[發明專利]非易失性存儲元件和非易失性存儲裝置

有效

• 申請號: 201280007159.5
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN103348472A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 魏志強;二宮健生;高木剛
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L27/105
• 分類號: H01L27/105;H01L45/00;H01L49/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 徐殿軍

技術領域

本發明涉及非易失性存儲元件，尤其涉及電阻值根據所施加的電信號可逆地變化的電阻變化型的非易失性存儲元件和具有非易失性存儲元件的非易失性存儲裝置。

背景技術

近年來，隨著電子設備中數字技術的發展，為了保存音樂、圖像、信息等數據，對大容量且非易失性的存儲器設備的要求提高了。作為應對這種要求的一種方法，電阻值根據所提供的電信號變化，并將持續保持其狀態的非易失性存儲元件用于存儲器單元的非易失性存儲器設備（下面，稱作ReRAM）受到關注。這是因為非易失性存儲元件的結構較為簡單，且高密度化容易，并容易取得與現有技術的半導體工藝的匹配性等特征。

根據用于電阻變化層的材料（電阻變化材料），這種非易失性存儲元件大致可分為兩類。其中一類是專利文獻1等中公開的將鈣鈦礦材料（Pr_1-xCa_xMnO₃（PCMO）、La_1-xSr_xMnO₃（LSMO）、GdBaCo_xO_y（GBCO）等）用于電阻變化材料的電阻變化型的非易失性存儲元件。

另一類是將二元金屬氧化物用于電阻變化材料的電阻變化型的非易失性存儲元件。由于二元金屬氧化物即使與上述鈣鈦礦材料相比，成分和結構也非常單純，所以容易進行制造時的成分控制和成膜。除此之外，還有與半導體制造工藝的匹配性也較好的優點，近年來進行了很多研究。

對電阻變化的物理機制不清楚的地方還有很多，但是在近年來的研究中，將在二元金屬氧化物中形成導電性的細絲（filament），由氧化還原引起的該細絲中的缺陷密度變化看作電阻變化的重要原因（例如，參考專利文獻2和非專利文獻1）。

圖19是表示專利文獻2中公開的現有技術的非易失性存儲元件1800的結構的截面圖。

對于由金屬氧化物構成的電阻變化層1805被第1電極1803和第2電極1806夾持的原形結構（圖19的（a）），通過向第1電極1803和第2電極1806之間施加電壓（初始斷開(break)電壓），從而形成作為第1電極1803和第2電極1806間的電流路徑（在第1電極1803和第2電極1806間流過的電流的電流密度局部變高的部分）的細絲1805c（圖19的（b））。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利第6473332號說明書

專利文獻2：日本特開2008-306157號公報

非專利文獻

非專利文獻1：R.Waser?et?al.,Advanced?Materials,NO21,2009,pp.2632-2663

發明概要

發明要解決的技術問題

在如上述這種將金屬氧化物用于電阻變化材料的現有技術的非易失性存儲元件中，希望降低電阻變化特性的偏差。因此，本發明者們進行了刻苦研究后，結果發現了在現有技術的電阻變化元件中有如下這種問題。

使用了金屬氧化物的現有技術的非易失性存儲元件通過施加初始斷開電壓，在電阻變化層形成了細絲，從而變為電阻可變的狀態。此時，在電阻變化層形成的細絲貫通電阻變化層以連接第1電極和第2電極。具有這種細絲的電阻變化元件存在電阻變化中電阻變化層的電阻值的偏差增大，電阻變化特性的偏差增大的問題。

發明內容

本發明為解決上述問題而作出，其所要解決的技術問題是提供一種電阻變化特性的偏差小的非易失性存儲元件和非易失性存儲裝置。

用于解決技術問題的手段