 申請號: 201210339422.2
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN103000806A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 寺井真之
• 申請（專利權）人: 瑞薩電子株式會社
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G11C11/56
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 李蘭;孫志湧

1.一種電阻變化型非易失性存儲器件，包括：

第一電極；

電阻變化部，所述電阻變化部設置在所述第一電極上；以及

第二電極，所述第二電極設置在所述電阻變化部上，

其中所述電阻變化部包括：

電阻變化層，所述電阻變化層設置在所述第一電極上并且通過施加的電壓經歷電阻變化；以及

穩定層，所述穩定層設置在所述電阻變化層上并且形成細絲，并且

其中所述電阻變化層包含與所述穩定層包含的金屬氧化物不同的的金屬氧化物、具有大于所述穩定層的氧化物形成能的氧化物形成能、并且具有下述膜厚，所述膜厚使得允許所述電阻變化部在斷開狀態下的電阻落入由所述膜厚確定的范圍內。

2.根據權利要求1所述的電阻變化型非易失性存儲器件，

其中所述斷開狀態下的電阻是恒量，與斷開電壓無關。

3.根據權利要求2所述的電阻變化型非易失性存儲器件，

其中基于所述電阻變化層和所述穩定層之間的氧化物形成能的差確定所述電阻變化層的膜厚。

4.根據權利要求3所述的電阻變化型非易失性存儲器件，

其中所述穩定層包含氧化鉭、二氧化硅、氧化鈷以及氧化鎢中的任何一種，并且所述電阻變化層包括氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯以及氧化鉿中的任何一種。

5.根據權利要求4所述的電阻變化型非易失性存儲器件，

其中所述穩定層包含氧化鉭并且所述電阻變化層包含氧化鈦，并且

其中所述電阻變化層具有小于1nm的膜厚。

6.根據權利要求4所述的電阻變化型非易失性存儲器件，

其中所述穩定層包含氧化鉭并且所述電阻變化層包含氧化鋯，并且

其中所述電阻變化層具有小于2nm的膜厚。

7.根據權利要求1所述的電阻變化型非易失性存儲器件，

其中所述電阻變化層具有等于在所述斷開狀態下形成的隧道勢壘的寬度的膜厚。

8.根據權利要求1所述的電阻變化型非易失性存儲器件，

其中所述電阻變化型非易失性存儲器件工作在下述區域中，在所述區域中由所述電阻變化層的膜厚確定在所述斷開狀態下的最大電阻值。

9.根據權利要求1所述的電阻變化型非易失性存儲器件，

其中所述電阻變化型非易失性存儲器件在所述斷開狀態下具有1kΩ或更大但不大于10MΩ的電阻。

10.一種半導體器件，包括：

存儲器部，所述存儲器部具有多個存儲單元，以及

邏輯部，所述邏輯部利用所述存儲器部進行數據處理，

其中所述存儲單元每個均具有根據權利要求1所述的電阻變化型非易失性存儲器件。

11.根據權利要求10所述的半導體器件，進一步包括：

FPGA部，所述FPGA部具有開關塊，

其中所述開關塊具有多個開關，

其中所述開關每個均包括：

第三電極；

第二電阻變化層，所述第二電阻變化層設置在所述第三電極上并且通過施加的電壓經歷電阻變化；

第二穩定層，所述第二穩定層設置在所述第二電阻變化層上并且形成細絲；以及

第四電極，所述第四電極設置在所述第二穩定層上，并且

其中所述第二電阻變化層具有大于所述存儲單元中的每一個的電阻變化層的膜厚的膜厚。

12.一種非易失性存儲器件的操作方法，

所述器件包括：第一電極；電阻變化部，所述電阻變化部設置在所述第一電極上；以及第二電極，所述第二電極設置在所述電阻變化部上，

所述電阻變化部包括：電阻變化層，所述電阻變化層設置在所述第一電極上并且通過施加的電壓經歷電阻變化；以及穩定層，所述穩定層設置在所述電阻變化層上并且形成細絲，

所述電阻變化層包含與所述穩定層包含的金屬氧化物不同的金屬氧化物、具有大于所述穩定層的氧化物形成能的氧化物形成能、并且具有下述膜厚，所述膜厚使得允許所述電阻變化部在斷開狀態下的電阻落入由所述膜厚確定的范圍內，

所述方法包括如下步驟：

當使所述電阻變化部成型時，將成型電壓施加在所述第一電極和所述第二電極之間，以在所述電阻變化層和所述穩定層中形成細絲；

當使所述電阻變化部改變為斷開狀態時，將斷開電壓施加在所述第一電極和所述第二電極之間，以從所述電阻變化層中移除所述細絲；

并且

當使所述電阻變化部改變為導通狀態時，將導通電壓施加在所述第一電極和所述第二電極之間，以形成所述電阻變化層的細絲。