[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

相關申請交叉引用

將2011年9月14日提交的日本專利申請2011-200406的公開，包括說明書、附圖和摘要，整體并入本文作為參考。

技術領域

本發明涉及電阻變化型非易失性存儲器件、半導體器件以及操作電阻變化型非易失性存儲器件的方法。

背景技術

在非易失性存儲器領域中，已經對閃存、鐵電存儲器（鐵電隨機存取存儲器；FeRAM）、磁存儲器（磁隨機存取存儲器；MRAM）、OUM（奧弗辛斯基電效應統一存儲器）等進行了大量研究。但是，作為不同于上述現有技術的非易失性存儲器，最近已經提出一種電阻變化型存儲器（電阻隨機存取存儲器；ReRAM）。例如，在非專利文獻1中公開的一種電阻變化型存儲器，能夠通過應用電壓脈沖設定存儲單元中的電阻變化元件的電阻變化層的電阻來寫入數據。此外，其能夠以非破壞性方式通過測量電阻來讀取數據。這種電阻變化型存儲器可以是多值的，因為存儲單元具有小面積。因此，其具有超越現有的非易失性存儲器的可能性。在非專利文獻1中，將PCMO（Pr_0.7Ca_0.3MnO₃）以及YBCO（YBa₂Cu₃O_y）用作電阻變化層。

還已經存在關于電阻變化型存儲器的提議。例如，非專利文獻2或非專利文獻3提出通過將兩個電阻變化層夾在上電極和下電極之間獲得的堆疊結構作為電阻變化型存儲器的電阻變化元件。圖1A和圖1B是示出非專利文獻2或非專利文獻3中提出的電阻變化型存儲器的主要部分的構造的橫截面圖。圖1A示出電阻變化型存儲器150的存儲單元中的一個。該存儲單元具備控制晶體管102和電阻變化元件101（1T1R型）。圖1B示出該電阻變化元件101。電阻變化元件101具有堆疊結構，該堆疊結構通過將作為第一電阻變化層112的Ta₂O₅層和作為第二電阻變化層113的TiO₂層夾在上電極111和下電極114之間而獲得。第一電阻變化層112（Ta₂O₅層）和第二電阻變化層113（TiO₂層）的膜厚例如分別是10nm和3nm。

用于存儲單元的控制晶體管102形成在半導體襯底140的表面區域中?？刂凭w管102具備柵極絕緣膜123、柵極122（字線）、漏極121、源極124以及側壁125。接觸104分別耦合在漏極121和源極124上。控制晶體管102和接觸104由第一層間絕緣膜131覆蓋。漏極121一側上的接觸104耦合至第一布線103。電阻變化元件101耦合至第一布線103。第一通路109耦合在電阻變化元件101上。第二布線106（位線）耦合在第一通路109上。另一方面，源極124一側上的接觸104耦合至公共線108。第一布線103、電阻變化元件101、第一通路109以及公共線108由第二層間絕緣膜132覆蓋。